Angelman syndrom (AS) er en sjelden nevroutviklingssykdom. Den vanligste genetiske opprinnelsen til AS er en stor delesjon av 15q11-q13-regionen av det maternalt avledede kromosomet, som finnes hos nesten 74% av pasientene¹. Sletting av denne regionen forårsaker tap av UBE3A, det viktigste årsaksgenet til AS som koder for en E3 ubiquitin ligase. Faderlig allel av UBE3A-genet i nevroner blir stilnet i en prosess kjent som imprinting. Som en konsekvens tillater fars imprinting av genet bare mors uttrykk i sentralnervesystemet (CNS)². Derfor fører UBE3A-gendelesjon fra det maternelt avledede kromosomet til utvikling av AS-symptomer. Hos mennesker manifesterer AS seg rundt 6 måneder, med utviklingshemming som vedvarer gjennom alle utviklingsstadier og resulterer i alvorlige svekkende symptomer hos berørte individer ^3,4. Kjernesymptomene på lidelsen inkluderer underskudd av fine og grovmotoriske ferdigheter, inkludert rykkete ataktisk gange, alvorlig talevansker og intellektuell funksjonshemming. Omtrent 80% av AS-pasientene lider også av søvnforstyrrelser og epilepsi. Til dags dato er den eneste tilgjengelige behandlingen symptomatiske legemidler, som reduserer epileptiske anfall og forbedrer søvnkvaliteten¹. Derfor vil utvikling av robuste dyremodeller med reproduserbare atferdsfenotyper sammen med raffinert fenotypingsanalyse være avgjørende for å belyse de patofysiologiske mekanismene til lidelsen og oppdage effektive medisiner og behandlinger.

Kompleksiteten i den menneskelige lidelsen som påvirker CNS krever at modellorganismer har et sammenlignbart genom, fysiologi og oppførsel. Mus er populære som modellorganisme på grunn av deres korte reproduktive syklus, liten størrelse og relativt enkel DNA-modifisering. I 1984 foreslo Paul Willner tre grunnleggende sykdomsmodellvalideringskriterier: konstruksjonen, ansiktet og prediktiv validitet, som brukes til å bestemme modellens verdi⁵. Enkelt reflekterer begrepsvaliditet de biologiske mekanismene som er ansvarlige for lidelsesutviklingen, ansiktsvaliditet rekapitulerer symptomene, og prediktiv validitet beskriver modellresponsen på terapeutiske legemidler.

For å følge de ovennevnte prinsippene har vi valgt den vanligste genetiske etiologien, en stor delesjon av mors 15q11.2-13q locus inkludert UBE3A-genet, for å lage AS-modellmus. Vi brukte CRISPR / Cas9-teknikken for å slette en 76,225 bp lang region som spenner over hele UBE3A-genet, som omfatter både kodende og ikke-kodende elementer i genet, hos mus fra en C57BL / 6N bakgrunn⁶. Vi avlet deretter dyrene for å få UBE3A ^+/- heterozygote mus. For ansiktsvalidering av modellen brukte vi dyr fra kryss av UBE3A +/- hunner og villtypehanner for å få UBE3A +/- avkom (stamme kalt C57BL/6NCrl-UBE3A/Ph og senere tildelt som UBE3A ^mGenedel/+) og kontrollkullkamerater. Vi testet deres fin- og grovmotoriske ferdigheter, følelsesmessighet og påvirkning for å rekapitulere kjerne AS-symptomer. I en tidligere artikkel har vi også evaluert dyrenes kognitive funksjoner, da pasienter også lider av utviklingshemming⁶. Vi fant imidlertid ingen kognitive funksjonsnedsettelser hos UBE3A^mGenedel/+-mus, kanskje på grunn av dyrenes unge alder på testtidspunktet⁷. Senere undersøkelse av de eldre dyrene, rundt 18 uker gamle, avslørte et underskudd i atferdsmessig fleksibilitet under reverseringslæring i stedpreferanseparadigmet. Kompleksiteten til det anvendte utstyret for denne analysen krever imidlertid en egen metodologisk modul, og den er ikke inkludert her.

Atferdstestene som presenteres her tilhører de vanlige fenotypingsverktøyene i genetisk forskning, takket være deres høye prediktive verdi og tilstrekkelig konstruksjonsvaliditet ^8,9,10. Vi brukte disse testene til å validere en musemodell av AS ved å rekapitulere kjernesymptomer på den menneskelige sykdommen på en reproduserbar, aldersuavhengig måte. Dyrets følelsesmessighet ble evaluert i forhøyede pluss labyrint og åpne felttester. Begge disse testene er basert på tilnærming-unngåelseskonflikten, hvor dyr utforsker et nytt miljø på jakt etter mat, ly eller parringsmuligheter samtidig som de unngår angstdempende rom¹¹. I tillegg brukes åpen felttest til å teste musens bevegelsesaktivitet⁸. Halesuspensjonstesten er mye brukt i depresjonsforskning for å screene for nye antidepressiva eller depressiv-lignende fenotyper i museknockout-modeller¹². Denne testen evaluerer fortvilelsen som dyr utvikler over tid i en uunngåelig situasjon. Motorisk læring og detaljerte gangkarakteristikker ble bestemt på henholdsvis rotarod og i DigiGait. Dyrs utholdenhet på den akselererende stangen karakteriserer dens balanse- og bevegelseskoordinasjonsferdigheter, mens detaljert analyse av musens trinnmønstre er en sensitiv evaluering av nevromuskulære funksjonsnedsettelser knyttet til mange nevrogenerative bevegelsesforstyrrelser^13,14,15. Nestlet makuleringstest er en del av standardmetoden for å oppdage impulsiv oppførsel hos gnagere, og siden den bruker naturlig gnagerbyggingsadferd, indikerer den dyrets velvære^16,17.

Størrelsen på eksperimentgruppene var et resultat av et kompromiss for å møte 3R-regelkravene og effektiv bruk av koloniavlsytelse. For å oppnå statistisk styrke hadde gruppene imidlertid ikke mindre enn 10 individer, på grunn av etablering av en tilstrekkelig mengde avlspar. Dessverre resulterte ikke avlsprestasjoner alltid i et tilstrekkelig antall dyr.