脊髓小腦性共濟失調Ⅲ型研究模型B6-hATXN3小鼠的介紹與應用
本期新品上架欄目介紹的是脊髓小腦性共濟失調Ⅲ型（SCA3）研究模型—B6-hATXN3小鼠（產品編號：C001398）
脊髓小腦性共濟失調
脊髓小腦性共濟失調（SCA）是一組遺傳性腦部疾病，表現為漸進性和退行性的特征。這些疾病主要影響小腦對身體運動協調性的調節，有時也會影響到脊髓。目前已發現的SCA亞型超過40種，每一種亞型都對應一個特定的致病基因[1]。SCA的主要癥狀是步態協調性逐漸減退，通常伴隨著手部、語言和眼睛運動的協調性差。具體的癥狀會因亞型和患者自身的差異而異。在許多情況下，盡管患者的精神能力完全保留，但會因為身體控制能力逐漸下降，造成運動功能喪失，甚至可能導致死亡。
脊髓小腦性共濟失調（SCA）的全球主要分布情況[1]
SCA的致病機制
SCA主要由基因中連續的胞嘧啶-腺嘌呤-鳥嘌呤（CAG）三核苷酸重復擴增引起，這是一類多聚谷氨酰胺（polyQ）疾病的特征。SCA1、SCA2和SCA3等多數SCA病例都屬于此類。這些疾病的發生機制是致病性多谷氨酰胺擴展重復序列長度增加，導致翻譯過程中產生異常的PolyQ重復序列，從而使蛋白質錯誤折疊。錯誤折疊的PolyQ蛋白形成聚集體，干擾細胞過程，導致細胞功能障礙，進而引發細胞毒性和退化。而其他基因位點的點突變、缺失突變或插入突變等情況較為罕見。脊髓小腦性共濟失調3型（SCA3），也被稱為Machado-Joseph病（MJD），是全球最常見且較為嚴重的SCA亞型，約占所有SCA病例的20%～50%，目前尚無治愈方法[2]。
正常CAG三核苷酸重復的功能以及異常CAG三核苷酸重復擴增導致SCA疾病發生的機制[2]
SCA3的疾病機制和靶向治療研究
在正常人體內，ATXN3基因中CAG的重復次數范圍為10至44。然而，在SCA3患者體內，這個范圍擴大到了61至87。這種過多的CAG重復導致突變的ATXN3基因編碼生成異常的共濟失調蛋白-3（Ataxin-3）。這些異常蛋白會聚集并產生有毒物質，破壞包括自噬、蛋白穩態、轉錄、線粒體功能和信號傳導在內的多個細胞過程，從而導致機能障礙和疾病的發生。患者的表現包括小腦共濟失調、眼外肌麻痹、凝視誘發眼震、眼瞼后退，面舌肌束顫，以及不同程度的錐體和錐體外系癥狀及周圍神經病變等[3]。
ATXN3基因中CAG重復次數范圍不同對Ataxin-3蛋白功能的影響[3]
在臨床前研究階段，通過抑制ATXN3基因表達、沉默致病性ATXN3蛋白、阻止蛋白聚集、抑制有毒蛋白的水解過程以及抵消受影響的細胞系統功能障礙，都已顯示出一定的治療效果[3]。然而，目前進入臨床階段的SCA3療法非常有限，相關研究仍需加強。在進行臨床試驗之前，根據治療方法的不同，每種治療方法需要使用不同類型的動物模型進行嚴格的評估。例如，小核酸藥物龍頭企業Ionis在開發ATXN3靶向性反義寡核苷酸（ASO）療法的研究中，就使用了多種表達人源ATXN3基因的小鼠模型，用于目標分子的篩選和藥效學的驗證[4-7]。
靶向ATXN3 mRNA或ATXN3蛋白以及其他多種SCA3療法[3]
賽業生物已成功開發了小鼠Atxn3基因人源化的B6-hATXN3小鼠模型（產品編號：C001398），并可基于此模型構建熱門致病點突變的人源化疾病模型，以滿足CRISPR、ASO、siRNA和miRNA等新興療法的研究需求。以下是該模型的詳細信息。
B6-hATXN3小鼠成功表達人源ATXN3基因
常見的B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠是在表達人源ATXN3基因的同時也會表達鼠源Atxn3基因。RT-qPCR結果顯示B6-hATXN3小鼠與B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠在人源ATXN3基因表達水平上接近，并且B6-hATXN3僅表達人源基因，不表達鼠源基因。
野生型小鼠（B6N）、B6-hATXN3小鼠和B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠體內基因表達的檢測
B6-hATXN3小鼠大腦成功表達人源ATXN3蛋白
Western Blot檢測結果顯示，野生型小鼠的腦部僅表達小鼠ATXN3蛋白（約42KD），而B6-hATXN3小鼠的腦部僅表達人源ATXN3蛋白（約48KD）。B6-TG(ATXN3-84Q)小鼠的腦部同時表達長PolyQ結構突變的人源ATXN3蛋白和小鼠ATXN3蛋白，存在人源ATXN3-84Q蛋白（約65KD）和小鼠ATXN3蛋白（約42KD）的條帶。
小鼠腦部組織中人源ATXN3蛋白表達的檢測
總 結
B6-hATXN3小鼠模型（產品編號：C001398）能有效地表達人源ATXN3基因，且不表達小鼠內源性Atxn3基因。其腦部存在顯著的人源ATXN3蛋白表達。因此，該模型可用于脊髓小腦性共濟失調3型（SCA3）疾病的研究。
此外，賽業生物利用自主研發的TurboKnockout融合BAC重組技術，可以提供基于該模型構建的熱門點突變疾病模型，并根據不同的點突變提供定制服務，以滿足研發人員對SCA3疾病藥物篩選和藥效學等實驗的需求。
參考文獻：
[1]Klockgether T, Mariotti C, Paulson HL. Spinocerebellar ataxia. Nat Rev Dis Primers. 2019 Apr 11;5(1):24.
[2]Sullivan R, Yau WY, O'Connor E, Houlden H. Spinocerebellar ataxia: an update. J Neurol. 2019 Feb;266(2):533-544. doi: 10.1007/s00415-018-9076-4. Epub 2018 Oct 3.
[3]Matos CA, de Almeida LP, Nóbrega C. Machado-Joseph disease/spinocerebellar ataxia type 3: lessons from disease pathogenesis and clues into therapy. J Neurochem. 2019 Jan;148(1):8-28.
[4]Moore LR, Rajpal G, Dillingham IT, Qutob M, Blumenstein KG, Gattis D, Hung G, Kordasiewicz HB, Paulson HL, McLoughlin HS. Evaluation of Antisense Oligonucleotides Targeting ATXN3 in SCA3 Mouse Models. Mol Ther Nucleic Acids. 2017 Jun 16;7:200-210.
[5]Toonen LJA, Rigo F, van Attikum H, van Roon-Mom WMC. Antisense Oligonucleotide-Mediated Removal of the Polyglutamine Repeat in Spinocerebellar Ataxia Type 3 Mice. Mol Ther Nucleic Acids. 2017 Sep 15;8:232-242.
[6]McLoughlin HS, Moore LR, Chopra R, Komlo R, McKenzie M, Blumenstein KG, Zhao H, Kordasiewicz HB, Shakkottai VG, Paulson HL. Oligonucleotide therapy mitigates disease in spinocerebellar ataxia type 3 mice. Ann Neurol. 2018 Jul;84(1):64-77.
[7]McLoughlin HS, Gundry K, Rainwater O, Schuster KH, Wellik IG, Zalon AJ, Benneyworth MA, Eberly LE, Öz G. Antisense Oligonucleotide Silencing Reverses Abnormal Neurochemistry in Spinocerebellar Ataxia 3 Mice. Ann Neurol. 2023 Oct;94(4):658-671.
