NPC1基因突变小鼠构建及其表型鉴定

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尼曼匹克病C1型(NPCD1)是一种典型的常染色体隐性遗传溶酶体贮积症(LSD),NPC1I1061T突变是NPCD1患者最常见的突变形式,发病分子机制主要是因为突变NPC1蛋白在成熟过程中无法正确折叠并难以定位到溶酶体处发挥功能,导致胆固醇在溶酶体内累积进而对细胞产生代谢毒性。对NPCD1发病机制的研究多集中在实验动物模型上,Npc1Nih小鼠为终止密码子异常导致NPC1蛋白缺失的常用研究模型,但由于其全部NPC1蛋白缺失,无法模拟对NPC1突变蛋白在体内的分子机制,因而实现Npc1I1061T小鼠模型的构建将为NPCD1临床治疗提供更丰富、更准确的参考依据。虽然先前已有基于129胚胎干细胞制作符合临床表型的突变模型Npc1tm(I1061T)Dso小鼠报道,但其观察对象为与C57回交后的小鼠,而NPCD1小鼠表型受遗传背景的影响也早被证实。为了获得纯背景Npc1I1061T小鼠,我们利用CRISPR/Cas9技术在C57BL/6J小鼠上构建了Npc1I1061T小鼠并对其针对NPCD1患者模拟程度进行了鉴定。鉴定工作分为基因型鉴定、表型鉴定以及表型分析三个主要部分。基因型鉴定结果证实突变位点的存在且NPC1在各组织中蛋白表达水平明显降低;表型鉴定确定了突变小鼠无神经症状、无寿命缩短、无组织形态和结构变化、有轻微的组织功能变化、有胆固醇在细胞内累积等基本特征;表型分析中,未检测出脱靶效应基因,组织和细胞STING信号未有激活,对不同背景小鼠NPC1蛋白表达检测结果表明129小鼠肝脏中相较于C57小鼠有更高NPC1表达量。综合实验结果进行分析,首先,Npc1I1061T小鼠虽然在各组织和细胞中NPC1表达明显降低,但未出现寿命缩短和神经症状,表明NPCD1的神经症状等表型并不是仅受Npc1I1061T基因突变因素影响,修饰基因等外界因素可能是其决定性因素。其次,细胞胆固醇累积但无神经症状和寿命缩短等表型,表明胆固醇在溶酶体累积并不是NPCD1小鼠神经症状和寿命缩短的充要条件。最后,129小鼠肝脏相较于C57小鼠有更高的NPC1的表达量,结合129小鼠的基础能量消耗高于C57小鼠,我们提出假设129小鼠可能对NPC1的蛋白依赖性更强,但此因素是否是造成Npc1I1061T小鼠和Npc1tm(I1061T)Dso小鼠不同表型的原因,还需更进一步探究。NPCD1作为一种单基因疾病,患者临床上表现高度异质性,这种异质性的存在也是我们深入探讨这种小鼠模型未出现严重神经症状的原因,我们的实验结果证实NPCD1还存在除Npc1基因突变以外的影响因素,这种影响因素更可能是遗传背景中修饰基因带来的,修饰基因的定位很可能成为未来NPCD1治疗极其重要的新靶点。
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