安格曼综合征小鼠模型的行为表征

安格曼综合征（AS）是一种罕见的神经发育疾病。AS最常见的遗传起源是母源性染色体的15q11-q13区域大量缺失，这在近74^{%的患者中}发现1。该区域的缺失导致UBE3A的丢失，UBE3A是编码E3泛素连接酶的AS的主要致病基因。神经元中UBE3A基因的父系等位基因在称为印记的过程中被沉默。因此，该基因的父系印记仅允许母体在中枢神经系统（CNS）中表达²。因此，母源性染色体中的UBE3A基因缺失导致AS症状的发展。在人类中，AS在6个月左右出现，发育迟缓持续到所有发育阶段，并在受影响的个体中导致严重的衰弱症状^3,4。该疾病的核心症状包括精细和粗大运动技能的缺乏，包括生涩的共济失调步态、严重的言语障碍和智力障碍。大约80%的AS患者还患有睡眠障碍和癫痫。迄今为止，唯一可用的治疗方法是对症药物，可减少癫痫发作并改善睡眠质量¹。因此，开发具有可重复行为表型的稳健动物模型以及精细的表型分析对于阐明该疾病的病理生理机制和发现有效的药物和治疗方法至关重要。

影响中枢神经系统的人类疾病的复杂性要求模式生物具有可比的基因组、生理和行为。小鼠作为模式生物很受欢迎，因为它们的繁殖周期短，体积小，DNA修饰相对容易。1984年，Paul Willner提出了三个基本的疾病模型验证标准：结构，面部和预测有效性，用于确定模型的值⁵。简单地说，构建有效性反映了负责疾病发展的生物学机制，面部有效性概括了其症状，预测有效性描述了对治疗药物的模型反应。

为了坚持上述原则，我们选择了最常见的遗传病因，即包括UBE3A基因在内的母体15q11.2-13q位点的大缺失，以创建AS模型小鼠。我们使用CRISPR / Cas9技术删除了来自C57BL / 6N背景⁶的小鼠中跨越整个UBE3A基因的76,225 bp长区域，包括该基因的编码和非编码元件。然后我们培育动物以获得UBE3A ^{+ / −}杂合小鼠。为了验证模型的面部，我们使用来自UBE3A + / – 雌性和野生型雄性的杂交动物来获得UBE3A + / – 后代（菌株命名为C57BL / 6NCrl-UBE3A ^/ Ph，后来被分配为UBE3A ^{mGenedel / +}）并对照同窝。我们测试了他们的精细和粗大运动技能、情绪和情感，以概括核心AS症状。在之前的一篇文章中，我们还评估了动物的认知功能，因为AS患者也患有智力障碍⁶。然而，我们在UBE3A^{mGenedel / +}小鼠中没有发现认知障碍，可能是由于测试^时动物的年龄很小7。后来对大约18周大的老年动物的检查显示，在位置偏好范式的逆转学习过程中，行为灵活性存在缺陷。但是，用于此分析的设备的复杂性需要一个单独的方法模块，此处不包括。

这里介绍的行为测试属于遗传研究中常见的表型工具，这要归功于它们的高预测价值和足够的构建有效性^8,9,10。我们使用这些测试通过以可重复的、与年龄无关的方式概括人类疾病的核心症状来验证AS的小鼠模型。在高架加迷宫和露天测试中评估动物的情绪。这两种测试都是基于接近-避免冲突，其中动物探索新环境以寻找食物、住所或交配机会，同时避免引起焦虑的隔间¹¹。此外，开放现场测试用于测试小鼠的运动活动⁸。尾部悬架试验广泛用于抑郁症研究，以筛选小鼠敲除模型中新的抗抑郁药物或抑郁样表型¹²。该测试评估动物在不可避免的情况下随着时间的推移而产生的绝望。分别在旋转和DigiGait上测定运动学习和详细的步态特征。加速杆上的动物耐力表征其平衡和运动协调技能，而对小鼠步数模式的详细分析是对与许多神经生成性运动障碍相关的神经肌肉损伤的敏感评估13,14,15。巢穴撕碎测试是检测啮齿动物冲动行为的标准方法的一部分，并且由于它利用了自然的啮齿动物建筑行为，因此它表明了动物的健康状况^16,17。

实验组的规模是妥协的结果，以满足3R规则要求和有效利用群体育种性能。然而，为了获得统计功效，由于建立了足够数量的育种对，这些群体不少于10个个体。不幸的是，育种性能并不总是导致足够数量的动物。