成骨细胞特异性敲除Ppp2ca基因小鼠的构建及表型分析

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背景和目的:蛋白磷酸酶2A(PP2A)参与调节真核细胞中大部分的磷酸化反应,是哺乳动物体内主要的丝/苏氨酸磷酸酶之一。PP2A参与细胞内的多种通路,并影响细胞周期、细胞凋亡、DNA复制和转录等生理过程。细胞水平实验显示,PP2A通过调节骨形成的相关基因Osterix等,参与调节骨形成和成骨细胞分化,此过程中PP2A蛋白C亚基(Ppp2ca)的催化作用尤为重要。本研究旨在构建成骨细胞中特异性表达CRE酶的工具鼠,并获得成骨细胞中特异性敲除Ppp2ca基因的小鼠,以探究Ppp2ca基因对小鼠骨组织发育的影响。方法:构建pNCHS4-Col1-Cre-NLs-BPA载体。通过原核注射、PCR鉴定获得成骨细胞中特异性表达CRE酶的转基因工具鼠(Col1-Cre),交配传代三代以上获得稳定表达的品系。Col1-Cre鼠和ROSA26工具鼠交配的子代,通过X-gal染色鉴定CRE酶在成骨细胞中的表达。将Col1-Cre工具鼠和Ppp2ca条件型敲除鼠(Ppp2cafl/fl)交配,两代后得到成骨细胞中缺失Ppp2ca基因的小鼠。通过Western、HE染色、X-ray、Micro-CT骨密度分析等实验,研究缺失Ppp2ca基因对小鼠骨组织发育的影响。结果:通过原核注射和PCR鉴定,获得基因型为Col1-CreT/W的小鼠。将Col1-CreT/W鼠与ROSA26报告鼠进行交配,得到同时含有Col1-Cre、LacZ基因的子代鼠(Col1-CreT/W;ROSA26T/W)。通过对Col1-CreT/W;ROSA26T/W鼠股骨冰冻切片和X-gal染色,证明CRE酶在小鼠成骨细胞中成功表达。实验获得了在成骨细胞中敲除Ppp2ca基因的小鼠(Col1-CreT/W;Ppp2ca fl/fl),并通过PCR和western blotting实验,证明成骨细胞中已敲除Ppp2ca基因。比较敲除鼠(Col1-CreT/W;Ppp2ca fl/fl)与其同窝对照鼠的体重差异,并发现敲除鼠中有20%的雌性鼠体型明显小于同窝对照鼠,但其股骨大小和长度与对照鼠相比无明显差异。小鼠股骨组织HE染色,脱钙时间为4天时,敲除鼠切片骨皮质区碎裂;延长骨组织脱钙时间至7天,结果显示敲除鼠股骨皮质缝隙增多,骨骺向下延生至骨膜处的成骨区增厚。推测成骨细胞敲除Ppp2ca基因导致软骨内成骨活性增强。利用X-ray选定敲除鼠与对照鼠股骨组织差异明显的实验组,以便进行Micro-CT扫描。通过分析小鼠骨密度,敲除鼠的股骨皮质骨密度大于对照鼠,骨小梁密度小于对照鼠;体型明显偏小的敲除鼠的皮质骨骨密度及骨小梁密度都小于同窝对照鼠。结论:本研究成功构建Col1-Cre转基因工具鼠,并获得了在成骨细胞中特异性敲除Ppp2ca基因的小鼠模型。通过对基因型为Col1-CreT/W;Ppp2cafl/fl小鼠的表型分析,证明Ppp2ca基因在成骨细胞的缺失会导致小鼠软骨内成骨活性增强,小鼠股骨皮质密度增加。
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