Nos1基因與Nos1基因敲除小鼠簡(jiǎn)介

賽業(yè)生物《每周一鼠》，每周更新，為大家講解一個(gè)小鼠模型的故事，希望對(duì)大家了解不同的小鼠模型有所幫助。今天和大家見面的是Nos1基因敲除小鼠。

Nos1基因
該基因編碼的蛋白質(zhì)屬于一氧化氮合酶家族，可從L-精氨酸合成一氧化氮。一氧化氮是一種反應(yīng)性自由基，在包括神經(jīng)傳遞、抗菌和抗腫瘤活性在內(nèi)的多個(gè)過程中充當(dāng)生物介質(zhì)。在大腦和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，一氧化氮顯示出神經(jīng)遞質(zhì)的許多特性，并且與中風(fēng)、神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的神經(jīng)毒性、平滑肌的神經(jīng)調(diào)節(jié)（包括蠕動(dòng)）和陰莖勃起有關(guān)。NO又稱為內(nèi)皮舒張因子（EDRF），可以有效地?cái)U(kuò)張血管降低血壓。在巨噬細(xì)胞中，NO介導(dǎo)殺腫瘤和殺菌作用，NO合成酶（NOS）抑制劑阻斷這些作用的事實(shí)表明了這一點(diǎn)。
 

圖1. （A）一氧化氮的合成；（B）一氧化氮合酶（NOS）亞型：神經(jīng)元（NOS1/nNOS）、誘導(dǎo)型（NOS2/iNOS）和內(nèi)皮型（NOS3/eNOS）。[1]

Nos1基因敲除小鼠表型
1  胃
有研究發(fā)現(xiàn)，無論喂食還是禁食，Nos1純合敲除小鼠的胃都比野生型小鼠的胃大。Nos1純合敲除小鼠胃的線性尺寸范圍是野生型的1.5到3倍，胃是一個(gè)球體，這將對(duì)應(yīng)于3到27倍的體積增加。在組織學(xué)檢查中，胃層的結(jié)構(gòu)似乎保留了下來。在胃開始膨脹的早期階段，Nos1純合敲除小鼠的胃和幽門的環(huán)形肌層肥大。隨著小鼠年齡的增長，它們的胃會(huì)失去內(nèi)部褶皺，并且胃壁會(huì)變薄。可以想象，胃出口梗阻本身會(huì)導(dǎo)致一些Nos1純合敲除小鼠的過早死亡。小腸和大腸的其余部分看起來正常，沒有擴(kuò)張或阻塞的跡象。
 

圖2. Nos1 -/-純合敲除小鼠（左）和野生型對(duì)照小鼠（右）的胃。[2]

2  生殖
有研究表明，與野生型小鼠相比，Nos1純合敲除的雄性和雌性成年小鼠的性腺重量（雄性>10周，雌性>6周）顯著降低。野生型和Nos1純合敲除小鼠卵巢的組織切片檢查顯示黃體數(shù)量顯著減少。不同發(fā)育階段的卵泡數(shù)量如表1所示。與野生型小鼠卵巢相比，Nos1純合敲除小鼠的卵巢發(fā)育卵泡、前卵泡和竇卵泡的數(shù)量平均值均較低均較少，盡管這些差異沒有達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但也表明Nos1純合敲除小鼠存在排卵缺陷。另一方面，在雄性小鼠中，通過擠壓尾附睪獲得的精子計(jì)數(shù)表明Nos1純合敲除小鼠的精子發(fā)生正常。

圖3. 野生型與Nos1純合敲除小鼠的性腺重量：Nos1純合敲除小鼠的睪丸和卵巢的重量均顯著降低。[3]
 

表1. 野生型和Nos1純合敲除小鼠卵巢的卵泡計(jì)數(shù)。[3]

研究人員通過放射免疫分析 （RIA）測(cè)定血漿樣品中的LH（促黃體激素）和 FSH（促卵泡激素）水平：Nos1純合敲除雄性小鼠的血漿FSH降低，而雌性小鼠的血漿LH水平增加，下丘腦促性腺激素釋放激素（GnRH）含量增加。通過手術(shù)將新生Nos1純合敲除小鼠的卵巢移植到去除卵巢的成年野生型雌性小鼠的腎囊下，同時(shí)也將新生野生型小鼠的卵巢移植到去除卵巢的純合敲除小鼠的腎囊下。八周后，殺死受體小鼠，對(duì)移植的組織進(jìn)行組織學(xué)分析。結(jié)果顯示移植導(dǎo)致卵巢表型的逆轉(zhuǎn)：在野生型激素控制下，Nos1純合敲除小鼠卵巢開始以接近正常的速率排卵，而在Nos1純合敲除小鼠中，移植的野生型卵巢排卵接近靜止。對(duì)此，一個(gè)合理的解釋是存在一個(gè)Nos1介導(dǎo)的排卵調(diào)節(jié)機(jī)制。支持這一理論的是前下丘腦中存在密集的Nos1免疫反應(yīng)性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，雌性純合敲除Nos1小鼠的GnRH和LH水平發(fā)生變化，以及移植到WT小鼠后排卵率增加。但也必須考慮另一種解釋：與生殖功能不直接相關(guān)的改變可能會(huì)阻止Nos1純合敲除小鼠的卵巢發(fā)育。較低的體重、幽門狹窄和較高的死亡率都表明：一般健康受損，營養(yǎng)不良會(huì)導(dǎo)致排卵暫停。然而，Nos1純合敲除小鼠正常的瘦素水平表明營養(yǎng)不良不太可能是排卵缺陷的原因。因此Nos1是正常的生殖功能中樞激素調(diào)節(jié)所必需的。

3  認(rèn)知能力
有研究發(fā)現(xiàn)，缺乏Nos1基因的小鼠表現(xiàn)出多種行為異常：與野生型小鼠相比，雄性Nos1純合敲除小鼠在居住-入侵模型和群體中表現(xiàn)出性行為的改變和攻擊行為增加。與野生型小鼠相比，雌性Nos1純合敲除小鼠表現(xiàn)出明顯的母性攻擊缺陷（在哺乳和養(yǎng)育幼鼠期間對(duì)入侵者的攻擊）。此外，在光照條件下，野生型和純合敲除小鼠的平衡和協(xié)調(diào)能力相當(dāng)，但夜間純合敲除小鼠的平衡和協(xié)調(diào)能力較差。

研究人員對(duì)3個(gè)月大的雄性Nos1純合敲除小鼠通過Morris水迷宮 （MWM） 和多T迷宮（MTM） 研究認(rèn)知功能。為了研究神經(jīng)學(xué)和行為的影響，進(jìn)行了一系列的觀察性測(cè)試：旋轉(zhuǎn)棒、高架迷宮（EPM）、開放場(chǎng)（OF）和社交互動(dòng)測(cè)試。在Morris水迷宮的記憶和再學(xué)習(xí)任務(wù)中（壓力條件），大多數(shù)純合敲除小鼠都失敗了，但在MTM 中表現(xiàn)更好。純合敲除小鼠表現(xiàn)出梳理頻率和進(jìn)入OF中心的頻率顯著增加。觸摸-逃脫反應(yīng)、身體位置、運(yùn)動(dòng)、骨盆和尾部抬高以及發(fā)聲減少的得分顯著增加。在EPM中，在閉合臂上花費(fèi)的時(shí)間和梳理頻率顯著增加，沒有排尿。因此得出結(jié)論，純合敲除小鼠在MWM中表現(xiàn)出空間表現(xiàn)受損，并證實(shí)了Nos1在記憶加工、維持和回憶等認(rèn)知功能中的作用。但純合敲除小鼠在MTM中表現(xiàn)良好，這是在低壓力環(huán)境下；這一事實(shí)也表明，Nos1抑制僅影響壓力條件下的認(rèn)知功能。
 

表2. 認(rèn)知測(cè)試。[4]

一氧化氮（NO）是一種氣體神經(jīng)遞質(zhì)，被認(rèn)為在多個(gè)研究領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。在神經(jīng)生物學(xué)水平上，NO作為N-甲基-D-天冬氨酸受體的第二信使并與多巴胺能和血清素能系統(tǒng)相互作用。此外，NOSI基因與精神分裂癥和雙相情感障礙相關(guān)。NOS1對(duì)心肌梗死、學(xué)習(xí)和記憶、肌肉營養(yǎng)不良病理和動(dòng)脈粥樣硬化有保護(hù)作用。因此，一氧化氮是許多疾病發(fā)病機(jī)制中的一種候選分子，也是治療其的潛在靶點(diǎn)。

本文來自賽業(yè)生物(www.cyagen.com)

參考文獻(xiàn)：
1. Mishra D, Patel V, Banerjee D. Nitric Oxide and S-Nitrosylation in Cancers: Emphasis on Breast Cancer. Breast Cancer （Auckl）. 2020 Jan 22;14:1178223419882688. doi: 10.1177/1178223419882688. PMID: 32030066; PMCID: PMC6977095.

2. Huang PL, Dawson TM, Bredt DS, Snyder SH, Fishman MC. Targeted disruption of the neuronal nitric oxide synthase gene. Cell. 1993 Dec 31;75（7）:1273-86. doi: 10.1016/0092-8674（93）90615-w. PMID: 7505721.

3. Gyurko R, Leupen S, Huang PL. Deletion of exon 6 of the neuronal nitric oxide synthase gene in mice results in hypogonadism and infertility. Endocrinology. 2002 Jul;143（7）:2767-74. doi: 10.1210/endo.143.7.8921. PMID: 12072412.

4. Weitzdoerfer R, Hoeger H, Engidawork E, Engelmann M, Singewald N, Lubec G, Lubec B. Neuronal nitric oxide synthase knock-out mice show impaired cognitive performance. Nitric Oxide. 2004 May;10（3）:130-40. doi: 10.1016/j.niox.2004.03.007. PMID: 15158692.

5. Reif A, Herterich S, Strobel A, Ehlis AC, Saur D, Jacob CP, Wienker T, Töpner T, Fritzen S, Walter U, Schmitt A, Fallgatter AJ, Lesch KP. A neuronal nitric oxide synthase （NOS-I） haplotype associated with schizophrenia modifies prefrontal cortex function. Mol Psychiatry. 2006 Mar;11（3）:286-300. doi: 10.1038/sj.mp.4001779. PMID: 16389274.