Hcrt-KO 基因敲除小鼠

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产品名称

Hcrt-KO 基因敲除小鼠

产品编号

S-KO-15801

品系全称

C57BL/6NCya-Hcrtem1/Cya

品系背景

C57BL/6NCya

品系编号

KOCMP-15171-Hcrt-B6N-VA

品系状态

使用本品系发表的文献需注明: Hcrt-KO 基因敲除小鼠 mice (Strain S-KO-15801) were purchased from Cyagen.
交付类型
周龄
性别
基因型
数量

基本信息

基因研究概述

质控标准

基因
基因全称
hypocretin
基因别称
PPOX
染色体号
Chr 11 (Mouse)
转录本 ID
NCBI: NM_010410 | Ensembl: ENSMUST00000055083
修饰方式
全身性基因敲除
靶向范围
Exon 1~2
敲除长度
~1.8 kb
品系说明
该品系是基于策略设计时的数据库信息制作而成,建议您在购买前查询最新的数据库和相关文献,以获取最准确的表型信息。
表型提示
MGI:1202306Homozygotes for a targeted null mutation exhibit altered sleep patterns, frequent periods of behavioral arrest resembling human narcolepsy, and attenuated morphine dependence.
Hcrt基因,也称为hypocretin或orexin基因,编码一种重要的神经肽,称为hypocretin或orexin,它在大脑中发挥多种生理功能。Hcrt基因位于下丘脑,表达于特定神经元中,这些神经元被称为Hcrt神经元或orexin神经元。Hcrt神经元在调节睡眠-觉醒周期、摄食行为、情绪和代谢等方面发挥关键作用。Hcrt神经肽通过与特定的受体结合,影响大脑中的神经元活动,从而调节这些生理功能。

随着年龄的增长,睡眠质量往往会下降,但其背后的机制尚不清楚。一项研究发现,随着年龄的增长,Hcrt神经元表现出更高的兴奋性,导致睡眠碎片化。这些神经元在老年小鼠中表现出更频繁的神经元活动,并且通过光遗传学激活Hcrt神经元可以引发更长时间的觉醒状态。此外,研究发现,老年Hcrt神经元中KCNQ2表达降低,M电流受损,这与KCNQ2/3通道的调节有关[1]。单核RNA测序揭示了Hcrt神经元在衰老大脑中的适应性变化。在年轻小鼠的Hcrt神经元中破坏Kcnq2/3基因会导致睡眠不稳定性,与衰老相关的睡眠碎片化相似。而KCNQ选择性激活剂flupirtine可以超极化Hcrt神经元,改善老年小鼠的睡眠结构[1]。这些发现揭示了衰老过程中睡眠不稳定的机制,并提出了改善睡眠连续性的策略。

Narcolepsy type 1(NT1)是一种慢性睡眠障碍,其特征是下丘脑产生唤醒hypocretin(HCRT)肽的神经元数量减少。NT1与MHC class II等位基因HLA-DQB1*06:02的紧密关联以及与T细胞受体基因和其他免疫相关位点的遗传证据,表明NT1可能是一种免疫介导的疾病。研究发现,NT1患者的T细胞对HCRT的反应性增加,但T细胞在神经元破坏中的主要作用尚未得到证实。动物模型提供了关于自身反应性CD4+和CD8+ T细胞在NT1疾病中作用的线索。阐明NT1的发病机制将有助于开发疾病发作时的靶向免疫疗法,并可能成为其他免疫介导的神经疾病的模型[2]。

除了睡眠障碍,Hcrt基因与偏头痛也有关联。研究发现,低水平的身体锻炼和高频率的偏头痛之间存在关联。尽管锻炼可以触发偏头痛发作,但规律的锻炼可能对偏头痛频率具有预防作用。可能的原因包括锻炼后血浆中β-内啡肽、内源性大麻素和脑源性神经营养因子水平的增加。然而,仍需进一步研究以确定锻炼的频率和强度,以制定基于证据的锻炼计划来预防偏头痛[3]。

在糖尿病中,高血糖状态会导致Hcrt基因的沉默。研究发现,将人类诱导多能干细胞(hiPSCs)处理N-乙酰-D-甘露糖胺(ManNAc)及其衍生物可以恢复Hcrt基因的表达。高血糖条件下,Hcrt基因的沉默与H3/H4去乙酰化和超O-糖基化有关。而ManNAc及其衍生物可以重新激活Hcrt基因的表达,而SIRT1和OGT抑制剂则没有这种作用。这些发现揭示了高血糖状态下Hcrt基因沉默的表观遗传机制,并提供了恢复Hcrt神经元功能的策略[4]。

除了免疫介导的神经元破坏,表观遗传沉默也可能导致Hcrt神经元功能障碍。研究发现,Narcolepsy with cataplexy患者的HCRT基因启动子区存在高甲基化,这表明HCRT基因可能受到转录沉默的影响。此外,研究发现,Narcolepsy患者下丘脑中CRH和Dynorphin基因的启动子区也存在高甲基化。这些发现表明,HCRT、PDYN和CRH基因可能通过表观遗传沉默机制在Narcolepsy中发挥作用,并且由于甲基化是可逆的,这为逆转或治愈Narcolepsy提供了可能性[5]。

通过对患者的autozygome和exome分析,研究发现HCRT基因中存在双等位基因变异,导致常染色体隐性Narcolepsy的发生。这些变异包括一个已知的常见多态性(rs760282)和九个罕见的新多态性。其中,两个非同义外显子2取代(+977 H54A和+979 G55R)在两个早期发作的受试者中发现,而未在任何对照组中发现。这些取代不太可能对肽与hypocretin受体的结合产生重大影响。这些发现支持了在特定亚组中进行HCRT基因的遗传检测,特别是早期发作、家族性病例和以cataplexy为主的表型[6]。

综上所述,Hcrt基因在调节睡眠-觉醒周期、摄食行为、情绪和代谢等方面发挥重要作用。随着年龄的增长,Hcrt神经元表现出更高的兴奋性,导致睡眠碎片化。NT1是一种免疫介导的疾病,与HCRT神经元数量的减少和T细胞反应性增加有关。锻炼可能对偏头痛频率具有预防作用。高血糖状态会导致Hcrt基因的沉默,而ManNAc及其衍生物可以恢复Hcrt基因的表达。Narcolepsy患者的HCRT基因启动子区存在高甲基化,这表明HCRT基因可能受到转录沉默的影响。双等位基因变异在HCRT基因中可能导致常染色体隐性Narcolepsy的发生。这些研究结果为我们深入了解Hcrt基因的功能和与相关疾病的关系提供了重要的线索,并为开发新的治疗策略提供了基础。

参考文献:
1. Li, Shi-Bin, Damonte, Valentina Martinez, Chen, Chong, Scherrer, Grégory, de Lecea, Luis. 2022. Hyperexcitable arousal circuits drive sleep instability during aging. In Science (New York, N.Y.), 375, eabh3021. doi:10.1126/science.abh3021. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35201886/
2. Liblau, Roland S, Latorre, Daniela, Kornum, Birgitte R, Dauvilliers, Yves, Mignot, Emmanuel J. 2023. The immunopathogenesis of narcolepsy type 1. In Nature reviews. Immunology, 24, 33-48. doi:10.1038/s41577-023-00902-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37400646/
3. Amin, Faisal Mohammad, Aristeidou, Stavroula, Baraldi, Carlo, Braschinsky, Mark, Linde, Mattias. 2018. The association between migraine and physical exercise. In The journal of headache and pain, 19, 83. doi:10.1186/s10194-018-0902-y. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30203180/
4. Hayakawa, Koji, Sakamoto, Yasuharu, Kanie, Osamu, Ito, Yukishige, Shiota, Kunio. 2017. Reactivation of hyperglycemia-induced hypocretin (HCRT) gene silencing by N-acetyl-d-mannosamine in the orexin neurons derived from human iPS cells. In Epigenetics, 12, 764-778. doi:10.1080/15592294.2017.1346775. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28762874/
5. Seifinejad, Ali, Ramosaj, Mergim, Shan, Ling, Vassalli, Anne, Tafti, Mehdi. 2023. Epigenetic silencing of selected hypothalamic neuropeptides in narcolepsy with cataplexy. In Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 120, e2220911120. doi:10.1073/pnas.2220911120. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37126681/
6. Maddirevula, Sateesh, Alzahrani, Fatema, Al-Owain, Mohammed, Monies, Dorota, Alkuraya, Fowzan S. 2018. Autozygome and high throughput confirmation of disease genes candidacy. In Genetics in medicine : official journal of the American College of Medical Genetics, 21, 736-742. doi:10.1038/s41436-018-0138-x. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30237576/