中科院動物所劉峰團隊合作構建透明免疫缺陷斑馬魚移植平臺

2020-08-28 科學網

作者：小柯機器人

北京時間2020年8月20日晚23時，Stem Cell Reports發表了中國科學院動物研究所團隊最新研究成果。

在這篇文章中，研究人員構建了一種新的透明免疫缺陷突變體斑馬魚模型foxn1/Casper，它可以在不經過前處理的情況下移植同種或異種來源的細胞。

中國科學院動物研究所膜生物學國家重點實驗室劉峰研究員，中國醫學科學院天津血液所實驗血液學國家重點實驗室王璐研究員為該論文的共同通訊作者。動物所博士研究生呂鵬、高帥、張一帆和馬東媛副研究員以及韓國國家腫瘤中心Young-Ki Bae博士為共同第一作者。

近年來被廣泛關注的斑馬魚細胞移植平臺，它有著成本低，通量高，易觀察等優勢。

造血幹細胞移植是評價造血幹細胞特性和臨床治療惡性血液疾病的重要手段[1]。造血幹細胞移植評價受體往往需要輻照處理，但輻照同時也破壞了造血幹細胞生存的「微環境」[2]。

透明斑馬魚Casper突變體的構建，極大的推動了成年斑馬魚移植模型可視化的發展[3]。隨後的研究中，通過將免疫缺陷斑馬魚與Casper斑馬魚進行雜交，得到了一系列可視化免疫缺陷斑馬魚移植平臺，如prkdc-/-/il2rga-/-/Casper移植模型可以實現人腫瘤細胞的移植，並進行藥物篩選[4]。

然而，已有的免疫缺陷模型存活率較低，且純和突變體往往不育，同時造血幹細胞移植的評價缺少發育時期依賴性特徵。

之前的研究表明，在斑馬魚中foxn1的敲低將導致胸腺上皮細胞發育缺陷，造成T細胞成熟受阻[5]。在此基礎上，研究人員通過ZFN技術構建了斑馬魚foxn1免疫缺陷突變體，並通過與Casper突變體雜交，得到了斑馬魚foxn1/Casper突變體移植平臺。

斑馬魚foxn1/Casper突變體在無抗生素環境中存活率達到了65%（150天），且雌魚可育。進一步表型鑑定發現，foxn1/Casper突變體胸腺萎縮，發育早期和成體期T細胞數量均減少且功能缺陷。

隨後，通過對比不同受體中造血幹細胞移植效率，發現不輻照的foxn1/Casper受體與輻照後Casper受體中造血幹細胞移植效率沒有顯著差異，但foxn1/Casper受體進行造血幹細胞移植後存活率更高。表明輻照會對受體造成損傷，影響造血幹細胞移植後受體的存活。

隨後，研究人員利用不輻照的foxn1/Casper突變體評價了胚胎期和成體期造血幹細胞的移植效率，發現胚胎期造血幹細胞有更好的移植效率。進一步RNA-seq數據表明，胚胎期造血幹細胞的細胞周期更快，這可能是其有更好移植效率的原因之一。

接下來，研究人員通過分別移植斑馬魚和青鱂魚肌肉細胞，表明其可以作為同種或異種實體細胞的移植受體；通過移植斑馬魚來源的MDS-like細胞，表明其可以作為惡性血液細胞的移植受體。

圖1. 斑馬魚foxn1/Casper突變體細胞移植平臺及應用

綜上所述，該工作構建了新的斑馬魚foxn1/Casper突變體移植平臺，不需要輻照前處理，可以用於造血幹細胞移植評價，同時能接受同種或異種的肌肉細胞移植，以及斑馬魚惡性血液細胞的移植。

該工作豐富了免疫缺陷斑馬魚移植平臺，鑑於foxn1/Casper突變體的免疫缺陷和透明等特徵，該模型可進一步應用於研究正常細胞移植後的命運以及惡性細胞的生理病理事件。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2020.07.020

參考文獻：

1.Mantel, C.R., et al., Enhancing hematopoietic stem cell transplantation efficacy by mitigating oxygen shock. Cell, 2015. 161(7): p. 1553-65.

2.Traver, D., et al., Effects of lethal irradiation in zebrafish and rescue by hematopoietic cell transplantation. Blood, 2004. 104(5): p. 1298-305.

3.White, R.M., et al., Transparent adult zebrafish as a tool for in vivo transplantation analysis. Cell Stem Cell, 2008. 2(2): p. 183-9.

4.Yan, C., et al., Visualizing Engrafted Human Cancer and Therapy Responses in Immunodeficient Zebrafish. Cell, 2019. 177(7): p. 1903-1914 e14.

5.Ma, D., et al., Foxn1 maintains thymic epithelial cells to support T-cell development via mcm2 in zebrafish. Proc Natl Acad Sci U S A, 2012. 109(51): p. 21040-5.

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