Myszy z niedoborem odporności: związek z NOD

Drogi JAXY: Dlaczego NOD jest preferowanym tłem genetycznym dla myszy z niedoborem odporności?

Jak omówiliśmy we wcześniejszym poście, myszy z cukrzycą bez otyłości (NOD/ShiLtJ) są jednymi z najczęściej używanych myszy do modelowania cukrzycy insulinozależnej (typu I). Wydaje mi się dziwne, że ten szczep stałby się tłem z wyboru w rozwoju Nod Scid Gamma (NSG) i innych myszy z poważnym niedoborem odporności, które zrewolucjonizowały rozwój następnej generacji ludzkich modeli raka i chorób zakaźnych. Jak dokładnie do tego doszło?

Niedobór odporności u myszy NOD przyczynił się do rozwoju badań nad cukrzycą i chorobami zakaźnymi u ludzi

Dwa odrębne cele badawcze doprowadziły do opracowania modeli z niedoborem odporności u myszy NOD:

1) Opracowanie myszy, która mogłaby zostać wykorzystana do odkrycia, które komórki odpornościowe faktycznie napędzają rozwój cukrzycy autoimmunologicznej u myszy NOD.

Jak opisano w ostatnim poście, myszy NOD-scid (NOD.CB17-Prkdcscid/J), ponieważ są pozbawione komórek B i T, nie rozwijają cukrzycy. W rezultacie są idealnymi gospodarzami do adopcyjnego transferu komórek T i B z myszy NOD z cukrzycą w celu zbadania ich roli w rozwoju cukrzycy autoimmunologicznej (typu 1).

2) Rozwój myszy, która wspierałaby długotrwałe wszczepianie ludzkich komórek i tkanek do badań związanych z ludzkimi chorobami zakaźnymi i nowotworami.

Prkdcscid jest spontaniczną mutacją początkowo scharakteryzowaną w szczepie kongenicznym BALB/c zwanym C.B-17. Chociaż myszy C.B-17-scid są zarówno niedoborem komórek T i B, nie wspierają długotrwałego wszczepiania ludzkich komórek odpornościowych, które są krytyczne dla rozwoju małych modeli zwierzęcych dla ludzkich chorób zakaźnych, takich jak HIV. Prawdopodobnym wyjaśnieniem ich ograniczonej zdolności do wszczepiania jest to, że myszy C.B-17-scid zachowują normalną funkcję komórek NK i mieloidalnych.

Okazuje się, że myszy wsobne NOD mają wrodzone braki w kluczowych humoralnych i komórkowych czynnościach komórek odpornościowych, które zwiększają ogólny niedobór odporności myszy NOD-scid w porównaniu z C.B-17-scid lub C57BL/6-scid (B6.CB17-Prkdcscid/SzJ) -mice.

Wrodzone niedobory odporności u myszy NOD, które zwiększają genetycznie wywołane niedobory odporności

Myszy wsobne NOD charakteryzują się następującymi wrodzonymi niedoborami odporności:

1) Brak krążącego dopełniacza. Układ dopełniacza jest opartym na wielu białkach składnikiem wrodzonego układu odpornościowego, który wspomaga przeciwciała i komórki fagocytujące w niszczeniu i usuwaniu patogenów z organizmu gospodarza.

Normalnie podgrupa białek dopełniacza tworzy kompleksy, które dziurawią błonę komórkową patogenu i liżą inwazyjną komórkę. Myszy NOD, jak również kilka innych szczepów wsobnych, są homozygotyczne dla delecji w genie dopełniacza hemolitycznego (Hc), który zapobiega ekspresji białka dopełniacza Hc (aka C5). Bez funkcjonalnego C5, białka dopełniacza nie składają się, a inwazyjne patogeny unikają swojego niszczącego działania.

2) Uszkodzone komórki Natural Killer (NK). W porównaniu z myszami BALB/c i C.B-17, myszy wsobne NOD mają znacznie zmniejszoną aktywność komórek NK (Kataoka et al. 1983). Komórki NK są klasą komórek cytotoksycznych we wrodzonym układzie odpornościowym, które szybko reagują na komórki zainfekowane wirusem przy braku przeciwciał.

Co ważne, aktywność komórek NK jest główną przeszkodą w przeszczepianiu ludzkich komórek hematopoetycznych u myszy. Dlatego zmniejszona funkcja komórek NK u myszy NOD znacznie poprawia wszczepianie ludzkich komórek.

3) Deficyty różnicowania i funkcjonalne w makrofagach i komórkach prezentujących antygen (APCs). Makrofagi i APCs są komórkami odpornościowymi, które odgrywają ważną rolę w wychwytywaniu patogenów. Późniejsze wyświetlanie antygenów pochodzących z patogenów na powierzchni komórek APC jest kluczowe w wyzwalaniu adaptacyjnych odpowiedzi immunologicznych.

Makrofagi pochodzące od myszy wsobnych NOD zachowują wiele cech makrofagów z niedojrzałych komórek i mają słabe odpowiedzi funkcjonalne (Serreze et al. 1993). Prezentujące antygen komórki dendrytyczne u myszy NOD również wykazują defekty dojrzewania (Pearson et al. 2003).

Połączone, powyższe cechy sprawiają, że tło genetyczne NOD jest idealną platformą, która w połączeniu z mutacją scid, produkuje myszy, które wspierają lepsze wszczepianie komórek odpornościowych pochodzących od człowieka. Rzeczywiście, myszy NOD-scid wspierają aż 5-krotnie wyższe poziomy wszczepiania ludzkich komórek limfoidalnych, w porównaniu do na przykład myszy C.B-17-scid.

Got Sirpa?

Allel SirpaNOD promuje wszczepianie ludzkich krwiotwórczych komórek macierzystych (hHSCs) u myszy z niedoborem odporności wywodzących się z NOD.

Wyścig w celu opracowania jeszcze bardziej zaawansowanych myszy z niedoborem odporności wywodzących się z NOD był napędzany potrzebą opracowania „uczłowieczonych” myszy – to znaczy myszy, które wyrażają w pełni funkcjonalne ludzkie komórki odpornościowe w miejsce ich odpowiedników pochodzących od myszy.

Od ponad dekady wiadomo, że myszy z niedoborem odporności na podłożu NOD przeszczepiają ludzkie krwiotwórcze komórki macierzyste (HSCs) skuteczniej niż myszy z niedoborem odporności na innych podłożach genetycznych. Zjawisko to zostało ostatnio wyjaśnione przez odkrycie, że makrofagi w szpiku kostnym myszy NOD wykazują ekspresję wariantu białka sygnałowo-regulacyjnego alfa (Sirpa), które ma większe powinowactwo do ludzkich krwiotwórczych komórek macierzystych (Takenaka i wsp. 2007; van den Berg i van der Schoot 2008). Myszy NOD-SCID, które są nosicielami allelu Sirpa pochodzącego od myszy NOR, szczepu blisko spokrewnionego z NOD, nie zrastają się tak łatwo z hHSCs.

Co robi Sirpa?

Białko Sirpa zarówno u myszy jak i u ludzi wchodzi w interakcje z Cd47 i kontroluje wiele funkcji w komórkach mieloidalnych. Jedną z najlepiej udokumentowanych jest negatywna regulacja przez SIRPA w makrofagach fagocytozy komórek gospodarza, krytyczna dla „samorozpoznania” i tolerancji transplantacji. Kiedy SIRPA związana z makrofagiem wiąże się z komórką gospodarza Cd47, generuje zależny od SHP-1 sygnał hamujący, który zapobiega wchłanianiu przez makrofagi komórki Cd47-dodatniej.

Obecnie nie jest jednak jasne, czy zwiększone wiązanie białka SirpaNOD do hCD47 i aktywacja sygnału hamującego fagocytowanie jest faktycznym mechanizmem odpowiedzialnym za zwiększoną engraftmentację hHSCs u myszy z niedoborem odporności pochodzącym od NOD.

Przeniesienie mutacji scid na tło NOD okazało się kluczowym przełomem, który zarówno posunął naprzód nasze rozumienie cukrzycy typu I, jak i doprowadził do rozwoju bardziej wytrzymałych małych modeli zwierzęcych do badania szerokiej gamy chorób ludzkich. Kto wiedział, że mysz cukrzycowa stanie się prawdopodobnie najważniejszym szczepem tła w badaniach nad chorobami człowieka opartych na ksenograftach?