Поведенческая характеристика мышиной модели синдрома Ангельмана

Синдром Ангельмана (АС) является редким заболеванием развития нервной системы. Наиболее распространенным генетическим происхождением АС является большая делеция участка 15q11-q13 хромосомы материнского происхождения, которая обнаруживается почти у 74%^{пациенток1}. Делеция этой области приводит к потере UBE3A, основного возбудителя АС, кодирующего убиквитин-лигазу E3. Отцовский аллель гена UBE3A в нейронах заглушается в процессе, известном как импринтинг. Как следствие, отцовский импринтинг гена допускает только материнскую экспрессию в центральной нервной системе (ЦНС)². Таким образом, делеция гена UBE3A из хромосомы материнского происхождения приводит к развитию симптомов АС. У людей АС проявляется в возрасте около 6 месяцев, с задержкой развития, которая сохраняется на всех этапах развития и приводит к тяжелым изнурительным симптомам у больных ^3,4. Основные симптомы расстройства включают дефицит мелкой и крупной моторики, в том числе судорожную атаксическую походку, серьезные нарушения речи и умственную отсталость. Примерно 80% пациентов с синдромом Аспергера также страдают нарушениями сна и эпилепсией. На сегодняшний день единственным доступным лечением являются симптоматические препараты, которые уменьшают эпилептические припадки и улучшают качество^сна1. Таким образом, разработка надежных животных моделей с воспроизводимыми поведенческими фенотипами наряду с уточненным анализом фенотипирования будет иметь важное значение для выяснения патофизиологических механизмов расстройства и поиска эффективных лекарств и методов лечения.

Сложность человеческого заболевания, поражающего ЦНС, требует, чтобы модельные организмы обладали сопоставимым геномом, физиологией и поведением. Мыши популярны в качестве модельных организмов из-за их короткого репродуктивного цикла, небольшого размера и относительной простоты модификации ДНК. В 1984 году Пол Уилнер предложил три основных критерия валидации модели заболевания: конструкт, лицо и прогностическая валидность, которые используются для^{определения ценности модели}. Проще говоря, конструктная валидность отражает биологические механизмы, ответственные за развитие расстройства, валидность лица повторяет его симптомы, а прогностическая валидность описывает реакцию модели на терапевтические препараты.

Чтобы придерживаться вышеуказанных принципов, мы выбрали наиболее распространенную генетическую этиологию, большую делецию материнского локуса 15q11.2-13q, включая ген UBE3A, для создания мышей модели AS. Мы использовали технику CRISPR/Cas9 для удаления участка длиной 76 225.н., охватывающего весь ген UBE3A, охватывающего как кодирующие, так и некодирующие элементы гена, у мышей^{из фона} C57BL/6N6. Затем мы скрещивали животных для получения гетерозиготных мышей UBE3A^+/−. Для валидации модели мы использовали животных от скрещивания самок UBE3A+/− и самцов дикого типа для получения потомства UBE3A^+/- (штамм C57BL/6NCrl-UBE3A/Ph, позже присвоенный как UBE3A ^mGenedel/+) и контрольные однопометники. Мы проверили их мелкую и крупную моторику, эмоциональность и аффект, чтобы повторить основные симптомы синдрома Аспергера. В предыдущей статье мы также оценивали когнитивные функции животных, так как пациенты с синдромом Аспергера также страдают умственной^{отсталостью6}. Тем не менее, мы не обнаружили когнитивных нарушений у мышей UBE3A^mGenedel/+, возможно, из-за молодого возраста животных на момент тестирования⁷. Более позднее обследование старших животных, в возрасте около 18 недель, выявило дефицит поведенческой гибкости во время реверсивного обучения в парадигме предпочтения места. Однако сложность используемого оборудования для такого анализа требует отдельного методологического модуля, который здесь не включен.

Представленные здесь поведенческие тесты относятся к распространенным инструментам фенотипирования в генетических исследованиях, благодаря их высокой прогностической ценности и достаточной конструктной валидности 8,9,10. Мы использовали эти тесты для валидации мышиной модели АС путем повторения основных симптомов заболевания человека воспроизводимым, независимым от возраста образом. Эмоциональность животного оценивалась в тестах повышенного плюса лабиринта и открытого поля. Оба этих теста основаны на конфликте приближения-избегания, когда животные исследуют новую среду в поисках пищи, укрытия или возможностей для спаривания, одновременно избегая анксиогенных компартментов¹¹. Кроме того, тест в открытом поле используется для проверки локомоторной активности мыши⁸. Тест на подвеску хвоста широко используется в исследованиях депрессии для скрининга новых антидепрессантов или депрессивных фенотипов в моделях нокаута^{мышей 12}. Этот тест оценивает отчаяние, которое животные развивают с течением времени в неизбежной ситуации. Моторика и детальные характеристики походки определялись на ротароде и в DigiGait соответственно. Выносливость животного на ускорительном стержне характеризует его навыки равновесия и координации движений, в то время как детальный анализ шаговых паттернов мыши является чувствительной оценкой нервно-мышечных нарушений, связанных со многими нейрогенеративными двигательными расстройствами^13,14,15. Тест на измельчение гнезд является частью стандартной методики выявления импульсивного поведения грызунов, и, поскольку он использует естественное поведение грызунов, он указывает на благополучие животного^16,17.

Размер экспериментальных групп был достигнут в результате компромисса, направленного на выполнение требований правила 3R и эффективное использование показателей размножения колоний. Однако для получения статистической мощности в группах насчитывалось не менее 10 особей, что обусловлено установлением достаточного количества размножающихся пар. К сожалению, племенная продуктивность не всегда приводила к достаточному количеству животных.