アンジェルマン症候群モデルマウスの行動特性

アンジェルマン症候群(AS)はまれな神経発達疾患です。ASの最も一般的な遺伝的起源は、母体由来の染色体の15q11-q13領域の大きな欠失であり、これは患者のほぼ74%に見られます¹。この領域が欠失すると、E3ユビキチンリガーゼをコードするASの主な原因遺伝子であるUBE3Aが失われます。ニューロンにおけるUBE3A遺伝子の父方対立遺伝子は、刷り込みとして知られるプロセスでサイレンシングされます。その結果、遺伝子の父方の刷り込みは、中枢神経系(CNS)²での母方の発現のみを可能にします。したがって、母体由来の染色体からのUBE3A遺伝子欠失は、AS症状の発症につながる。ヒトでは、ASは生後約6か月で発症し、発達遅滞はすべての発達段階を通じて持続し、影響を受けた個人に重度の衰弱症状をもたらします^3,4。この障害の主な症状には、ぎくしゃくした運動失調歩行、重度の言語障害、知的障害など、細かい運動能力と粗大運動能力の欠如が含まれます。AS患者の約80%も睡眠障害やてんかんに苦しんでいます。今日まで、利用可能な唯一の治療法は、てんかん発作を軽減し、睡眠の質を改善する対症療法薬です¹。したがって、再現可能な行動表現型を有する堅牢な動物モデルの開発と洗練された表現型解析は、疾患の病態生理学的メカニズムを解明し、効果的な薬物療法と治療法を発見するために不可欠です。

中枢神経系に影響を与えるヒトの疾患の複雑さは、モデル生物が同等のゲノム、生理学、および行動を有することを要求します。マウスは、生殖周期が短く、サイズが小さく、DNA修飾が比較的容易であるため、モデル生物として人気があります。1984年、Paul Willnerは、^{モデルの値を決定する}ために使用される3つの基本的な疾患モデル検証基準、つまり、構成、顔、および予測妥当性を提案しました5。簡単に言えば、構築物の妥当性は障害の発症に関与する生物学的メカニズムを反映し、顔の妥当性はその症状を要約し、予測妥当性は治療薬に対するモデル反応を記述します。

上記の原則を遵守するために、最も一般的な遺伝的病因であるUBE3A遺伝子を含む母体の15q11.2-13q遺伝子座の大量欠失を選択し、ASモデルマウスを作成しました。CRISPR/Cas9技術を用いて、C57BL/6N^{バックグラウンドから}マウスにおいて、UBE3A遺伝子全体にまたがる76,225 bpの長さの領域を欠失させ、遺伝子のコード要素と非コード要素の両方を網羅しました6。その後、これらの動物を繁殖させ、UBE3A^+/-ヘテロ接合型マウスを得た。モデルの顔面検証のために、UBE3A^+/-雌と野生型の雄の交配動物を用いてUBE3A+/-子孫(C57BL/6NCrl-UBE3A/Phと命名され、後にUBE3A ^mGenedel/+として割り当てられた株)を獲得し、同腹仔を対照した。コアASの症状を再現するために、彼らの細かい運動能力と肉眼的な運動能力、感情、および影響をテストしました。前回の記事では、AS患者も知的障害に苦しんでいるため、動物の認知機能も評価しました⁶。しかし、UBE3A^mGenedel/+マウスでは、おそらく試験⁷の時点で動物の年齢が若かったため、認知障害は見られませんでした。その後、約18週齢の高齢動物を調べたところ、場所選好パラダイムでの逆転学習中の行動の柔軟性の欠如が明らかになりました。ただし、この分析に使用される機器の複雑さには、別の方法論モジュールが必要であり、ここでは含まれていません。

ここで提示された行動テストは、その高い予測値と十分な構成概念の有効性のおかげで、遺伝子研究における一般的な表現型ツールに属します^8,9,10。これらのテストを使用して、ヒト疾患の中核症状を再現可能な年齢に依存しない方法で再現することにより、ASのマウスモデルを検証しました。動物の感情性は、高架プラス迷路およびオープンフィールドテストで評価されました。これらのテストは両方とも、動物が食物、避難所、または交尾の機会を求めて新しい環境を探索すると同時に、不安原性コンパートメントを回避するアプローチ回避の対立に基づいています¹¹。さらに、オープンフィールドテストは、マウスの自^{発運動をテストする}ために使用されます8。尾懸垂試験は、マウスノックアウトモデル¹²における新しい抗うつ薬またはうつ病様表現型をスクリーニングするために、うつ病研究で広く使用されています。このテストでは、避けられない状況で動物が時間の経過とともに発達する絶望を評価します。運動学習と詳細な歩行特性は、それぞれロタロッドとデジゲイトで決定されました。加速棒での動物の持久力は、そのバランスと運動協調能力を特徴づけますが、マウスのステップパターンの詳細な分析は、多くの神経発生運動障害に関連する神経筋障害の敏感な評価です¹³、^14、15。ネストレットシュレッダーテストは、げっ歯類の衝動的な行動を検出するための標準的な方法論の一部であり、自然なげっ歯類の建物の行動を利用しているため、動物の健康状態を示します^16,17。

実験群の規模は、3Rルールの要求を満たすための妥協とコロニー育種性能の効率的な使用の結果でした。しかし、統計的検出力を得るために、十分な量の繁殖ペアが確立されているため、グループには10人以上の個体がいました。残念ながら、繁殖性能は必ずしも十分な数の動物をもたらすわけではありませんでした。