APP完全性敲除小鼠和APP條件性敲除小鼠在阿爾茨海默病研究的應(yīng)用

 

基因是很多人類疾病的內(nèi)在因素，對疾病相關(guān)基因的研究是生命醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的主流，如何快速了解研究疾病相關(guān)的基因以及這些基因的概況？一篇篇去讀文獻搜集篩選實在耗時耗力，為此，賽業(yè)生物的新欄目《Weekly gene》上線啦，每周二為您介紹一個基因，讓您每周快速了解一個基因，期待您的持續(xù)關(guān)注哦。今天我們要講的主角就是APP基因。

 

基因基本信息

1. 人類APP基因

基因位置：21號染色體（21q21.3）

全長：290kb，跨越18個外顯子

氨基酸范圍：639-770AA

保守性：線蟲，果蠅，所有脊椎動物

剪切產(chǎn)物：sAPPα, sAPPβ, Aβ, C83, C99, AICD, P3

細胞定位：膜蛋白

蛋白分子量：~87kd

主要蛋白氨基酸數(shù)量：770，695，751

家族基因：APLP1, APLP2

 

2. 小鼠APP基因

基因位置：16號染色體（16 C3.3;）

全長：222kb，跨越19個外顯子

敲除：長時程增強，學(xué)習(xí)記憶受影響。賽業(yè)紅鼠庫可提供APP完全性敲除小鼠和APP條件性敲除小鼠

過表達：長時程增強減弱

常用模型：5×FAD, 3×Tg, APP/PS1, APPswe

 

2. 大鼠APP基因

基因位置：11號染色體（11q11）

全長：217kb，跨越18個外顯子

敲除：無驗證數(shù)據(jù)

過表達：無信息

常用模型：APP21,APPKI, APPPS1

 

APP基因研究概況

APP編碼淀粉樣前體蛋白，其本身主要生理功能研究并未十分透徹，但其部分突變會導(dǎo)致Aβ產(chǎn)量的增加，或者Aβ更易聚集。Aβ的聚集（無論是寡聚體還是老年斑）會導(dǎo)致細胞鈣信號的紊亂和線粒體功能的失調(diào)，進而導(dǎo)致突觸的喪失和神經(jīng)元的死亡，以及一系列神經(jīng)炎癥的產(chǎn)生，這就是目前占據(jù)AD致病假說統(tǒng)治地位的Aβ假說。另有研究認為Aβ為AD副產(chǎn)物，在AD早期對神經(jīng)元有保護作用。

 

通常情況下APP由ADAM10（一種α剪切酶）剪切，這種剪切會直接將Aβ攔腰截斷，因此也就杜絕了Aβ的產(chǎn)生；但當(dāng)APP首先被BACE1剪切時，則有了產(chǎn)生Aβ的前提。在眾多家族性AD中APP突變可以大致分為三類，如果突變發(fā)生在β剪切酶切割位點（如swe等），會造成β剪切的增加；如果突變發(fā)生在γ剪切酶切割位點（如Flo，Lon等），也會導(dǎo)致Aβ表達的增加。如果突變發(fā)生在Aβ內(nèi)部（如Iow，Dut等），則會通過改變Aβ的聚集能力誘發(fā)AD。此外，AD患病組織中也發(fā)現(xiàn)如IDE, NEP, ECE, ACE, MMP等參與Aβ清除的酶活性也發(fā)現(xiàn)有所降低。近年來，也有發(fā)現(xiàn)APP的部分突變能夠降低AD的發(fā)病概率。

 

圖1. APP突變和剪切，圖片來源：推薦參考文獻1

 

阿爾茨海默病是世界上最常見的神經(jīng)退行性疾病之一。臨床表現(xiàn)為細胞外淀粉樣斑塊和細胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)，導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和細胞死亡。Aβ影響鈣穩(wěn)態(tài),線粒體氧化應(yīng)激、能量代謝和葡萄糖調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致神經(jīng)細胞死亡。阿爾茨海默病的特征還包括存在神經(jīng)纖維纏結(jié)。這些纏結(jié)是微管相關(guān)蛋白Tau過度磷酸化的結(jié)果。盡管其他激酶如PKC, PKA, Erk2也參與其中，但Tau的磷酸化主要是由GSK-3 和CDK5激酶造成的,。Tau蛋白的過磷酸化導(dǎo)致Tau蛋白從微管中分離，導(dǎo)致微管失穩(wěn)和細胞內(nèi)Tau蛋白的寡聚。神經(jīng)纖維纏結(jié)是Tau齊聚的結(jié)果，并導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。目前有研究發(fā)現(xiàn)Aβ的毒性是造成Tau過度磷酸化的元兇之一。

圖2. AD信號通路，圖片來源：Cell Signaling Technologyl

 

APP基因在人體組織的表達

APP在成年人的腦組織中高表達。此外在甲狀腺和腎中的表達量也很高。但在其他主要臟器及消化道組織中中表達豐度較低。

 

圖3：APP的表達，圖中數(shù)值為相對表達量，數(shù)據(jù)來源:NCBI。

 

推薦參考文獻：

[1] The amyloid cascade hypothesis for Alzheimer's disease: an appraisal for the development of therapeutics. Nat Rev Drug Discov 10, 698–712 (2011).

[2] Alzheimer's Disease Mechanisms and Emerging Roads to Novel Therapeutics[J]. Annual Review of Neuroence, 2016, 39(1):57.

[3] Christiane R . Alzheimer's Disease and the Amyloid Cascade Hypothesis: A Critical Review[J]. International Journal of Alzhmers Disease, 2012, 2012:369808.