Milý JAXY: Proč je NOD preferovaným genetickým pozadím pro imunodeficitní myši?
Jak jsme uvedli v předchozím příspěvku, neobézní diabetické myši (NOD/ShiLtJ) jsou jedny z nejčastěji používaných myší pro modelování diabetu závislého na inzulínu (typu I). Připadá mi zvláštní, že se tento kmen stal pozadím volby při vývoji Nod Scid Gamma (NSG) a dalších těžce imunodeficitních myší, které způsobily revoluci ve vývoji nové generace lidských modelů rakoviny a infekčních onemocnění. Jak se to přesně stalo?
Imunodeficientní myši NOD posunuly výzkum diabetu i lidských infekčních onemocnění
Dva různé výzkumné cíle vedly k vývoji imunodeficientních modelů NOD:
1) Vývoj myši, kterou by bylo možné použít k odhalení toho, které imunitní buňky skutečně řídí vývoj autoimunitního diabetu u myší NOD.
Jak bylo uvedeno v nedávném příspěvku, u myší NOD-scid (NOD.CB17-Prkdcscid/J), protože mají nedostatek B a T buněk, nedochází k rozvoji diabetu. V důsledku toho jsou ideálními hostiteli pro adoptivní přenos T a B buněk z diabetických NOD myší za účelem zkoumání jejich role při rozvoji autoimunitního diabetu (1. typu).
2) Vývoj myši, která by podporovala dlouhodobé vštěpování lidských buněk a tkání pro studie týkající se lidských infekčních onemocnění a rakoviny.
Prkdcscid je spontánní mutace původně charakterizovaná u kongenního kmene BALB/c nazvaného C.B-17. Tato mutace se objevuje u myší, které se vyskytují u myší NOD. Přestože myši C.B-17-scid mají nedostatek T i B buněk, nepodporují dlouhodobé přihojení lidských imunitních buněk, které jsou rozhodující pro vývoj malých zvířecích modelů lidských infekčních onemocnění, jako je HIV. Pravděpodobným vysvětlením jejich omezené schopnosti vštěpování je, že myši C.B-17-scid si zachovávají normální funkci NK a myeloidních buněk.
Ukazuje se, že inbrední myši NOD mají vrozené nedostatky v klíčových aktivitách humorálních a buněčných imunitních buněk, což zvyšuje celkový imunitní deficit myší NOD-scid ve srovnání s myší C.B-17-scid.B-17-scid nebo C57BL/6-scid (B6.CB17-Prkdcscid/SzJ) -myši.
Vrozené imunitní nedostatky u NOD myší, které zvyšují geneticky indukované imunitní nedostatky
NOD inbrední myši jsou charakterizovány následujícími vrozenými imunitními nedostatky:
1) Absence cirkulujícího komplementu. Systém komplementu je složka vrozeného imunitního systému založená na mnoha proteinech, která pomáhá protilátkám a fagocytujícím buňkám při ničení a odstraňování patogenů z hostitele.
Obvykle podskupina proteinů komplementu tvoří komplexy, které dělají díry do buněčné membrány patogenu a lyzují napadenou buňku. Myši NOD, stejně jako několik dalších inbredních kmenů, jsou homozygotní pro deleci v genu pro hemolytický komplement (Hc), která zabraňuje expresi proteinu Hc (alias C5) komplementu. Bez funkčního C5 se proteiny komplementu nesestavují a napadající patogeny unikají jejich škodlivým účinkům.
2) Defektní přirozené zabíječské buňky (NK). Ve srovnání s myšmi BALB/c a C.B-17 mají inbrední myši NOD výrazně sníženou aktivitu NK buněk (Kataoka et al. 1983). NK buňky jsou třídou cytotoxických buněk vrozeného imunitního systému, které rychle reagují na virově infikované buňky v nepřítomnosti protilátek.
Důležité je, že aktivita NK buněk je hlavní překážkou pro přihojení lidských krvetvorných buněk u myší. Snížená funkce NK buněk u myší NOD proto výrazně zlepšuje přihojení lidských buněk.
3) Diferenciace a funkční deficity makrofágů a buněk prezentujících antigen (APC). Makrofágy a APC jsou imunitní buňky, které jsou důležité při pohlcování patogenů. Následné zobrazení antigenů pocházejících z patogenů na povrchu buněk APC je klíčové pro spuštění adaptivní imunitní odpovědi.
Makrofágy z inbredních myší NOD si zachovávají mnoho vlastností nezralých buněk makrofágů a mají slabé funkční odpovědi (Serreze et al. 1993). Antigen prezentující dendritické buňky u myší NOD rovněž vykazují defekty zrání (Pearson et al. 2003).
Kombinace výše uvedených vlastností činí z genetického pozadí NOD ideální platformu, která v kombinaci s mutací scid produkuje myši, jež podporují lepší přihojení imunitních buněk lidského původu. Myši NOD-scid skutečně podporují až pětinásobně vyšší úroveň přihojení lidských lymfoidních buněk ve srovnání například s myšmi C.B-17-scid.
Got Sirpa?
Alela SirpaNOD podporuje přihojení lidských hematopoetických kmenových buněk (hHSC) u imunodeficitních myší odvozených od NOD.
Závod o vývoj ještě dokonalejších imunodeficitních myší odvozených od NOD byl poháněn potřebou vyvinout „humanizované“ myši – to znamená myši, které exprimují plně funkční lidské imunitní buňky namísto svých myších protějšků.
Již více než deset let je známo, že imunodeficitní myši s pozadím NOD vštěpují lidské krvetvorné kmenové buňky (HSC) účinněji než imunodeficitní myši na jiném genetickém pozadí. Tento jev byl nedávno vysvětlen objevem, že makrofágy v kostní dřeni myší NOD exprimují variantu signálně-regulačního proteinu alfa (Sirpa), která má vyšší afinitu k lidským hematopoetickým kmenovým buňkám (Takenaka et al. 2007; van den Berg a van der Schoot 2008). Myši NOD-SCID, které nesou alelu Sirpa z myší NOR, kmene, který je blízce příbuzný NOD, neštěpí hHSC tak snadno.
Co dělá Sirpa?
Protein Sirpa u myší i lidí interaguje s Cd47 a řídí řadu funkcí v myeloidních buňkách. Jednou z nejlépe zdokumentovaných je negativní regulace fagocytózy hostitelských buněk makrofágy pomocí SIRPA, která je kritická pro „sebepoznání“ a transplantační toleranci. Když se SIRPA vázaná na makrofágy naváže na Cd47 hostitelské buňky, generuje inhibiční signál závislý na SHP-1, který brání makrofágům pohltit Cd47-pozitivní buňku.
V současné době však není jasné, zda je zvýšená vazba proteinu SirpaNOD na hCD47 a aktivace fagocytárního inhibičního signálu skutečným mechanismem, který je zodpovědný za lepší přihojení hHSC u imunodeficitních myší odvozených od NOD.
Je třeba poznamenat, že nyní jsou k dispozici imunodeficitní myši na genetickém pozadí, které není odvozeno od NOD a které nadměrně exprimují lidský protein SIRPA (např. C;129S4-Rag2tm1.1Flv Il2rgtm1.1FlvTg(SIRPA)1Flv/J) a vykazují úroveň přihojení hHSCs srovnatelnou s NSG myšmi.
Přenos mutace scid na pozadí NOD se ukázal být klíčovým průlomem, který jednak posunul naše chápání diabetu I. typu a jednak vedl k vývoji robustnějších modelů malých zvířat pro studium široké škály lidských onemocnění. Kdo by tušil, že se diabetická myš stane pravděpodobně nejdůležitějším kmenovým pozadím ve výzkumu lidských onemocnění na bázi xenotransplantátů?