阿爾茨海默病及發(fā)育異常疾病等多方面研究模型Gsk3b基因敲除小鼠

Gsk3b基因編碼糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）。GSK-3β是一種多功能絲氨酸/蘇氨酸激酶，屬于糖原合酶激酶亞家族，它是葡萄糖穩(wěn)態(tài)的負調(diào)節(jié)因子，參與能量代謝、炎癥、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、線粒體功能障礙和凋亡途徑。與該基因相關的疾病主要有帕金森病和阿爾茨海默病等。

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Gsk3b基因敲除小鼠。

Gsk3b基因簡介
Gsk3b基因位于小鼠的16號染色體上，該基因編碼GSK-3β。GSK-3β普遍存在于哺乳動物真核細胞中，是PI3K/Akt信號通路的關鍵下游蛋白，Akt可以磷酸化GSK-3β的Ser9，并抑制其酶活性，從而降低血糖。除去最早發(fā)現(xiàn)的調(diào)控糖原合成酶（glycogen synthase，GS）的活性外，Gsk3b基因編碼的蛋白GSK-3β還能作用于眾多信號蛋白、結構蛋白和轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)細胞的分化、增殖、存活和凋亡，在能量代謝、體型發(fā)育和神經(jīng)細胞發(fā)育過程中起重要作用。

此外，GSK-3β可以調(diào)節(jié)G1/S-特異性周期蛋白-D1（Cyclin D1）的蛋白降解和細胞內(nèi)定位，磷酸化β-連環(huán)蛋白（β-catenin）并調(diào)控Wnt信號通路。同時，在癌癥、神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)精神類疾病等多種重大疾病的研究中，選擇GSK-3β作為治療靶點，受到越來越多研究者的重視。

Gsk3b基因的純合敲除小鼠表現(xiàn)出妊娠中期胚胎死亡或新生兒死亡，當小鼠在新生兒期死亡時，會出現(xiàn)腭裂和胸骨裂。Gsk3b基因在成年小鼠的大腦（RPKM8.1)、甲狀腺（RPKM5.7）等27個組織中普遍表達。Gsk3b基因的突變與阿爾茨海默癥、輸卵管漿液性腺癌、動脈瘤性骨囊腫、精神分裂癥1等疾病有關，其相關途徑包括PI3K/Akt信號通路和巨噬細胞的CCR5途徑。
 

（https://rddc.tsinghua-gd.org/details/gene?gene=2ZqQ3m）

 

Gsk3b基因敲除小鼠模型的應用

1.大腦
Gsk3b基因編碼的GSK-3β是一種組成型活性激酶，在大腦中高度富集，可磷酸化代謝酶、信號蛋白、結構蛋白和轉(zhuǎn)錄因子^[1]。神經(jīng)原纖維纏結（neurofibrillary tangles, NFTs）是神經(jīng)退行性疾病的神經(jīng)病理學標志，由高度磷酸化的Tau蛋白組成。GSK-3β是與NFTs中形成高度磷酸化Tau蛋白的相關酶，參與了包括阿爾茨海默�。ˋD）在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病的NFTs形成和神經(jīng)元損失^[2-3]。為了研究GSK-3β在成人大腦中的正常功能，研究人員利用同源重組技術，建立了Gsk3b基因敲除小鼠模型，并分析了雜合子GSK-3β敲除（GSK^+/-）小鼠形成記憶的能力。
 

圖2 Gsk3b基因敲除小鼠模型的建立^[4]

在莫里斯水迷宮測試中，訓練前三天內(nèi)GSK^+/-小鼠的學習和記憶表現(xiàn)與野生型（WT）小鼠沒有區(qū)別。但隨著訓練的繼續(xù)，GSK^+/-小鼠的逆行性失憶被誘發(fā)，這表明其形成長期記憶的能力可能受損。在情境恐懼調(diào)節(jié)測試中，情境記憶在GSK^+/-小鼠中被正常鞏固，但原始記憶被重新激活后，GSK^+/-小鼠就會表現(xiàn)出凍結狀態(tài)，這表明其記憶再鞏固能力可能受損；同時，在WT小鼠記憶重新激活后，其大腦中GSK-3β被激活，但在記憶重新激活前，腹腔注射GSK-3抑制劑會損害其記憶再鞏固，這表明記憶的重新鞏固需要GSK-3β在大腦中激活。

以上結果表明，GSK-3β在成人大腦的記憶維持中具有重要作用，會影響記憶維持系統(tǒng)，例如記憶鞏固和/或重新鞏固，同時GSK-3β可能在記憶鞏固過程中被激活，并且在重新鞏固過程中可能需要額外激活GSK-3β。（賽業(yè)可提供同類型Gsk3b敲除模型，產(chǎn)品編號：S-KO-10896）

2.上顎
β-catenin介導的Wnt信號通路涉及各種組織和器官的發(fā)育，包括顱面結構^[5]。在小鼠胚胎發(fā)育過程中，Gsk-3β對于上顎形成至關重要，Gsk-3β在調(diào)節(jié)胚胎干細胞系中的Wnt/βcatenin信號傳導中發(fā)揮冗余功能^[6]。Gsk-3β突變雜合子的小鼠看起來正常且有生育能力，但通過Gsk3b^+/-小鼠之間的雜交獲得的Gsk3b^-/-小鼠表現(xiàn)出完全的腭裂缺陷并在出生后24小時內(nèi)死亡。為了確定Gsk-3β在腭發(fā)生過程中的組織特異性需求，研究人員建立了Gsk3b基因條件性敲除小鼠模型。
 

圖3 Gsk3b基因條件性敲除小鼠模型的建立^[7]

研究人員在腭上皮和間充質(zhì)中檢測到Gsk3β表達，同時對Gsk3b^-/-小鼠多個階段的腭部發(fā)育進行組織學分析。與野生型對照組相比，Gsk3b^-/-小鼠腭架發(fā)育異常（圖4）。由于主要在腭上皮和間充質(zhì)中檢測到Gsk3β表達，選擇使用兩個已建立的轉(zhuǎn)基因系Pitx2Cre和Osr2Cre在發(fā)育中的腭中，以組織特異性方式終止Gsk3β功能。Osr2Cre;Gsk3β^F/F小鼠在出生后存活并顯示出正常的上顎形成。相比之下，在檢查的14只Pitx2Cre;Gsk3β^F/F小鼠中，11只表現(xiàn)出完全的二級腭裂，表現(xiàn)出Gsk3β^-/-小鼠的缺陷。Pitx2Cre;Gsk3β^F/F胚胎的組織學檢查顯示，直到E13.5，腭架的發(fā)育沒有表現(xiàn)出任何畸形。然而，在E14.5，與Gsk3β^-/-小鼠中發(fā)現(xiàn)的缺陷相似，Pitx2Cre;Gsk3β^F/F腭架未能升高。雖然前腭架確實在E18.5升高，但后腭架保持在垂直位置。這些結果表明，在腭發(fā)育過程中，腭上皮需要Gsk3β功能，并且Gsk3β作用于腭上皮以控制腭架抬高。
 

圖4 Gsk-3β的上皮失活導致腭裂形成^[7]
 

此外，對野生型對照組小鼠和Gsk3b^-/-小鼠的E12.5和E13.5腭架進行BrdU標記和TUNEL測定后，與野生型對照組相比，Gsk3b^-/-小鼠的上皮細胞增殖率在E12.5處顯著增加，在E13.5處顯著降低，同時腭上皮中的凋亡細胞顯著增加，均表明Gsk-3β與腭發(fā)生過程中細胞增殖和存活的調(diào)節(jié)有關。

以上結果表明，Gsk3b基因編碼的Gsk-3β是上皮細胞中上顎升高所需的一種內(nèi)在調(diào)節(jié)因子，其能夠調(diào)節(jié)上顎發(fā)育。（賽業(yè)可提供同類型Gsk3b基因條件性敲除模型，產(chǎn)品編號：S-CKO-12182）

總結
與Gsk3b基因相關的疾病有多種，包括阿爾茨海默癥、輸卵管漿液性腺癌、動脈瘤性骨囊腫、精神分裂癥1等。Gsk3b基因編碼的Gsk-3β作用于眾多信號蛋白、結構蛋白和轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)細胞的分化、增殖、存活和凋亡，在能量代謝、體型發(fā)育和神經(jīng)細胞發(fā)育過程中起重要作用。Gsk3b基因敲除小鼠可用于帕金森病和阿爾茨海默病等神經(jīng)性退行性疾病以及骨骼發(fā)育的研究，具有廣泛的科研意義。

賽業(yè)小鼠模型構建
賽業(yè)生物構建了同類型條件性基因敲除小鼠模型，更有同類型C57BL/6J-Gsk3b^em1Cya基因敲除活體小鼠已加入『紅鼠資源庫』，快至兩周發(fā)貨，有助于科學研究。
 

Gsk3b條件性基因敲除小鼠

品系名稱：

C57BL/6J-Gsk3b^em1(flox)Cya

品系編號：

CKOCMP-56637-Gsk3b-B6J-VA

產(chǎn)品編號：

S-CKO-12182

應用方向：

❖ 行為/神經(jīng)

❖ 細胞分化/細胞組成

❖ 顱面相關研究等

打靶方案：

Gsk3b條件性基因敲除小鼠打靶方案示意圖

 

Gsk3b基因敲除小鼠

品系名稱：

C57BL/6J-Gsk3b^em1Cya

品系編號：

KOCMP-56637-Gsk3b-B6J-VA

產(chǎn)品編號：

S-KO-10896

應用方向：

❖ 行為/神經(jīng)

❖ 細胞分化/細胞組成

❖ 顱面相關研究等

打靶方案：

Gsk3b基因敲除小鼠打靶方案示意圖

 

紅鼠資源庫
賽業(yè)“紅鼠資源庫”可以為您提供包括Gsk3b、Gskip在內(nèi)的多系列的敲除小鼠和條件性敲除小鼠模型。強大的數(shù)據(jù)庫給您更便捷的體驗，研究人員能夠在線查詢、設計和優(yōu)化基因編輯方案并比較研究數(shù)據(jù)和成果，并咨詢訂購。

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[1] Grimes C A ,  Jope R S . The multifaceted roles of glycogen synthase kinase 3beta in cellular signaling.[J]. Progress in Neurobiology, 2001, 65(4):391-426.

[2] Takashima A . GSK-3 is essential in the pathogenesis of Alzheimer's disease.[J]. Journal of Alzheimers Disease, 2006, 9(3 Suppl):309-317.

[3]F Hernández,  Borrell J ,  Guaza C , et al. Spatial learning deficit in transgenic mice that conditionally over-express GSK-3beta in the brain but do not form tau filaments.[J]. Journal of Neurochemistry, 2010, 83(6):1529-1533.

[4] Tetsuya K , Shunji Y , Shinobu N , et al. GSK-3β Is Required for Memory Reconsolidation in Adult Brain[J]. PLoS ONE, 2008, 3(10):e3540-.

[5] Hoeflich K P ,  Luo J ,  Rubie E A , et al. Requirement for glycogen synthase kinase-3beta in cell survival and NF-kappaB activation.[J]. Nature, 2000, 406(6791):86-90.

[6] Frame S ,  Cohen P . GSK3 takes centre stage more than 20 years after its discovery[J]. Biochemical Journal, 2001, 359(1):1-16.

[7] He F ,  Popkie A P ,  Xiong W , et al. Gsk3β is required in the epithelium for palatal elevation in mice[J]. Developmental Dynamics, 2010, 239(12).