Summary

Vurdere Functional Performance i<em> Mdx</em> Mouse Model

Published: March 27, 2014
doi:

Summary

Den primære endepunkt i kliniske studier for nevromuskulære lidelser er generelt forbedret muskelfunksjon. Derfor vurdere effekten av potensielle terapeutiske forbindelser på muskel ytelse pre klinisk i musemodeller er av stor betydning. Vi her beskriver flere funksjonelle tester for å løse dette.

Abstract

Duchenne muskeldystrofi (DMD) er en alvorlig og progressiv muskelsvinn lidelse som ingen kur er tilgjengelig. Likevel har flere potensielle farmasøytiske forbindelser og genterapi tilnærminger kommet inn i kliniske studier. Med bedring i muskelfunksjonen er den viktigste endepunktet i disse studiene, har mye av det vært lagt vekt på å sette opp pålitelig, reproduserbar, og enkel å utføre funksjonstester til pre klinisk vurdere muskelfunksjonen, styrke, kondisjon og koordinasjon i MDX musemodell for DMD. Både invasive og ikke-invasive tester er tilgjengelige. Tester som ikke forverrer sykdommen kan brukes til å bestemme den naturlige historien til sykdommen og effekten av terapeutiske intervensjoner (f.eks. Forbena grep styrke test, to forskjellige hengende tester ved hjelp av enten en tråd eller et rutenett og rotarod kjører). Alternativt kan tvinges tredemølle løpe brukes til å forbedre sykdomsprogresjon og / eller vurderebeskyttende effekten av terapeutiske intervensjoner på sykdom patologi. Vi her beskrive hvordan du utfører disse mest brukte funksjonelle tester i en pålitelig og reproduserbar måte. Ved hjelp av disse protokoller basert på standard operasjonsprosedyrer muliggjør sammenligning av data mellom ulike laboratorier.

Introduction

Duchenne muskeldystrofi (DMD) er den vanligste nevromuskulær lidelse som påvirker 1:5,000 nyfødte gutter. Denne alvorlige og progressiv muskelsvinn sykdom skyldes mutasjoner i DMD-genet som forstyrrer den åpne leseramme og hindre syntesen av funksjonelt dystrophin protein. Muskelfibre mangler dystrofin er sårbare for å utøve indusert skade. Ved avsugning av musklenes regenerative kapasitet, og på grunn av kronisk betennelse av skadet muskel, blir fibrene erstattet med bindevev og fett, deretter fører til et tap av funksjon. Vanligvis DMD pasienter mister førlighet i underekstremitetene tidlig i det andre tiåret. Senere, også musklene i armene og skulderen hofteholder er berørt, og pasienter ofte utvikle thoracolumbar skoliose skyldes asymmetrisk svekkelse av musklene som støtter ryggmargen. Assistert ventilasjon er vanligvis nødvendig i slutten av tenårene eller tidlig i tjueårene. Svikt føre luftveier og hjertetil døden i den tredje eller fjerde tiår en.

Selv om den utløsende genet har blitt oppdaget over 25 år siden 2, er det ingen kur tilgjengelig for DMD. Men, bedre helse omsorg og bruk av kortikosteroider har økt levealder i den vestlige verden tre. Med bruk av dyremodeller som MDX mus, store skritt fremover i oppdagelsen av potensielle terapeutiske strategier har blitt gjort. MDX mus er den mest brukte DMD mus modell. Den har en punktmutasjon i exon 23 i den murine Dmd genet og følgelig mangler dystrofin 4.. I løpet av de siste par årene, har mange forslag til strategier kommet inn i kliniske studier 5-9. I disse studiene, er forbedring av muskelfunksjonen det primære endepunktet, underliggende betydningen av å teste nytten av forbindelser på muskelfunksjon hos mus under preklinisk stadium av testing.

Som DMDpasienter, også dystrofin negative muskelfibre av MDX mus er sårbare for å utøve indusert skade og deres muskelfunksjon er svekket i forhold til C57BL/10ScSnJ villtype mus. Denne nedskrivning kan vurderes med en rekke funksjonelle tester. Noen av disse testene er ikke-invasiv og ikke forstyrrer muskel patologi (f.eks forbena grep styrke, hengende tester og rotarod kjører). Derfor kan de brukes til å overvåke den naturlige historie av sykdom eller fastslå effekten av forbindelser på sykdomsprogresjon. For å få en grundig bilde av påvirkning av forbindelser på muskelfunksjon i MDX mus, kan en funksjonstest regime som ikke forstyrrer sykdomsprogresjon som består av alle disse testene brukes 10.

Alternativt kan tvinges tredemølle kjører brukes til forsettlig forverre sykdomsutvikling og teste de beskyttende kapasitet av forbindelser 11. Tredemøllen kan også værebrukt som effektmål der kjøretiden til utmattelse er målt 12, eller som et verktøy for å tretthet MDX mus slik at de utfører mindre bra i en etterfølgende funksjonstest sikre større forskjeller i ytelse mellom behandlingsgruppene 13. Når du velger funksjonelle tester, bør deres effekt på sykdomsutvikling holdes i tankene, spesielt når testing dystrophic mus som MDX mus 14.

Vi her beskriver i detalj hvordan du skal utføre de mest brukte funksjonstester i en pålitelig og reproduserbar måte basert på tilgjengelige standard operasjonsprosedyrer fra TREAT-NMD nettverk. Klikk her for å besøke TREAT-NMD .

Protocol

Forsøkene er beskrevet her ble godkjent av dyreetikk komité (DEC) av Leiden University Medical Center (LUMC). Mus ble avlet av dyret innretningen av LUMC og holdt i individuelt ventilerte bur med 12 timers lys mørke sykluser. De hadde ad libitum adgang til vann og standard Chow. Ved utførelse av en hvilken som helst av de funksjonelle tester som er beskrevet nedenfor, eksperimentelle betingelser må være strengt kontrollert for å redusere variasjon. Helst bør alder og kjønn …

Representative Results

Forbena grep styrke av vill type og MDX mus øker i alderen 4-12 uker og reduserer igjen i eldre mus. Svekkelser i kraft allerede kan observeres hos unge MDX mus. Representative data for 9 uker gamle hunnmus er vist i figurene 1A og 1 B. Selv om tretthet ikke skiller mellom de stammer ennå i denne alderen, MDX mus er svakere enn villtype mus. Vi har ikke data ennå på trettbarhet i eldre MDX og villtype mus. For å få p…

Discussion

De funksjonelle tester som presenteres her er reproduserbare, lett å utføre og som gjelder for villtype og dystrofe mus uavhengig av deres alder. Testene gir nyttige verktøy til pre klinisk vurdere muskelfunksjonen, styrke, kondisjon og koordinasjon. Når du skal teste effekten av et sammensatt på den naturlige historien til sykdommen, de ikke-invasive tester beskrevet her (forbena grep styrke, både hengende testene og rotarod test) kan være pent kombinert i en funksjonstest regime hvor disse testene blir utført …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vil gjerne takke Margriet Hulsker for hennes fotografiske assistanse og hjelp i å skaffe bilder av mus og anmelderne for sine svært konstruktive kommentarer. Dette arbeidet ble støttet av ZonMw, TREAT-NMD (kontraktsnummer LSHM-CT-2006-036825) og 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

Referências

  1. 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).
  2. Hoffman, E. P., Brown, R. H., Kunkel, L. M. Dystrophin: the protein product of the Duchenne muscular dystrophy locus. Cell. 51, 919-928 (1987).
  3. Bushby, K., et al. Diagnosis and management of Duchenne muscular dystrophy, part 1: diagnosis, and pharmacological and psychosocial management. Lancet Neurol. 9, 77-93 .
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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 .
  7. Goemans, N. M., et al. Systemic administration of PRO051 in Duchenne’s muscular dystrophy. N. Engl. J. Med. 364, 1513-1522 (2011).
  8. Malik, V., et al. Gentamicin-induced readthrough of stop codons in Duchenne muscular dystrophy. Ann. Neurol. 67, 771-780 (2010).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. van Putten, M., et al. The effects of low levels of dystrophin on mouse muscle function and pathology. PLoS.One. , (2012).
  14. Willmann, R., et al. Enhancing translation: Guidelines for standard pre-clinical experiments in mdx mice. Neuromuscul. Disord. 1, 43-49 (2011).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).

Play Video

Citar este artigo
Aartsma-Rus, A., van Putten, M. Assessing Functional Performance in the Mdx Mouse Model. J. Vis. Exp. (85), e51303, doi:10.3791/51303 (2014).

View Video