Het beoordelen van functionele prestaties in de<em> Mdx</em> Muis Model
Summary
De primaire uitkomstmaat in klinische trials voor neuromusculaire aandoeningen is over het algemeen verbeterd spierfunctie. Daarom beoordeling van het effect van mogelijke therapeutische verbindingen op spierprestaties klinisch vooraf in muismodellen van groot belang. We beschrijven hier een aantal functionele tests om dit aan te pakken.
Abstract
Duchenne spierdystrofie (DMD) is een ernstige en progressieve spieratrofie aandoening waarvoor geen behandeling beschikbaar is. Toch verscheidene potentiële farmaceutische verbindingen en gentherapiebenaderingen zijn gevorderd in klinische proeven. Met verbetering van de spierfunctie het belangrijkste eindpunt in deze onderzoeken, is veel nadruk gelegd op het opzetten van betrouwbare, reproduceerbare, en makkelijk om functionele testen uit te voeren om klinisch pre spierfunctie, kracht, conditie en coördinatie bij de beoordeling geplaatst mdx muismodel voor DMD. Zowel invasieve en niet-invasieve testen beschikbaar. Tests die nog niet over de ziekte verergeren kan worden gebruikt om te bepalen de natuurlijke geschiedenis van de ziekte en de effecten van therapeutische interventies (bv. Voorpoot grijpkracht test, twee verschillende hangende testen met behulp van een draad of een rooster en rotarod hardlopen). Als alternatief kan gedwongen loopband lopen worden gebruikt om progressie van de ziekte te verbeteren en / of te beoordelenbeschermende effecten van therapeutische interventies op ziekte pathologie. We beschrijven hier hoe deze meest gebruikte functionele tests op betrouwbare en reproduceerbare wijze. Met behulp van deze protocollen op basis van standaard operationele procedures maakt de vergelijking van gegevens tussen verschillende laboratoria.
Introduction
Duchenne spierdystrofie (DMD) is de meest voorkomende neuromusculaire aandoening die 1:5000 pasgeboren jongens. Deze ernstige en progressieve spieratrofie ziekte wordt veroorzaakt door mutaties in het DMD gen dat het open leesraam verstoren en voorkomen de synthese van functionele dystrofine proteïne. Spiervezels ontbreekt dystrofine zijn kwetsbaar voor geïnduceerde schade te oefenen. Na uitputting van regeneratieve capaciteit van de spier, en door chronische ontsteking van beschadigde spieren, worden vezels vervangen door bindweefsel en vet, vervolgens leidt tot een verlies van functie. In het algemeen, DMD patiënten verliezen ambulantie van de onderste ledematen in het begin van het tweede decennium. Later, ook de spieren van de armen en schoudergordel zijn getroffen en patiënten vaak thoracolumbar scoliose door asymmetrische verzwakking van de spieren ondersteunen het ruggenmerg. Geassisteerde ventilatie is over het algemeen nodig is in de late tienerjaren of begin twintig. Ademhalings-en hartfalen looddood in de derde of vierde decennium 1.
Hoewel het veroorzakende gen is ontdekt meer dan 25 jaar geleden 2, is er geen behandeling beschikbaar voor DMD. Echter, een betere gezondheidszorg en het gebruik van corticosteroïden hebben de levensverwachting toegenomen in de westerse wereld 3. Met het gebruik van dierlijke modellen zoals de mdx muis, belangrijke stappen in de ontdekking van potentiële therapeutische strategieën zijn gemaakt. De mdx muis is de meest gebruikte DMD muismodel. Het heeft een puntmutatie in exon 23 van het muizen Dmd gen en dus ontbreekt dystrofine 4. In de afgelopen paar jaren hebben vele voorgestelde strategieën ontwikkeld tot klinische studies 5-9. In deze studies, verbetering van de spierfunctie is het primaire eindpunt, wat het belang van het testen van het voordeel van de verbindingen op de spierfunctie bij muizen tijdens de preklinische fase van het testen.
Net als DMDpatiënten, ook het dystrofine negatieve spiervezels van mdx muizen zijn kwetsbaar voor veroorzaakte schade te oefenen en hun spierfunctie is verminderd ten opzichte van C57BL/10ScSnJ wild-type muizen. Deze bijzondere waardevermindering kan worden beoordeeld met een verscheidenheid aan functionele tests. Sommige van deze tests zijn niet-invasieve en niet interfereren met spier-pathologie (bv. voorpoot grijpkracht, opknoping testen en rotarod hardlopen). Daarom kunnen ze worden gebruikt om het natuurlijke beloop van de ziekte of het effect van een verbindingen van ziekteprogressie. Om een grondige beeld van de invloed van verbindingen op de spierfunctie in mdx muizen, een functionele test regime dat niet interfereert met ziekteprogressie bestaande uit al deze tests kunnen worden gebruikt 10.
Als alternatief kan gedwongen loopband lopen worden gebruikt om opzettelijk verergeren progressie van de ziekte en test de beschermende capaciteiten van verbindingen 11. De loopband kan ookals resultaat mate waarin looptijd tot uitputting gemeten 12, of als een middel om vermoeidheid mdx muizen, zodat ze minder goed presteren in een volgende functionele beproeving die groter verschil in prestaties tussen behandelingsgroepen 13. Bij het kiezen van functionele tests, moeten hun effect op de progressie van de ziekte in gedachten worden gehouden vooral bij het testen dystrophic muizen als de mdx muis 14.
Wij hier in detail beschrijven hoe aan de meest gebruikte functionele testen op een betrouwbare en reproduceerbare wijze op basis van beschikbare standaard operationele procedures van de TREAT-NMD netwerk uit te voeren. Klik hier om naar TREAT-NMD .
Protocol
Representative Results
Discussion
De functionele tests hier gepresenteerde reproduceerbaar, gemakkelijk uit te voeren en van toepassing op wild-type en dystrophic muizen onafhankelijk van hun leeftijd. De tests geven nuttige instrumenten voor een pre klinisch spierfunctie, kracht, conditie en coördinatie te beoordelen. Bij het testen van de effecten van een verbinding over de natuurlijke geschiedenis van de ziekte, de niet-invasieve test hier beschreven (voorpoot grijpkracht, zowel opknoping tests en de rotarod test) kan mooi worden gecombineerd in een…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij willen Margriet Hulsker bedanken voor haar fotografische bijstand en helpen om beelden te verkrijgen van muizen en de beoordelaars voor hun constructieve commentaar. Dit werk werd ondersteund door ZonMw, TREAT-NMD (contractnummer LSHM-CT-2006-036825) en het Duchenne Parent Project.
Materials
| Mouse grip strength meter | Chatillon DFE (re-sold by Columbus Instruments) | # 80529 | |
| Hanging wire 2 limbs device | Cloth hanger or custom made device | ||
| Hanging wire 4 limbs device | Lid of rat cage or custom made device | ||
| Rotarod | Ugo Basil | # 47600 | |
| Treadmill for mice Exer 3/6 | Columbus Instruments | # 1055SRM |
References
- Blake, D. J., Weir, A., Newey, S. E., Davies, K. E. Function and genetics of dystrophin and dystrophin-related proteins in muscle. Physiol. Rev. 82, 291-329 (2002).
- Hoffman, E. P., Brown, R. H., Kunkel, L. M. Dystrophin: the protein product of the Duchenne muscular dystrophy locus. Cell. 51, 919-928 (1987).
- Bushby, K., et al. Diagnosis and management of Duchenne muscular dystrophy, part 1: diagnosis, and pharmacological and psychosocial management. Lancet Neurol. 9, 77-93 .
- Bulfield, G., Siller, W. G., Wight, P. A., Moore, K. J. X chromosome-linked muscular dystrophy (mdx) in the mouse. Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. 81, 1189-1192 (1984).
- Bowles, D. E., et al. Phase 1 gene therapy for Duchenne muscular dystrophy using a translational optimized AAV vector. Mol. Ther. 20, 443-455 (2012).
- Cirak, S., et al. Exon skipping and dystrophin restoration in patients with Duchenne muscular dystrophy after systemic phosphorodiamidate morpholino oligomer treatment: an open-label, phase 2, dose-escalation study. Lancet. 378, 595-605 .
- Goemans, N. M., et al. Systemic administration of PRO051 in Duchenne’s muscular dystrophy. N. Engl. J. Med. 364, 1513-1522 (2011).
- Malik, V., et al. Gentamicin-induced readthrough of stop codons in Duchenne muscular dystrophy. Ann. Neurol. 67, 771-780 (2010).
- Skuk, D., et al. First test of a "high-density injection" protocol for myogenic cell transplantation throughout large volumes of muscles in a Duchenne muscular dystrophy patient: eighteen months follow-up. Neuromuscul. Disord. 17, 38-46 (2007).
- van Putten, M., et al. A 3 months mild functional test regime does not affect disease parameters in young mdx mice. Neuromuscul. Disord. 20, 273-280 (2010).
- De Luca, A., et al. Gentamicin treatment in exercised mdx mice: Identification of dystrophin-sensitive pathways and evaluation of efficacy in work-loaded dystrophic muscle. Neurobiol. Dis. 32, 243-253 (2008).
- Radley-Crabb, H., et al. A single 30min treadmill exercise session is suitable for ‘proof-of concept studies’ in adult mdx mice: A comparison of the early consequences of two different treadmill protocols. Neuromuscul. Disord. , (2011).
- van Putten, M., et al. The effects of low levels of dystrophin on mouse muscle function and pathology. PLoS.One. , (2012).
- Willmann, R., et al. Enhancing translation: Guidelines for standard pre-clinical experiments in mdx mice. Neuromuscul. Disord. 1, 43-49 (2011).
- Connolly, A. M., Keeling, R. M., Mehta, S., Pestronk, A., Sanes, J. R. Three mouse models of muscular dystrophy: the natural history of strength and fatigue in dystrophin-, dystrophin/utrophin-, and laminin alpha2-deficient mice. Neuromuscul. Disord. 11, 703-712 (2001).
- Rafael, J. A., Nitta, Y., Peters, J., Davies, K. E. Testing of SHIRPA, a mouse phenotypic assessment protocol on Dmd(mdx) and Dmd(mdx3cv) dystrophin-deficient mice. Mamm. Genome. 11, 725-728 (2000).
- Chapillon, P., Lalonde, R., Jones, N., Caston, J. Early development of synchronized walking on the rotorod in rats. Effects of training and handling. Behav. Brain Res. 93, 77-81 (1998).
- Massett, M. P., Berk, B. C. Strain-dependent differences in responses to exercise training in inbred and hybrid mice. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 288, 1006-1013 (2005).
- Lerman, I., et al. Genetic variability in forced and voluntary endurance exercise performance in seven inbred mouse strains. J. Appl. Physiol. 92, 2245-2255 (2002).
- Sharp, P. S., Jee, H., Wells, D. J. Physiological characterization of muscle strength with variable levels of dystrophin restoration in mdx mice following local antisense therapy. Mol. Ther. 19, 165-171 (2011).
- Klein, S. M., et al. Noninvasive in vivo assessment of muscle impairment in the mdx mouse model–a comparison of two common wire hanging methods with two different results. J. Neurosci. Methods. 203, 292-297 (2012).
