Sphingomyelin phosphodiesterase 3 (SMPD3), a plasma membrane-bound enzyme, cleaves sphingomyelin to generate ceramide and phosphorylcholine. These two bioactive lipid metabolites regulate many cellular activities. A recessive mutation called fragilitas ossium (fro) in the Smpd3 gene leads to impaired bone and tooth mineralization in the fro/fro mice. Most fro/fro mice do not survive beyond the perinatal period that makes it difficult to get enough number of mice for the phenotypic analyses. Our specific aims are: 1) Generate viable fro/fro mice on a C57BL/6-C3H/HeN mixed background to analyze their tooth mineralization defects; and 2) Generate viable fro/fro mice on a pure C57BL/6 background by transient expression of Smpd3 during late embryonic development, and characterize their skeletal phenotype. We observed an improved survival of the fro/fro mutants on the C57BL/6-C3H/HeN mixed background. Examination of the teeth of these mixed background-mutants revealed a delayed mantle dentin mineralization and consequently, a delay in enamel mineralization. These tooth abnormalities progressively improved with time. The restoration of Smpd3 expression driven by a Col1a1-Smpd3 transgene in the odontoblasts corrected the tooth mineralization defects in fro/fro;Col1a1-Smpd3 mice. In order to obtain viable fro/fro mice on the C57BL/6 background, we followed a strategy based on the Tet-On inducible gene expression system. Following a complex breeding strategy, we generated fro/fro;ROSA-rtTA;TRE-Smpd3 compound mutant mice. The ubiquitous ROSA promoter drives the expression of rtTA transactivator in these mice. When treated with doxycycline, TRE-Smpd3 expression was induced in the cells synthesizing the rtTA protein in the compound mutants. The doxycycline treatment given to the pregnant mothers during the late gestation period resulted in the correction of the limb deformities and the skeletal mineralization defects in fro/fro;ROSA-rtTA;TRE-Smpd3 embryos. However, induction of Smpd3 expression in the adolescent fro/fro;ROSA-rtTA;TRE-Smpd3 mice was not sufficient to correct the defects in trabecular bone mineralization and the impaired growth of the long bones. This novel mouse model will be a useful tool to study SMPD3 biology in vivo. / La sphingomyéline phosphodiestérase 3 (Smpd3) code pour enzyme liée à la membrane plasmique qui clive la sphingomyéline et génère du céramide et de la phosphorylcholine. Ces métabolites lipidiques bioactifs jouent un rôle important dans de nombreuses activités cellulaires. Une mutation autosomique récessive du gène smpd3 est à l'origine du modèle murin fragilitas ossium (fro). Cette mutation est associée à une altération de la minéralisation des os et de la matrice extracellulaire des dents chez les souris fro/fro. De plus, ces souris sont de plus petites tailles et ont un taux élevé de mortalité périnatale, ce qui rend difficile l'obtention d'un nombre suffisant de souris pour l'analyse phénotypique. Nos objectifs étaient de 1) augmenter le taux de survie des fro/fro souris et de caractériser les défauts de minéralisation des dents, et 2) générer un modèle fro/fro sur un fond génétique pur C57BL/6 par l'expression transitoire de Smpd3 au cours du développement embryonnaire tardif. Normalement, aucune fro/fro souris sur le fond C57BL/6 ne survit au-delà de la période périnatale. Cependant, nous avons observé une meilleure survie des fro/fro mutants sur le fond mixte C57BL/6-C3H/HeN. De plus, L'examen des dents de ces derniers a révélé un retard dans la minéralisation du manteau dentinaire et, par conséquent, un retard dans la minéralisation de l'émail. Mais, ces anomalies dentaires se sont progressivement améliorées avec le temps. Par contre, la restauration de l'expression de Smpd3 contrôlée par le transgène Col1a1-Smpd3 dans les odontoblastes a corrigé les défauts de minéralisation des dents des souris fro/fro;Col1a1-Smpd3. Afin d'obtenir des souris viables fro/fro sur le fond C57BL/6, nous avons suivi une stratégie basée sur le système d'expression génique inductible Tet-On et sur une méthode complexe de sélection pour générer des souris fro/fro;ROSA-rtTA;TRE-Smpd3 double mutants. Dans ce système, l'expression du TRE-Smpd3 sera induite par l'activation du transactivateur rtTA sous le contrôle du promoteur ubiquitaire ROSA par la Dox uniquement dans les cellules synthétisant la protéine rtTA. Après avoir traité les souris gestantes avec de la Dox, les embryons fro/fro;ROSA-rtTA;TRE-Smpd3 ont montré une minéralisation normale et une correction des membres déformés vers la fin de la gestation. Bien que les niveaux d'expression inductible de Smpd3 dépendaient de la dose de la Dox, aucune dose administrée n'a été suffisante pour complétement sauver les défauts de minéralisation de l'os ou le retard de croissance des os longs chez les adultes fro/fro;ROSA-rtTA;TRE-Smpd3. L'analyse du profil d'expression des gènes suggère que l'expression inductible de TRE-Smpd3 n'était pas assez forte pour pouvoir corriger les anomalies du squelette chez les souris adultes fro/fro;ROSA-rtTA;TRE-Smpd3.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123248 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Alebrahim, Sharifa |
| Contributors | Monzur Murshed (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Faculty of Dentistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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