Dear JAXY: Varför är NOD den genetiska bakgrund som föredras för immunbristande möss?
Som vi diskuterade i ett tidigare inlägg är ickeobesdiabetiska (NOD/ShiLtJ) möss en av de vanligaste möss som används för att modellera insulinberoende (typ I) diabetes. Det slår mig att det är märkligt att denna stam skulle bli den bakgrund som valdes vid utvecklingen av Nod Scid Gamma (NSG) och andra allvarligt immunbristande möss som har revolutionerat utvecklingen av nästa generations mänskliga cancer- och infektionssjukdomsmodeller. Hur exakt gick det till?
Immunodefekta NOD-möss främjar både diabetes och forskning om mänskliga infektionssjukdomar
Två olika forskningsmål drev utvecklingen av NOD-immunodefekta modeller:
1) Utvecklingen av en mus som kunde användas för att avslöja vilka immunceller som faktiskt driver utvecklingen av autoimmun diabetes hos NOD-möss.
Som beskrivs i ett nyligen publicerat inlägg utvecklar NOD-scid-möss (NOD.CB17-Prkdcscid/J), eftersom de saknar B- och T-celler, inte diabetes. Därför är de perfekta värdar för adoptiv överföring av T- och B-celler från diabetiska NOD-möss för att undersöka deras roll i utvecklingen av autoimmun (typ 1)-diabetes.
2) Utveckling av en mus som skulle kunna stödja långvarig inympning av mänskliga celler och vävnader för studier som rör infektionssjukdomar och cancer hos människor.
Prkdcscid är en spontan mutation som ursprungligen karakteriserades i en BALB/c-kongenisk stam kallad C.B-17. Även om C.B-17-scid-möss har brist på både T- och B-celler misslyckas de med att stödja långsiktig inympning av de mänskliga immunceller som är kritiska för att utveckla smådjursmodeller för infektiösa sjukdomar hos människor, t.ex. hiv. Den troliga förklaringen till deras begränsade transplantationsförmåga är att C.B-17-scid-möss har normal funktion av NK- och myeloida celler.
Det visar sig att inavlade NOD-möss har inneboende brister i viktiga humorala och cellulära immuncellsaktiviteter, vilket förstärker den totala immunbristen hos NOD-scid-möss i jämförelse med C.B-17-scid eller C57BL/6-scid (B6.CB17-Prkdcscid/SzJ) -möss.
Inherenta immunbrister hos NOD-möss som förstärker genetiskt inducerade immunbrister
NOD inavlade möss kännetecknas av följande inneboende immunbrister:
1) Frånvaro av cirkulerande komplement. Komplementsystemet är en multiproteinbaserad komponent i det medfödda immunförsvaret som hjälper antikroppar och fagocytiska celler att förstöra och rensa bort patogener från värden.
Normalt bildar en undergrupp av komplementproteiner komplex som sticker hål i en patogens cellmembran och lyserar den invaderande cellen. NOD-möss, liksom flera andra inavelsstammar, är homozygota för en deletion i den hemolytiska komplementgenen (Hc) som förhindrar uttrycket av Hc-komplementproteinet (även kallat C5). Utan fungerande C5 misslyckas komplementproteinerna med att samlas och invaderande patogener undgår sina skadliga effekter.
2) Defekta Natural Killer-celler (NK-celler). I jämförelse med BALB/c- och C.B-17-möss har inavlade NOD-möss kraftigt nedsatt NK-cellsaktivitet (Kataoka et al. 1983). NK-celler är en klass av cytotoxiska celler i det medfödda immunförsvaret som snabbt reagerar på viralt infekterade celler i avsaknad av antikroppar.
Väsentligt är att NK-cellernas aktivitet är ett stort hinder för inympning av humana hematopoetiska celler i möss. Därför förbättrar den reducerade NK-cellsfunktionen hos NOD-möss avsevärt engraftningen av mänskliga celler.
3) Differentiering och funktionella brister hos makrofager och antigenpresenterande celler (APC). Makrofager och APC:er är immunceller som är viktiga för att absorbera patogener. Den efterföljande visningen av antigener som härrör från patogenerna på APC:s cellyta är avgörande för att utlösa adaptiva immunsvar.
Makrofager från inavlade NOD-möss behåller många av egenskaperna hos omogna celler makrofager och har svaga funktionella svar (Serreze et al. 1993). Antigenpresenterande dendritiska celler i NOD-möss uppvisar också mognadsdefekter (Pearson et al. 2003).
De ovan nämnda egenskaperna tillsammans gör den genetiska bakgrunden NOD till en idealisk plattform som i kombination med scid-mutationen ger upphov till möss som stödjer en bättre inympning av humant härledda immunceller. NOD-scid-möss stödjer så mycket som 5 gånger högre nivåer av transplantation av mänskliga lymfoida celler jämfört med till exempel C.B-17-scid-möss.
Got Sirpa?
SirpaNOD-allelen främjar inympning av mänskliga hematopoietiska stamceller (hHSC) i NOD-derivat immunbristande möss.
Rasket för att utveckla ännu mer avancerade NOD-derivat immunbristande möss har drivits av behovet av att utveckla ”humaniserade” möss – det vill säga möss som uttrycker fullt fungerande mänskliga immunceller i stället för deras murina motsvarigheter.
Det har varit känt i över ett decennium att immunbristande möss med NOD-bakgrund inplanterar mänskliga hematopoetiska stamceller (HSC) effektivare än immunbristande möss med annan genetisk bakgrund. Detta fenomen förklarades nyligen genom upptäckten att makrofager i benmärgen hos NOD-möss uttrycker en variant av det signalreglerande proteinet alfa (Sirpa) som har en högre affinitet för mänskliga hematopoietiska stamceller (Takenaka et al. 2007; van den Berg och van der Schoot 2008). NOD-SCID-möss som bär på en Sirpa-allel från NOR-möss, en stam som är nära besläktad med NOD, engraferar inte hHSC lika lätt.
Vad gör Sirpa?
SIRPA-proteinet hos både mus och människa interagerar med Cd47 och styr flera funktioner i myeloida celler. En av de bäst dokumenterade är den negativa regleringen av SIRPA i makrofager av värdcellsfagocytos, som är avgörande för ”självkännedom” och transplantationstolerans. När makrofagbundet SIRPA binder till värdcellens Cd47 genererar det en SHP-1-beroende hämningssignal som förhindrar makrofagerna från att uppsluka den Cd47-positiva cellen.
För närvarande är det dock inte klart om den ökade bindningen av SirpaNOD-proteinet till hCD47 och aktiveringen av en fagocytisk hämningssignal är den egentliga mekanism som är ansvarig för den förbättrade engraftningen av hHSCs hos NOD-avledda immundeficienta möss.
Det är värt att notera att immunbristande möss på genetiska bakgrunder som inte härstammar från NOD nu blir tillgängliga som överuttrycker det humana SIRPA-proteinet (t.ex. C;129S4-Rag2tm1.1Flv Il2rgtm1.1FlvTg(SIRPA)1Flv/J) och som uppvisar nivåer av hHSC-gravyr som är jämförbara med NSG-möss.
Överföringen av scid-mutationen till NOD-bakgrunden visade sig vara ett viktigt genombrott som både utvecklade vår förståelse av typ I-diabetes och ledde till utvecklingen av mer robusta smådjursmodeller för att studera ett brett spektrum av mänskliga sjukdomar. Vem kunde ana att en diabetisk mus skulle bli, utan tvekan, den viktigaste stambakgrunden i xenograftbaserad forskning om sjukdomar hos människor?