Rptor基因是雷帕霉素蛋白激酶靶標(biāo)（protein kinase target of rapamycin, TOR）的主要參與編碼基因之一，編碼雷帕霉素靶點(diǎn)復(fù)合體1（mTORC1）的其中一個(gè)亞基，是mTOR信號(hào)通路的組成部分，參與細(xì)胞生長(zhǎng)與能量代謝的過程。mTOR信號(hào)通路在機(jī)體發(fā)育和衰老中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并與癌癥、心血管疾病、肥胖和糖尿病等疾病有關(guān)。與該基因相關(guān)的疾病主要有結(jié)節(jié)性硬化癥、血管平滑肌脂肪瘤、神經(jīng)性疾病和脂肪代謝疾病等。

賽業(yè)生物《每周一鼠》，每周五更新，為大家講解一個(gè)小鼠模型的故事，希望對(duì)大家了解不同的小鼠模型有所幫助。今天和大家見面的是Rptor基因敲除小鼠。

Rptor基因簡(jiǎn)介
Rptor基因又稱Rap、Raptor，位于小鼠的11號(hào)染色體上，該基因編碼小鼠mTORC1的一個(gè)亞基，該亞基是mTOR信號(hào)通路的一個(gè)組成部分，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)和能量水平的響應(yīng)。TOR是一個(gè)高度保守的細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝的中央控制器，在機(jī)體發(fā)育和衰老中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并與癌癥、心血管疾病、肥胖和糖尿病等疾病有關(guān)^[1]。Rptor基因編碼的蛋白可能調(diào)控mTORC1復(fù)合物的組裝、定位和底物結(jié)合。mTORC1控制著很多決定細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞過程，包括蛋白質(zhì)合成、核糖體生物發(fā)生、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸和自噬。Rptor基因的純合敲除小鼠表現(xiàn)出胚胎毒性。在成年小鼠的腎上腺（RPKM 14.6）、胸腺（RPKM 13.0）等28個(gè)組織中普遍表達(dá)。該基因的突變與結(jié)節(jié)性硬化癥，結(jié)節(jié)性硬化癥1，Bardet-Biedl綜合征，Cowden綜合征等疾病有關(guān)。其相關(guān)通路有長(zhǎng)壽調(diào)節(jié)途徑和MAPK-Erk通路。
 

                                                   圖1 Rptor基因相關(guān)信息

來源：RDDC罕見病數(shù)據(jù)中心

（https://rddc.tsinghua-gd.org/details/gene?gene=md1EQ2）

 

Rptor基因敲除小鼠模型的應(yīng)用

1.脂肪
Rptor基因編碼的雷帕霉素靶點(diǎn)復(fù)合體1（mTORC1）的亞基，參與調(diào)控mTORC1復(fù)合物的組裝、定位和底物結(jié)合。mTORC1在脂肪代謝組織中起著關(guān)鍵作用，參與調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞脂質(zhì)儲(chǔ)存^[2]。脂肪組織過多或缺乏會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的代謝性疾病，如2型糖尿病、心血管疾病和癌癥。為了研究mTORC1在體內(nèi)脂肪組織代謝的作用，研究人員建立了Rptor基因敲除小鼠模型。由于小鼠中Rptor的全身敲除是胚胎致死的^[3]，因此使用Cre/loxP系統(tǒng)，通過ES打靶技術(shù)條件性敲除第6外顯子，建立基因敲除小鼠模型，經(jīng)與Cre工具鼠交配后使Rptor基因只在脂肪組織中被敲除。
 

圖2 Rptor基因的條件性敲除方案策略^[4]

后續(xù)實(shí)驗(yàn)中使用未與Cre鼠交配的經(jīng)基因打靶修飾的同窩小鼠（Rptor^fl/fl）作為對(duì)照，驗(yàn)證Rptor基因在小鼠脂肪組織代謝中的作用。經(jīng)普通飼料和高脂飼料分別喂養(yǎng)13周后，對(duì)照組小鼠與實(shí)驗(yàn)組小鼠的體重出現(xiàn)明顯差異，如圖3所示。
 

圖3 喂養(yǎng)不同飼料的小鼠體重變化與喂養(yǎng)HFD的13周后小鼠對(duì)比圖^[4]

 

取出小鼠的附睪、腹股溝與肩胛間白色脂肪進(jìn)行稱重與拍照，并對(duì)附睪脂肪進(jìn)行H&E染色，可以看到Rptor基因敲除鼠（Rptor^ad-/-）的脂肪組織量明顯減少，并且喂食高脂飼料（High fat diet，HFD）的實(shí)驗(yàn)組附睪組織脂肪細(xì)胞大小與對(duì)照組相比明顯變小，說明脂肪組織的減少不僅是脂肪細(xì)胞減少造成的，也有脂肪細(xì)胞的體積縮�。ㄈ鐖D4）。
 

 高脂飲食13周后的小鼠主要白色脂肪組織與附睪的H&E染色結(jié)果^[4]

以上結(jié)果表明，Rptor基因在控制脂肪代謝和全身能量穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用，在脂肪組織中特異性敲除Rptor基因可使小鼠變得瘦弱，并對(duì)飲食誘導(dǎo)的肥胖具有抗性。這顯示Rptor編碼的mTORC1是抗肥胖和抗糖尿病藥物的潛在靶點(diǎn)。（賽業(yè)可提供同類型Rptor條件性敲除模型，產(chǎn)品編號(hào)：S-CKO-15978）

2.骨骼肌
骨骼肌質(zhì)量和力量的喪失在許多病理中都是重要的參考指標(biāo)，如與年齡相關(guān)的骨骼肌減少癥或癌癥。有研究表明，Akt-mTORC1通路對(duì)刺激成人肌肉質(zhì)量和功能至關(guān)重要，Rptor的缺失可以減少Akt激活后的肌肉肥厚，并完全阻止肌肉力量的增加。為探索mTORC1在肌肉肥厚中的作用，研究人員構(gòu)建了Rptor基因條件性敲除小鼠模型，通過Cre/loxP系統(tǒng)在相應(yīng)組織細(xì)胞中敲除Rptor基因，在mTORC1的蛋白功能缺失模型中誘導(dǎo)肌肉肥厚。

將Akt誘導(dǎo)模型（LSL-myr-AKT-ER，條件性誘導(dǎo)表達(dá)）與Raptor floxed小鼠交配，從而獲得了Akt/Raptor floxed模型。單次注射腺相關(guān)病毒（AAV）會(huì)導(dǎo)致成年小鼠腓腸肌和脛骨前肌中的Cre蛋白以非常高的效率感染。Cre介導(dǎo)lox位點(diǎn)重組后，Rptor基因被有效刪除，且myr-AKT-ER在細(xì)胞質(zhì)中實(shí)現(xiàn)表達(dá)；一個(gè)月后，當(dāng)Raptor被有效刪除時(shí)，再次注射他莫昔芬誘導(dǎo)myr-AKT-ER進(jìn)入細(xì)胞核從而激活A(yù)kt。
 

 Rptor基因的條件性敲除流程圖^[5]

研究人員選取野生型作為對(duì)照，實(shí)驗(yàn)組分別為Akt信號(hào)因子誘導(dǎo)的野生型、Rptor敲除小鼠與Akt誘導(dǎo)的Rptor敲除小鼠。通過對(duì)小鼠肌肉組織進(jìn)行H&E染色，發(fā)現(xiàn)經(jīng)Akt激活后肌肉細(xì)胞均有肥大現(xiàn)象，但與野生型小鼠的肥大不同，Akt Rptor k.o.小鼠的肌肉組織明顯受損，這可以從細(xì)胞核、炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)和壞死纖維上得到證明（如圖6）。
 

后續(xù)通過線粒體組織學(xué)染色探索Rptor對(duì)肌肉組織中線粒體活性的影響，可以看到Akt Rptor k.o.小鼠的線粒體與野生型相比有明顯的差異，出現(xiàn)了集中局部集群，提示線粒體功能障礙。
 

經(jīng)Akt信號(hào)因子誘導(dǎo)的野生型與Rptor敲除小鼠的線粒體SDH染色^[5]
 

綜上所述，這些結(jié)果表明Rptor是akt依賴性肌肉生長(zhǎng)的關(guān)鍵基因，該基因?qū)�線粒體蛋白組的調(diào)節(jié)不可或缺，線粒體生物發(fā)生是誘導(dǎo)或維持功能性肌肉生長(zhǎng)的關(guān)鍵。由此可以看出Rptor對(duì)肌肉力量的增加至關(guān)重要，Rptor基因的缺失會(huì)導(dǎo)致肌肉合成代謝的失調(diào)，從而造成各種肌肉相關(guān)疾病。

總結(jié)
與Rptor基因相關(guān)的疾病有多種，包括結(jié)節(jié)性硬化癥、血管平滑肌脂肪瘤、肌肉肥大相關(guān)疾病、脂肪代謝疾病和神經(jīng)性疾病等等，這些疾病大多數(shù)是多種基因共同參與調(diào)控的。Rptor基因主要編碼mTORC1的一個(gè)亞基，參與mTOR信號(hào)通路的調(diào)控。TOR與細(xì)胞生長(zhǎng)、能量代謝密不可分，并且mTOR信號(hào)通路在機(jī)體發(fā)育和衰老中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Rptor基因敲除小鼠模型的構(gòu)建可以用于mTOR信號(hào)傳導(dǎo)的機(jī)理研究，肌肉組織中蛋白質(zhì)解偶聯(lián)產(chǎn)生的熱量相關(guān)研究和肌肉及脂肪組織代謝相關(guān)研究等等，具有廣泛的科研意義。

賽業(yè)小鼠模型構(gòu)建
賽業(yè)生物構(gòu)建了同類型的基因敲除小鼠與條件性基因敲除小鼠，更有活體小鼠已加入『紅鼠資源庫(kù)』，快至兩周發(fā)貨，助力科學(xué)研究。
 

Rptor基因敲除小鼠

小鼠福利，限定發(fā)放中~

品系名稱：C57BL/6J-Rptor^em1(flox)Cya

品系編號(hào)：CKOCMP-74370-Rptor-B6J-VA

產(chǎn)品編號(hào)：S-CKO-15978

應(yīng)用方向：

❖ mTOR信號(hào)傳導(dǎo)

❖ 肌肉組織中蛋白質(zhì)解偶聯(lián)產(chǎn)生的熱量相關(guān)研究

❖ 胃食管交界處腺癌等腫瘤研究

打靶方案：

紅鼠資源庫(kù)
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參考文獻(xiàn)：

[1]Guertin DA, Sabatini DM. Defining the role of mTOR in cancer. Cancer Cell. 2007 Jul;12(1):9-22. doi: 10.1016/j.ccr.2007.05.008. PMID: 17613433.

[2]Andrade ML, Gilio GR, Perandini LA, Peixoto AS, Moreno MF, Castro É, Oliveira TE, Vieira TS, Ortiz-Silva M, Thomazelli CA, Chaves-Filho AB, Belchior T, Chimin P, Magdalon J, Ivison R, Pant D, Tsai L, Yoshinaga MY, Miyamoto S, Festuccia WT. PPARγ-induced upregulation of subcutaneous fat adiponectin secretion, glyceroneogenesis and BCAA oxidation requires mTORC1 activity. Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2021 Aug;1866(8):158967. doi: 10.1016/j.bbalip.2021.158967. Epub 2021 May 15. PMID: 34004356.

[3]Guertin DA, Stevens DM, Thoreen CC, Burds AA, Kalaany NY, Moffat J, Brown M, Fitzgerald KJ, Sabatini DM. Ablation in mice of the mTORC components rptor, rictor, or mLST8 reveals that mTORC2 is required for signaling to Akt-FOXO and PKCalpha, but not S6K1. Dev Cell. 2006 Dec;11(6):859-71. doi: 10.1016/j.devcel.2006.10.007. PMID: 17141160.

[4]Polak P, Cybulski N, Feige JN, Auwerx J, Rüegg MA, Hall MN. Adipose-specific knockout of rptor results in lean mice with enhanced mitochondrial respiration. Cell Metab. 2008 Nov;8(5):399-410. doi: 10.1016/j.cmet.2008.09.003. PMID: 19046571.

[5]Baraldo M, Nogara L, Dumitras GA, Tchampda Dondjang AH, Geremia A, Scalabrin M, Türk C, Telkamp F, Zentilin L, Giacca M, Krüger M, Blaauw B. rptor is critical for increasing the mitochondrial proteome and skeletal muscle force during hypertrophy. FASEB J. 2021 Dec;35(12):e22031. doi: 10.1096/fj.202101054RR. PMID: 34767636.[2] Lovisa S, LeBleu VS, Tampe B, Sugimoto H, Vadnagara K, Carstens JL, Wu CC, Hagos Y, Burckhardt BC, Pentcheva-Hoang T, Nischal H, Allison JP, Zeisberg M, Kalluri R. Epithelial-to-mesenchymal transition induces cell cycle arrest and parenchymal damage in renal fibrosis. Nat Med. 2015 Sep;21(9):998-1009. doi: 10.1038/nm.3902. Epub 2015 Aug 3. PMID: 26236991; PMCID: PMC4587560.

[3] David CJ, Huang YH, Chen M, Su J, Zou Y, Bardeesy N, Iacobuzio-Donahue CA, Massagué J. TGF-β Tumor Suppression through a Lethal EMT. Cell. 2016 Feb 25;164(5):1015-30. doi: 10.1016/j.cell.2016.01.009. Epub 2016 Feb 18. PMID: 26898331; PMCID: PMC4801341.

[4] Loubat-Casanovas J, Peña R, Gonzàlez N, Alba-Castellón L, Rosell S, Francí C, Navarro P, García de Herreros A. Snail1 is required for the maintenance of the pancreatic acinar phenotype. Oncotarget. 2016 Jan 26;7(4):4468-82. doi: 10.18632/oncotarget.6785. PMID: 26735179; PMCID: PMC4826219.

[5] Murray SA, Carver EA, Gridley T. Generation of a Snail1 (Snai1) conditional null allele. Genesis. 2006 Jan;44(1):7-11. doi: 10.1002/gene.20178. PMID: 16397867.