简介
肌萎缩性侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis, ALS)是一种成人发病的神经退行性疾病,也称为渐冻症/运动神经元病(Motor neuron disease, MND),其特点是轴突变性导致神经末梢的破坏,进而引起运动神经元的渐进性丧失,造成四肢、躯干、胸部、腹部肌肉逐渐无力并萎缩,从而影响交流、运动、吞咽和呼吸功能,最终导致死亡。ALS动物模型的构建包括转基因模型动物以及利用AAV载体造模等。
模型构建及检测服务
1.ALS转基因模型
ALS转基因模型鼠包括TDP-43/TDP-25/TDP-43M337V、SOD1(超氧化物歧化酶1)和C9ORF72(9号染色体开放阅读框72基因)非编码区的GGGGCC重复等多种不同的模型。同时TDP-43野生型及其截短和突变体已被证实是目前最成熟的研究ALS发病机制的动物模型。
● 实例一
通过原核注射(pronuclear injection),建立两个在TRE启动子控制下分别携带7个或16个TRE-TDP-43M337V基因拷贝的转基因品系。免疫印迹(Immunoblotting)结果显示在转基因大鼠脊髓中检测到TDP-43的强表达,且可观察到大鼠发生瘫痪。
图1 ALS转基因模型
【参考文献】
Zhou H, Huang C, Chen H, et al. Transgenic Rat Model of Neurodegeneration Caused by Mutation in the TDP Gene. PLoS Genet. 2010; 6(3):e1000887.
2.AAV诱导的ALS模型(我司开发)
借助AAV载体,通过颞静脉注射以及脑立体定位注射表达TDP-43能够模拟部分ALS症状和病理特征。
● 实例
利用AAV载体表达突变体TDP-43(M337V)并注射进猴子和小鼠体内。与GFP对照组相比,TDP-43试验组的猴子呈现左上肢瘫痪、握力下降、抓握行为减少的现象,且注射后的生存率变化不明显。在小鼠中,TDP-43试验组的小鼠驼背明显、运动功能受损严重。说明在这两种动物模型中,借助AAV载体能够有效表达TDP-43,从而模拟部分ALS症状和病理特征,且安全可行。
图2 AAV载体诱导的ALS模型
【参考文献】
Yin P, Guo X, Yang W, et al. Caspase-4 mediates cytoplasmic accumulation of TDP-43 in the primate brains. Acta Neuropathol. 2019 Jun; 137(6):919-937.
造模病毒产品信息
给药途径及行为学检测服务
CNS直接靶注射到CNS组织或脑脊液(红色)。脑实质内注射可以进入脊髓组织(PSC),也可以进入有轴突投射到脊髓的脑组织(PB)。鞘内注射(T)或侧脑室注射(CV)可增强载体在脑脊液中的扩散。外周给药途径能转导运动神经元:肌肉注射(M)或静脉注射(V)(黑色)。
图3脊髓转导的AAV载体递送途径(Eur J Neurosci. 2011 Oct;34(8):1179-88.)
表1 ALS模型动物行为检测及病毒表达分析
● 实例一
与GFP组相比,TDP-NLS和TDP-25大鼠出现显著的运动能力的损害,且与TDP-43大鼠相比,死亡率更低,表明这两种模型鼠既能够有效地重现ALS相关的症状,同样能够进行长期研究
图4 AAV9-GFP/TDP-25-TDP-NLS大鼠体重、运动能力和存活率研究
与GFP组相比,TDP-NLS和TDP-25雄性大鼠在homecage中表现出肢体功能的损伤。
图5 AAV9-GFP/TDP-25/TDP-NLS大鼠肢体运动障碍
TDP-NLS和TDP-25在脊髓中都有广泛的表达,TDP-NLS在细胞核和细胞质中均有表达,但是TDP-25的免疫反应仅限于细胞质。
图6 TDP-NLS/25在神经元内的表达及定位
【参考文献】
Dayton RD, Gitcho MA, Orchard EA,et al. ive forelimb impairment in rats expressing a pathological TDP-43 25 kDa C-terminal fragment to mimic amyotrophic lateral sclerosis. Mol Ther. 2013 Jul;21(7):1324-34.
● 实例二
TDP-43在脊髓和大脑中都有广泛的表达,并且显著降低了大鼠体重的增加以及存活率。
图7 TDP-43在神经元内的表达及定位
TDP-43大鼠出现了明显的肢体损伤以及运动能力的损伤。
图8 TDP-43大鼠运动表型
【参考文献】
Wang DB, Dayton RD, Henning PP,et al. Expansive gene transfer in the rat CNS rapidly produces amyotrophic lateral sclerosis relevant sequelae when TDP-43 is overexpressed. Mol Ther. 2010 Dec;18(12):2064-74.