基础研究
Sirt6基因脑特异性敲除对老年小鼠大脑皮层的影响
中华行为医学与脑科学杂志, 2021,30(6) : 481-488. DOI: 10.3760/cma.j.cn371468-20210225-00106
摘要
目的

研究衰老基因沉默信息调节因子6(silent information regulator 6,Sirt6)敲除后对于老年小鼠大脑皮层的影响。

方法

构建Sirt6-flox转基因小鼠,利用Emx1-Cre工具鼠对小鼠脑组织进行特异性Sirt6基因敲除。根据基因分型,将11只野生型小鼠作为对照组(WT组),10只Sirt6基因敲除小鼠作为条件敲除组(cKO组)。对老年小鼠的体型和体质量进行测量,HE染色比较大脑皮层厚度;EdU标记分析大脑神经再生,Western blot检测衰老相关RNA结合蛋白HuR和凋亡相关蛋白Caspase-3的表达,同时检测皮层内组蛋白乙酰化水平。

结果

成功构建Sirt6脑组织特异性敲除小鼠,12月龄组实验中,与WT组小鼠脑组织面积[(2.07±0.22)cm2]和皮层厚度[(970.56±80.91)μm]相比,Sirt6 cKO组脑组织面积[(1.61±0.14)cm2]和皮层厚度[(822.88±53.94)μm]均偏小,均差异有统计学意义(均P<0.05);EdU掺入神经细胞实验显示,与WT组每100个室管膜区神经细胞中EdU掺入细胞数目[(10.29±1.93)个]相比,Sirt6 cKO组室管膜区神经细胞EdU掺入数目偏少[(4.75±1.48)个] ,且差异具有统计学意义(P<0.001);在17月龄组实验中,与WT组体型、体质量[(35.25±4.17)g]和脑组织面积[(1.98±0.18)cm2]相比,Sirt6 cKO组小鼠体型偏小、体质量[(29.00±1.08)g]偏低且脑组织面积[(1.54±0.55)cm2]偏小,差异具有统计学意义(均P<0.05)。这两个月龄段小鼠脑皮层蛋白中Caspase-3、HuR表达降低(t=2.95,5.38,均P<0.05),且H3K9ac、H3K56ac的表达增高(t=3.53,2.78,均P<0.05),但同源基因Sirt1表达无变化(t=1.26,P>0.05)。

结论

Sirt6的脑组织特异性缺失会导致老年小鼠大脑神经再生减少,衰老加剧,凋亡增加,这可能是导致其大脑皮层变薄,脑组织萎缩的原因,推测其分子机制与Sirt6敲除后乙酰化水平升高有关。

引用本文: 王新寰, 侯琳, 阴彬, 等.  Sirt6基因脑特异性敲除对老年小鼠大脑皮层的影响 [J] . 中华行为医学与脑科学杂志, 2021, 30(6) : 481-488. DOI: 10.3760/cma.j.cn371468-20210225-00106.
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沉默信息调节因子2(silent information regulator,Sir2)相关酶属于Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶[1],其酶活性依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide-adenine dinucleotide,NAD),在哺乳动物中,沉默信息调节因子相关酶(Sirtuis)家族有七个成员(Sirt1-Sirt7),它们通过调节应激反应、细胞凋亡与DNA修复等多种机制防止衰老相关疾病发生[2,3]。Sirt6在衰老、心血管疾病,神经退行性疾病等发挥重要的作用[4]。Sirt6基因全敲除小鼠表现出早衰表型且在4周内死亡[5],Sirt6基因全身性敲除的食蟹猴在出生数天内死亡,脑组织存在异常[6],Sirt6高表达的啮齿类动物寿命延长[7],有研究发现,对中枢神经系统的神经元和胶质前体细胞中Sirt6基因进行条件性敲除的成年小鼠脑组织偏小,代谢异常导致肥胖和糖尿病[8],还产生类似阿尔茨海默病患者的行为学表型[9]。以上研究提示Sirt6对于中枢神经系统功能的正常维持发挥着重要功能,其缺失可导致大脑出现功能异常。在老年个体中,神经干细胞的自我更新和分化对维持神经系统的正常功能发挥着重要作用,而目前Sirt6对老年小鼠大脑的神经再生是否存在影响尚不清楚,这对于研究神经系统退行性疾病具有重要参考价值。1994年,Rajewsky实验室首先使用Cre/Loxp重组系统在小鼠体内诱导基因敲除[10],该技术使得在特定时间、特定组织或细胞中实现条件性敲除成为可能。目前,由于Cre/Loxp系统在哺乳动物细胞中具有高效性,已广泛应用于小鼠的在体基因编辑。Loxp序列的插入对象具有可选择性,根据研究基因的不同,将Loxp插入到不同基因序列两侧,同样的,环化重组酶(cyclization recombinase,Cre)可以被编辑在不同转录因子的启动子下游,进行与转录因子一致的时空特异性表达。空通气孔同源框1(empty spiracles homeobox 1,emx1)是控制头部发育的重要基因之一,Emx1-Cre是一种特异表达于哺乳动物大脑皮层的工具酶,其开始表达于胚胎期(embryo,E)9.5天[11],在胚胎期第12.5天,胚胎大脑的VZ和SVZ区几乎所有的神经前体细胞均具有强烈表达[12]。因此,本研究利用Emx1-Cre条件敲除Sirt6,探究Sirt6敲除后对老年小鼠皮层神经再生的影响。

 
 
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