Advantages of Mice for Research Genotypically homogeneous - PDF document

12/19/12 ¡ 1201E ¡Course: ¡ ¡ TIGERS ¡Lunch ¡Session: ¡ ¡Basic ¡to ¡Transla:ng ¡the ¡Bench ¡to ¡the ¡Bedside ¡ ¡ Do ¡Animal ¡Models ¡Reflect ¡Human ¡Diseases ¡? ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡at ¡ ¡ 2013 ¡AAAAI ¡Annual ¡Mee:ng ¡(February ¡22 ¡, ¡2013) ¡in ¡San ¡Antonio, ¡TX ¡ Mouse ¡Models ¡for ¡Human ¡Eosinophilic ¡ Gastrointes:nal ¡Diseases ¡ Anil ¡Mishra, ¡PhD ¡ Professor ¡of ¡Medicine ¡ Division ¡of ¡Gastrointes:nal ¡and ¡Liver ¡Disease ¡ Case ¡Western ¡Reserve ¡University ¡ Cleveland, ¡Ohio ¡ ¡ Are ¡Mice ¡Relevant ¡Model ¡for ¡Human ¡ Gastrointes:nal ¡Diseases? ¡ • 99% ¡of ¡human ¡genes ¡are ¡conserved ¡in ¡the ¡mice; ¡therefore, ¡ mice ¡are ¡considered ¡a” ¡relevant ¡model” ¡and ¡are ¡widely ¡ used ¡to ¡understand ¡the ¡mechanism ¡of ¡human ¡diseases. ¡ • Mouse ¡research ¡has ¡lead ¡to ¡major ¡advances ¡in ¡our ¡ability ¡to ¡ treat ¡a ¡number ¡of ¡serious ¡diseases ¡like ¡cancer, ¡asthma ¡and ¡ number ¡of ¡gastrointes:nal ¡disorders. ¡ Concerns ¡for ¡use ¡in ¡gastrointes:nal ¡human ¡disorders ¡ ¡ • Epithelial ¡mucosa ¡surface ¡in ¡mouse ¡gastrointes:nal ¡tract ¡is ¡ less, ¡specifically ¡to ¡the ¡esophagus ¡ • Anatomically, ¡mouse ¡has ¡larger ¡nasal ¡surface ¡area ¡than ¡ human ¡and ¡mucous ¡or ¡serous ¡cells ¡ • Physiologically, ¡weak ¡cough ¡reflux ¡ • Lower ¡circula:ng ¡neutrophils ¡in ¡mouse ¡ Advantages ¡of ¡Mice ¡for ¡Research ¡ • Genotypically ¡homogeneous ¡ • Small ¡size ¡and ¡rapid ¡reproduc:ve ¡rate ¡ • Mouse ¡maintenance ¡is ¡space ¡and ¡cost ¡effec:ve ¡ • Use ¡and ¡screen ¡many ¡mice/experiment ¡ • Inbred ¡strains ¡allow ¡the ¡study ¡of ¡iden:cal ¡cohorts ¡ • Gene:c ¡manipula:on ¡technology ¡for ¡mouse ¡is ¡easily ¡ available ¡to ¡understand ¡the ¡cell ¡specific ¡or ¡reporter ¡ gene ¡specific ¡func:onal ¡studies ¡ • Most ¡reagents ¡for ¡mouse ¡research ¡are ¡commercially ¡ readily ¡available ¡ • Easy ¡to ¡handle ¡and ¡challenge ¡mice ¡for ¡nasal ¡or ¡ gastrointes:nal ¡route ¡ 1 ¡

12/19/12 ¡ Disadvantages ¡of ¡Mice ¡for ¡Research ¡ • Differences ¡among ¡mouse ¡strains ¡can ¡be ¡ major; ¡therefore, ¡more ¡than ¡one ¡strain ¡has ¡to ¡ be ¡studied ¡ • Gastrointes:nal ¡biopsy ¡are ¡not ¡easily ¡ performed; ¡therefore, ¡mouse ¡has ¡to ¡be ¡ sacrificed ¡for ¡whole ¡organ ¡analysis ¡ • Technology ¡for ¡only ¡colon ¡biopsy ¡is ¡now ¡ available ¡for ¡mouse ¡ ¡ Mouse ¡Models ¡ • Several ¡mouse ¡models ¡are ¡in ¡use ¡for ¡a ¡number ¡ of ¡gastrointes:nal ¡diseases ¡to ¡study ¡the ¡role ¡ of ¡eosinophils ¡or ¡other ¡cells ¡ • Food ¡Allergy ¡ • Eosinophilic ¡Esophagi:s ¡ • Allergic ¡Gastroenteri:s ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡and ¡ • Allergic ¡Coli:s ¡ ¡ ¡ Eosinophils ¡in ¡Gastrointes:nal ¡tract ¡ • Eoisinophils ¡are ¡the ¡mul:func:onal ¡leukocyte ¡ involved ¡in ¡parasite ¡excre:on ¡and ¡a ¡number ¡of ¡ inflammatory ¡responses. ¡ • Eosinophils ¡reside ¡in ¡gastrointes:nal ¡tract ¡form ¡ prenatal ¡to ¡the ¡adult ¡stage ¡in ¡both ¡mouse ¡and ¡ human ¡ • This ¡presenta:on ¡will ¡be ¡focused ¡on ¡the ¡use ¡of ¡ mice ¡to ¡understand ¡the ¡mechanism ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡of ¡eosinophilc ¡gastrointes:nal ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡disorders ¡in ¡human ¡ 2 ¡

12/19/12 ¡ Pathological ¡Similari:es ¡in ¡Human ¡and ¡ Mouse ¡Eosinophilc ¡Esophagi:s ¡ Human ¡EoE ¡ Mouse ¡EoE ¡ Normal ¡ EoE ¡Pa:ent ¡ Protocol ¡for ¡inducing ¡EoE ¡in ¡Mice ¡ Aeroallergen ¡ Mice were ¡ Sacrificed 18-20 hrs ¡ after last Challenge ¡ Week ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 � 100 µ g Aspergillus with 50 µ l saline � or saline alone was given to each mouse ¡ Food ¡allergen ¡ Mice ¡were ¡sacked ¡18-­‑20 ¡ DAY ¡ 0 14 ¡ 21 ¡ 23 ¡ 25 ¡ hrs ¡ager ¡last ¡challenge ¡ I.P ¡with ¡Peanut ¡ 50 ¡ug ¡of ¡peanut ¡extract ¡ extract ¡ with ¡50 ¡ul ¡of ¡Saline ¡or ¡ 100ug ¡and ¡1mg ¡ saline ¡alone ¡were ¡given ¡I.N. ¡ alum ¡ ¡ on ¡alterna:ve ¡days. ¡ Similari:es ¡in ¡Aeroallergen ¡and ¡Food ¡ Allergen-­‑induced ¡Experimental ¡EoE ¡ Aeroallergen ¡(Aspergillus) ¡ ¡ Aspergillus ¡100x ¡ Aspergillus ¡400x ¡ Saline ¡ Food ¡Allergen ¡(Peanut) ¡ Saline ¡ Peanut ¡100x ¡ Peanut ¡400x ¡ 3 ¡

12/19/12 ¡ Cytokines ¡Profile ¡in ¡Human ¡and ¡ Experimental ¡EoE ¡ Mouse ¡ Human ¡ Gene:c ¡Manipula:on ¡in ¡Mice ¡ • Transgenic ¡Mouse ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Add ¡an ¡exogenious ¡gene ¡to ¡the ¡mouse ¡ genome ¡ ¡ • Gene ¡Targehed ¡(Knockout) ¡Mouse ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Mutate ¡an ¡endogeneous ¡gene ¡within ¡the ¡ mouse ¡genome ¡ Role ¡of ¡IL-­‑15 ¡in ¡the ¡Human ¡and ¡Mouse ¡ Model ¡of ¡Experimental ¡EoE ¡ 4 ¡

12/19/12 ¡ Uses ¡of ¡Transgenic ¡Mice ¡ • Gene ¡Func:on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Overexpression ¡or ¡Ectopic ¡expression ¡ • Muta:onal ¡Analysis ¡of ¡Gene ¡Components ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sequence ¡and ¡Domain ¡analysis ¡ • Overexpression ¡Mutant ¡gene, ¡e.g ¡Oncogene ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Make ¡mouse ¡model ¡of ¡human ¡cancer ¡ ¡ ¡ ¡Uses ¡of ¡Gene-­‑deficient ¡(Knockout) ¡Mice ¡ • To ¡establish ¡a ¡cri:cal ¡role ¡of ¡a ¡par:cular ¡gene’s ¡ func:on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ iNKT ¡Cells ¡in ¡the ¡Human ¡and ¡Mouse ¡ Model ¡of ¡Experimental ¡EoE ¡ Making ¡of ¡Trasgenic ¡Mice ¡ Single ¡Tissue ¡specific-­‑Transgenic ¡Gene ¡Construct ¡ Bam ¡H1 ¡ Bam ¡H1 ¡ 1200 ¡bp ¡ ? ¡bp ¡ 2100bp ¡ EcoR1 ¡ EcoR1 ¡ ¡ ¡ ¡Gene-­‑specific ¡ Tissue-­‑specific ¡ ¡ ¡promoter ¡ hGH ¡polyadeny ¡ ¡ ¡ ¡ (eg. ¡intes:ne ¡FABP) ¡ cDNA ¡ ¡ DOX-­‑Inducible ¡Bi-­‑Transgenic ¡Gene ¡Construct ¡ 5 ¡

12/19/12 ¡ EoE ¡pathogenesis ¡in ¡human ¡and ¡experimental ¡EoE ¡ Human ¡EoE ¡ IL-­‑5 ¡Transgenic ¡mice ¡show ¡characteris:cs ¡of ¡Human ¡EoE ¡ Genera:on ¡and ¡Phenotype ¡of ¡DOX-­‑ inducible ¡IL-­‑13 ¡Bi-­‑transgenic ¡mice ¡ IL-13 Tg mice constructs CC10 Reverse Tet hGH Poly TetO7/ m IL-13 bGH Promoter Activator A CMV cDNA Poly A CC10-rtTA, tetO 7 -IL-15 Bi-Tg mice construct rtTA ¡ rtTA ¡ Dox ¡ CC10 Promoter Reverse Tet Activator hGH Poly A TetO 7 / CMV Promoter m IL-13 cDNA bGH Poly A No ¡DOX ¡ 3 ¡weeks ¡DOX ¡ No ¡DOX ¡ 3 ¡weeks ¡DOX ¡ EP ¡ EP ¡ MM ¡ MM ¡ Mouse ¡Esophageal ¡Stricture ¡Develops ¡ in ¡EoE ¡transgenic ¡model ¡is ¡similar ¡to ¡ the ¡Stricture ¡observed ¡in ¡Human ¡EoE ¡ WT ¡ CD2-­‑IL-­‑5 ¡Transgenic ¡mice ¡ 6 ¡