Caractérisation comportementale d’un modèle murin du syndrome d’Angelman

Le syndrome d’Angelman (SA) est une maladie neurodéveloppementale rare. L’origine génétique la plus fréquente de la SA est une délétion importante de la région 15q11-q13 du chromosome d’origine maternelle, qui se retrouve chez près de 74 % des patients¹. La délétion de cette région entraîne la perte d’UBE3A, le principal gène responsable de la SA qui code pour une ubiquitine ligase E3. L’allèle paternel du gène UBE3A dans les neurones est réduit au silence dans un processus connu sous le nom d’empreinte. En conséquence, l’empreinte paternelle du gène ne permet que l’expression maternelle dans le système nerveux central (SNC)². Par conséquent, la délétion du gène UBE3A du chromosome d’origine maternelle entraîne le développement de symptômes de la SA. Chez l’homme, la SA se manifeste vers l’âge de 6 mois, avec un retard de développement qui persiste à tous les stades du développement et se traduit par des symptômes débilitants sévères chez les personnes atteintes ^3,4. Les principaux symptômes de la maladie comprennent le déficit de la motricité fine et globale, y compris une démarche ataxique saccadée, de graves troubles de la parole et une déficience intellectuelle. Environ 80 % des patients atteints de SA souffrent également de troubles du sommeil et d’épilepsie. À ce jour, les seuls traitements disponibles sont les médicaments symptomatiques, qui réduisent les crises d’épilepsie et améliorent la qualité du sommeil¹. Par conséquent, le développement de modèles animaux robustes avec des phénotypes comportementaux reproductibles ainsi qu’une analyse de phénotypage affinée seront essentiels pour élucider les mécanismes physiopathologiques de la maladie et découvrir des médicaments et des traitements efficaces.

La complexité du trouble humain affectant le SNC exige que les organismes modèles possèdent un génome, une physiologie et un comportement comparables. Les souris sont populaires en tant qu’organisme modèle en raison de leur cycle de reproduction court, de leur petite taille et de leur relative facilité de modification de l’ADN. En 1984, Paul Willner a proposé trois critères de base de validation du modèle de maladie : la construction, la face et la validité prédictive, qui sont utilisés pour déterminer la valeur du modèle⁵. Simplement, la validité conceptuelle reflète les mécanismes biologiques responsables du développement du trouble, la validité faciale récapitule ses symptômes et la validité prédictive décrit la réponse du modèle aux médicaments thérapeutiques.

Pour adhérer aux principes ci-dessus, nous avons choisi l’étiologie génétique la plus courante, une grande délétion du locus maternel 15q11.2-13q, y compris le gène UBE3A, pour créer des souris modèles AS. Nous avons utilisé la technique CRISPR/Cas9 pour supprimer une région de 76 225 pb de long couvrant l’ensemble du gène UBE3A, englobant à la fois les éléments codants et non codants du gène, chez des souris issues d’un fond C57BL/6N⁶. Nous avons ensuite croisé les animaux pour obtenir des souris hétérozygotes UBE3A^+/−. Pour la validation faciale du modèle, nous avons utilisé des animaux issus de croisements de femelles UBE3A+/− et de mâles de type sauvage pour obtenir la descendance UBE3A⁺/- (souche nommée C57BL/6NCrl-UBE3A/Ph et plus tard assignée sous le nom de UBE3A ^mGenedel/+) et des compagnons de portée témoins. Nous avons testé leur motricité fine et globale, leur émotivité et leur affect pour récapituler les principaux symptômes de la SA. Dans un article précédent, nous avons également évalué les fonctions cognitives des animaux, car les patients atteints de SA souffrent également de déficience intellectuelle⁶. Cependant, nous n’avons trouvé aucune déficience cognitive chez les souris UBE3A^mGenedel/+, peut-être en raison du jeune âge des animaux au moment des tests⁷. Un examen ultérieur des animaux plus âgés, âgés d’environ 18 semaines, a révélé un déficit de flexibilité comportementale lors de l’apprentissage inversé dans le paradigme de préférence de lieu. Cependant, la complexité de l’équipement utilisé pour cette analyse nécessite un module méthodologique distinct et il n’est pas inclus ici.

Les tests comportementaux présentés ici font partie des outils de phénotypage les plus courants dans la recherche génétique, grâce à leur haute valeur prédictive et à leur validité de construction suffisante ^8,9,10. Nous avons utilisé ces tests pour valider un modèle murin de SA en récapitulant les principaux symptômes de la maladie humaine d’une manière reproductible et indépendante de l’âge. L’émotivité de l’animal a été évaluée dans le labyrinthe surélevé et les tests en plein champ. Ces deux tests sont basés sur le conflit approche-évitement, où les animaux explorent un nouvel environnement à la recherche de nourriture, d’un abri ou d’opportunités d’accouplement tout en évitant simultanément les compartiments anxiogènes¹¹. De plus, le test en champ ouvert est utilisé pour tester l’activité locomotrice^{d’une souris 8}. Le test de suspension de la queue est largement utilisé dans la recherche sur la dépression pour dépister de nouveaux médicaments antidépresseurs ou des phénotypes de type dépressif dans des modèles de souris knock-out¹². Ce test évalue le désespoir que les animaux développent au fil du temps dans une situation inéluctable. L’apprentissage moteur et les caractéristiques détaillées de la marche ont été déterminés sur le rotarod et sur DigiGait, respectivement. L’endurance de l’animal sur la tige d’accélération caractérise ses capacités d’équilibre et de coordination des mouvements, tandis que l’analyse détaillée des schémas de pas d’une souris est une évaluation sensible des déficiences neuromusculaires liées à de nombreux troubles neurogénératifs du mouvement^13,14,15. Le test de déchiquetage des nids fait partie de la méthodologie standard de détection du comportement impulsif chez les rongeurs, et comme il utilise le comportement naturel des rongeurs, il indique le bien-être de l’animal^16,17.

La taille des groupes expérimentaux a été le résultat d’un compromis pour répondre aux exigences de la règle des 3R et à l’utilisation efficace des performances de reproduction des colonies. Cependant, pour obtenir une puissance statistique, les groupes ne comptaient pas moins de 10 individus, en raison de l’établissement d’un nombre suffisant de couples reproducteurs. Malheureusement, les performances d’élevage n’ont pas toujours permis d’obtenir un nombre suffisant d’animaux.