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美国国家科学院院刊。2004年11月23日;101(47): 16588–16593.
2004年11月11日在线发布。 数字对象标识:10.1073/pnas.0405496101
预防性维修识别码:PMC534519
PMID:15539463

背景2-无效小鼠有神经感觉缺陷、社交优势缺陷以及与视紫红质定位错误相关的视网膜病

关联数据

补充资料

摘要

Bardet–Biedl综合征(BBS)是一种异质性、多效性的人类疾病,其特征是肥胖、视网膜病、多指畸形、肾脏和心脏畸形、学习障碍、生殖功能减退以及糖尿病和高血压发病率增加。没有关于BBS2具体功能的信息。我们发现老鼠缺乏背景2基因表达是人类表型的主要组成部分,包括肥胖和视网膜病。此外,这些小鼠具有与纤毛功能障碍相关的表型,包括视网膜病、肾囊肿、男性不育和嗅觉缺陷。除了男性不育外,这些表型不是由纤毛完全缺失引起的。我们证明BBS2视网膜病变涉及视网膜正常发育,继而视网膜原发纤毛细胞光感受器凋亡死亡。光受体细胞死亡之前,视紫红质定位错误,表明运输缺陷。我们也证明了这一点Bbs2型–/–小鼠和第二个BBS小鼠模型,背景4–/–,在社会功能方面存在缺陷。评估背景2–/–小鼠显示了人类患者应该评估的其他表型,包括社交障碍和不育。

关键词:Bardet–Biedl综合征,小鼠模型,肥胖

Bardet–Biedl综合征[BBS,在线孟德尔遗传男性(OMIM)209900]是一种遗传异质性疾病,其特征是肥胖、色素性视网膜病、多指畸形、肾畸形、学习障碍和生育力低下(1——). 患者糖尿病、高血压和先天性心脏病的发病率也增加(1,4,5). 已经绘制了8个BBS基因座的图谱,并且已经确定了每个基因座的致病基因(6——15). 已提出BBS的复杂继承(16). 对BBS的进一步研究可能会为孟德尔障碍的改变机制提供见解。

目前对BBS的病理生理学和BBS蛋白的功能知之甚少。BBS6是由MKKS公司基因(8,9),突变也会导致麦库西克-考夫曼综合征(MKKS)(17,18). MKKS与原核伴侣蛋白复合体具有序列同源性,与真核伴侣蛋白TRiC相似(17,19). 其他BBS蛋白与伴侣蛋白没有显著相似性。BBS4和BBS8包含四三肽重复结构域,表明与其他蛋白质相互作用。最近发现的英国广播公司3ADP-核糖基化因子样蛋白(ARL6)的基因编码(14,15).

一些证据表明BBS基因在纤毛功能中起作用。除了BBS6系列,BBS基因在纤毛生物体中表达,而在非纤毛生物体内不表达(13,14,20). BBS8定位于纤毛细胞的基底体(12)BBS4定位于初级纤毛中心体和基底体的中心粒卫星(21). 我们最近证明背景4–/–小鼠缺乏鞭毛,但缺乏Bbs4一般不会阻止纤毛的形成(20). 此外,我们证明了感光细胞在缺乏背景4尽管感光细胞随后发生凋亡(20). 总之,这些结果支持BBS蛋白参与纤毛功能,但不参与一般纤毛组装的假设。

我们现在描述一个用于BBS2的敲除小鼠模型(背景2–/–). 缺少背景2基因表达通过细胞凋亡、鞭毛形成失败、与食物摄入增加相关的肥胖以及肾囊肿的发展导致视网膜变性。此外,神经系统筛查揭示了缺陷,包括嗅觉异常和社交优势缺陷。我们还证明了这些表型可能是一般的BBS相关异常背景4–/–老鼠。

材料和方法

的生成背景2击倒老鼠。PCR用于扩增背景2来自129/SvJ基因组DNA的基因,其被克隆到靶向载体pOSDUPDEL(由北卡罗来纳大学教堂山分校的O.Smithies提供)中。将线性化载体电穿孔成R1胚胎干细胞(129×1/SvJ3 129S1/Sv)。通过PCR筛选G418抗性克隆以鉴定背景2-靶向ES细胞系。两个ES细胞系用于产生嵌合体。用PCR对小鼠进行基因分型,所用引物位于基因靶区的两侧和内部(图1).

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背景2基因靶向。(A类)目标删除策略背景2同源重组后,外显子5-14被新霉素盒替换。(B) (上部)Northern印迹分析背景2WT(+/+)、杂合(+/-)和纯合(-/-)动物肾脏总细胞RNA的表达。探针是一个背景2部分3′cDNA。(下部)以β-肌动蛋白作为负荷对照,检测相同的印迹。(C)杂合(+/-)、WT(+/+)和纯合(-/-)小鼠的PCR基因分型。顶部和中间的扩增子分别对应于新霉素耐药基因的5′和3′区域。底部频带是通过放大得到的Bbs2型内部引物。

形态分析。对于光学显微镜,组织和器官通过浸泡在4%多聚甲醛溶液中进行固定,并按照所述进行处理(20,22).背景2+/+每个时间点的室友被用作对照。用一半强度的Karnovsky固定剂固定睾丸和气管(23)在锇后固定、脱水和嵌入Epon 812之前的几个小时。在×35000和×2500处通过气管纤毛和精子鞭毛拍摄透射电镜照片。如上所述处理视网膜(5个月),并在×3000至×40000处收集显微照片。肾脏来自英国广播公司2–/–对照组小鼠按上述方法固定并进行扫描电镜检查。

RNA分离和Northern Blot分析。按照描述进行总细胞RNA提取、poly(A)RNA分离、电泳、印迹、杂交和放射自显影(24). BALB/c全脑和离散区域的总RNA(10μg)购自BD Biosciences/Clontech。从Seegene(韩国首尔)购买小鼠(ICR)胚胎全阶段印迹,从Clontech购买成人多组织Northern印迹。探针上贴有[32P] -dCTP。

视网膜电图。背景2–/–对照组为10周龄和5个月龄小鼠。使用装有PS33 Plus光刺激器的Ganzfeld碗收集麻醉后暗适应小鼠的视网膜电图(ERG)。使用ERG工具软件(由波特兰俄勒冈州健康与科学大学的Richard Weleber提供)收集闪光刺激后的电生理数据。

体重研究。动物在3周龄和4周龄时称重,之后每月称重一次。在喂食研究中,将固定重量的食物添加到每个包含一只动物的笼子中,剩余的食物每天称重。

主要行为观察屏幕。主要观察屏幕是对SHIRPA协议的修改(参见www.mgc.har.mrc.ac.uk/mutabase网站和参考。25). 对每只动物38次单独观察的数据进行量化和记录。对每只动物的评估从观察运动行为开始,然后评估视力、握力、翻正反射、负向趋地性、身体张力、反射、肢体张力、刺激性咬伤和流涎。记录异常行为、恐惧、易怒、攻击或发声的发生率。5名男性和10名女性背景2–/–对小鼠及其年龄匹配的杂合子和WT对照进行评估。类似数量的背景4–/–对杂合子小鼠和WT小鼠进行评估。观察者被基因分型数据掩盖。

社会支配试管测试。三十三背景2如前所述,对WT、杂合子和敲除小鼠(分别为四只雄性和七只雌性)进行测试(26)在30厘米长×3.0厘米直径的管子中。两个不同基因型的年龄和性别匹配的小鼠从试管的两端向对方释放。当一名受试者的对手退出试管时,该受试者被宣布为“获胜者”。每个配对进行两次,共66次试验。三十英国广播公司以类似的方式对4只小鼠进行测试。

嗅觉测试。13个WT、杂合子和背景2–/–按照描述对小鼠(6只雄性和7只雌性)进行测试(27). 简单地说,已经确定了禁食小鼠找到隐藏的Doritos(达拉斯弗里托莱)玉米片所需的时间(最多20分钟)。同样,16背景4-对空白小鼠(10只雌性和6只雄性)以及杂合子和WT对照组进行测试。

数据分析。使用χ确定显著性2分析。在适当的情况下(即来自主要行为观察的缩放数据),使用Fisher精确检验进行非参数分析。Tobit的分析用于右删失嗅觉数据。

结果

Bbs2缺陷小鼠的产生。我们生成了一个基因靶向结构,旨在去除外显子5-14(图1)将构建物转染ES细胞,通过1056个ES细胞株(0.5%)的基因分型鉴定出5个同源重组体。两个靶向克隆用于产生嵌合体。嵌合体小鼠用于生成背景2杂合的(背景2+/–)分别与C57BL/6J和129/SvEv小鼠交配。背景2+/–小鼠交配,并对来自背景2+/–交叉显示背景2–/–后代数量少于预测的孟德尔比率(P(P)< 0.001).背景2靶向导致一个空等位基因,如完全缺失背景2mRNA的Northern分析(图1).

背景2表达式。从小鼠胚胎中分离的总细胞RNA的Northern印迹与32P-标记背景2探查。受孕后4.5至6.5天的胚胎样本包括胚胎外组织和母体子宫。如中所示图2A类,背景2基因表达在小鼠胚胎发生的早期就可以检测到,尽管母体可能参与背景2在最早的时间点不能排除基因表达。背景2在胚胎发育过程中持续表达。

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英国广播公司2基因表达。(A类)小鼠的Northern印迹分析背景2从受孕后4.5个胚胎日(E4.5天)到E18.5天的胚胎中分离出的RNA(20μg)显示早期和广泛存在背景2表达式。将该印迹依次与32P标记背景2β-肌动蛋白探针。(B)Northern印迹分析背景2成年小鼠组织中的基因表达。将Poly(A)mRNA(2μg)与32P标记背景2β-肌动蛋白探针。(C)Northern印迹分析背景2成年小鼠大脑离散区域的基因表达。总RNA(10μg)与32P标记背景2β-肌动蛋白探针。

无处不在的背景2成年小鼠组织中观察到不同丰度的RNA表达(图2B).背景2在心脏、大脑、肾脏、睾丸和眼睛中大量表达。在成人肺、肝和脂肪组织中观察到中度表达。脾脏、骨骼肌和胰腺中的表达水平较低(7). 除了3-kb背景2mRNA,在一些组织中观察到至少两个较大的转录物(5和4kb),表明加工不完全背景2核RNA。背景2在小鼠和人脑的离散区域中,基因表达的丰度各不相同(图2C). 广泛传播英国广播公司2通过Northern blotting(R.E.S.和V.C.S.,未发表的数据)也可以在人脑中看到基因表达。

背景2——/—— 老鼠变得肥胖。 背景2–/–小鼠的形态学基本正常。英国广播公司2–/–小白鼠出生时和断奶时都比同窝小白鼠小。到12周,背景2–/–老鼠的体重与背景2+/+背景2+/–动物(图3). 到4个月时,体重和体重指数(BMI;kg/M2)明显大于Bbs2型–/–雌性小鼠与背景2+/+雌性小鼠(P(P)< 0.01). 到5个月,背景2–/–与野生动物相比,雄性动物的体重增加不大,但显著。体重的增加与腹部脂肪的增加有关。纵向喂食研究表明背景2–/–老鼠比它们的窝友吃得多。食物摄入量的增加开始于幼年动物,持续于老年小鼠(图3).

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体重增加和食物消耗背景2+/+,背景2+/–、和背景2–/–老鼠。(A类)描述典型肥胖表型的照片背景2–/–老鼠。(B)背景2雌性体重与年龄的比较(每组至少5只动物)。(C)所有动物的体重与年龄(雄性和雌性,每组至少10只小鼠)。背景2–/–小鼠与背景2+/+背景2+/–老鼠。(D类)Bbs2型平均消耗的食物(雄性和雌性加上每组至少六只动物)。平均每7天进食一次。

背景2——/—— 小鼠视紫红质定位错误并显示光受体凋亡细胞丢失。 背景2–/–小鼠在早期的视网膜似乎正常,但随后发生视网膜变性。6-8周时,背景2–/–在外核层(ONL)水平上,小鼠有显著程度的视网膜变性(图4). 在5个月时背景2–/–动物保留了一些ONL感光细胞核和一些内部和外部节段的残余物。在某些区域,覆盖在退化感光细胞上的视网膜色素上皮出现分离和不连续,色素迁移到视网膜外部。内核层、外丛状层和神经节细胞层各年龄段均正常。到10个月时,ONL完全消失,视网膜内部完整。

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年龄匹配的苏木精/伊红染色背景2+/+(A类,C、和E类)和背景2–/–(B,D类、和F类)小鼠视网膜。7周时对小鼠进行检查(A类B),5个月(CD类)、和10个月(E类F类). 在7周龄的小鼠中,ONL出现了明显的退行性变化,尽管内外节可以明显区分。5个月大时(CD类),内外段之间的区别不太明显,ONL比背景2+/+眼睛。10个月大时(E类F类),ONL大部分退化,不存在内部或外部节段。视网膜色素上皮;IS,内段;OS,外段;INL,内核层;GCL,神经节细胞层。(放大倍率:×160。)

视网膜的抗视紫红质染色背景2–/–光感受器丢失前的动物显示视网膜色素上皮和ONL之间的视蛋白免疫反应性(图5). 值得注意的是,视紫红质定位于ONL中的一些细胞体(图5B,箭头)。

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视紫红质在7周内的定位背景2+/+(A类),7周背景2–/–(B),和5个月背景2–/–(C)老鼠。(A类)在背景2+/+视网膜,视紫红质(绿色)主要局限于外节(OS),很少标记内节(is)。(B)背景2–/–7周龄的小鼠也主要将视紫红质定位于OS,尽管ONL中的一些细胞体似乎也有标记(箭头)。(C)5个月大时背景2–/–小鼠没有表现出视紫红质在IS和OS之间的分配。ONL细胞体的标记很明显。光感受器变性背景2–/–ONL的TUNEL标记显示,小鼠是由凋亡引起的(D类,红色)。超结构分析背景2–/–5个月大的小鼠视网膜显示视网膜下间隙有膜性轮回(F类)与膜状盘的有序排列相比背景2+/–(E类)和WT小鼠。(放大倍率:×380,A类——C; ×110,D类; 和×3000,E类F类.)

Bbs2型–/–小鼠在每个高倍视野的ONL中有多个标记的末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记(TUNEL)阳性核,而在同窝小鼠中很少见到TUNEL阳性核。这些结果表明背景2–/–小鼠通过细胞凋亡发生视网膜变性(图5D类).

为了确定视紫红质定位错误是在感光细胞死亡之前还是同时发生,我们将TUNEL分析结果与视紫红素标记模式进行了比较。一般来说,用抗视紫红质抗体标记的细胞体不是TUNEL阳性,凋亡细胞的数量远小于视紫红素标记的细胞数量。在5个月内还进行了rds和Rom1的免疫组织化学标记背景2–/–视网膜。免疫标记仅限于这些动物分化较差的内/外节段。通过表观荧光显微镜,这些抗体对感光细胞体的标记不明显(数据未显示)。

一名5个月大婴儿眼睛的超微结构分析背景2–/–与WT动物的整齐排列的膜盘相比,小鼠的感光器外节高度紊乱。视网膜下间隙出现膜漩涡,没有任何平行膜堆积的证据。在5个月大的婴儿中很少观察到连接纤毛背景2–/–老鼠(图5E类F类).

确定组织学异常是否与患者的电生理功能相关背景2-对缺陷小鼠进行视网膜电图检查。与对照组相比,光适应和暗适应小鼠的电生理记录显示,杆和锥反应严重减弱(表2,发表于支持信息在PNAS网站上)。与组织学检查结果相反,在10周龄时,ONL减少,但仍保持通畅,ERG波形显示10周龄的感光细胞功能显著下降(图7,发表于支持信息在PNAS网站上)。到5个月大时,未从背景2–/–老鼠。

背景2——/—— 小鼠未能形成鞭毛,人类患者精子异常。男性背景2–/–动物似乎不孕。为了调查男性不育的原因,我们对来自背景2–/–雄性动物。虽然细胞核具有高度浓缩的染色质,类似精子头部,但鞭毛完全缺失(图6).

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苏木精/伊红染色的睾丸切片背景2+/+(A类)和背景2–/–(B)小鼠表明,而WT小鼠在生精小管中有许多鞭毛(*),的背景2–/–小鼠没有鞭毛。可以检测到一些浓缩的染色质,表明精子发生。通过气管纤毛的透射电子显微照片背景2+/+(C)和背景2–/–(D类)小鼠显示出正常的9+2微管模式。在某些情况下,在背景2–/–老鼠(C,箭头)。肾脏来自背景2+/+(E类)和背景2–/–(F类)展示的是老鼠。背景2–/–小鼠有许多囊肿,其中一些累及肾小球。肾小管的扫描电镜观察Bbs2型+/+(G公司)和背景2–/–(H(H))显示初级纤毛的小鼠。来自的一些单元格背景2–/–小鼠的纤毛异常变细。(放大倍率:×100,A类B; ×90,000,CD类; ×90,E类F类; 和×2500G公司H(H).)

对两名成年男性BBS2患者的精液样本进行了检查。这两名患者都是同一错义突变(V75G)的纯合子,并且来自最初用于识别英国广播公司2基因(7). 使用扫描和透射电子显微镜对两名患者的精液进行定量分析,发现严重的少畸胎少精子症和严重的坏死少精子症,以及精子顶体、细胞核和轴丝结构的严重异常(数据未显示)。

背景2——/—— 小鼠有气管纤毛。气管纤毛的超微结构分析显示,气管内微管呈大致正常的9-plus-2型背景2+/+背景2–/–老鼠(图6C). 值得注意的是背景2–/–纤毛似乎有异常,类似于一个中央微管对相关的囊泡背景2–/–鼠标(图6D类). 透射电镜显示大多数纤毛正常(数据未显示)。

背景2——/—— 小鼠出现肾囊肿。杀死三只5个月大的动物,并检查其肾脏是否异常。三只动物中有两只有双侧多囊肾(图6F类). 在肾小球周围的尿腔中发现了几个囊肿。原发纤毛出现在肾小管细胞上背景2–/–小鼠,尽管与野生型动物的纤毛相比,一些纤毛的形状似乎不正常(图6G公司H(H)).

5个月大婴儿的肝脏组织学背景2–/–敲除小鼠出现脂质积聚,但没有肝囊肿的迹象。

虽然多指畸形是人类BBS的常见特征,但没有Bbs2型–/–小鼠出现多指畸形或其他明显的肢体异常。

神经感觉和行为表型。比较了38个单独观测测量的数据背景2+/+,背景2+/–、和背景2–/–小鼠和具有显著差异的小鼠总结如下表1。在比较背景2+/–具有背景2+/+任何性别的老鼠。在评估肌肉和下部运动神经元功能的观察结果中,以及在评估感觉功能(如脚趾夹伤和反射)的一些观察结果中没有显著差异。接触逃逸与背景2–/–老鼠对触摸不太敏感(P(P)< 0.0001).背景2–/–老鼠对声音惊吓的反应也减弱(P(P)< 0.05). 基因型对视觉定位有显著影响背景2–/–雌性小鼠前肢抓握较少(P(P)< 0.05).背景2–/–在处理过程中,老鼠的声音变小了(P(P)<0.0001),并显示嗅觉减弱,通过发现隐藏食物的能力进行测量(P(P)< 0.001).

表1。

之间表型差异总结背景2-/-Bbs4型-/-SHIRPA行为观察初级筛查中与WT同窝小鼠的比较
表型
行为背景2-/-背景4-/-重量
触摸逃逸0 (P(P)< 0.0001)0 (P(P)<000005)1
启动响应1个(P(P)< 0.05)2 (P(P)> 0.05)2
钢丝绳操纵0 (P(P)> 0.05)2 (P(P)< 0.005)0
唾液分泌1个(P(P)< 0.05)*0 (P(P)< 0.005)2
发声0 (P(P)< 0.0001)0 (P(P)<0.01)1
嗅觉11.8分钟(P(P)< 0.005)11.4分钟(P(P)< 0.0001)2.6分钟

数据以模式显示P(P)数值由括号中的费希尔精确测试确定。仅表现出显著差异的表型(P(P)<0.05)在至少一条敲除鼠线(或背景2-/-背景4-/-)显示了。

*仅在女性中显著。

因为背景2–/–小鼠更容易处理,通过配对同性小鼠进行社会优势试管试验(26). 在22个试验中的19个(86%),背景2+/+老鼠在测试中获胜背景2–/–老鼠(P(P)< 0.01). 什么时候?背景2+/–对小鼠进行了抗背景2–/–老鼠背景2+/–在22次试验中,小鼠赢得19次(86%)(P(P)< 0.01). 男性和女性背景2–/–小白鼠输掉了比预期更多的比赛,这表明背景2–/–老鼠比对照组更顺从。在社会支配地位方面背景2+/+背景2+/–动物。

评估背景4——/—— 小鼠确认BBS相关的神经感觉表型。确定神经感觉和社会优势表型是否对背景2缺乏或是一般BBS表型,背景4–/–对小鼠进行38次观察测量。背景4–/–小鼠在视觉位置、嗅觉、发声和触觉逃避方面表现出缺陷(表1),相同的表型背景2–/–动物表现出缺陷。社交优势测试显示背景4–/–与WT或杂合小鼠相比,小鼠的优势度较低,失去了95%的试验(P(P)< 0.001).

BBS小鼠复杂遗传的评估。据推测,在某些情况下,人类BBS的外显率需要第三个突变(位于第二个位点)(16). 在这项研究中,所有背景2–/–通过眼底摄影和ERG或组织学检查确定,小鼠出现视网膜变性。没有证据表明背景2–/–动物,这一发现与隐性遗传一致。背景2–/–尽管同性动物的体重和BMI之间存在差异,但小鼠的体重明显高于对照动物,BMI也显著高于对照动物。表型的多囊肾成分似乎没有完全渗透。双杂合动物(背景2+/–背景4+/–)按照预测的孟德尔比率生成背景2+/–×背景4+/–配对。这些小鼠的体重、BMI、ERG、眼底摄影、视网膜组织学、肢体发育和生育能力均正常。

讨论

本文所述的研究结果有助于理解BBS的发病机制和遗传学,并建议在人类中评估独特的BBS相关表型。我们证明了这一点背景2–/–小鼠出现肥胖和视网膜变性,而雄性小鼠则无法合成鞭毛。此外,这些动物还患有多囊肾病、嗅觉障碍和行为表型,表明存在异常的社会交往。

基于一些BBS蛋白在纤毛细胞基底体的定位(12,21)BBS蛋白可能参与纤毛生成、纤毛维持、纤毛内转运[通常称为鞭毛内转运(IFT)]和/或细胞内转运。此处报告的结果背景2–/–动物和以前的背景4–/–动物(20)表明Bbs2和Bbs4蛋白都不是纤毛初始组装所必需的。年轻人中存在具有连接纤毛的功能和形态正常的光感受器,这一事实证明了这一发现背景2–/–背景4–/–以及在敲除小鼠的气管中发现形态正常的纤毛。虽然光感受器的外段发育正常,但它们变得杂乱无章,最终发生凋亡。

我们假设,缺乏Bbs2会损害细胞内转运和维持快速再生的外节的IFT需求,从而损伤感光细胞。为了研究这个假设,我们标记了来自对照组和背景2–/–具有抗视黄蛋白抗体的小鼠。值得注意的是,研究人员发现视紫红质在背景2–/–视网膜,显示视紫红质定位错误。视紫红质的定位错误先于凋亡,因为显示定位错误的细胞比TUNEL阳性细胞更丰富,并且分布不同于TUNEL阴性细胞。这些数据支持BBS2在细胞内转运和IFT中的作用。

Opsins似乎出现在外节段,表明顺行IFT中没有出现完全缺陷。在其他形式的小鼠视网膜变性中,也描述了视紫红质在ONL细胞体中的错误定位(28). 细胞体中缺乏可检测的Rom1和rds/外周蛋白,这可能表明Bbs2必须对某些(而不是其他)外段蛋白的运输具有功能,或者这些丰度较低的蛋白质的检测水平不如高丰度视紫红质蛋白质的检测水平强。本研究中发现纤毛中有小泡堆积,这进一步表明IFT受损。

纤毛组装显然需要BBS蛋白,但鞭毛组装是一个显著的例外。精子发生过程中鞭毛形成的失败表明,鞭毛的过程或需求与纤毛组装相比存在差异。我们还证明,人类BBS2患者的精子发生受损,尽管存在一些鞭毛。这一发现表明,在某些情况下,在缺少功能性BBS2蛋白的情况下可能会形成鞭毛,或者错义突变不会导致完全无功能的BBS2蛋白质。

值得注意的是,背景2–/–动物可以聚集肾小管细胞的初级纤毛,尽管这些纤毛看起来是锥形的。需要对肾小管细胞进行进一步研究,以确定纤毛异常的确切性质。肾囊肿的发展背景2–/–动物表明,肾小管细胞的初级纤毛存在机械反应缺陷,因为已知这种机制会导致多囊肾病(29). 这些累积数据表明BBS中涉及运动、感觉和机械感觉纤毛。

BBS表型和通常归因于活动纤毛缺陷的表型之间的差异表明,BBS表型不能仅由纤毛运动障碍来解释。原发性睫状体功能障碍患者,如Kartagener综合征,通常会出现支气管扩张和鼻窦炎,然而这些症状并不被认为是BBS的常见特征,尽管BBS患者哮喘发病率增加背景2–/–本研究中检测的小鼠。

我们的数据表明背景2–/–在肥胖发生之前,小鼠就开始出现与食物摄入增加相关的肥胖。根据这些数据,似乎背景2–/–小鼠在调节饱腹感方面有缺陷。肥胖的存在可能表明睫状体功能、IFT和/或细胞内转运与维持适当体重之间存在以前未知的联系。或者,这些动物的肥胖可能是由于神经元发育缺陷或神经元特异性变性所致。

神经功能缺损的发现背景2–/–小鼠表明神经发育或神经退行性异常是由背景2不足并不局限于饱足调节。社会优势试管试验的结果表明,基因敲除小鼠的优势度低于其同窝对照小鼠。这种表型似乎是一种常见的BBS表型背景4–/–动物也缺乏社会支配力。这种表型不能仅仅归因于视力缺陷,因为它发生在幼年动物身上(失明之前),并且可以在完全黑暗的环境中复制。对这些动物的进一步研究有可能确定参与社会互动的神经通路。

我们还证明了背景2–/–背景4–/–老鼠有嗅觉缺陷。这一发现与最近关于人类和小鼠嗅觉缺失的报告相一致(30).

BBS在人类中的复杂遗传已被提出。BBS复杂遗传的可能性对于确定BBS家族的复发风险以及了解BBS表型背后的生物化学具有重要意义。在小鼠中,观察到的一些表型(视网膜变性)似乎是完全渗透的。这些数据支持这样的结论,即BBS是一种高度渗透性的常染色体隐性遗传病,具有可变的表达率。

Bbs2和Bbs4小鼠模型的开发将允许评估背景2背景4以确定这些基因是否相互修改,尤其是在表型的一些渗透性较弱的成分方面,如肾囊肿。

有趣的是背景2–/–动物并没有人类表型的所有成分,尤其是多指畸形。缺乏多指畸形并不是特定的背景2-缺乏动物,如背景4敲除的动物也没有多指畸形(20). 这些数据表明,BBS蛋白在人类和小鼠肢体发育中的作用存在根本差异。

补充材料

支持信息:

致谢

我们感谢K.Bugge、M.Olvera、C.Eastman、G.Beck、R.Burry、A.Fischer和K.Wolken提供的技术援助;D.Aguiar Crouch行政协助;Robert Molday博士(温哥华不列颠哥伦比亚大学)和Joe Besharse博士(密尔沃基威斯康星州医学院)慷慨捐赠抗体;王凯博士协助进行统计分析;以及爱荷华州大学病理学系和中央电子显微镜研究设施寻求帮助。这项工作得到了美国国立卫生研究院P50-HL-55006(至V.C.S.)和R01-EY-11298(至V.C.S.和E.M.S。V.C.S.和E.M.S.是霍华德·休斯医学研究所的研究员。

笔记

作者贡献:E.M.S.和V.C.S.设计的研究;D.Y.N.、M.F.、R.F.M.、C.S.、M.A.、R.D.、J.L.A.、K.M.、R.E.S.和B.Y.进行了研究;D.Y.N.、R.F.M.和V.C.S.分析数据;R.C.提供了新试剂/分析工具;R.C.、E.M.S.和V.C.S.撰写了这篇论文。

本文直接(第二轨道)提交给PNAS办公室。

缩写:BBS,Bardet–Biedl综合征;ES,胚胎干;视网膜电图;BMI,体重指数;ONL,外核层;末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记;IFT,鞭毛内转运。

工具书类

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文章来自美国国家科学院院刊由以下人员提供美国国家科学院