Șoareci imunodeficienți: conexiunea NOD

Dragă JAXY: De ce este NOD fondul genetic preferat pentru șoarecii imunodeficienți?

După cum am discutat într-o postare anterioară, șoarecii diabetici non-obezi (NOD/ShiLtJ) sunt unul dintre cei mai frecvent folosiți șoareci pentru a modela diabetul insulino-dependent (tip I). Mi se pare ciudat că această tulpină ar fi devenit fondul de alegere în dezvoltarea șoarecilor Nod Scid Gamma (NSG) și a altor șoareci cu imunodeficiență severă care au revoluționat dezvoltarea modelelor de cancer uman și de boli infecțioase de ultimă generație. Cum anume s-a întâmplat acest lucru?

Șoarecii NOD imunodeficienți fac să avanseze atât cercetarea diabetului cât și a bolilor infecțioase umane

Două obiective de cercetare distincte au condus la dezvoltarea modelelor imunodeficiente NOD:

1) Dezvoltarea unui șoarece care ar putea fi folosit pentru a descoperi ce celule imune conduc de fapt dezvoltarea diabetului autoimun la șoarecii NOD.

Așa cum s-a subliniat într-o postare recentă, șoarecii NOD-scid (NOD.CB17-Prkdcscid/J), deoarece sunt deficitari în celule B și T, nu dezvoltă diabet. Prin urmare, aceștia sunt gazdele perfecte pentru transferul adoptiv de celule T și B de la șoarecii NOD diabetici pentru a investiga rolurile acestora în dezvoltarea diabetului autoimun (de tip 1).

2) Dezvoltarea unui șoarece care să susțină grefarea pe termen lung a celulelor și țesuturilor umane pentru studii legate de bolile infecțioase umane și de cancer.

Prkdcscid este o mutație spontană caracterizată inițial într-o tulpină congenitală BALB/c numită C.B-17. Deși șoarecii C.B-17-scid sunt deficitari atât pentru celulele T, cât și pentru celulele B, aceștia nu reușesc să susțină grefarea pe termen lung a celulelor imune umane care sunt esențiale pentru dezvoltarea de modele de animale mici pentru bolile infecțioase umane, cum ar fi HIV. Explicația probabilă pentru capacitatea lor limitată de grefare este faptul că șoarecii C.B-17-scid păstrează o funcție normală a celulelor NK și mieloide.

Se pare că șoarecii consangvinizați NOD au deficiențe inerente în activitățile cheie ale celulelor imunitare umorale și celulare care sporesc deficiența imunitară generală a șoarecilor NOD-scid în comparație cu șoarecii C.B-17-scid sau C57BL/6-scid (B6.CB17-Prkdcscid/SzJ) -șoareci.

Deficiențe imunitare inerente la șoarecii NOD care sporesc deficiențele imunitare induse genetic

Șoarecii consangvinizați NOD se caracterizează prin următoarele deficiențe imunitare inerente:

1) Absența complementului circulant. Sistemul complementului este o componentă pe bază de proteine multiple a sistemului imunitar înnăscut care asistă anticorpii și celulele fagocitare în distrugerea și îndepărtarea agenților patogeni din gazdă.

Normal, un subgrup de proteine ale complementului formează complexe care fac găuri în membrana celulară a unui agent patogen și lizează celula invadatoare. Șoarecii NOD, precum și alte câteva tulpini consangvinizate, sunt homozigoți pentru o deleție în gena complementului hemolitic (Hc) care împiedică exprimarea proteinei complementului Hc (cunoscută și ca C5). Fără C5 funcțional, proteinele complementului nu reușesc să se asambleze, iar agenții patogeni invadatori scapă de efectele lor dăunătoare.

2) Celule Natural Killer (NK) defectuoase. În comparație cu șoarecii BALB/c și C.B-17, șoarecii consangvinizați NOD au o activitate sever redusă a celulelor NK (Kataoka și colab. 1983). Celulele NK sunt o clasă de celule citotoxice din sistemul imunitar înnăscut care răspund rapid la celulele infectate viral în absența anticorpilor.

Important este faptul că activitatea celulelor NK este un impediment major pentru grefa de celule hematopoietice umane la șoareci. Prin urmare, funcția redusă a celulelor NK la șoarecii NOD îmbunătățește considerabil grefarea celulelor umane.

3) Diferențierea și deficitele funcționale ale macrofagelor și ale celulelor prezentatoare de antigen (APC). Macrofagele și APCs sunt celule imune care sunt importante în înghițirea agenților patogeni. Afișarea ulterioară a antigenelor derivate din agenții patogeni pe suprafața celulară a APC este esențială în declanșarea răspunsurilor imune adaptative.

Macrofagele provenite de la șoarecii consangvinizați NOD păstrează multe dintre caracteristicile macrofagelor din celulele imature și au răspunsuri funcționale slabe (Serreze et al. 1993). Celulele dendritice prezentatoare de antigen de la șoarecii NOD prezintă, de asemenea, defecte de maturare (Pearson et al. 2003).

Combinate, atributele de mai sus fac din fondul genetic NOD o platformă ideală care, în combinație cu mutația scid, produce șoareci care susțin o mai bună grefare a celulelor imune de origine umană. Într-adevăr, șoarecii NOD-scid suportă niveluri de până la 5 ori mai mari de grefare a celulelor limfoide umane, în comparație, de exemplu, cu șoarecii C.B-17-scid.

Aveți Sirpa?

Alela SirpaNOD favorizează grefarea celulelor stem hematopoietice umane (hHSCs) la șoarecii imunodeficienți derivați NOD.

Cursa pentru a dezvolta șoareci imunodeficienți derivați NOD și mai avansați a fost alimentată de necesitatea de a dezvolta șoareci „umanizați” – adică șoareci care exprimă celule imune umane complet funcționale în locul omologilor lor murini.

Se știe de peste un deceniu că șoarecii imunodeficienți cu fond NOD grefează celule stem hematopoietice umane (HSC) mai eficient decât șoarecii imunodeficienți pe alte fonduri genetice. Acest fenomen a fost explicat recent prin descoperirea faptului că macrofagele din măduva osoasă a șoarecilor NOD exprimă o variantă a proteinei alfa de reglare a semnalului (Sirpa) care are o afinitate mai mare pentru celulele stem hematopoietice umane (Takenaka et al. 2007; van den Berg și van der Schoot 2008). Șoarecii NOD-SCID care poartă o alelă Sirpa de la șoarecii NOR, o tulpină înrudită îndeaproape cu NOD, nu grefează hHSC la fel de ușor.

Ce face Sirpa?

Proteina Sirpa, atât la șoareci, cât și la oameni, interacționează cu Cd47 și controlează mai multe funcții în celulele mieloide. Una dintre cele mai bine documentate este reglarea negativă de către SIRPA în macrofage a fagocitozei celulelor gazdă, critică pentru „auto-recunoaștere” și toleranța la transplant. Atunci când SIRPA legat de macrofage se leagă de Cd47 al celulei gazdă, generează un semnal inhibitor dependent de SHP-1 care împiedică macrofagele să înghită celula Cd47-pozitivă.

În prezent, nu este clar, totuși, dacă legarea sporită a proteinei SirpaNOD la hCD47 și activarea unui semnal inhibitor fagocitar este mecanismul real care este responsabil pentru grefarea sporită a hHSC-urilor la șoarecii imunodeficienți derivați de NOD.

Este demn de remarcat faptul că, în prezent, sunt disponibili șoareci imunodeficienți pe baze genetice care nu sunt derivate din NOD, care supraexprimă proteina SIRPA umană (de exemplu, C;129S4-Rag2tm1.1Flv Il2rgtm1.1FlvTg(SIRPA)1Flv/J) și prezintă niveluri de grefare a hHSC comparabile cu cele ale șoarecilor NSG.

Transferul mutației scid pe fondul NOD s-a dovedit a fi o descoperire cheie care a avansat atât în înțelegerea noastră a diabetului de tip I, cât și a condus la dezvoltarea unor modele mai robuste de animale mici pentru studierea unei game largi de boli umane. Cine ar fi știut că un șoarece diabetic va deveni, fără îndoială, cel mai important fond de tulpină în cercetarea bolilor umane bazată pe xenogrefe?