Angelman syndrom (AS) er en sjælden neurodevelopmental sygdom. Den mest almindelige genetiske oprindelse af AS er en stor deletion af 15q11-q13-regionen af det maternelt afledte kromosom, som findes hos næsten 74% af patienterne¹. Sletning af denne region forårsager tab af UBE3A, det vigtigste forårsagende gen af AS, der koder for en E3 ubiquitin ligase. Den faderlige allel af UBE3A-genet i neuroner bringes til tavshed i en proces kendt som prægning. Som følge heraf tillader faderlig prægning af genet kun moderekspression i centralnervesystemet (CNS)². Derfor fører UBE3A-gensletning fra det maternelle afledte kromosom til udvikling af AS-symptomer. Hos mennesker manifesterer AS sig omkring 6 måneders alderen med udviklingshæmning, der vedvarer gennem alle udviklingsstadier og resulterer i alvorlige svækkende symptomer hos berørte individer ^3,4. De centrale symptomer på lidelsen omfatter underskuddet af fine og grove motoriske færdigheder, herunder rykkende ataxisk gang, alvorlig talehæmning og intellektuel handicap. Ca. 80% af AS-patienterne lider også af søvnforstyrrelser og epilepsi. Til dato er den eneste tilgængelige behandling symptomatiske lægemidler, som reducerer epileptiske anfald og forbedrer søvnkvaliteten¹. Derfor vil udviklingen af robuste dyremodeller med reproducerbare adfærdsmæssige fænotyper sammen med raffineret fænotypeanalyse være afgørende for at belyse lidelsens patofysiologiske mekanismer og opdage effektive lægemidler og behandlinger.

Kompleksiteten af den menneskelige lidelse, der påvirker CNS, kræver, at modelorganismer besidder et sammenligneligt genom, fysiologi og adfærd. Mus er populære som modelorganisme på grund af deres korte reproduktionscyklus, lille størrelse og relative lethed ved DNA-modifikation. I 1984 foreslog Paul Willner tre grundlæggende valideringskriterier for sygdomsmodellen: konstruktionen, ansigtet og prædiktiv validitet, som bruges til at bestemme modellens værdi⁵. Simpelthen afspejler konstruktiv validitet de biologiske mekanismer, der er ansvarlige for lidelsens udvikling, ansigtsvaliditulerer dens symptomer, og prædiktiv validitet beskriver modelresponsen på terapeutiske lægemidler.

For at overholde ovenstående principper har vi valgt den mest almindelige genetiske ætiologi, en stor deletion af moderens 15q11.2-13q locus inklusive UBE3A-genet, for at skabe AS-modelmus. Vi brugte CRISPR/Cas9-teknikken til at slette et 76.225 bp langt område, der spænder over hele UBE3A-genet, og som omfatter både de kodende og ikke-kodende elementer i genet, i mus fra en C57BL/6N-baggrund⁶. Vi opdrættede derefter dyrene for at opnå UBE3A^+/− heterozygote mus. Til ansigtsvalidering af modellen brugte vi dyr fra krydsninger af UBE3A+/− hunner og vildtypehanner til at få UBE3A⁺/- afkom (stamme kaldet C57BL/6NCrl-UBE3A/Ph og senere tildelt som UBE3A ^mGenedel/+) og kontrollere kuldkammerater. Vi testede deres fin- og grovmotorik, følelsesmæssighed og affekt for at rekapitulere kerne AS-symptomer. I en tidligere artikel evaluerede vi også dyrenes kognitive funktioner, da AS-patienter også lider af udviklingshæmning⁶. Vi fandt dog ingen kognitive svækkelser hos UBE3A^mGenedel/+ mus, måske på grund af dyrenes unge alder på testtidspunktet⁷. Senere undersøgelse af de ældre dyr, omkring 18 uger gamle, afslørede et underskud i adfærdsmæssig fleksibilitet under reverseringsindlæring i stedpræferenceparadigmet. Kompleksiteten af det anvendte udstyr til denne analyse kræver imidlertid et separat metodologisk modul, og det er ikke inkluderet her.

De adfærdstests, der præsenteres her, tilhører de almindelige fænotypeværktøjer i genetisk forskning takket være deres høje prædiktive værdi og tilstrækkelige konstruktionsvaliditet ^8,9,10. Vi brugte disse tests til at validere en musemodel af AS ved at rekapitulere kernesymptomer på den menneskelige sygdom på en reproducerbar, aldersuafhængig måde. Dyrets følelsesmæssighed blev evalueret i den forhøjede plus labyrint og åbne feltforsøg. Begge disse tests er baseret på konflikten mellem tilgang og undgåelse, hvor dyr udforsker et nyt miljø på jagt efter mad, husly eller parringsmuligheder, samtidig med at de undgår angstfyldte rum¹¹. Derudover bruges den åbne felttest til at teste en mus’ bevægelsesaktivitet⁸. Halesuspensionstesten bruges i vid udstrækning i depressionsforskning til at screene for nye antidepressive lægemidler eller depressive-lignende fænotyper i muse-knockout-modeller¹². Denne test evaluerer den fortvivlelse, som dyr udvikler over tid i en uundgåelig situation. Motorindlæring og detaljerede gangegenskaber blev bestemt på henholdsvis rotarod og i DigiGait. Dyrs udholdenhed på accelerationsstangen karakteriserer dens balance- og bevægelseskoordinationsevner, mens detaljeret analyse af en mus’ trinmønstre er en følsom evaluering af neuromuskulære svækkelser forbundet med mange neurogenerative bevægelsesforstyrrelser 13,14,15. Nestlet makuleringstesten er en del af standardmetoden til påvisning af impulsiv adfærd hos gnavere, og da den bruger naturlig gnaveropbygningsadfærd, indikerer den dyrets trivsel^16,17.

Størrelsen af forsøgsgrupperne var et resultat af et kompromis for at imødekomme 3R-regelkravene og effektiv brug af koloniavlspræstationer. For at opnå statistisk styrke havde grupperne imidlertid ikke færre end 10 individer på grund af etableringen af en tilstrækkelig mængde ynglepar. Desværre resulterede avlspræstationen ikke altid i et tilstrækkeligt antal dyr.