Preview

Ветеринарная патология

Расширенный поиск

Модель крыс с нокаутом гена DAT: дофаминовая дисфункция, эпигенетические механизмы и подходы к генной терапии. Обзор научной литературы

https://doi.org/10.23947/2949-4826-2026-25-2-14-24

EDN: TYPQWH

Аннотация

Введение. Модель животных с нокаутом кодирующего гена (DAT-KO) представляет собой ценный экспериментальный инструмент для изучения патофизиологии заболеваний, связанных с нарушением дофаминовой функции, таких как синдром дефицита внимания и гиперактивности, шизофрения, болезнь Паркинсона. Целью обзора является систематизация научных данных о дофаминергической дисфункции, эпигенетических механизмах и подходах к генной терапии на модели крыс с нокаутом гена DAT (DAT-KO).
Материалы и методы. Поиск литературных источников проводился в базах данных PubMed, Scopus, Web of Science и Google Scholar. В обзор включены оригинальные исследования только на английском языке (n=49), опубликованные в период с 1991 по 2025 гг. и посвященные структуре и функциям DAT, моделям нокаута, эпигенетическим механизмам и генной терапии. Результаты представлены в виде блок-схемы PRISMA и рисунков.
Результаты исследования. В моделях нокаута DAT у крыс наблюдается 5–7-кратное повышение внеклеточного уровня дофамина, гиперактивность и структурные изменения в базальных ганглиях, что отражает дофаминовую дисфункцию. Гомозиготные нокаутные животные полностью лишены функционального белка DAT, тогда как гетерозиготы сохраняют около половины его активности и демонстрируют промежуточные фенотипы. Эпигенетическая регуляция экспрессии гена Slc6a3 осуществляется через метилирование ДНК, модификации гистонов (включая ацетилирование H3K9/K14 и метилирование H3K27) и микроРНК, причем в постнатальном онтогенезе крыс промотор DAT остается гипометилированным, что обеспечивает возрастное повышение его экспрессии. Генная терапия с использованием вирусных векторов демонстрирует потенциал восстановления функции DAT.
Обсуждение и заключение. Модель DAT-KO у крыс достоверно воспроизводит ключевые нейрохимические и морфологические особенности дофаминергической дисфункции. Полнота картины, однако, во многом ограничена фрагментарностью данных о динамике эпигенетической регуляции экспрессии дофаминового транспортера в ходе прогрессирования заболеваний и недостаточной доказательной базой по дозозависимым эффектам и долгосрочной безопасности генной терапии. Эпигенетические механизмы открывают новые направления для поиска биомаркеров и персонализированной терапии. Применение генной терапии с использованием аденоассоциированных и лентивирусных векторов демонстрирует потенциал восстановления функции DAT в доклинических моделях, однако требует дальнейшего уточнения дозозависимых эффектов и минимизации иммунного ответа. Перспективными направлениями остаются интеграция эпигенетических маркеров в клинические протоколы, разработка комбинированных стратегий и валидация модели DAT-KO при коморбидных состояниях.

Об авторах

А. Р. Хакимов
ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии»
Россия

Хакимов Альберт Рузилевич, младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела морфологии

450075, г. Уфа, ул. Р. Зорге, д. 67/1



А. И. Лебедева
ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии»
Россия

Лебедева Анна Ивановна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий научно-исследовательского отдела морфологии

450075, г. Уфа, ул. Р. Зорге, д. 67/1



Л. А. Мусина
ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии»
Россия

Мусина Ляля Ахияровна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник научно-исследовательского отдела морфологии

450075, г. Уфа, ул. Р. Зорге, д. 67/1



З. Р. Хисматуллина
ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологий»
Россия

Хисматуллина Зухра Рашидовна, доктор биологических наук, профессор кафедры биохимии, биотехнологии и физиологии

450008, г. Уфа, ул. Заки Валиди, д. 32



Список литературы

1. Savchenko A, Targa G, Fesenko Z, Leo D, Gainetdinov RR, Sukhanov I. Dopamine Transporter Deficient Rodents: Perspectives and Limitations for Neuroscience. Biomolecules. 2023;13(5):806. https://doi.org/10.3390/biom13050806

2. Puzzo C, Festucci F, Curcio G, Gigantesco A, Adriani W. Exploring Transgenerational Inheritance in Epigenotypes of DAT Heterozygous Rats: Circadian Anomalies and Attentional Vulnerability. Behavioural Brain Research. 2024;464:114921. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2024.114921

3. Petrelli F, Dallérac G, Pucci L, Calì C, Zehnder T, Sultan S, et al. Dysfunction of Homeostatic Control of Dopamine by Astrocytes in the Developing Prefrontal Cortex Leads to Cognitive Impairments. Molecular Psychiatry. 2020;25(4):732–749. https://doi.org/10.1038/s41380-018-0226-y

4. Adinolfi A, Zelli S, Leo D, Carbone C, Mus L, Illiano P, et al. Behavioral Characterization of DAT-KO Rats and Evidence of Asocial-Like Phenotypes in DAT-HET Rats: The Potential Involvement of Norepinephrine System. Behavioural Brain Research. 2019;359:516–527. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2018.11.028

5. Leo D, Sukhanov I, Zoratto F, Illiano P, Caffino L, Sanna F, et al. Pronounced Hyperactivity, Cognitive Dysfunctions, and BDNF Dysregulation in Dopamine Transporter Knock-out Rats. Journal of Neuroscience. 2018;38(8):1959–1972. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1931-17.2018

6. Cinque S, Zoratto F, Poleggi A, Leo D, Cerniglia L, Cimino S, et al. Behavioral Phenotyping of Dopamine Transporter Knockout Rats: Compulsive Traits, Motor Stereotypies, and Anhedonia. Frontiers in Psychiatry. 2018;9:43. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2018.00043

7. Apsley AT, Domico ER, Verbiest MA, Brogan CA, Buck ER, Burich AJ, et al. A Novel Hypervariable Variable Number Tandem Repeat in the Dopamine Transporter Gene (SLC6A3). Life Science Alliance. 2023;6(4):e202201677. https://doi.org/10.26508/lsa.202201677

8. Reith MEA, Kortagere S, Wiers CE, Sun Hui, Kurian MA, Galli A, et al. The Dopamine Transporter Gene SLC6A3: Multidisease Risks. Molecular Psychiatry. 2022;27(2):1031–1046. https://doi.org/10.1038/s41380-021-01341-5

9. Nguyen H, Cheng MH, Lee JY, Aggarwal S, Mortensen OV, Bahar I. Allosteric Modulation of Serotonin and Dopamine Transporters: New Insights from Computations and Experiments. Current Research in Physiology. 2024;7:100125. https://doi.org/10.1016/j.crphys.2024.100125

10. Donovan DM, Vandenbergh DJ, Perry MP, Bird GS, Ingersoll R, Nanthakumar E, et al. Human and Mouse Dopamine Transporter Genes: Conservation of 5′-Flanking Sequence Elements and Gene Structures. Molecular Brain Research. 1995;30(2):327–335. https://doi.org/10.1016/0169-328x(95)00018-n

11. Vandenbergh DJ, Persico AM, Uhl GR. A Human Dopamine Transporter cDNA Predicts Reduced Glycosylation, Displays a Novel Repetitive Element and Provides Racially-Dimorphic TaqI RFLPs. Molecular Brain Research. 1992;15(1–2):161–166. https://doi.org/10.1016/0169-328x(92)90165-8

12. Shimada S, Kitayama S, Lin CL, Patel A, Nanthakumar E, Gregor P, et al. Cloning and Expression of a Cocaine-Sensitive Dopamine Transporter Complementary DNA. Science. 1991;254(5031):576-578. https://doi.org/10.1126/sci-ence.1948034

13. Kilty JE, Lorang D, Amara SG. Cloning and Expression of a Cocaine-Sensitive Rat Dopamine Transporter. Science. 1991;254(5031):578–579. https://doi.org/10.1126/science.1948035

14. Koijam AS, Hijam AC, Singh AS, Jaiswal P, Mukhopadhyay K, Rajamma U, et al. Association of Dopamine Transporter Gene with Heroin Dependence in an Indian Subpopulation from Manipur. Journal of Molecular Neuroscience. 2021;71(1):122-136. https://doi.org/10.1007/s12031-020-01633-5

15. Nepal B, Das S, Reith ME, Kortagere S. Overview of the Structure and Function of the Dopamine Transporter and Its Protein Interactions. Frontiers in Physiology. 2023;14:1150355. https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1150355

16. Pidathala S, Mallela AK, Joseph D, Penmatsa A. Structural Basis of Norepinephrine Recognition and Transport Inhibition in Neurotransmitter Transporters. Nature Communications. 2021;12(1):2199. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22385-9

17. Nirenberg MJ, Chan J, Pohorille A, Vaughan RA, Uhl GR, Kuhar MJ, et al. The Dopamine Transporter: Comparative Ultrastructure of Dopaminergic Axons in Limbic and Motor Compartments of the Nucleus Accumbens. Journal of Neuroscience. 1997;17(18):6899–6907. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.17-18-06899.1997

18. Basso V, Döbrössy MD, Thompson LH, Kirik D, Fuller HR, Gates MA. State of the Art in Sub-Phenotyping Midbrain Dopamine Neurons. Biology. 2024;13(9):690. https://doi.org/10.3390/biology13090690

19. Sugimoto A, Suzuki Y, Yoshinaga K, Orime N, Hayashi T, Egawa J, et al. Influence of Atomoxetine on Relationship Between ADHD Symptoms and Prefrontal Cortex Activity During Task Execution in Adult Patients. Frontiers in Human Neuroscience. 2021;15:755025. https://doi.org/10.3389/fnhum.2021.755025

20. Granas C, Ferrer J, Loland CJ, Javitch JA, Gether U. N-Terminal Truncation of the Dopamine Transporter Abolishes Phorbol Ester- and Substance P Receptor-Stimulated Phosphorylation without Impairing Transporter Internaliza-tion. Journal of Biological Chemistry. 2003;278(7):4990–5000. https://doi.org/10.1074/jbc.M205058200

21. Zeppelin T, Pedersen KB, Berglund NA, Periole X, Schiøtt B. Effect of Palmitoylation on the Dimer Formation of the Human Dopamine Transporter. Scientific Reports. 2021;11(1):4164. https://doi.org/10.1038/s41598-021-83374-y

22. Daniels GM, Amara SG. Regulated Trafficking of the Human Dopamine Transporter: Clathrin-Mediated Internalization and Lysosomal Degradation in Response to Phorbol Esters. Journal of Biological Chemistry. 1999;274(50):35794-35801. https://doi.org/10.1074/jbc.274.50.35794

23. Afonso-Oramas D, Cruz-Muros I, de la Rosa DA, Abreu P, Giráldez T, Castro-Hernández J, et al. Dopamine Transporter Glycosylation Correlates with the Vulnerability of Midbrain Dopaminergic Cells in Parkinson’s Disease. Neurobiology of Disease. 2009;36(3):494–508. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2009.09.002

24. Olasore HS, Osuntoki AA, Magbagbeola OA, Awesu AB, Olashore AA. Association of Dopamine Transporter Gene (DAT1) 40 bp 3' UTR VNTR Polymorphism (rs28363170) and Cannabis Use Disorder. Substance Use: Research and Treatment. 2023;17:1–7. https://doi.org/10.1177/11782218231163696

25. Zeng Q, Ning F, Gu S, Zeng Q, Chen R, Peng L, et al. The 10-Repeat 3'-UTR VNTR Polymorphism in the SLC6A3 Gene May Confer Protection against Parkinson’s Disease: A Meta-Analysis. Frontiers in Genetics. 2021;12:789112. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.789112

26. Ng J, Barral S, Waddington SN, Kurian MA. Dopamine Transporter Deficiency Syndrome (DTDS): Expanding the Clinical Phenotype and Precision Medicine Approaches. Cells. 2023;12(13):1737. https://doi.org/10.3390/cells12131737

27. Madduluri B, Garapati D, Yareeda S. Dopamine Transporter Deficiency Syndrome: A Rare Case of Infantile-Onset Dystonia-Parkinsonism. Journal of Movement Disorders. 2025;18(3):280–282. https://doi.org/10.14802/jmd.25057

28. Itan Yuval, Shang Lei, Boisson B, Patin E, Bolze A, Moncada-Vélez M, et al. The Human Gene Damage Index as a Gene-Level Approach to Prioritizing Exome Variants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2015;112(44):13615-13620. https://doi.org/10.1073/pnas.1518646112

29. Torres GE, Yao WD, Mohn AR, Quan H, Kim KM, Levey AI, et al. Functional Interaction between Monoamine Plasma Membrane Transporters and the Synaptic PDZ Domain-Containing Protein PICK1. Neuron. 2001;30(1):121–34. https://doi.org/10.1016/s0896-6273(01)00267-7

30. Egaña LA, Cuevas RA, Baust TB, Parra LA, Leak RK, Hochendoner S, et al. Physical and Functional Interaction between the Dopamine Transporter and the Synaptic Vesicle Protein Synaptogyrin-3. Journal of Neuroscience. 2009;29(14):4592-4604. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4559-08.2009

31. Torres GE, Sweeney AL, Beaulieu JM, Shashidharan P, Caron MG. Effect of TorsinA on Membrane Proteins Reveals a Loss of Function and a Dominant-Negative Phenotype of the Dystonia-Associated DeltaE-TorsinA Mutant. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2004;101(44):15650–15655. https://doi.org/10.1073/pnas.0308088101

32. Giros B, el Mestikawy S, Godinot N, Zheng K, Han H, Yang-Feng T, et al. Cloning, Pharmacological Characterization, and Chromosome Assignment of the Human Dopamine Transporter. Molecular Pharmacology. 1992;42(3):383–390. https://doi.org/10.1016/S0026-895X(25)08925-4

33. Kurzina NP, Volnova AB, Aristova IY, Gainetdinov RR. A New Paradigm for Training Hyperactive Dopamine Transporter Knockout Rats: Influence of Novel Stimuli on Object Recognition. Frontier in Behavioral Neuroscience. 2021;15:654469. https://doi.org/10.3389/fnbeh.2021.654469

34. Lloyd JT, Yee AG, Kalligappa PK, Jabed A, Cheung PY, Todd KL, et al. Dopamine Dysregulation and Altered Responses to Drugs Affecting Dopaminergic Transmission in a New Dopamine Transporter Knockout (DAT-KO) Rat Model. Neuroscience. 2022;491:43–64. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2022.03.019

35. Vaganova AN, Fesenko ZS, Volnova AB, Gainetdinov RR. Stable Dopamine-Signaling mRNA Co-Expression in the Substantia Nigra is Deregulated in Pathological Conditions, but Not in Dopamine Transporter Knockout Rats. Biomolecules. 2025;15(8):1117. https://doi.org/10.3390/biom15081117

36. Liang Z, Liu W, Cao M, Cui J, Lan J, Ding Y, et al. Epigenetic Regulation-Mediated Disorders in Dopamine Transporter Endocytosis: A Novel Mechanism for the Pathogenesis of Parkinson’s Disease. Theranostics. 2025;15(6):2250–2278. https://doi.org/10.7150/thno.107436

37. Moore LD, Le T, Fan G. DNA Methylation and Its Basic Function. Neuropsychopharmacology. 2013;38(1):23–38. https://doi.org/10.1038/npp.2012.112

38. Green AL, Eid A, Zhan L, Zarbl H, Guo GL, Richardson JR. Epigenetic Regulation of the Ontogenic Expression of the Dopamine Transporter. Frontiers in Genetics. 2019;10:1099. https://doi.org/10.3389/fgene.2019.01099

39. Song H, Chen J, Huang J, Sun P, Liu Y, Xu L, et al. Epigenetic Modification in Parkinson’s Disease. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2023;11:1123621. https://doi.org/10.3389/fcell.2023.1123621

40. Jiang X, Liu B, Nie Z, Duan L, Xiong Q, Jin Z, et al. The Role of M6a Modification in the Biological Functions and Diseases. Signal Transduction and Targeted Therapy. 2021;6(1):74. https://doi.org/10.1038/s41392-020-00450-x

41. Yankova E, Blackaby W, Albertella M, Rak J, De Braekeleer E, Tsagkogeorga G, et al. Small-Molecule Inhibition of METTL3 as a Strategy against Myeloid Leukaemia. Nature. 2021;593:597–601. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03536-w

42. Li Y, Gan Y, Liu J, Li J, Zhou Z, Tian R, et al. Downregulation of MEIS1 Mediated by ELFN1-AS1/EZH2/DNMT3a Axis Promotes Tumorigenesis and Oxaliplatin Resistance in Colorectal Cancer. Signal Transduction and Targeted Therapy. 2022;7(1):87. https://doi.org/10.1038/s41392-022-00902-6

43. Ng J, Barral S, De La Fuente Barrigon C, Lignani G, Erdem FA, Wallings R, et al. Gene Therapy Restores Dopamine Transporter Expression and Ameliorates Pathology in iPSC and Mouse Models of Infantile Parkinsonism. Science Translational Medicine. 2021;13(594):eaaw1564. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aaw1564

44. Illiano P, Bass CE, Fichera L, Mus L, Budygin EA, Sotnikova TD, et al. Recombinant Adeno-Associated Virus-Mediated Rescue of Function in a Mouse Model of Dopamine Transporter Deficiency Syndrome. Scientific Reports. 2017;7:46280. https://doi.org/10.1038/srep46280

45. Ng J, Barral S, Waddington SN, Kurian MA. Gene Therapy for Dopamine Dyshomeostasis: From Parkinson’s to Primary Neurotransmitter Diseases. Movement Disorders. 2023;38(6):924–936. https://doi.org/10.1002/mds.29416

46. Escors D, Breckpot K. Lentiviral Vectors in Gene Therapy: Their Current Status and Future Potential. Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis. 2010;58(2):107–119. https://doi.org/10.1007/s00005-010-0063-4

47. Xu L, Yao S, Ding YE, Xie M, Feng D, Sha P. Designing and Optimizing AAV-Mediated Gene Therapy for Neurodegenerative Diseases: From Bench to Bedside. Journal of Translational Medicine. 2024;22(1):866. https://doi.org/10.1186/s12967-024-05661-2

48. Wang Y, Mu S, Liu F. Viral Vectors in Neurodegenerative Diseases: Immune Responses and Therapeutic Applications. Frontiers in Neurology. 2025;16:1603125. https://doi.org/10.3389/fneur.2025.1603125

49. Belskaya A, Kurzina N, Savchenko A, Sukhanov I, Gromova A, Gainetdinov RR. Rats Lacking the Dopamine Transporter Display Inflexibility in Innate and Learned Behavior. Biomedicines. 2024;12(6):1270. https://doi.org/10.3390/biomedicines12061270


Рецензия

Для цитирования:


Хакимов А.Р., Лебедева А.И., Мусина Л.А., Хисматуллина З.Р. Модель крыс с нокаутом гена DAT: дофаминовая дисфункция, эпигенетические механизмы и подходы к генной терапии. Обзор научной литературы. Ветеринарная патология. 2026;25(2):14-24. https://doi.org/10.23947/2949-4826-2026-25-2-14-24. EDN: TYPQWH

For citation:


Khakimov A.R., Lebedeva A.I., Musina L.A., Khismatullina Z.R. DAT Knockout Rat Models: Dopamine Dysfunction, Epigenetic Mechanisms, and Approaches to Gene Therapy: A Literature Review. Russian Journal of Veterinary Pathology. 2026;25(2):14-24. https://doi.org/10.23947/2949-4826-2026-25-2-14-24. EDN: TYPQWH

Просмотров: 43

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2949-4826 (Online)