Mausmodelle
Humanisierte Mäuse – Mäuse, denen menschliche Zellen oder Gewebe transplantiert wurden – oder transgene Mäuse, die menschliche Gene exprimieren, stellen eine leistungsstarke Methode zur Untersuchung menschlicher Zellen in vivo dar. Signifikante Fortschritte in humanisierten Mausmodellen wurden in den letzten 25 Jahren nach der Entdeckung der schweren kombinierten Immundefizienz (scid) -Mutation im C.B-17-Mausstamm in den 1980er Jahren erzielt (Bosma et al., 1983). Viele Gruppen konnten zeigen, dass subletal bestrahltes C.B-17 SCID-Mäuse unterstützen die Transplantation und Differenzierung von CD34 + -Vorläuferzellen aus humanem BM und UCB (Vormoor et al., 1994; Lapidot et al., 1992) in mehrere hämopoetische Linien. Vor diesem Hintergrund wurden CD34 + -Stammzellen als SCID Repopulating Cells (SRC) bezeichnet, da sie in der Lage waren, hämatopoetische Linien in einer SCID-Maus neu zu besiedeln. Dennoch war die menschliche Transplantation, insbesondere die der T-Zell-Linie, in diesem Stamm noch recht gering. Ein zweiter Durchbruch gelang Mitte der 1990er Jahre durch die Einführung der SCID-Mutation auf den nonobese Diabetic Mouse (NOD)-Hintergrund (NOD/SCID) (Shultz et al., 1995). Dem Inzucht-NOD-Mausstamm fehlen viele Aspekte der angeborenen Immunfunktion, insbesondere die reduzierte NK-Zellaktivität, die ein Haupthindernis für die Transplantation darstellt. Aufgrund des signifikanten Anstiegs des menschlichen Chimärismus, der bei diesen Mäusen beobachtet wurde, ist es zum Goldstandard für die Untersuchung der menschlichen Hämatopoese und des HSCs geworden (Larochelle et al., 1996; Greiner et al., 1995). Im Anschluss an die Entwicklung dieser Mäuse wurde gezeigt, dass NOD / SCID-Tiere, die mit einem Antikörper behandelt wurden, der Maus-IL-2Rß blockiert und somit die NK-Funktion weiter senkt, eine Verbesserung der T-Lymphopoese zeigten (Kerre et al., 2002).
Eine wesentliche Einschränkung der Verwendung von NOD / SCID-Mäusen war die hohe Inzidenz von Thymomen und Strahlenempfindlichkeit, die die Lebensdauer dieser Mäuse verkürzte und eine Langzeitanalyse ausschloss (Shultz et al., 1995). Im Jahr 2002 wurde eine neue Generation von Mäusen mit einer gezielten Deletion der Interleukin-2−Rezeptor (Il2rg− /-) γ-Kette, auch bekannt als Common Cytokine (yc), entwickelt. Das Il2rg yc ist eine kritische Untereinheit für die Zytokine IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15 und IL-21, wodurch diese Zytokine auf ihren Zielzellen nicht mehr funktionsfähig sind. Zwei heute weit verbreitete Modelle zur Untersuchung der hämatolymphoiden Entwicklung sind die immundefizienten Mausstämme BALB / C RAG2− /−yc−/− und NOD / SCID / ycnull. RAG2-defizienten Mäusen fehlen reife T- und B-Zellen aufgrund fehlender TCR- und Immunglobulin (Ig) -Rezeptorumlagerung (Shinkai et al., 1992; Mombaerts et al., 1992), die somit einen ähnlichen Phänotyp wie SCID-Mäuse aufweisen. Da das Zytokin IL-15 für die Entwicklung von NK-Zellen entscheidend ist, sind diese Mäuse auch frei von NK-Zellen, wodurch sie für T-, B- und NK-Zellen dreifach mangelhaft sind. Traggiai und Kollegen (Traggiai et al., 2004) waren die erste Gruppe, die das Modell beschrieb, in dem neugeborene RAG2− /−yc- / – mit menschlichen CD34 + CB-Zellen über intrahepatische Injektion transplantiert wurden. Mit diesem Modell wurden reife menschliche T-Zellen in Maus-Thymus, Milz und Lymphknoten nachgewiesen und in deutlich höheren Konzentrationen als frühere Modelle erzeugt. Darüber hinaus schienen die in diesen Mäusen erzeugten menschlichen T-Zellen funktionsfähig zu sein. Ähnliche Ergebnisse wurden von Ishikawa et al. (2005), einschließlich der Analyse für andere humane hämatopoetische Teilmengen, die in NOD / SCID / yc− / − rekonstituierten Mäusen vorhanden sind).
Eine Reihe von Studien mit erwachsenen anstelle von neugeborenen RAG2- / -yc−/− und NOD / SCID / yc-/ – Mäusen zeigen eine erhöhte Unterstützung der menschlichen hämatolymphoiden Entwicklung im Vergleich zu zuvor verfügbaren Stämmen (Yahata et al., 2002; Shultz et al., 2005; Watanabe et al., 2009). Wichtig ist, dass der genetische Stamm von Mäusen die Rekonstitutionskapazität weitgehend beeinflusst. Wenn CD34 + -Zellen aus UCB in adulte C57BL / 602− / −yc− / − Mäuse injiziert wurden, wurden weniger als 1% humane CD45-Zellen im BM von Empfängermäusen nachgewiesen, was dramatisch niedriger war als bei NOD / SCID-Mäusen (Mazurier et al., 1999). Obwohl die genaue Begründung dafür unklar war, wurde die Hypothese aufgestellt, dass ein Grund für eine verstärkte Transplantation bei NOD / SCID-Mäusen darin bestand, dass die NOD-Mutation mehrere Defekte der angeborenen Immunität hervorruft, die nicht nur NK-Zellen zugeschrieben werden (Shultz et al., 1995). In der Tat ergab eine umfangreiche genetische Analyse verschiedener Loci, dass die Grundlage für die stammspezifischen Unterschiede bei der Xenotransplantation auf Polymorphismen im Sirpa-Gen zurückzuführen war, das für das Signalregulationsprotein α (SIRPa) kodiert (Takenaka et al., 2007). Diese genetischen Polymorphismen bewirken, dass das auf myeloischen Mauszellen vorhandene SIRPa-Protein mit unterschiedlicher Kapazität an den Liganden CD47 bindet, der auf menschlichen hämatopoetischen Zellen gefunden wird (Seiffert et al., 2001). Starke Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen führen zu einem inhibitorischen Signal und einer Flucht vor dem Tod aufgrund der Hemmung der Phagozytose durch Mausmakrophagen humaner CD47–exprimierender Zellen (van den Berg und van der Schoot, 2008). Dies liefert einen Grund für eine verbesserte humane Zelleinpflanzung in NOD / SCID / ycnull-Mäusen (Legrand et al., 2006). In der Tat, wenn eine optimale Interaktion von CD47 / SIRPa durch erzwungene Expression von Maus−CD47 auf humanen hämatopoetischen Vorläufern erhalten wird, injizierte HSCs sind besser in der Lage, in RAG2− / −yc− / – Mäusen zu überleben, was zu einem stark verbesserten T-Zell-Überleben im Thymus und in der Peripherie führt (Legrand et al., 2011).
Obwohl xenogene Modelle hervorragende Werkzeuge sind, um die Entwicklung menschlicher T-Zellen zu untersuchen, kann die Speziesspezifität von Zytokinen (IL7) und anderen Molekülen (MHC-Klasse I und II), die für das Überleben von T-Zellen wichtig sind, die Beurteilung menschlicher peripherer T-Zell-Untergruppen in diesen Mäusen erschweren. Es ist wahrscheinlich, dass neuere Generationen von humanisierten Mäusen die Erzeugung und Funktion von T-Zellen und anderen Linien durch transgene Zytokine erleichtern werden. Tatsächlich ist diese Arbeit bereits als IL-3 / GM-CSF-Knock-In-Maus zur Verbesserung der Entwicklung menschlicher myeloischer Zellen in diesen Mäusen sowie als Thrombopoietin-Knock-In-Maus für ein besseres Überleben und eine bessere Expansion des menschlichen HSC im Gange (Rongvaux et al., 2011; Willinger et al., 2011; Brehm et al., 2012) generiert wurden. Darüber hinaus wurden kürzlich NOD / SCID / ycnull-Mäuse entwickelt, um das humane MHC-Klasse-I-Antigen HLA-A2 zu exprimieren (Shultz et al., 2010). Dies ermöglicht die Entwicklung von T-Zellen als Human-MHC, was die Untersuchung menschlicher Infektionen und der T-Zell-Immunantwort geeigneter macht und somit ein verbessertes Modell für translationale Ansätze darstellt.