Caracterização comportamental de um modelo de camundongo com síndrome de Angelman

A síndrome de Angelman (SA) é uma doença rara do neurodesenvolvimento. A origem genética mais comum da EA é uma grande deleção da região 15q11-q13 do cromossomo materno, que é encontrada em quase 74% dos pacientes¹. A deleção dessa região causa a perda de UBE3A, o principal gene causador da EA que codifica uma ubiquitina ligase E3. O alelo paterno do gene UBE3A em neurônios é silenciado em um processo conhecido como imprinting. Como consequência, o imprinting paterno do gene permite apenas a expressão materna no sistema nervoso central (SNC)². Portanto, a deleção do gene UBE3A do cromossomo materno leva ao desenvolvimento de sintomas de EA. Em humanos, a EA manifesta-se por volta dos 6 meses de idade, com retardo do desenvolvimento que persiste em todos os estágios de desenvolvimento e resulta em sintomas debilitantes graves nos indivíduos afetados ^3,4. Os principais sintomas do transtorno incluem o déficit de habilidades motoras finas e grossas, incluindo marcha atáxica brusca, comprometimento grave da fala e deficiência intelectual. Aproximadamente 80% dos pacientes com EA também sofrem de distúrbios do sono e epilepsia. Até o momento, o único tratamento disponível são as drogas sintomáticas, que reduzem as crises epilépticas e melhoram a qualidade do sono¹. Portanto, o desenvolvimento de modelos animais robustos com fenótipos comportamentais reprodutíveis, juntamente com análises fenotípicas refinadas, será essencial para elucidar os mecanismos fisiopatológicos do transtorno e descobrir medicamentos e tratamentos eficazes.

A complexidade da desordem humana que afeta o SNC exige que os organismos-modelo possuam genoma, fisiologia e comportamento comparáveis. Os camundongos são populares como um organismo modelo devido ao seu curto ciclo reprodutivo, tamanho pequeno e relativa facilidade de modificação do DNA. Em 1984, Paul Willner propôs três critérios de validação do modelo básico de doença: validade de construto, validade de face e preditiva, que são usados para determinar o valor do modelo⁵. Simplesmente, a validade de construto reflete os mecanismos biológicos responsáveis pelo desenvolvimento do transtorno, a validade de face recapitula seus sintomas e a validade preditiva descreve a resposta do modelo a drogas terapêuticas.

Para aderir aos princípios acima, escolhemos a etiologia genética mais comum, uma grande deleção do locus 15q11.2-13q materno, incluindo o gene UBE3A, para criar camundongos modelo AS. Usamos a técnica CRISPR/Cas9 para excluir uma região longa de 76.225 pb abrangendo todo o gene UBE3A, englobando tanto os elementos codificantes quanto os não codificantes do gene, em camundongos de^{um fundo} C57BL/6N6. Em seguida, criamos os animais para obter camundongos heterozigotos UBE3A^+/−. Para validação de face do modelo, foram utilizados animais de cruzamentos de fêmeas UBE3A+/− e machos selvagens para ganhar progênie UBE3A^+/- (cepa denominada C57BL/6NCrl-UBE3A/Ph e posteriormente designada como UBE3A ^mGenedel/+) e companheiros controle. Testamos suas habilidades motoras finas e grossas, emocionalidade e afeto para recapitular os sintomas centrais da EA. Em artigo anterior, também avaliamos as funções cognitivas dos animais, uma vez que pacientes com EA também sofrem de deficiência intelectual⁶. No entanto, não encontramos prejuízos cognitivos em camundongos UBE3A^mGenedel/+, talvez devido à pouca idade dos animais no momento do teste⁷. Exames posteriores dos animais mais velhos, por volta das 18 semanas de idade, revelaram um déficit na flexibilidade comportamental durante o aprendizado de reversão no paradigma de preferência de lugar. No entanto, a complexidade dos equipamentos empregados para esta análise requer um módulo metodológico separado e não está aqui incluído.

Os testes comportamentais aqui apresentados pertencem às ferramentas de fenotipagem comuns na pesquisa genética, graças ao seu alto valor preditivo e suficiente validade de construto8,9,10. Usamos esses testes para validar um modelo de EA em camundongos, recapitulando os principais sintomas da doença humana de maneira reprodutível e independente da idade. A emocionalidade do animal foi avaliada nos testes de labirinto em cruz elevado e campo aberto. Ambos os testes são baseados no conflito abordagem-evitação, em que os animais exploram um novo ambiente em busca de alimento, abrigo ou oportunidades de acasalamento, evitando simultaneamente compartimentos ansiogênicos¹¹. Além disso, o teste de campo aberto é utilizado para testar a atividade locomotora de camundongos⁸. O teste de suspensão de cauda é amplamente utilizado em pesquisas de depressão para rastrear novas drogas antidepressivas ou fenótipos semelhantes aos depressivos em modelos knockout de camundongos¹². Este teste avalia o desespero que os animais desenvolvem ao longo do tempo em uma situação inescapável. Aprendizado motor e características detalhadas da marcha foram determinadas no rotarod e no DigiGait, respectivamente. A resistência do animal na haste aceleradora caracteriza suas habilidades de equilíbrio e coordenação do movimento, enquanto a análise detalhada dos padrões de passos de um camundongo é uma avaliação sensível de comprometimentos neuromusculares ligados a muitos distúrbios neurogenerativos do movimento^13,14,15. O teste de trituração de filhotes faz parte da metodologia padrão para detecção de comportamento impulsivo em roedores e, por utilizar o comportamento natural de construção de roedores, indica o bem-estar do animal^16,17.

O tamanho dos grupos experimentais foi resultado de um compromisso em atender às exigências da regra 3R e ao uso eficiente do desempenho reprodutivo das colônias. No entanto, para a obtenção do poder estatístico, os grupos possuíam nada menos que 10 indivíduos, devido ao estabelecimento de uma quantidade suficiente de pares reprodutores. Infelizmente, o desempenho reprodutivo nem sempre resultou em um número suficiente de animais.