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研究胰腺癌、多发性先天发育异常综合征及内聚病的有效哺乳动物模型——Pds5A基因敲除小鼠【每周一鼠】

Pds5A基因敲除小鼠

 

PDS5A(4p14)是一个与细胞周期相关的基因。它作为黏连蛋白(cohesin)复合物的调节剂,在各种细胞过程中发挥重要作用,如姐妹染色单体内聚、DNA损伤修复、基因转录和DNA复制。与PDS5A相关的疾病包括Cornelia De Lange综合征、Roberts-Sc Phocomelia综合征、癌症等。

 

赛业生物《每周一鼠》,每周五更新,为大家讲解一个小鼠模型的故事,希望对大家了解不同的小鼠模型有所帮助。今天和大家见面的是Pds5a基因敲除小鼠

 

PDS5A基因简介

PDS5A已被证实可促进G2/M期细胞增殖。它可能通过与p63相互作用以及促进细胞周期进展,进而促进肿瘤的发生。目前已有大量的研究观察到,在人乳腺、肾脏、食道、胃、肝和结肠的肿瘤以及恶性胶质瘤中,PDS5A表达水平发生改变。PDS5A作为一种核蛋白,在姐妹染色单体凝聚力的建立、维持和溶解中起到重要作用。有丝分裂到DNA复制过程中可能会有姐妹染色单体的聚合。PDS5A基因可能是有丝分裂中姐妹染色单体内聚的调节因子,可以稳定与染色质复杂结合的内聚。脊椎动物具有PDS5A和PDS5B的两个旁系同源物,它们在调节粘着素功能方面具有冗余和特殊的作用。

 

Pds5A基因敲除小鼠

图1 PDS5A基因相关信息

 

Pds5a基因敲除小鼠模型的应用

1. Cornelia de Lange综合征

Cornelia de Lange综合征(CdLS)是一种由内聚蛋白突变引起的疾病,其特征包括智力迟钝、近视、生长迟缓、先天性心脏缺陷、肠道异常、面部畸形包括腭裂和阑尾骨骼畸形[1]。PDS5是一种内聚力蛋白,对正常生长有重要作用。内聚力保证了染色体在减数分裂和有丝分裂细胞中的精确分配,在DNA修复中起着重要作用。为了研究Pds5A和Pds5B之间的遗传相互作用以及相关表型变异的潜在机制,研究人员构建Pds5A和Pds5B缺陷小鼠模型。这些Pds5A和Pds5B纯合子-杂合子小鼠显示出晶状体形成严重异常的特征表型(图2)。

 

Pds5A基因敲除小鼠

图2 Pds5A-/-;Pds5B+/-和Pds5A+/-;Pds5B-/-小鼠晶状体发育异常[2]

 

在野生型中晶状体基板内陷(G),但在Pds5A-/-;Pds5B+/-胚胎中没有(H),野生型和突变型晶状体基板中BrdU阳性细胞的百分比是相等的。(I,J)使用E11.5野生型和Pds5A+/-;Pds5B-/-的αA-晶状体抗体进行免疫组化分析。Pds5A+/-;Pds5B-/-晶状体中αA-结晶蛋白阳性细胞的体积小且数量少(J),而正常尺寸野生型晶状体中的大多数细胞αA-结晶蛋白表达强(I)。

 

该模型小鼠被发现在多方面存在发育异常,包括腭裂、骨骼模式缺陷、生长迟缓、先天性心脏缺陷和肠内神经元前体迁移延迟等。另一份统计数据显示,Pds5A和Pds5B敲除小鼠在出生时死亡,含有3个突变Pds5等位基因的胚胎在E11.5到E12.5之间死亡。导致死亡最大的原因可能是心力衰竭,这些数据表明Pds5基因的总量对小鼠正常发育至关重要。该项研究证实Pds5A和Pds5B功能除了涉及染色体动力学之外对正常发育同样至关重要,强调了关键发育过程对Pds5信号的敏感性,并为Pds5基因如何导致CdLS提供了机制见解。在模型小鼠中,当Pds5A和Pds5B被敲除时,Hela细胞中只发现了通过RNAi轻微的内聚缺陷[3]

 

这再次表明,少量的Pds5蛋白足以支持内聚力。Pds5A和Pds5B缺陷小鼠是研究内聚复合体发育功能的分子机制和内聚病的发病机制的有价值的哺乳动物模型之一

 

2. 胰腺癌

应用统计学工具GEPIA分析胰腺癌和正常组织中早期姐妹染色单体解离蛋白A(PDS5A)的表达差异,同时分析了PDS5A与各恶性肿瘤预后的相关性,筛选出具有统计学意义的相关癌种。结果发现,PPDS5A基因在胰腺癌中高表达,且与胰腺癌分期及预后呈相关性。通过Western blot法检测分析PCNA-1(人胰腺癌细胞)、BON-1(人胰腺神经内分泌瘤细胞)、HPDE6-C7(胰腺导管上皮细胞)中的蛋白表达情况时,也得出了同样的结论。同时发现,PDS5A高表达与胰腺癌患者的总生存期具有负相关性。根据以上结果,研究人员得出PDS5A基因与肿瘤患者预后显著相关,并有望成为胰腺癌判断预后的标志物和治疗靶标。

 

3. 治疗内聚病潜在靶点

为了探索两个Pds5蛋白的具体功能,研究人员在Pds5A的第6外显子或Pds5B的第4-5外显子两侧插入loxP位点,生成携带Pds5A或Pds5B基因条件敲除等位基因的小鼠[4]。在这种背景下,与广泛表达Cre重组酶(CMV-Cre)的小鼠杂交产生了可存活和可育的杂合子动物。但是在任何一个零等位基因杂合子小鼠的后续回交均未获得纯合子后代,表明这两种基因都是胚胎发育所需要的。

 

Pds5A基因敲除小鼠

图3 Pds5a基因条件性敲除小鼠模型的建立[4]

 

存活到发育后期的Pds5a缺陷胚胎明显小于野生型的同胎(图4),各器官发生多个异常。Western blot分析结果揭示缺少一种Pds5蛋白不会影响另一种蛋白的表达水平,但细胞周期分析没有显示出主要的差异。以上结果表明Pds5A和Pds5B对于正常的细胞增殖和胚胎发育都是必不可少的。

 

Pds5A基因敲除小鼠

图4 Pds5A或Pds5B敲除对小鼠胚胎发育的影响[4]

 

(A)Pds5A-和Pds5bB-缺陷胚胎的生存能力。携带Pds5A(上)和Pds5B(下)零等位基因的杂合子动物进行交配。(B)所示基因型的同窝E18.5胚胎的图片。

 

以上结果表明,不同模型生物的研究结果证实Pds5蛋白是内聚力的正和负调控因子,对内聚力的建立和维持起作用。(赛业可提供同类型Pds5a基因敲除模型,产品编号:S-CKO-15089)

 

总结

与PDS5A基因相关的疾病种类很多,包括乳腺、肾脏、食道、胃、肝、结肠肿瘤、恶性胶质瘤。同时也与多发性先天发育异常综合征如Cornelia De Lange综合征、Roberts-Sc Phocomelia综合征等紧密相关。PDS5A是内聚力的正/负调控因子,对内聚力的建立和维持起作用,对于正常的细胞增殖和胚胎发育都是必不可少的。Pds5a基因敲除小鼠可用于胰腺癌和Cornelia De Lange综合征等相关疾病的研究,也可作为该胰腺癌判断预后的标志物和治疗靶标,为以上研究方向提供新思路与模型支持。

 

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Pds5a条件性基因敲除小鼠

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C57BL/6J-Pds5aem1(flox)Cya

品系编号:

CKOCMP-71521-Pds5a-B6J-VA

产品编号:

S-CKO-15089

应用方向:

胰腺癌等多种癌症、胚胎发育、多发性先天发育异常综合征等

打靶方案:

Pds5A基因敲除小鼠

 

Pds5a基因敲除小鼠

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品系名称:

 C57BL/6J-Pds5aem1Cya

品系编号:

KOCMP-71521-Pds5a-B6J-VA

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S-KO-13585

应用方向:

胰腺癌等多种癌症、胚胎发育、多发性先天发育异常综合征等

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参考文献:

[1]Jackson L, Kline AD, Barr MA, Koch S. de Lange syndrome: a clinical review of 310 individuals. Am J Med Genet. 1993 Nov 15;47(7):940-6. doi: 10.1002/ajmg.1320470703. PMID: 8291537.

[2]Zhang B, Chang J, Fu M, Huang J, Kashyap R, Salavaggione E, Jain S, Kulkarni S, Deardorff MA, Uzielli ML, Dorsett D, Beebe DC, Jay PY, Heuckeroth RO, Krantz I, Milbrandt J. Dosage effects of cohesin regulatory factor PDS5 on mammalian development: implications for cohesinopathies. PLoS One. 2009;4(5):e5232. doi: 10.1371/journal.pone.0005232. Epub 2009 May 1. Erratum in: PLoS One. 2009;4(5). doi: 10.1371/annotation/ea5b7eb5-5087-448a-8325-c8efff1f54d9. Shashikant, Kulkarni [corrected to Kulkarni, Shashikant]. PMID: 19412548; PMCID: PMC2672303.

[3]Losada A, Yokochi T, Hirano T. Functional contribution of Pds5 to cohesin-mediated cohesion in human cells and Xenopus egg extracts. J Cell Sci. 2005 May 15;118(Pt 10):2133-41. doi: 10.1242/jcs.02355. Epub 2005 Apr 26. PMID: 15855230.

[4]Carretero M, Ruiz-Torres M, Rodríguez-Corsino M, Barthelemy I, Losada A. Pds5B is required for cohesion establishment and Aurora B accumulation at centromeres. EMBO J. 2013 Nov 13;32(22):2938-49. doi: 10.1038/emboj.2013.230. Epub 2013 Oct 18. PMID: 24141881; PMCID: PMC3831313.

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