想了解细胞产品及试剂相关内容,请点击这里进入OriCell网站
  • 大小鼠繁育与健康管理海报
  • 现货KO细胞周周秒:仅需3980元,快至48小时,同基因敲除「细胞+小鼠」模型现货搭配

阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠【每周一鼠】

阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠

“我觉得好像我的叶子都要掉光了,风雨裹挟着我的枝叶,我...我再也没有栖身之地了。”一声令人心碎的独白,来自电影《困在时间里的父亲》阿尔兹海默症老人安东尼迷失在时间里的最后一声叹息。

 

如果把人比作一棵树,那么叶子就是回忆、情感以及生命力的象征。阿尔兹海默症最可怕的地方在于它能秋风扫落叶一般夺走患者的记忆、感知,甚至作为人的尊严。今天《每周一鼠》和大家见面的就是与阿尔兹海默症相关的Psen1基因编辑小鼠。

 

Psen1基因

遗传性的阿尔兹海默症(AD)患者一般都携带突变的早老素蛋白(PSEN1,PSEN2)或淀粉样前体蛋白(APP)。这些突变导致长链的淀粉样蛋白-β大量累积(AD患者脑中发现的淀粉样蛋白沉积物中的主要成分)。

 

研究人员发现,Psen1可以通过影响γ-分泌酶(一种裂解APP的酶)进而调控APP的加工。除此之外,Psen1可以通过直接调节γ-分泌酶活性或通过其自身酶活参与Notch信号通路中受体的裂解。目前,研究人员已经鉴定出了该基因的多种可变剪接转录本,但只有部分转录本有确定的功能[1]

阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠

图1. Psen1蛋白结构[2]

 

阿尔兹海默症

阿尔兹海默症(AD)是一种常见于老年人的神经退行性疾病,其主要病理变化是大脑皮质弥散性萎缩、神经原纤维缠结和神经细胞间大量老年斑形成等,进行性认知障碍和记忆功能减退是其主要临床症状。

 

老年期常见的痴呆有两种,即阿尔兹海默症(AD)和血管性痴呆:血管性痴呆是老年性痴呆的先兆,是脑血管疾病导致脑功能下降的结果;阿尔兹海默症是一种进行性、不可逆转的神经退行性疾病,约占所有痴呆病例的60%-80%,如图2[3]

阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠
阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠

图2.老年痴呆的分类与比较[3]

 

AD的病理学特征为脑部胞内过磷酸化tau蛋白形成的神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles, NFT)和胞外β-淀粉样蛋白(amyloid β, Aβ)聚集形成的老年斑(senile plaques, SP)。

 

目前AD发病机制主流学说——淀粉样蛋白级联学说认为,是Aβ生成和清除的失衡导致AD的发生。PSEN1、PSEN2 和APP基因突变是通过影响APP加工剪切过程,使得Aβ的产量绝对增加或相对增加,触发一系列级联反应从而导致AD发生。淀粉样蛋白假说仍然是在临床研究中描述AD的主要框架,并且继续影响AD潜在治疗的开发[4]

阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠

图3. 淀粉样蛋白假说病理学变化[3]

 

《2019年世界老年痴呆症报告》统计显示全球每3秒钟就有1例痴呆患者确诊,其中2/3痴呆患者将发展成AD,到2050年全球患AD的人数将从4700万上升至1.31亿。目前,我国每年平均有30万新发病例[5]

 

阿尔兹海默病的主流检测方法包括:神经影像学检查、脑脊液CSF检查、外周血抗体检查及外泌体检查,目前主要的诊断方式是联合诊断[3]

 

Psen1基因编辑小鼠

 

1Psen1基因敲除小鼠

 

Psen1基因敲除纯合小鼠表现出骨骼畸形、Notch信号传导减弱、神经干细胞缺乏导致的脑生长受损、脑出血、淀粉样前体蛋白切割异常、出生前后死亡的现象[6]

 

2Psen1点突变小鼠

 

之前的研究显示,APP蛋白经过β-分泌酶蛋白水解产生CTF-β,而CTF-β还是γ-分泌酶的底物。γ-分泌酶首先通过内肽酶样切割的方式(ε-切割)切割CTF-β,并产生长链β-淀粉样蛋白(Aβ)、Aβ48和Aβ49(图4a)。随后,γ-分泌酶通过羧肽酶样的切割(γ-切割)来水解长链Aβ,并产生更小长度的Aβ。

 

研究显示,家族性AD患者的Aβ肽发生了改变:在健康的人群中,Aβ40(由40个氨基酸组成)占比较高,并且不会聚集。相比之下,类似Aβ42和Aβ一样较长的Aβ在家族性AD患者的大脑中则表现出更高的致病性并且易于聚集[7]

 

研究人员的WB实验结果显示全长APP和CTF-β&α在Psen1-P436S杂合小鼠中并没有改变(图4b)。接下来,研究人员对Psen1-P436S杂合小鼠大脑中的Aβ40和Aβ42进行了酶联免疫吸附检测(ELISA)(图4c-h)。在盐酸胍(GuHCl)可溶性部分中,P436S杂合小鼠的Aβ40减少而Aβ42增加(图4f-h),Aβ42/Aβ40的比率相较野生型小鼠增加了1.7倍。

 

在使用Tris-HCl缓冲盐溶液时,相类似的实验结果也得到了部分重现(图4c-e)。这些结果表明,在小鼠体内引入Psen1-P436S突变会改变γ-分泌酶的羧肽酶样裂解(γ-裂解)活性。

 

但值得注意的是,研究人员在Psen1-P436S突变小鼠中未观察到脑中淀粉样蛋白沉积随年龄增大而增加。虽然这样结果与先前报道的Psen1突变敲入小鼠一致,但研究人员仍需要在研究阿尔兹海默病中注意到这些问题[7]

阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠

图4. 通过BE和Target-AID两种碱基编辑器产生的Psen1-P436S突变小鼠的表型分析。

 

a.γ-分泌酶对CTF-β的水解处理。CTF-β首先被内肽酶样裂解(ε-裂解),并产生Aβ48和Aβ49,以及APP胞内结构域(AICD)。随后,γ-分泌酶通过羧肽酶样裂解(γ-裂解)裂解Aβ48和Aβ49,生成更短的Aβ。

b.Psen1-P436S杂合小鼠脑中APP全长(FL)蛋白和CTF蛋白的印迹分析。

c-h.Psen1-P436S杂合小鼠大脑的Aβ的ELISA检测。将3个月大的杂合Psen1-P436S小鼠和

同窝的野生型小鼠(每组n=4)的皮质均质化并使用Tris-HCl缓冲盐溶液(TS)(c-e)和盐删除的内容:分为酸胍缓冲液(GuHCl)(f-h)进行溶解并对Aβ40和Aβ42进行ELISA检测。BE:Base Editor 3,TA:Target-AID。

 

治疗方法

美国时间2021年6月7日,美国FDA宣布Aducanumab(商品名为Aduhelm)通过加速审批程序批准上市,用于治疗阿尔兹海默病患者/阿尔茨海默病人群中特定患者。这是2003年以来获批的首个批注阿尔兹海默症新药;更重要的是,Aducanumab首次在临床试验中显示出了可能降低脑部β淀粉样蛋白的疗效,是首个针对阿尔兹海默症潜在病理机制的新药。但该药在临床试验中出现了关键临床结论不一致的现象[9]

 

除此之外,2020年4月,FDA批准了中国原创、国际首个靶向脑-肠轴的阿尔兹海默症治疗新药(甘露特钠胶囊、九期一、GV-971)。其作用机制是通过调控紊乱的肠道菌群,治疗大脑神经炎症,进而缓解AD认知功能障碍,除此之外,研究人员发还发现该药GV-971能直接透过血脑屏障,通过多位点、多片段、多状态地捕获Aβ,抑制Aβ纤丝的形成,并使已形成的纤丝解聚为无毒单体[9]

 

除此之外,基于蛋白毒性的假说,Arvanis公司利用其蛋白降解靶向嵌合体技术平台(PROTACs)已经开发出具有治疗中枢神经系统疾病潜力的化合物。临床前结果显示,PROTAC分子(外周给药)可显著降低小鼠大脑皮质中致病Tau蛋白的水平[10]

阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠

图5. PROTAC分子对小鼠模型中Tau蛋白的降解作用[10]

 

小结

对Psen1基因的研究非常火热,因为该基因是引发家族性阿尔兹海默症的一个重要基因,同时,该基因突变的小鼠模型也非常多,有KI点突变小鼠模型以及直接点突变的小鼠,且两种模型的表型类似。

 

不仅如此,研究人员还发现了在心脑血管中的Psen1基因cKO模型可能与心脏病发生形成有关,这一系列的研究结果都证明了该基因在体内的重要作用。

 

除此之外,针对该基因或者该基因编辑模型的治疗的相关研究也是十分火热的。更值得一提,近几年的创新药以及许多处于管线中的基因治疗手段,也为该基因的研究注入新动力。

 

赛业生物"红鼠资源库”

 

赛业“红鼠资源库”涵盖基因敲除小鼠、条件性敲除小鼠及海量突变位点小鼠品系,强大的数据库给您更便捷的体验,研究人员能够在线查询、设计和优化基因编辑方案并比较研究数据和成果,并咨询订购。

 

“红鼠资源库”可以为您提供Psen1完全性敲除活体小鼠以及Psen1条件性敲除小鼠,如有需要,欢迎后台留言或联系我们咨询~

 

赛业生物基因治疗一站式解决方案

 

赛业生物作为一家综合解决方案提供商,建立了多位一体的基因治疗创新性CRO平台服务网络。在过去十余年,赛业生物积累了大量的基因信息数据,在模式动物持续的深耕也让我们在基因编辑技术方面一直走在行业前沿,结合赛业生物在人工智能领域的深度探索,我们可提供高效的基因功能解析与基因治疗一站式解决方案。可为从事基因治疗的研究者提供更高效的基因功能解析与基因治疗一站式解决方案,包括靶点筛选与功能研究,动物模型构建和病毒载体如AAV、LV、ADV等设计与包装,以及表型分析等全流程服务。

阿尔兹海默病与Psen1基因编辑小鼠

参考文献:

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/5663

2. https://alphafold.ebi.ac.uk/entry/P49768

3. 2021年中国阿尔兹海默症(AD)诊断行业概览,头豹研究院,习轩

4. 沈露茜. 携带PSEN1,PSEN2和APP突变的早发性家族性阿尔茨海默病与早发性散发性阿尔茨海默病的临床特点比较[D]. 首都医科大学.

5. Prince M, Comas-Herrera A, Knapp M, et al. World Alzheimer's report 2016: improving healthcare for people living with dementia: coverage, quality and costs now and in the future. Alzheimer's Disease International, 2016, 1-140

6. http://www.informatics.jax.org/marker/MGI:1202717

7. Sasaguri, H., Nagata, K., Sekiguchi, M. et al. Introduction of pathogenic mutations into the mouse Psen1 gene by Base Editor and Target-AID. Nat Commun 9, 2892 (2018).

8. https://arstechnica.com/science/2021/06/a-disgraceful-decision-researchers-blast-fda-for-approving-alzheimers-drug/

9. https://www.nature.com/articles/s41422-019-0216-x

10. http://arvinas.com/

关于赛业

 

赛业生物科技集团是一家基于模式动物药物研发的国际化创新性CRO平台。依托于品系丰富的基因编辑小鼠资源库、高效且智能化的模式动物定制平台、药物筛选评价小鼠模型平台、一站式小动物表型分析平台、一站式无菌鼠技术服务平台及先进的细胞技术服务平台,建立了多位一体的创新性CRO平台服务网络,以服务于肿瘤、免疫、代谢、内分泌、心血管、神经及传染病等方向的科学研究及药物研发筛选,并与全球100多个国家和地区的数万名科学家及企事业单位建立了广泛的合作,产品与技术已直接应用于包括CNS(Cell, Nature, Science)三大期刊在内的6200余篇学术论文。赛业生物已获得ISO9001:2015和AAALAC双认证,确保向广大专家学者提供的所有产品和技术服务符合国际标准的同时也表达了我们尊重动物福利和伦理,重视生物安全的负责任态度。如有需要,欢迎后台留言或者联系我们咨询。

如果您对产品或服务有兴趣,可通过以下方式联系我们
在下方表单
填写需求描述给我们
点击页面右侧“在线咨询”
工具快速咨询
拨打免费电话:
400-680-8038
发送邮件至邮箱:
info@cyagen.com
click to refresh
交流社区
神经
扫码加入
神经领域交流群
需备注来意,审核后进入
基因
扫码加入
基因领域交流群
需备注来意,审核后进入
细胞
扫码加入
细胞领域交流群
需备注来意,审核后进入
云课堂
扫码加入
云课堂交流群
需备注来意,审核后进入