LRRK2*G2019S小鼠

概述

转基因小鼠过度表达带有G2019S突变的全长人类LRRK2。观察到包括纹状体、大脑皮层、海马、小脑和脑干在内的整个大脑中存在带有G2019S突变的突变型LRKK2蛋白。

随着年龄的增长，半合子小鼠在黑质多巴胺能神经元、以及自噬和线粒体异常方面发生神经退行性变。虽然运动行为仅在晚年下降，并且小鼠有正常的寿命，但它们在中年显示出焦虑/抑郁症状。

基因编辑

转基因小鼠过度表达带有G2019S突变的全长人类LRRK2。转基因表达受混合的CMVe-PDGFβ启动子驱动 (Ramonet et al., 2011)。

表型特征

神经元丢失

在19-21月龄的时候，半合子小鼠在黑质致密部约丢失了18％的酪氨酸羟化酶 (tyrosine hydroxylase, TH) 阳性多巴胺能神经元，在黑质网状部约丢失14％。在1-2月龄的时候，神经元数量正常。腹侧被盖区没有经历异常的神经元丢失。

多巴胺缺乏

在14-15月龄的时候，半合子小鼠有正常水平的纹状体多巴胺、DOPAC和HVA。然而，在嗅球中，HVA和DOPAC的水平较低，但是多巴胺没有改变。

α-突触核蛋白包涵体

大约2岁龄的时候，小鼠在腹侧中脑、纹状体或大脑皮层中没有表现出α-突触核蛋白的异常。

神经炎症

大约2岁龄的时候，与非转基因对照相比，小鼠在腹侧中脑、纹状体或大脑皮层中的GFAP没有异常。然而，在14月龄时，在纹状体中报道了活化的小胶质细胞，并且在4-6月龄时，整个大脑中CD68和TNF-α水平增加。

线粒体异常

在14月龄时报道了纹状体小胶质细胞中线粒体的数量和凝聚性增加。在17-18月龄时，还观察到纹状体神经元中异常高水平的凝聚线粒体。

运动障碍

在14-18月龄的小鼠中，转棒疲劳测试表现恶化。听觉惊跳反射 (acoustic startle reflex) 的前脉冲抑制 (pre-pulse inhibition) 没有改变。

非运动障碍

在10-12月龄的时候，观察到焦虑/抑郁症状。

表型详情

G2019S表达部位检测 (Lim et al.，2018)

随着年龄的增长，半合子小鼠在黑质多巴胺能神经元、以及自噬和线粒体异常方面发生神经退行性变。虽然运动行为仅在晚年下降，并且小鼠有正常的寿命，但它们在中年显示出焦虑/抑郁症状。

半合子小鼠是可以存活、繁殖和产生正常数量后代的。突变的LRKK2 mRNA在整个小鼠大脑中表达，其中在嗅球，大脑皮层，海马体，纹状体和小脑中的表达量最高。在黑质致密部 (substantia nigra pars compacta) 的酪氨酸羟化酶 (TH) 阳性的多巴胺能神经元中，LRRK2蛋白的水平比内源性LRRK2水平高约2.7倍。随着年龄的增长，运动行为异常出现。虽然年轻的 (2到4月龄)和中年的 (10-12月龄)小鼠在转棒疲劳测试中的表现与非转基因小鼠相似，但年龄更大的动物 (14-18月龄)只停留了大约一半的时间 (Lim et al., 2018)。但是，在6月龄和15月龄时，旷场测试 (open filed) 的运动活动似乎正常 (Ramonet et al., 2011)。

G2019S加速转棒实验掉落延迟时长 (Lim, 2018)

通过多种行为测试评估，包括光暗测试、高架十字迷宫、蔗糖偏好测试、强制游泳测试和尾悬试验，LRRK2 G2019S小鼠在10-12月龄的时候表现出焦虑/抑郁症状 (Lim et al., 2018)。同时，海马中的血清素水平下降。此外，5-HT1a受体的表达随着年龄的增长在海马体、杏仁核和背侧中缝核中上升。

G2019S的焦虑/抑郁样行为 (Lim, 2018)

在1至2月龄的年龄段，LRRK2 G2019S小鼠通过Nissl染色和TH染色评估，在黑质致密部没有神经元数量的异常。但是随着小鼠的老化，这些神经元退化。在19-21月龄的年龄段，半合子小鼠在黑质多巴胺能神经元中表现出约18％的TH阳性神经元。在致密网状区域，多巴胺能神经元减少14％。腹侧被盖区的神经元数量是正常的。整个大脑中观察到抗凋亡蛋白核仁蛋白 (nucleolin) 和热休克蛋白70 (heat-shock protein 70, HSP70) 的水平升高 (Jang et al., 2018)。

尽管失去了多巴胺能黑质神经元，但在纹状体中TH阳性的多巴胺能神经末梢密度与非转基因小鼠相当。即使在相对较高的年龄 (14-15月龄)，LRRK2 G2019S小鼠的纹状体多巴胺及其主要代谢产物的水平也是正常的，包括3,4-二氢氧基苯乙酸 (DOPAC)和高香草酸 (HVA)。在嗅球中，HVA和DOPAC的浓度较低，但多巴胺水平相当于非转基因对照组。此外，转基因小鼠在6月龄和15月龄时显示出听觉惊跳反射的正常前脉冲抑制，这是能被多巴胺能神经递质部分调节的感觉运动控制的一种行为测试。

对小鼠进行了一系列神经病理标记物的评估，包括异常蛋白质积累和炎症。即使在较高的年龄 (23-24月龄)，小鼠在腹侧中脑、纹状体或大脑皮层中也没有表现出α-突触核蛋白，泛素，tau或GFAP的异常。但是，在17-18月龄的年龄段，它们在纹状体神经元中表现出自噬空泡和异常凝聚的线粒体的显著增加。纹状体小胶质细胞的线粒体体积也减少了 (Ho et al., 2018)。此外，4到6月龄大的小鼠的脑溶液中TNF-α和CD68的水平增加，这是小胶质细胞活化的标志物。也报道了典型的小胶质细胞激活的缩短和减少的突触小结。

相关品系

LRRK2 G2019S X α-synuclein (A53T) : 详见Daher et al., 2012。

本文由鼠来宝生物译自alzforum.org数据库：https://www.alzforum.org/research-models/lrrk2-g2019s-mouse-tg

最后更新日期：2019年2月8日

alzforum.org. LRRK2 G2019S Mouse (Tg). https://www.alzforum.org/research-models/lrrk2-g2019s-mouse-tg

Daher JP, et al. Neurodegenerative phenotypes in an A53T α-synuclein transgenic mouse model are independent of LRRK2. Hum Mol Genet. 2012 Jun 1;21(11):2420-31.

Ho DH, et al. LRRK2 Kinase Activity Induces Mitochondrial Fission in Microglia via Drp1 and Modulates Neuroinflammation. Exp Neurobiol. 2018 Jun;27(3):171-180.

Jang J, et al. Increase in anti-apoptotic molecules, nucleolin, and heat shock protein 70, against upregulated LRRK2 kinase activity. Anim Cells Syst (Seoul). 2018;22(5):273-280.

Lim J, et al. LRRK2 G2019S Induces Anxiety/Depression-like Behavior before the Onset of Motor Dysfunction with 5-HT1A Receptor Upregulation in Mice. J Neurosci. 2018 Feb 14;38(7):1611-1621.

Ramonet D, et al. Dopaminergic neuronal loss, reduced neurite complexity and autophagic abnormalities in transgenic mice expressing G2019S mutant LRRK2. PLoS One. 2011;6(4):e18568.