CJD專欄--6. Weissmann 與基因剔除小鼠
由於核酸學派與 prion 學派各執己見，Weissmann為了調解兩大陣營的衝突，於是提出了一種 “統一論”，他認為 cellular PrP 轉變為 scrapie PrP 固然是致病的一個要素，然而宿主身上的會存在有一種小的核酸分子，Weissmann稱之為co-prion，是決定PrP的種類 (strain) 的重要因素。
Weissmann為了證實自己的想法，於是從1988年開始著手研發基因剔除小鼠。最初的目的，其實是為了挑戰prion理論。Weissmann的想法是，首先得做出一種不具有cellular PrP的小鼠，再將小鼠的scrapie PrP接種到基因剔除小鼠身上，如果基因剔除小鼠會發病，那就表示scrapie PrP自己會複製增生，不需要cellular PrP的存在；他就可以藉此證明prion的增生理論是錯的。
但是，等到他完成了這些初步的實驗之後，卻發現他的假設是錯的。在1992年，他與Bueler一起做出了一種Prnp 0/0 的小鼠，令人驚訝的是Prnp 0/0 幾乎和正常小鼠無異，只有一種表現與正常小鼠不一樣，那就是基因剔除小鼠在接種scrapie PrP之後，scrapie PrP在小鼠體內不會增生，而基因剔除小鼠也不會發病。如果將Prnp基因再殖回基因剔除小鼠體內的時候，小鼠就又發病了。而且如果利用基因轉殖的技術讓小鼠製造出超量的cellular PrP時，小鼠的罹病率會增加，而體內scrapie PrP增生的量也會增加。從Prnp 0/0 小鼠的初步實驗的結果來看，得到一個簡單的推論就是，這類疾病不是因為缺乏cellular PrP而致病。
這樣的結果，在prion學派來看，認為cellular PrP是scrapie PrP增生時必需要有的條件；然而核酸派的學者也提出假說，認為cellular PrP是病毒的接受體(receptor)；因為細胞缺乏接受體，以致於病毒無法與細胞結合。兩個學派依然各執己見，莫衷一是。
Bueler和Weissmann所做出的基因剔除小鼠，雖未能解決prion學派與核酸學派之間的爭議，卻對其後的研究造成很大的影響。Prusiner在1993年利用基因剔除小鼠做出對抗cellular PrP的單株抗體。這項技術的成功，一方面帶動了免疫治療的進展，另一方面也增進我們對cellular PrP的功能的瞭解。Mouillet-Richard利用抗體的技術來研究cellular PrP的功能，發現cellular PrP與細胞內的tyrosine kinase的活性有關，因而推測cellular PrP可能具有 signal transduction 的功能。Brandner利用Prnp 0/0 小鼠發現，Prnp 0/0 小鼠腦內即使長期有scrapie PrP的存積，也並不會發病。Mallucci將已感染scrapie的小鼠腦細胞裡的cellular PrP移除之後，可使小鼠不發病。
過去一直認為scrapie PrP與疾病相關，但是從以上的實驗結果看來，scrapie PrP不是致病的唯一因素；cellular PrP也是導致疾病的一個要件。其實在這之前，當Prusiner利用基因轉殖小鼠來作實驗時，就曾有類似的發現。Prusiner利用基因轉殖的技術可以做出產生大量正常cellular PrP 的小鼠，這些小鼠到老了之後，竟會出現身體僵硬等情況。
這些基因轉殖鼠的研究修正了Prusiner對偶發型庫賈氏病的看法：Prusiner以往認為偶發型的庫賈氏病，是因為人在一生之中會不斷發生基因突變，即使經過不斷地修補，終究難免產生了一個突變。從這個突變的細胞開始增生大量的scrapie PrP，直到超過一個定量時，病人就發病了。然而，這些基因轉殖小鼠的研究結果卻告訴我們，即使是正常的PrP 也可能會致病 ，未必一定要經由基因突變。這些基因轉殖小鼠及基因剔除小鼠的研究結果，修正我們對PrP的看法。
最早做出來的Prnp 0/0 小鼠，並不會出現明顯異常；然而其後做出一些基因剔除小鼠，如Sakaguchi在1996年做出來的Ngsk Prnp -/- ，Moore在1999年做出來的Rcm0 小鼠及Rossi在2001做出來的ZH-II Prnp -/- 小鼠等，這些小鼠在老了之後，竟會在小腦的Purkinje細胞出現退化，使動物出現共濟失調(ataxia)的情況。若將Prnp基因再殖回Ngsk Prnp -/- ，就可以拯救小腦的Purkinje細胞的退化。然而，這並不表示cellular PrP具有維持小腦正常運作的功能，因為其他品種的基因剔除小鼠並未出現有小腦功能受損的情況。
為什麼不同品種的基因剔除小鼠會有這種差異？後來才知道這種表現與另一段基因有關，這段基因就是由David Westaway所發現的負責合成Doppel(Dpl)蛋白質的基因，現在稱為Prnd。Prnd基因原本是位在Prnp的下游位置，在出生之後，腦子就不再產生Doppel蛋白質。然而，在除去Prnp基因之後，Prnd基因卻受到原本Prnp的promoter的控制，因而製造出大量的Doppel蛋白質來造成神經的毒性。有趣的是，Doppel蛋白質所造成的神經系統的退化卻可以藉由cellular PrP將之恢復，因而推測Doppel蛋白質與cellular PrP的拮抗功能，可能是因為競爭同一個結合子(即所稱的L prp)的結果。為了研究cellular PrP某個特別部份的功能，也可以將一些改變過的基因再殖回Prnp 0/0 小鼠身上；Weissmann就利用這種方式做出了缺乏一大段N端胺基酸序列的PrP，結果發現這種PrP會對小鼠小腦的顆粒細胞造成毒害。
目前雖然對這一類毒害的機轉仍不了解，但是這種基因剔除技術所做出來的小鼠，的確提供我們研究cellular PrP在活體內的功能的一個很好的模式。
Weissmann為了證實自己的想法，於是從1988年開始著手研發基因剔除小鼠。最初的目的，其實是為了挑戰prion理論。Weissmann的想法是，首先得做出一種不具有cellular PrP的小鼠，再將小鼠的scrapie PrP接種到基因剔除小鼠身上，如果基因剔除小鼠會發病，那就表示scrapie PrP自己會複製增生，不需要cellular PrP的存在；他就可以藉此證明prion的增生理論是錯的。
但是，等到他完成了這些初步的實驗之後，卻發現他的假設是錯的。在1992年，他與Bueler一起做出了一種Prnp 0/0 的小鼠，令人驚訝的是Prnp 0/0 幾乎和正常小鼠無異，只有一種表現與正常小鼠不一樣，那就是基因剔除小鼠在接種scrapie PrP之後，scrapie PrP在小鼠體內不會增生，而基因剔除小鼠也不會發病。如果將Prnp基因再殖回基因剔除小鼠體內的時候，小鼠就又發病了。而且如果利用基因轉殖的技術讓小鼠製造出超量的cellular PrP時，小鼠的罹病率會增加，而體內scrapie PrP增生的量也會增加。從Prnp 0/0 小鼠的初步實驗的結果來看，得到一個簡單的推論就是，這類疾病不是因為缺乏cellular PrP而致病。
這樣的結果，在prion學派來看，認為cellular PrP是scrapie PrP增生時必需要有的條件；然而核酸派的學者也提出假說，認為cellular PrP是病毒的接受體(receptor)；因為細胞缺乏接受體，以致於病毒無法與細胞結合。兩個學派依然各執己見，莫衷一是。
Bueler和Weissmann所做出的基因剔除小鼠，雖未能解決prion學派與核酸學派之間的爭議，卻對其後的研究造成很大的影響。Prusiner在1993年利用基因剔除小鼠做出對抗cellular PrP的單株抗體。這項技術的成功，一方面帶動了免疫治療的進展，另一方面也增進我們對cellular PrP的功能的瞭解。Mouillet-Richard利用抗體的技術來研究cellular PrP的功能，發現cellular PrP與細胞內的tyrosine kinase的活性有關，因而推測cellular PrP可能具有 signal transduction 的功能。Brandner利用Prnp 0/0 小鼠發現，Prnp 0/0 小鼠腦內即使長期有scrapie PrP的存積，也並不會發病。Mallucci將已感染scrapie的小鼠腦細胞裡的cellular PrP移除之後，可使小鼠不發病。
過去一直認為scrapie PrP與疾病相關，但是從以上的實驗結果看來，scrapie PrP不是致病的唯一因素；cellular PrP也是導致疾病的一個要件。其實在這之前，當Prusiner利用基因轉殖小鼠來作實驗時，就曾有類似的發現。Prusiner利用基因轉殖的技術可以做出產生大量正常cellular PrP 的小鼠，這些小鼠到老了之後，竟會出現身體僵硬等情況。
這些基因轉殖鼠的研究修正了Prusiner對偶發型庫賈氏病的看法：Prusiner以往認為偶發型的庫賈氏病，是因為人在一生之中會不斷發生基因突變，即使經過不斷地修補，終究難免產生了一個突變。從這個突變的細胞開始增生大量的scrapie PrP，直到超過一個定量時，病人就發病了。然而，這些基因轉殖小鼠的研究結果卻告訴我們，即使是正常的PrP 也可能會致病 ，未必一定要經由基因突變。這些基因轉殖小鼠及基因剔除小鼠的研究結果，修正我們對PrP的看法。
最早做出來的Prnp 0/0 小鼠，並不會出現明顯異常；然而其後做出一些基因剔除小鼠，如Sakaguchi在1996年做出來的Ngsk Prnp -/- ，Moore在1999年做出來的Rcm0 小鼠及Rossi在2001做出來的ZH-II Prnp -/- 小鼠等，這些小鼠在老了之後，竟會在小腦的Purkinje細胞出現退化，使動物出現共濟失調(ataxia)的情況。若將Prnp基因再殖回Ngsk Prnp -/- ，就可以拯救小腦的Purkinje細胞的退化。然而，這並不表示cellular PrP具有維持小腦正常運作的功能，因為其他品種的基因剔除小鼠並未出現有小腦功能受損的情況。
為什麼不同品種的基因剔除小鼠會有這種差異？後來才知道這種表現與另一段基因有關，這段基因就是由David Westaway所發現的負責合成Doppel(Dpl)蛋白質的基因，現在稱為Prnd。Prnd基因原本是位在Prnp的下游位置，在出生之後，腦子就不再產生Doppel蛋白質。然而，在除去Prnp基因之後，Prnd基因卻受到原本Prnp的promoter的控制，因而製造出大量的Doppel蛋白質來造成神經的毒性。有趣的是，Doppel蛋白質所造成的神經系統的退化卻可以藉由cellular PrP將之恢復，因而推測Doppel蛋白質與cellular PrP的拮抗功能，可能是因為競爭同一個結合子(即所稱的L prp)的結果。為了研究cellular PrP某個特別部份的功能，也可以將一些改變過的基因再殖回Prnp 0/0 小鼠身上；Weissmann就利用這種方式做出了缺乏一大段N端胺基酸序列的PrP，結果發現這種PrP會對小鼠小腦的顆粒細胞造成毒害。
目前雖然對這一類毒害的機轉仍不了解，但是這種基因剔除技術所做出來的小鼠，的確提供我們研究cellular PrP在活體內的功能的一個很好的模式。
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