МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2014, том 48, № 4, с. 587-599
= ОБЗОРЫ =
УДК [575.1:616.001.57]:57.084.1
ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЖИВОТНЫЕ КАК МОДЕЛИ ПАТОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ ПСОРИАЗЕ
© 2014 г. А. Г. Соболева*, А. В. Мезенцев, С. А. Брускин
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва, 119991
Поступила в редакцию 30.01.2014 г.
Принята к печати 06.03.2014 г.
Псориаз — хроническое рецидивирующее заболевание, поражающее преимущественно кожу и имеющее аутоиммунную природу. Изучать развитие псориаза в контролируемых условиях, а также отдельные аспекты патологического процесса позволяют экспериментальные модели этого заболевания. Получено множество мышиных моделей, которые в большей или меньшей степени воспроизводят проявления псориаза у человека. Генетически модифицированные животные помогают отыскивать новые гены, мутации в которых могут стать причиной болезни, а также выявлять новые терапевтические мишени. На лабораторных животных проводится тестирование новых препаратов и терапевтических приемов. Цель нашего обзора состояла в анализе опубликованных данных о лабораторных животных, используемых для моделирования псориатического процесса.
Ключевые слова: экспериментальная модель, генетически модифицированные животные, псориаз, биомаркеры.
GENETICALLY MODIFIED ANIMALS AS MODEL SYSTEMS OF PSORIASIS, by A. G. Soboleva*, A. V. Mesentsev, S. A. Bruskin (Vvilov Institute of General Genetics, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119991 Russia; *e-mail: soboleva.anna@vigg.ru). Psoriasis is a chronic autoimmune skin disorder. Experimental models of psoriasis can be used to study the disease in controlled conditions. Moreover, the experimental models allow to study a certain aspect of the pathological process. Although none of the multiple mouse models reproduces the human disease precisely, lab animals as model systems can be very helpful because of two reasons. First, introduction of new mutations into animal genome allows to reveal the new genes that may play a certain role in pathogenesis of the disease. Second, the experiments that are carried on the lab animals can be used for testing the new drugs and selection of the most efficient chemical agents from a variety of the proposed experimental preparations. The aim of this paper was to summarize the data on the lab animals that serve as experimental models of psoriasis.
Keywords: experimental model, genetically modified animals, psoriasis, biomarkers. DOI: 10.7868/S0026898414040156
ВВЕДЕНИЕ
Псориаз — это хроническое, аутоиммунное заболевание кожи. По данным Международной федерации ассоциаций псориаза это заболевание диагностировано у 124 млн. человек, т.е. у 2—3% населения планеты. Этиология и патогенез псориаза остаются невыясненными до настоящего времени. Терапевтические приемы, применяемые при этой до сих пор неизлечимой патологии, направлены на снижение интенсивности симптомов и увеличение периодов ремиссии. Таким образом, актуальным остается поиск более эффективных методов лечения псориаза.
* Эл. почта: annasobo@mail.ru
Псориаз — многофакторное заболевание, вероятность развития которого возрастает при наличии генетической предрасположенности. Развитие патологического каскада индуцируется факторами внешней среды (психоэмоциональные стрессы, инфекции и др.) и зависит от условий жизни потенциального больного, качества питания и принимаемых лекарственных средств. Считается, что главную роль в индукции псориаза играет инфильтрация кожи иммунными клетками и последующее нарушение процессов диффе-ренцировки и пролиферации кератиноцитов. Болезнь возникает на фоне воспалительного процесса и сопровождается формированием псориатических бляшек.
Большинство лабораторных исследований псориаза выполнено на мышах. Стратификация кожи мыши и человека аналогична, хотя имеются и некоторые отличия: кожа мышей тоньше [1], она содержит больше волосяных фолликулов, и в ней отсутствуют потовые железы и меланоциты, а обновление эпидермиса происходит значительно быстрее [2]. У мышей обнаружены специфические иммуно-компетентные клетки: дендритные клетки CD8+, дендритные эпидермальные Т-клетки и киллерные клетки (NK) 1.1+, которых нет в коже человека [3]. В силу множества различий между кожей человека и мыши модельные животные не могут воспроизводить все особенности псориатического процесса у человека, однако, несмотря на это, они дают возможность изучать патологию.
При помощи модельных систем можно воспроизводить отдельные стороны патологического процесса, что необходимо для поиска эффективных путей их коррекции. Лабораторные животные в качестве экспериментальных моделей интересны тем, что позволяют изучать развитие болезни в контролируемых условиях, тестировать новые терапевтические подходы до начала клинических испытаний, а также проводить отбор новых лекарственных средств из сравнительно большого набора предлагаемых препаратов.
К настоящему времени разработано большое количество экспериментальных моделей псориаза. Отобраны животные со спонтанными мутациями или генетически модифицированные линии с искусственно введенными мутациями. Помимо этого используют ксенотрансплантацию, т.е. перенос участков пораженной кожи человека мышам с иммунодефицитом. Проявления патологии у модельных животных в большей или меньшей степени воспроизводят клинические симптомы заболевания у человека. В представленном обзоре обобщены и проанализированы опубликованные данные об использовании лабораторных животных для моделирования патологического процесса, а также основные достижения в этой области.
ЖИВОТНЫЕ СО СПОНТАННЫМИ МУТАЦИЯМИ
Обнаружение спонтанных мутаций в геноме мыши позволило выделить фенотипы, которые могут быть полезными для изучения псориаза у человека. У мутантных животных появляются такие признаки псориатического процесса, как гиперкератоз эпидермиса, инфильтрация кожи макрофагами и тучными клетками, активация ан-гиогенеза. Так, мутация в гене Sharpin привела к выделению линии животных с хроническим про-лиферативным дерматитом (the chronic proliferative dermatitis mutation — cpdm) [4]. Белок SHARPIN входит в состав убиквитин-лигазного комплекса LUBAC, необходимого для линейного полиубик-
витинирования белков. В частности, LUBAC убик-витинирует ингибиторную субъединицу фактора транскрипции NF-kB, одного из ключевых участников развития псориатического воспаления [5]. У животных упомянутой линии наблюдается хроническое воспаление и многочисленные повреждения внутренних органов при отсутствии аутоанти-тел и аутореактивных T-клеток [6].
Развитие признаков псориаза без активного участия Т-клеток отмечено также у гомозиготных животных с мутацией fsn (flaky skin mutation) [7]. Мутация fsn обусловлена инсерцией ретровирус-ной ДНК в интрон 14 гена Ttc7, она не изменяет рамку считывания и не вызывает делеций в мРНК, но приводит к образованию дополнительного экзо-на [8]. В результате с мутантного гена транскрибируется меньше мРНК. У мышей с этой мутацией наблюдаются не только признаки псориаза, но и многочисленные повреждения внутренних органов, при том что патологические нарушения развиваются только в тканях, экспрессирующих Ttc7 [9]. У животных развиваются также анемия и гиперплазия слизистой оболочки желудка, что не типично для псориаза. Первые признаки воспаления и гиперплазии эпидермиса появляются спустя 2 нед. после рождения животных и к 3—4 нед. распространяются на всю поверхность тела [7].
Мутантные животные линии "Asebia" уже при рождении имеют признаки гиперплазии эпидермиса, с возрастом патология интенсивно прогрессирует. В утолщенной дерме увеличивается число капиллярных сосудов, появляются морфологические изменения фибробластов [10], развивается воспалительный процесс в присутствии инфильтрата иммунных клеток [11]. Описанные изменения вызваны мутациями в гене Scdl, который кодирует одну из изоформ стеароил-СоА-десатура-зы, фермента, катализирующего одну из стадий биосинтеза мононенасыщенных жирных кислот, преимущественно олеиновой и пальмитиновой. Хотя изменения кожи у носителей мутации в гене Scdl напоминают псориаз, однако существуют и принципиальные отличия — в кожном инфильтрате иммунных клеток содержатся макрофаги и тучные клетки, но практически отсутствуют T-клетки и нейтрофилы, а при применении антипсориати-ческих препаратов симптомы заболевания усиливаются и возрастает скорость пролиферации ке-ратиноцитов [12].
Животные линии CD45.1+ (подлинии NCI и Tac) содержат мутации в гене фактора SOX13, у них нарушено развитие yST-клеток и, как следствие, снижено содержание У84+у5Т17-клеток [13]. Эти клетки важны для синтеза интерлейкина 17 (IL17) при инфекционных и аутоиммунных заболеваниях, таких как псориаз [14, 15]. Животные линии CD45.1+ не имеют признаков псориаза, поскольку мутации в гене Sox13 придают им
устойчивость к развитию индуцированного псо-риатического поражения. Это обусловило их использование для изучения роли у8Т17-клеток в развитии воспаления [13].
Из краткого рассмотрения мутантных животных, используемых для изучения псориаза, следует, что в основе таких проявлений патологии, как эпидермальная гиперплазия, хроническое воспаление, неоваскуляризация дермы и других, могут лежать разные причины, в том числе, нарушение экспрессии ряда генов (табл. 1). Понять роль отдельных участников псориатического процесса можно, изучая мутантных животных с различными генотипами.
ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МЫШИ
В качестве экспериментальных моделей можно использовать не только животных со спонтанными мутациями, но и таких, геном которых направленно изменен методами генной инженерии. Существует несколько типов генетически модифицированных животных: мыши, в геном которых введены один или несколько генов (гены вирусных белков, дополнительные копии собственных генов, например ген провоспалительного цитокина); мыши, у которых вследствие изменения нуклеотидной последовательности или нокаута нарушена экспрессия отдельных генов; животные с двумя или большим числом мутаций, полученные путем скрещивания различных му-тантных линий.
Мыши, экспрессирующие г
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.