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最新精神分裂症基因突变动物模型

云顶国际登录官网 来源:BioArt 编辑:王小果

拷贝数变异(CNV)是染色体结构变异的一种形式,一般指长度为1 kb 以上的基因组大片段的拷贝数增加或者减少, 主要表现为亚显微水平的缺失和重复。CNV位点的突变率远高于SNP(Single nucleotide polymorphism), 是人类疾病的重要致病因素之一。最近在欧洲人群大规模GWAS研究中发现确定了精神分裂症患者染色体位点7q36.3的拷贝数变异比健康个体高出14倍,这些变异都出现一个基因上-VIPR2(1)。由致病性CNV引起的基因和基因座的改变为研究大脑发育疾病的关键神经生物学机制开辟了新的研究方向。

2019年6月20日路易斯安那州大学健康科学中心药理学Xiao-Hong Lu研究团队在Molecular Psychiatry杂志上发表Dosage sensitivity intolerance of VIPR2 microduplication is disease causative to manifest schizophrenia-like phenotypes in a novel BAC transgenic mouse model(2) 通过构建VIPR2 BAC转基因小鼠,这种小鼠具有精神分裂症样行为,实现了将基因易感性转化为具体的疾病模型。


研究人员将人类VIpR2(hvipr2)拷贝数变异整合到小鼠的基因组中,构建了VIPR2 BAC转基因小鼠。通过基因组DNA的定量PCR分析表明,A品系和F品系vipr2-CNV小鼠分别具有大约1倍和4倍人类vipr2拷贝数变异。因此,A品系可模拟人类的VIPR2变异,F品系可用于研究hvipr2在小鼠体内的基因剂量效应。vipr2-CNV A品系小鼠中的人源性vipr2表达在额叶皮质,纹状体,海马,嗅球和下丘脑(图1),其中纹状体中的表达比皮层要多。尽管存在vipr2拷贝数的变异,但是不影响其他内源性基因的表达。

图1,vipr2-CNV小鼠中vipr2的表达

研究人员利用多个行为学实验检测vipr2-CNV 品系小鼠的行为表型,具体如下:T字迷宫实验发现vipr2-CNV A和F品系小鼠存在空间学习障碍,三箱社交实验也发现这两个品系小鼠表现出社交障碍;新物体识别实验表明这两个品系小鼠存在识别记忆障碍;这两种品系小鼠也出现了前脉冲抑制(PPI)降低(一种经典的感觉运动门控模型,可用于评价精神分裂症)。这些结构表明vipr2-CNV 品系小鼠具有精神分裂症样行为,可作为精神分裂症的模型。

先前研究表明纹状体多巴胺受体2介导的多巴胺神经传递功能增强可能是精神分裂症发病机制的潜在机制(3)。基于这个发现,免疫荧光发现vipr2-CNV A和F品系小鼠的背侧纹状体多巴胺受体2表达增加,而在腹侧纹状体并没有变化。高效液相色谱仪也发现背侧纹状体多巴胺水平增加。为了进一步探究vipr2-CNV 品系小鼠具有精神分裂症表型的分子学机制,研究人员检测了野生型小鼠和vipr2-CNV在成年期和出生后第18天的cAMP水平和PKA(cAMP依赖蛋白激酶)水平,结果发现只有在出生后第18天vipr2-CNV小鼠的cAMP、PKA水平增加,这进一步表明vipr2-CNV小鼠cAMP-PKA信号通路存在障碍。

既然vipr2-CNV纹状体分子水平发生了变化,那么该脑区是否会发生结构学变化?研究人员利用免疫荧光发现出生后第14天的vipr2-CNV小鼠的纹状体棘突投射神经元的兴奋性突触前标志物VGLUTs表达增加,这个结果表明vipr2-CNV小鼠接受更多的兴奋性突触的输入。此外,纹状体棘突投射神经元的树突复杂性减低(图2),未成熟的树突棘增加,而成熟的树突棘减少。总的来说,出生早期vipr2-CNV小鼠纹状体的兴奋性突触输入增多,但树突棘则存在发育障碍。

图2,vipr2-CNV小鼠纹状体棘突投射神经元的形态学变化

vipr2-CNV小鼠具有两个Loxp位点,因此可与cre小鼠杂交后实现特定时间的敲除vipr2。研究人员将vipr2-CNV小鼠与多巴胺受体1-cre小鼠杂交,特异性敲除多巴胺受体1阳性神经元上的vipr2,结果发现背侧纹状体多巴胺受体2恢复至正常水平,空间记忆能力、社交能力也恢复了。最重要的是前脉冲抑制(PPI)在一定程度上增加。这些结果表明敲除多巴胺受体1阳性神经元上的vipr2后,vipr2-CNV小鼠的精神分裂症样行为表型都消失了。这在一定程度上支撑了精神分裂症多巴胺神经递质增强的神经学生物机制。

总的来说,文章构建了VIPR2 CNV转基因小鼠,这种小鼠具有精神分裂症的表型,发现了VIPR2在多巴胺神经元过度表达参与精神分裂症的病理过程。此外这种模型小鼠也可用于神经发育疾病的研究,可被广泛作为临床前模型使用。

来源:BioArt   编辑:王小果

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