Ratos imunodeficientes: a ligação NOD

Dear JAXY: Porque é que NOD é a base genética preferida para os ratos imunodeficientes?

Como discutimos num post anterior, os ratos nãoobesos diabéticos (NOD/ShiLtJ) são um dos ratos mais utilizados para modelar a diabetes insulino-dependente (Tipo I). Parece-me estranho que esta estirpe se torne o pano de fundo de escolha no desenvolvimento do Nod Scid Gamma (NSG) e de outros ratos gravemente imunodeficientes que revolucionaram o desenvolvimento da próxima geração de modelos de cancro humano e de doenças infecciosas. Como exatamente isso aconteceu?

Ratos imunodeficientes da DEN avançam tanto na pesquisa de diabetes quanto na pesquisa de doenças infecciosas humanas

Dois objetivos distintos de pesquisa impulsionaram o desenvolvimento de modelos imunodeficientes da DEN:

1) O desenvolvimento de um rato que poderia ser usado para descobrir quais células imunológicas realmente impulsionam o desenvolvimento da diabetes auto-imune em camundongos da DEN.

Como descrito num post recente, os ratos NOD-scid (NOD.CB17-Prkdcscid/J), por serem deficientes de células B e T, não desenvolvem diabetes. Como resultado, eles são os hospedeiros perfeitos para a transferência adotiva de células T e B de camundongos diabéticos NOD para investigar seu papel no desenvolvimento da diabetes auto-imune (Tipo 1).

2) O desenvolvimento de um camundongo que suportaria a gravação a longo prazo de células e tecidos humanos para estudos relacionados a doenças infecciosas humanas e câncer.

O Prkdcscid é uma mutação espontânea inicialmente caracterizada em uma linhagem BALB/c congênica chamada C.B-17. Embora os ratos C.B-17-scid sejam ambos deficientes em células T e B, eles falham em suportar a gravação a longo prazo das células imunitárias humanas que são críticas para o desenvolvimento de modelos animais pequenos para doenças infecciosas humanas como o HIV. A explicação provável para sua capacidade limitada de enxerto é que os camundongos C.B-17-scid retêm a função normal das células NK e mielóide.

Acontece que os camundongos consanguíneos de NOD têm deficiências inerentes nas atividades das células imunológicas celulares e humoral chave que aumentam a deficiência imunológica geral dos camundongos NOD-scid em comparação com os de C.B-17-scid ou C57BL/6-scid (B6.CB17-Prkdcscid/SzJ) -mice.

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Imunodeficiências imunológicas persistentes em camundongos que aumentam as deficiências imunológicas induzidas geneticamente

Ratos consanguíneos da DEN são caracterizados pelas seguintes deficiências imunológicas inerentes:

1) Ausência de complemento circulatório. O sistema de complemento é um componente proteico múltiplo do sistema imunológico inato que auxilia anticorpos e células fagocitárias na destruição e remoção de patógenos do hospedeiro.

Normalmente, um subgrupo de proteínas do complemento forma complexos que fazem buracos na membrana celular de um patógeno e lisa a célula invasora. Ratos NOD, assim como várias outras linhagens consanguíneas, são homozigotos para uma deleção no gene do complemento hemolítico (Hc) que previne a expressão da proteína complementar Hc (aka C5). Sem o C5 funcional, as proteínas do complemento não conseguem se reunir, e os patógenos invasores escapam de seus efeitos nocivos.

2) Células assassinas naturais defeituosas (NK). Em comparação com os ratos BALB/c e C.B-17, os camundongos com NOD têm reduzido severamente a atividade das células NK (Kataoka et al. 1983). As células NK são uma classe de células citotóxicas no sistema imunológico inato que respondem rapidamente às células infectadas viralmente na ausência de anticorpos.

Importante, a atividade das células NK é um grande impedimento para a formação de células hematopoiéticas humanas em camundongos. Portanto, a função reduzida das células NK em camundongos NOD melhora muito o enxerto de células humanas.

3) Diferenciação e déficits funcionais em macrófagos e células que apresentam antígenos (APCs). Macrófagos e APCs são células imunes que são importantes para engolir patógenos. A subsequente exibição de antígenos derivados dos patógenos na superfície celular dos APCs é fundamental para desencadear respostas imunes adaptativas.

Macrófagos de camundongos consanguíneos do NOD retêm muitas das características de macrófagos de células imaturas e têm fracas respostas funcionais (Serreze et al. 1993). As células dendríticas antígenas presentes em camundongos com DEN também apresentam defeitos de maturação (Pearson et al. 2003).

Combinado, os atributos acima fazem do fundo genético da DEN uma plataforma ideal que, em combinação com a mutação escarlate, produz camundongos que suportam melhor a incorporação de células imunes derivadas de humanos. De facto, os ratos que suportam a mutação da DEN-scid suportam níveis 5 vezes mais elevados de células linfóides humanas, em comparação, por exemplo, com os ratos C.B-17-scid.

Got Sirpa?

O alelo SirpaNOD promove o enxerto de células estaminais hematopoiéticas humanas (HHSCs) em ratos imunodeficientes derivados de NOD.

A corrida para desenvolver ratos imunodeficientes derivados de NOD ainda mais avançados tem sido alimentada pela necessidade de desenvolver ratos “humanizados” – ou seja, ratos que expressam células imunitárias humanas totalmente funcionais no lugar das suas contrapartes murinas.

Sabe-se há mais de uma década que os ratos imunodeficientes com células estaminais hematopoiéticas humanas (HSCs) de origem NOD gravam mais eficientemente do que os ratos imunodeficientes com outras origens genéticas. Este fenómeno foi recentemente explicado pela descoberta de que os macrófagos na medula óssea dos ratos da NOD expressam uma variante da proteína alfa (Sirpa) que tem uma maior afinidade com as células estaminais hematopoiéticas humanas (Takenaka et al. 2007; van den Berg e van der Schoot 2008). Ratos NOD-SCID que carregam um alelo Sirpa de ratos NOR, uma estirpe que está intimamente relacionada com a NOD, não gravam hHSCs tão prontamente.

O que faz a Sirpa do?

Proteína SIRPA tanto em ratos como em humanos interage com Cd47, e controla múltiplas funções em células mielóides. Uma das mais bem documentadas é a regulação negativa por SIRPA em macrófagos de fagocitose de células hospedeiras, crítica para o “auto-reconhecimento” e tolerância ao transplante. Quando o SIRPA ligado aos macrófagos se liga ao Cd47 da célula hospedeira, ele gera um sinal inibitório dependente de SHP-1 que impede os macrófagos de engolir a célula Cd47-positiva.

Atualmente, não está claro, no entanto, se a ligação melhorada da proteína SirpaNOD ao hCD47 e a ativação de um sinal inibitório fagocitário é o mecanismo real que é responsável pela melhor gravação de hHSCs em camundongos imunodeficientes derivados de NOD.

Vale a pena notar que ratos imunodeficientes com antecedentes genéticos não derivados de DENOD estão agora a ficar disponíveis que exageram a proteína SIRPA humana (por exemplo, C;129S4-Rag2tm1.1Flv Il2rgtm1.1FlvTg(SIRPA)1Flv/J) e mostram níveis de gravações de hHSCs comparáveis aos dos ratos NSG.

A transferência da mutação scid para o background NOD provou ser um avanço chave que tanto avançou nossa compreensão da diabetes Tipo I e levou ao desenvolvimento de modelos animais pequenos mais robustos para o estudo de uma ampla gama de doenças humanas. Quem sabia que um rato diabético se tornaria, sem dúvida, a estirpe de fundo mais importante na pesquisa de doenças humanas baseada em xenoenxertos?