Fus基因敲除小鼠 [复制链接]

赛业生物《每周一鼠》，每周更新，为大家讲解一个小鼠模型的故事，希望对大家了解不同的小鼠模型有所帮助。今天和大家见面的是Fus基因敲除小鼠。

Fus基因

该基因编码异质核核糖核蛋白（hnRNP）复合物的多功能蛋白质组分。hnRNP复合物参与pre-mRNA剪接和完全加工的mRNA向细胞质的输出。该蛋白属于FET家族的RNA结合蛋白，其与基因表达的调节、基因组完整性的维持和mRNA/microRNA加工有关。该基因缺陷会导致肌萎缩侧索硬化。

人FUS基因是由15个外显子编码个氨基酸的RNA结合蛋白，包含几个不同的功能域，包括RNA识别基序和高度保守的C端核定位信号（NLS），许多已识别的突变发生在该区域。该结构域与尤文氏肉瘤（EWS）蛋白和TATA结合蛋白相关因子15（TAF15）共享，它们与FUS一起被称为FET蛋白家族，最初被描述为人类恶性肿瘤中融合癌基因的一部分。[1]

图1.FUS的结构和功能域。[1]

Fus基因敲除小鼠表型

1基因组维护和染色体稳定性

Hicks等人使用基因捕获载体随机插入FUS基因第12号外显子构建Fus敲除小鼠。该等位基因产生了一个截断的转录本，westernblot分析证实该等位基因表达了低水平的截断蛋白。然而，由于缺少核酸结合域，预计表达的产物不会保留活性。

Fus敲除的纯合子小鼠不能哺乳，并在出生16小时内死亡（表1）。新生的Fus敲除小鼠通常是同窝中最小的，但大小不超过正常变化。从胚胎期（E）16日到出生，Fus敲除胚胎的胸腺大小也减少，但总体胸腺结构是正常的。此外，Fus敲除小鼠发育正常，系列切片的组织学检查证实所有主要器官和组织的结构和发育正常。

表1.Fus敲除小鼠生存、死亡情况。[2]

从E14.5小鼠移植的原代成纤维细胞中制备的中期染色体分析显示，超过67%的Fus-/-细胞染色体存在非整倍性。还经常观察到其他染色体畸变，包括染色体断裂、着丝粒融合和染色体外遗传成分（EEs）的存在。对原代B淋巴细胞观测也得到了类似的结果。Fus在维持基因组稳定性方面的作用表明，在人类癌症中当Fus基因易位时，可能有助于Fus的致癌潜力。

图2.Fus-/-细胞中基因组不稳定性的发生率高[2]

2生殖

Kuroda等人使用基因捕获载体随机插入基因第8号外显子产生Fus敲除小鼠.该等位基因不表达完整的Fus蛋白。在svev的近交繁殖背景下，很少有纯合敲除小鼠在断奶时还存活，没有小鼠能生长到成年。但在部分远交背景下（svev和CD1品系杂交），Fus-/-小鼠的生存几乎没有受到损害。

Fus-/-小鼠与野生型的交配显示雄性完全不育，雌性的生育能力降低。后者反映在产仔数方面大约是svev;CD1背景产仔数的一半。不育雄性表现出正常的交配行为并产生交配栓。Fus-/-小鼠附属性器官的大小与小鼠的整体大小是成比例地减小的。内生殖器解剖结构正常，精囊内含有正常量的精液。这些解剖特征和Fus-/-小鼠的正常交配行为表明雄激素功能没有受到突变的影响。

图3.9周龄的野生型和Fus-/-小鼠雄性的内生殖器显微照片。[3]

Fus-/-小鼠的睾丸只有正常大小的三分之二到一半，这是由精原上皮体积的选择性减少引起的。对13只成年Fus-/-小鼠进行组织学检查：在3/13的Fus-/-小鼠中，精原细胞保存良好，是主要的细胞。其余10例中，大部分小管中存在精母细胞，但在上皮阶段III-VIII出现粗线期细胞凋亡。因此，在上皮期IX-XI小管中，细线期/合子期精母细胞比粗线期/双线期精母细胞多得多。此外，在第XII期小管中观察到了许多减数分裂过程中精母细胞死亡的例子。这些早期缺陷是局部的，偶尔会观察到一些圆形的精子，甚至一些形状异常的凝聚形式。该结果表明Fus-/-圆形精子细胞可能是二倍体。这些结果表明Fus的缺失导致了减数分裂过程中的重大缺陷。Leydig细胞比例的明显增加可能是由于肾小管体积的减少，而不是这些细胞的数量或大小的真正增加。野生型和突变型小鼠的睾酮水平相当，证明了这些Leydig细胞的功能正常。

图4.Fus缺陷与精子发生缺陷有关。（A）野生型小鼠睾丸代表性切片的显微照片。4和5中的箭头指向退化的减数分裂前精母细胞，6和7中的箭头指向Fus-/-睾丸中明显较大的圆形精子。7中的星号指向变形的细长精子。[3]

3行为学

Kino等人为了最大限度地提高FusKO小鼠的存活率，使用Hicks等人建立的小鼠模型与ICR小鼠杂交，建立远交背景下的纯合子小鼠。

Fus-/-小鼠即使在90周龄时，也没有表现出明显的运动缺陷。与野生型小鼠相比，Fus-/-小鼠脊髓中胆碱乙酰转移酶阳性运动神经元的数量没有减少。此外，Fus-/-小鼠的肌肉组织学没有表现出明显的萎缩表型。还测量了Fus-/-小鼠的震颤样运动。与野生型小鼠相比，没有检测到Fus-/-小鼠的振幅有任何增加。因此，Fus基因缺陷不足以在小鼠体内诱导肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）或特发性震颤（ET）样表型。Fus-/-小鼠没有表现出ALS或ET样症状。最简单的解释是Fus功能的丧失不足以导致ALS或ET。

图5.远交Fus-/-小鼠表型。[4]

对Fus-/-小鼠进行行为分析发现Fus缺失改变了小鼠的部分脑功能，而运动功能未明显受损。Fus-/-小鼠表现出行为异常，即多动和焦虑相关行为的减少。

图6.远交Fus-/-小鼠的行为分析。[4]

FUS基因突变已被确定为肌萎缩侧索硬化（ALS）、特发性震颤和罕见形式的额颞叶变性（FTLD）的致病或危险因素。许多与ALS相关的突变位于FUS的C端核定位信号中，导致它位于细胞质中而不是细胞核中（野生型FUS主要位于此处）。虽然与ALS相关的突变基本没有“失活（LossFunction）”型的，但基因敲除小鼠仍然是我们研究这些基因功能和ALS深层机理的重要工具。

参考文献：

1.NolanM,TalbotK,AnsorgeO.PathogenesisofFUS-associatedALSandFTD:insightsfromrodentmodels.ActaNeuropatholCommun.Sep6;4（1）:99.doi:10./s---8.PMID:;PMCIDMC.

2.HicksGG,SinghN,NashabiA,MaiS,BozekG,KlewesL,ArapovicD,WhiteEK,KouryMJ,OltzEM,VanKaerL,RuleyHE.FusdeficiencyinmiceresultsindefectiveB-lymphocytedevelopmentandactivation,highlevelsofchromosomalinstabilityandperinataldeath.NatGenet.Feb;24（2）:-9.doi:10./.PMID:.

3.KurodaM,SokJ,WebbL,BaechtoldH,UranoF,YinY,ChungP,deRooijDG,AkhmedovA,AshleyT,RonD.MalesterilityandenhancedradiationsensitivityinTLS（-/-）mice.EMBOJ.Feb1;19（3）:-62.doi:10./emboj/19.3..PMID:;PMCIDMC.

4.KinoY,WashizuC,KurosawaM,YamadaM,MiyazakiH,AkagiT,HashikawaT,DoiH,TakumiT,HicksGG,HattoriN,ShimogoriT,NukinaN.FUS/TLSdeficiencycausesbehavioralandpathologicalabnormalitiesdistinctfromamyotrophiclateralsclerosis.ActaNeuropatholCommun.Apr25;3:24.doi:10./s---6.PMID:;PMCIDMC.