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，它是葡萄糖穩態的負調節因子，參與能量代謝、炎癥、內質網應激、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。除去最早發現的調控糖原合成酶（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、結構蛋白和轉錄因子，調節細胞的分化、增殖、存活和凋亡，在能量代謝、體型發育和神經細胞發育過程中起重要作用。

此外，GSK-3β可以調節G1/S-特異性周期蛋白-D1（Cyclin D1）的蛋白降解和細胞內定位，磷酸化β-連環蛋白（β-catenin）并調控Wnt信號通路。同時，在癌癥、神經退行性疾病、神經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、結構蛋白和轉錄因子^[1]。神經原纖維纏結（neurofibrillary tangles, NFTs）是神經退行性疾病的神經病理學標志，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）在內的神經退行性疾病的NFTs形成和神經元損失^[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GSK^+/-小鼠的學習和記憶表現與野生型（WT）小鼠沒有區別。但隨著訓練的繼續，GSK^+/-小鼠的逆行性失憶被誘發，這表明其形成長期記憶的能力可能受損。在情境恐懼調節測試中，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^+/-小鼠就會表現出凍結狀態，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，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。（賽業可提供同類型Gsk3b敲除模型，產品編號：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育，包括顱面結構^[5]。在小鼠胚胎發育過程中，Gsk-3β對于上顎形成至關重要，Gsk-3β在調節胚胎干細胞系中的Wnt/βcatenin信號傳導中發揮冗余功能^[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^-/-小鼠表現出完全的腭裂缺陷并在出生后24小時內死亡。為了確定Gsk-3β在腭發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中檢測到Gsk3β表達，同時對Gsk3b^-/-小鼠多個階段的腭部發育進行組織學分析。與野生型對照組相比，Gsk3b^-/-小鼠腭架發育異常（圖4）。由于主要在腭上皮和間充質中檢測到Gsk3β表達，選擇使用兩個已建立的轉基因系Pitx2Cre和Osr2Cre在發育中的腭中，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只表現出完全的二級腭裂，表現出Gsk3β^-/-小鼠的缺陷。Pitx2Cre;Gsk3β^F/F胚胎的組織學檢查顯示，直到E13.5，腭架的發育沒有表現出任何畸形。然而，在E14.5，與Gsk3β^-/-小鼠中發現的缺陷相似，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與腭發生過程中細胞增殖和存活的調節有關。

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在調節因子，其能夠調節上顎發育。（賽業可提供同類型Gsk3b基因條件性敲除模型，產品編號：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、結構蛋白和轉錄因子，調節細胞的分化、增殖、存活和凋亡，在能量代謝、體型發育和神經細胞發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性退行性疾病以及骨骼發育的研究，具有廣泛的科研意義。

賽業小鼠模型構建
賽業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

產品編號：

S-CKO-12182

應用方向：

❖ 行為/神經

❖ 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

產品編號：

S-KO-10896

應用方向：

❖ 行為/神經

❖ 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“紅鼠資源庫”可以為您提供包括Gsk3b、Gskip在內的多系列的敲除小鼠和條件性敲除小鼠模型。強大的數據庫給您更便捷的體驗，研究人員能夠在線查詢、設計和優化基因編輯方案并比較研究數據和成果，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).