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rTg (tau*P301L)4510 (129S6xFVB)

物种：小鼠

基因：MAPT

突变：MAPT P301L

编辑类型：MAPT转基因

疾病相关：阿尔C海默病、额颞叶C呆

品系名称：129S6.Cg-Tg (Camk2a-tTA)1Mmay/JlwsJ；Fgf14Tg (tetO-MAPT*P301L)4510Kha/J。曾用名：129S6.Cg-Tg (Camk2a-tTA)1Mmay/JlwsJ；FVB-Tg (tetO-MAPT*P301L)＃Kha/JlwsJ

遗传背景：混合129S6 (activator 激活系) X FVB (responder 反应系)

概要

rTg4510小鼠表达可抑制的人类tau蛋白，其中包含与家族性额颞叶C呆相关的P301L突变。自2005年首次描述以来 (Ramsden et al., 2005; Santacruz et al., 2005)，这种小鼠已成为一种流行的模型，因为它模拟了tau病理和人类tau病变中观察到的明显神经退行性，并为研究人员提供了对突变tau转基因表达的时间控制。然而，2019年的一项研究表明，由MAPT*P301L转基因的随机插入引起的内源性小鼠基因的破坏，显著导致了rTg4510小鼠中观察到的神经病理学和神经退行性表型 (Gamache et al., 2019)。因此，研究人员应该谨慎将这些小鼠中的发现归因于突变tau*P301L的表达。

rTg4510小鼠 (“r”代表可调节)通过将携带下游四环素操纵子响应元件 (TRE)的人类MAPT*P301L c基因的4510反应系，与表达受CaMKIIα启动子控制的四环素控制转录激活物 (tTA)的激活系交配而产生。双转基因后代基本上在前脑中表达人类tau*P301L，直到四环素类似物多西环素 (dox)的给药使转基因表达失活。CaMKIIα启动子限制转基因表达主要局限于前脑。

CaMKIIα-tTA和MAPT*P301L转基因的整合位点已经被测出，发现两个转基因都破坏了内源性的小鼠基因 (Gamache et al., 2019; Goodwin et al., 2019)。CaMKIIα-tTA转基因插入在12号染色体上，导致一个508 kb的缺失，影响了五个小鼠基因：Vipr2 (血管活性肠肽受体2)，Wdr60 (含有WD重复的蛋白60)，Esyt2 (扩展突触结合蛋白样蛋白2)，Ncapg2 (非SMC凝缩蛋白II复合物，亚基G2)和Ptprn2 (蛋白酪氨酸磷酸酶，受体类型，N多肽2)。MAPT*P301L转基因的整合位点位于14号染色体上的Fgf14 (成纤维细胞生长因子14)基因内，导致了一个244 Kb的缺失，包括壹号外显子。

为了解tau P301L过表达和Fgf14破坏的效应，使用了第二个反应系小鼠“T2” (Gamache et al., 2019)。为了创建T2小鼠，使用定向插入策略将MAPT*P301L转基因放置在小鼠基因组中不会破坏任何内源性小鼠基因的位置。然后将T2小鼠与CaMKIIα-tTA激活系交配以创建双转基因小鼠 (当MAPT*P301L转基因纯合时定义为rT2/T2)。与rTg4510小鼠相比，rT2/T2小鼠表达更多的tau*P301L，但神经退行性延迟并且tau病理发生较晚且较不严重。这些发现表明，Fgf14的破坏对rTg4510小鼠中观察到的神经病理学和神经退行性表型有影响。

此外，CaMKIIα-tTA激活系中出现海马齿状回的萎缩，尚不清楚是由于tTA的表达还是由于一个或多个内源性小鼠基因的破坏所致。该表型已在某些遗传背景 (Han et al., 2012; 刘 et al., 2015; Helboe et al., 2017)中看到，包括129S6 X FVB杂交子代。

请记住，不是所有rTg4510小鼠的表型都必然是由于tau*P301L过表达引起的。以下总结了描述rTg4510小鼠的广泛文献。

rTg4510小鼠表达高水平 (大约为内源性小鼠tau水平的13倍)的突变tau，它们发展出逐渐加重的与年龄相关的神经纤维缠结、神经元丧失和行为障碍 (Ramsden et al., 2005)。值得注意的是，在用dox抑制转基因后，神经元死亡停止，认知功能的下降被阻止甚至逆转 (SantaCruz et al., 2005; Spires et al., 2006; Blackmore et al., 2017)。

已报告了性别差异，雌鼠表现出比雄性更激进的tau病理和更严重的行为缺陷 (Yue et al., 2011; Song et al., 2015)。

基因编辑

MAPT*P301L转基因编码具有四个微管结合域且缺少氨基端插入(4R/0N)的人类tau，带有P301L突变。表达由四环素操作子上游的细胞质巨核病毒最小启动子驱动。转基因还包含小鼠朊蛋白基因 (Prnp) 2 -3号外显子的未翻译序列。

CaMKIIα-tTA转基因包含四环素靶向转录激活蛋白 (tTA)，受前脑特异性钙/钙调蛋白依赖性激酶II (CamKII) 启动子的控制。

斑块

无。

缠结

2.5月龄开始出现缠结前体 (pretangles)。4月龄时皮层中出现类似银染色缠结的结构，在5.5月龄时在海马中出现。

神经元损失

5.5月龄时减少 (约60%) CA1海马神经元，伴随有明显的脑重量下降。7和8.5月龄小鼠中神经元和脑重量进一步下降，到8.5月龄时CA1锥体细胞只剩下约23%。到10月龄时前脑出现明显的萎缩。

突触损失

8-9月龄时出现明显的树突棘丢失 (体感皮层中树突棘密度下降约30%)。

LTP / LTD的变化

在1.3月龄时，谢弗侧支 (Schaffer collateral) - CA1突触的LTP正常，但在4.5月龄受到损害。

认知障碍

2.5至4月龄时，空间记忆 (Morris水迷宫)记忆受损。6月龄时没有明显的运动障碍。通过dox抑制转基因可以改善空间记忆。

表型详情

神经病理学

从怀孕到6周龄抑制转基因tau*P301L的表达已被报道能够延缓tau病理的发生长达六月龄 (Helboe et al., 2017)。

rTg4510小鼠会发生神经元丧失，但不同实验室之间的时间和程度可能会有所不同 (例如，一个组报告了大约5.5月龄时海马CA1神经元的约60％减少 (Ramsden et al., 2005；SantaCruz et al., 2005)，而第二组在8到12月龄之间发现43％的减少 (Helboeet al., 2017)。大脑皮层细胞的损失略晚，大约在8.5月龄时发生 (Spires et al., 2006)，并且在10月龄时观察到明显的前脑萎缩。发现脑重量的损失与体重的损失相关 (Helboe et al., 2017)。抑制转基因tau*P301L能够在这个模型中缓解神经退行：在抑制6到8周后，CA1神经元的数量稳定，而更长时间的抑制 (从5.5到9月龄的dox处理)导致了脑重量的保护 (SantaCruz et al., 2005)。

通过免疫组织化学评估，双转基因rTg4510和单转基因CaMKIIα-tTA和Tg4510小鼠的突触密度在8.5月龄时相似，而在9.5月龄的rTg4510小鼠中，体内成像显示树突棘减少 (Kopeikina et al., 2013)。早在24到48周龄之间，突触前和突触后蛋白的水平就开始下降 (Helboe et al., 2017)。

rTg4510小鼠还存在白质病理。在10月龄的小鼠的脊髓横截面中观察到背侧皮质脊髓束的萎缩 (Ramsden et al., 2005)。在体内，扩散张量成像 (diffusion tensor imaging) 显示8.5月龄rTg4510小鼠的白质束的各向异性值 (fractional anisotropy values) 低于非转基因动物 (Sahara et al., 2014)。电子显微镜显示出肿胀、退化的轴突和破裂的髓鞘 (Ludvigson et al., 2011; Sahara et al., 2014)。

胶质细胞增生，以星形胶质细胞标记物GFAP和小胶质细胞标记物Iba1免疫反应增强的形式评估，出现于2.5月龄 (Helboe et al., 2017)。

电生理

在体外，rTg4510皮质神经元显示出升高的静息膜电位和高度兴奋性。这些变化独立于NFT病理负担，可在小至1-3月龄的小鼠中发现，而且在较老的小鼠中带缠结和不带缠结的神经元中都存在 (Rocher et al., 2010；Crimins et al., 2012)。但是，在体内记录麻醉动物时，rTg4510皮层神经元的静息电位和非转基因小鼠无差异，并且在5月龄的自由行动小鼠中显示出新皮层网络的活动降低 (Menkes-Caspi et al., 2015)。

随年龄增长，海马谢弗侧支 (Schaffer collateral) -CA1突触的长时程增强在1.3月龄时是正常的，但在4.5月龄时受损 (Hoover et al., 2010)，而在3至6月龄之间出现了双脉冲易化 (paired-pulse facilitation, PPF) 的缺陷 (Gelman et al., 2018)。在体内，CA1神经元的空间编码受到干扰：自由活动的7-9月龄的rTg4510中的CA1神经元显示出与空间位置不相关的固化放电顺序，而非转基因动物中的神经元活动与位置有关 (Cheng and Ji，2013)。

认知/行为

rTg4510小鼠在多种认知和行为测试中显示出年龄相关的缺陷。

雌性比雄性受损更严重 (Yue et al., 2011)。当转基因被dox抑制到5.5月龄的时候，空间记忆得到了改善 (SantaCruz et al., 2005)。

在雌鼠小鼠的研究中，早在2月龄时，旷场实验中的过度活动就已经被观察到 (Wes et al., 2014)。一项综合两个性别数据的研究报告了6月龄出现但2月龄未出现的过度活动 (Cook et al., 2014)。第三项研究报道了4月龄雄性小鼠的过度活动，这是检查的最早年龄 (Blackmore et al., 2017)。需要在同一实验室，在相同实验条件下，比较雄性和雌性动物，以确定这种行为异常的发病年龄或严重程度方面是否存在性别差异。

在双重转基因rTg4510小鼠中，新物体识别的缺陷出现在2至4月龄之间 (Wes et al., 2014; Blackmore et al., 2017)。然而，在单转基因CaMKIIα-tTA小鼠中也出现了类似的缺陷 (Wes et al., 2014), 这意味着这项任务中的缺陷可能与tTA存在有关，而不是与tau病理有关。

与非转基因小鼠相比，rTg4510小鼠在2月龄时显示出关联条件恐惧 (contextual fear conditioning) 的缺陷，而在2至6月龄之间出现了暗示条件恐惧 (cued fear conditioning) 的缺陷 (Cook et al., 2014)。rTg4510小鼠的运动功能在6月龄时表现正常 (SantaCruz et al., 2005), 但在10月龄时，小鼠在被尾巴抬起时出现抱缩和肢体后缩，以及尾部僵硬的扭曲姿势 (Ramsdenet al., 2005)。然而，在12月龄时，小鼠在转棒疲劳仪 (Rotarod) 测试中表现正常 (Blackmore et al., 2017)。在其它行为测试中，rTg4510小鼠与非转基因小鼠之间存在差异，包括测试空间工作记忆的Y迷宫 (Wes et al., 2014)，测试空间参考记忆的游泳逃脱Y迷宫 (Blackmore et al., 2017)以及测试焦虑的高架十字迷宫 (Cook et al., 2014)。