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本研究通过构建线粒体置换型FVB/N-mt129S6/SvEvTac小鼠(FVB/N核基因组+129S6/SvEvTac线粒体基因组),探讨了线粒体基因变异(如mt-Atp8*D5Y)对己烯雌酚(DES)诱导子宫内膜癌的影响。结果表明,线粒体置换虽未改变癌症发生率,但显著提高了肿瘤恶性程度;同时,该模型成功解决了FVB/N背景难以获得生殖系传递胚胎干细胞(ES细胞)的难题,为癌症机制研究和基因编辑模型构建提供了高效平台。
研究背景与目的
子宫内膜癌是全球女性第六大常见恶性肿瘤,其发生与早期接触雌激素类环境干扰物(如己烯雌酚DES)密切相关。FVB/N小鼠因其高生殖效率和易感性,成为研究DES诱导子宫内膜癌的常用模型。该品系携带线粒体基因mt-Atp8的多态性变异(mt-Atp8*D5Y),导致线粒体活性氧(ROS)水平升高。研究团队假设该变异是FVB/N小鼠子宫内膜癌加速发展的关键因素,并通过构建线粒体置换型小鼠(FVB/N-mt129)进行验证。
模型构建与验证
通过将FVB/N雄性小鼠与129S6/SvEvTac雌性小鼠杂交,并经17代回交,获得核基因组为FVB/N、线粒体基因组为129S6/SvEvTac的conplastic小鼠品系(FVB/N-mt129)。全基因组SNP扫描证实其核基因组与FVB/N一致性达99.1%,线粒体基因组测序显示129S6品系携带mt-Atp6的良性错义突变(mt-ATP6*N183S),不影响线粒体功能。
胚胎干细胞与基因编辑应用
FVB/N背景传统上难以获得生殖系传递的胚胎干细胞(ES细胞)。本研究从FVB/N-mt129小鼠囊胚中成功分离ES细胞,其建系效率达29–35%。通过CRISPR/Cas9技术对ES细胞中导致白化病的TyrC突变进行修复,使用质粒或单链寡核苷酸(ssODN)作为修复模板,均成功获得纯合编辑克隆。编辑后的ES细胞注入C57BL/6J囊胚后,产生生殖系传递的嵌合体小鼠,证明该模型支持高效基因编辑和生殖系传递。
癌症表型分析
对9月龄FVB/N与FVB/N-mt129小鼠的子宫组织进行病理学评估发现,两组在基底细胞化生和鳞状化生程度无显著差异,但FVB/N-mt129组的子宫内膜癌发生率(98% vs. 83%)和肿瘤分级均更高(p=0.0023)。这一结果反驳了初始假设,表明FVB/N线粒体变异并非癌症易感性的主要驱动因素,而核基因组多态性或细胞核-线粒体互作(cyto-nuclear incompatibility)可能起关键作用。
研究意义与展望
FVB/N-mt129小鼠模型不仅解决了FVB/N背景ES细胞建系难题,为快速生成基因修饰小鼠提供了工具,其独特的癌症表型也为探索线粒体与核基因互作在肿瘤发生中的作用提供了新视角。该模型有望应用于更多癌症类型的研究,并推动基于Collaborative Cross等遗传多样性平台的机制探索。