COPA基因条件性敲除小鼠模型揭示其在发育和成年期存活中的关键作用

为解决COPI复合体α亚基(COPA)突变引发多组织自身免疫疾病的机制问题，研究人员通过构建条件性Copa敲除小鼠模型，发现系统性Copa缺失导致胚胎致死，而Mnx1启动子驱动的组织特异性敲除可存活但出现葡萄糖耐受不良。成年期Copa缺失引发快速死亡，体外实验证实COPA缺失会激活STING信号通路和ER应激，为COPA综合征提供了重要动物模型。

　　

在细胞内部，有一个被称为COPI的"物流系统"——由7个蛋白质组成的复合体(coatomer)，负责在高尔基体和内质网(ER)之间运输货物。当这个系统的α亚基COPA发生突变时，人体会出现肺部、关节和肾脏等多组织自身免疫异常，但具体机制一直是个黑箱。更棘手的是，由于COPA对生命活动可能具有基础性作用，传统基因敲除方法难以建立研究模型。

由Sara Karen Custer等学者发表在《Biochemical and Biophysical Research Communications》的研究，通过精巧的基因工程策略破解了这一难题。团队利用国际小鼠基因敲除联盟(IKMC)资源，获得携带loxP位点 flanking（侧翼）Copa第9外显子的Copa^{tm1a(EUCOMM)Hmgu}
小鼠品系。通过Cre-loxP系统实现时空特异性敲除，发现系统性Copa缺失导致胚胎致死，而运动神经元特异性Mnx1启动子驱动的敲除却能存活，这些成年小鼠表现出轻度葡萄糖耐受不良——这意外揭示了COPA在胰腺功能中的新角色。

关键技术包括：条件性基因敲除小鼠构建（使用EuMMCR克隆HEPD0728_4_B12）、组织特异性Cre重组酶系统（Chat-Cre和Mnx1-Cre）、他莫昔芬诱导型敲除、原代肺成纤维细胞和背根神经节神经元培养。

【Generation of a conditional-ready Copa knockout mouse】
通过欧洲突变小鼠细胞库获得的ES细胞注入白化B6小鼠囊胚，培育出嵌合体小鼠。基因型鉴定显示，Copa^WT/Tm1D
杂合子小鼠未表现COPA综合征表型，支持E241K突变具有显性负效应。

【关键发现】

1. 发育期系统性Copa敲除导致胚胎致死，胆碱能神经元(Chat阳性细胞)特异性敲除同样致死，但运动神经元(Mnx1驱动)敲除可存活。
2. 成年期诱导性全身敲除导致快速死亡，他莫昔芬诱导的肺成纤维细胞中COPA缺失会：
   • 几乎完全清除α-COP蛋白
   • 重现COPA综合征表型：STING(干扰素基因刺激蛋白)信号过度激活和ER应激
3. 背根神经节神经元实验显示，COPA对轴突分支维持和细胞存活不可或缺。

【讨论】
该研究首次证明COPA在脊椎动物发育和成年期的不可替代性：

• 不同于果蝇和斑马鱼中已报道的致死表型，小鼠模型揭示了组织特异性需求差异
• Mnx1-Cre存活但出现代谢异常，提示COPA在胰腺β细胞功能中的潜在作用
• 建立的诱导性敲除系统为研究COPA综合征提供了精准工具，证实STING通路异常和ER应激是核心病理机制

这项研究不仅为理解COPI复合体生物学功能提供了多层次证据，更建立了研究人类COPA综合征的首个可调控动物模型，为开发靶向STING通路或ER应激的治疗策略奠定基础。论文中关于神经元依赖COPA维持轴突结构的发现，还可能为神经退行性疾病研究开辟新视角。