Gata2基因敲除小鼠在探索免疫缺陷的發(fā)病機制中的應(yīng)用

Gata2基因的突變與多種遺傳性和獲得性免疫疾病有關(guān)，Gata2缺乏綜合征(G2DS)是一種罕見的常染色體顯性遺傳疾病，以髓系惡性腫瘤和免疫缺陷癥狀最為常見，發(fā)病年齡跨越人生命中的各個時期。

賽業(yè)生物《每周一鼠》，每周五更新，為大家講解一個小鼠模型的故事，希望對大家了解不同的小鼠模型有所幫助。今天和大家見面的是Gata2基因敲除小鼠。

Gata2基因簡介
該基因編碼GATA鋅指轉(zhuǎn)錄因子家族的成員，其基因編碼的蛋白質(zhì)在調(diào)節(jié)參與造血和內(nèi)分泌細(xì)胞譜系發(fā)育和增殖的基因轉(zhuǎn)錄中起重要作用。該基因的突變與多種遺傳性和獲得性免疫疾病有關(guān)，包括骨髓增生異常綜合征和急性髓性白血病。其相關(guān)途徑有HDACII類和G-AlphaQ信號介導(dǎo)的信號通路。
 

圖1 Gata2基因相關(guān)信息
 

圖2 Gata2蛋白結(jié)構(gòu)

Gata2相關(guān)疾病介紹
Gata2基因參加調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞的分化、造血干細(xì)胞的增殖、IgE/肥大細(xì)胞的分化、粒細(xì)胞-單核細(xì)胞祖細(xì)胞的分化等多種細(xì)胞的分化與增值，該基因的突變會引發(fā)免疫缺陷。免疫缺陷是一種由于機體免疫系統(tǒng)發(fā)育缺陷或免疫反應(yīng)障礙導(dǎo)致機體抗感染能力下降的疾病，臨床表現(xiàn)為感染、惡性腫瘤、自身免疫病等，嚴(yán)重影響機體的健康。

該病的發(fā)病原因多種，其中先天性（原發(fā)性）免疫缺陷病的有B細(xì)胞缺陷性疾病、T細(xì)胞缺陷性疾病、T和B細(xì)胞聯(lián)合缺陷性疾病及吞噬細(xì)胞缺陷病等，后天繼發(fā)性免疫缺陷病有感染、惡性腫瘤、蛋白喪失等，醫(yī)源性免疫缺陷的誘因有長期使用免疫抑制劑、抗生素、放射性損傷等。此病的治療較為復(fù)雜，治療方法有：應(yīng)用免疫抑制劑（IgG、特異性免疫血清、細(xì)胞因子等）、免疫重建（胸腺移植、骨髓移植、造血干細(xì)胞移植等）、基因治療等^[1~3]。

Gata2基因敲除小鼠
Charles^[4]等研究人員在Gata2基因5號外顯子兩側(cè)插入loxp位點，產(chǎn)生Gata2^flox/flox小鼠（圖3）。
 

圖3 Gata2^flox/flox小鼠構(gòu)建方式^[4]

Onodera^[1]等人將Gata2^flox/flox與ER-Cre小鼠雜交，產(chǎn)生樹突狀細(xì)胞（DC）特異性Gata2敲除小鼠（Gata2^flox/flox/ER-Cre）。研究結(jié)果表明，雜交后代DC中幾乎檢測不到Gata2 mRNA表達(dá)，脾臟中漿細(xì)胞樣DC、常規(guī)DC以及總DC百分比下降，脾臟組織中CD11c⁺細(xì)胞含量極少，此外，Gata2敲除小鼠的祖細(xì)胞數(shù)量也顯著降低（圖4）。由此可知，Gata2對調(diào)節(jié)DC分化具有重要意義，在免疫調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要作用。
 

圖4 Gata2^flox/flox小鼠免疫缺陷表型^[1]
 

圖注：A：Gata2敲除小鼠PCR分析。B：Gata2^flox/flox/ER-Cre小鼠骨髓細(xì)胞中Gata2 mRNA檢測。C：流式細(xì)胞術(shù)檢測Gata2^flox/flox/ER-Cre小鼠脾細(xì)胞中脾細(xì)胞群（pDCs(漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞）、cDCs（常規(guī)樹突狀細(xì)胞））的百分比。D：脾臟的免疫組化分析。切片用抗CD11c的抗體染色（CD11c⁺細(xì)胞為棕色）。比例尺，50μm。E：流式細(xì)胞術(shù)分析骨髓祖細(xì)胞百分比。

Li^[5]等人將Gata2^flox/flox與Mcpt5-Cre小鼠雜交產(chǎn)生結(jié)締組織肥大細(xì)胞特異性Gata2缺陷小鼠（Gata2^f/f/Mcpt5-Cre）。研究發(fā)現(xiàn)，Gata2^f/f/Mcpt5-Cre小鼠耳部皮膚、胃、氣管、腹腔中肥大細(xì)胞缺失，但存在相當(dāng)數(shù)量的堿性粒細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、自然殺傷性細(xì)胞、中性粒細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞。Gata2^f/f/Mcpt5-Cre小鼠沒有PCA（被動皮膚過敏反應(yīng)）和PSA（被動全身性過敏反應(yīng)），并且在抗原攻擊后5min沒有釋放組胺，其肥大細(xì)胞蛋白酶1（MMCP-1）的分泌也顯著低于WT小鼠。結(jié)果表明，Gata2對過敏反應(yīng)意義重大（圖5）。
 

圖5 Gata2^flox/flox小鼠免疫缺陷表型^[5]

圖注：A：腹腔肥大細(xì)胞（MC）和骨髓嗜堿性粒細(xì)胞（Ba）的流動分析。B:肥大細(xì)胞的甲苯胺藍(lán)染色。肥大細(xì)胞用箭頭表示。C：被動皮膚過敏反應(yīng)分析（用IgE抗2、4、6-三硝基苯(TNP)抗體致敏，并通過靜脈注射TNP-BSA(300μg/300μlPBS)和0.5%伊文思藍(lán)染料。注射后30分鐘，收集耳朵并在二甲基甲酰胺中培養(yǎng)48小時，然后測量二甲基甲酰胺在620nm(OD620nm)處的吸光度。）D：被動全身過敏反應(yīng)（PSA）分析（用10μgIgE抗TNP抗體致敏，并用10μgTNP-BSA攻擊。在攻擊前（0分鐘）和攻擊后5、10、15、20、25、30、40、60、80、100和120分鐘測量受攻擊小鼠的直腸溫度。）E：ElISA分析組胺含量。F：ElISA分析MMCP-1含量。G：小鼠骨髓衍生肥大細(xì)胞的PSA分析。

總結(jié)

小鼠Gata2功能的喪失所致的免疫缺陷具有潛在臨床價值，對該基因的深入研究有助于探討胚免疫缺陷的發(fā)病機制，同時亦有助于此類疾病治療新方法的研究。
 

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參考文獻(xiàn)：

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[5] Li Y, Liu B, Harmacek L, Long Z, Liang J, Lukin K, Leach SM, O'Connor B, Gerber AN, Hagman J, Roers A, Finkelman FD, Huang H. The transcription factors GATA2 and microphthalmia-associated transcription factor regulate Hdc gene expression in mast cells and are required for IgE/mast cell-mediated anaphylaxis. J Allergy Clin Immunol. 2018 Oct;142(4):1173-1184. doi: 10.1016/j.jaci.2017.10.043. Epub 2017 Dec 24. PMID: 29277702; PMCID: PMC6291018.