Blog

Aug 23, 2023

Neues Maus-Krankheitsmodell ahmt FA-Merkmale beim Menschen besser nach: Studie

Modell erstellt durch weitere Unterdrückung des Frataxin-Proteins im Standard-Mausmodell von Steve Bryson, PhD | 29. August 2023 Forscher haben ein neues Mausmodell der Friedreich-Ataxie (FA) entwickelt

Modell, das durch weitere Unterdrückung des Frataxin-Proteins im Standard-Mausmodell erstellt wurde

von Steve Bryson, PhD | 29. August 2023

Forscher haben ein neues Mausmodell der Friedreich-Ataxie (FA) entwickelt, das die bei Patienten beobachteten Koordinations- und Muskelkraftstörungen erfasst, berichtet eine Studie.

Das Modell wurde erstellt, indem die Symptome eines Standard-Mausmodells durch eine weitere Unterdrückung der Produktion des Frataxin-Proteins, das bei FA-Patienten mangelhaft ist, verschlimmert wurden.

Die Studie „Finding an Appropriate Mouse Model to Study the Impact of a Treatment for Friedreich Ataxia on the Behavioral Phenotype“ wurde in der Fachzeitschrift Genes veröffentlicht.

FA wird durch übermäßige Wiederholungen von drei DNA-Bausteinen (Nukleotiden), einem Guanin (G) und zwei Adeninen (A), genannt GAA, in der FXN-Gensequenz verursacht.

Normalerweise wird GAA zwischen fünf und 68 Mal wiederholt, bei FA-Patienten kann GAA jedoch zwischen 66 und 1.700 Mal wiederholt werden. Dies führt zu einem Mangel bei der Produktion von Frataxin, einem Protein, das für die Funktion der energieproduzierenden Mitochondrien unerlässlich ist, und sein Verlust hat schwerwiegende Auswirkungen auf das Nervensystem und die Muskeln.

Im Allgemeinen entsprechen mehr GAA-Wiederholungen einem jüngeren Alter bei Beginn der FA-Symptome mit schwerwiegenderen und schneller fortschreitenden Symptomen.

Um die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen zu verstehen und die Wirkung potenzieller Therapien zu überwachen, sind Tiermodelle erforderlich, die menschliche Krankheiten genau widerspiegeln.

Mausmodelle, bei denen das gesamte FXN-Gen entfernt wurde, entwickeln schwere Komplikationen und sterben zu früh. Der YG8sR-Stamm, der eine menschliche Version von FXN mit 300 GAA-Wiederholungen trägt, weist niedrigere Frataxinspiegel, aber milde Symptome auf.

Kürzlich charakterisierte ein Team von Wissenschaftlern der Université Laval in Kanada einen neuen Stamm von FA-Mäusen mit 800 GAA-Wiederholungen namens YG8-800 und zeigte, dass er viele Krankheitsmerkmale wie neurologische Funktionsstörungen und Herzerkrankungen erfasst.

Jetzt hat das Team ein vom YG8sR-Stamm abgeleitetes FA-Mausmodell getestet, dessen Frataxinproduktion jedoch durch kleine Haarnadel-RNAs (shRNA), die die FXN-Genaktivität senken sollen, weiter verringert wurde. Als Vergleich wurde auch der Stamm YG8-800 sowie Y47 herangezogen, ein Stamm, der das menschliche FXN-Gen enthielt, jedoch keine krankheitsbedingten genetischen Defekte aufwies.

Im Vergleich zum Y47-Stamm lag die Frataxinkonzentration im Gewebe von YG8sR-Mäusen zwischen 13 und 20 %, bei YG8-800-Mäusen zwischen 0,9 und 16,3 %. YG8-800-Mäuse hatten nach 5 und 8 Monaten auch ein deutlich geringeres Körpergewicht als Kontrollmäuse.

Die motorischen Funktionen von Y47- und YG8sR-Mäusen waren in vielen Tests im Alter von 2 bis 11 Monaten ähnlich. Während YG8sR-Mäuse eine leichte Beeinträchtigung der Bewegungskoordination aufwiesen, hatten die YG8-800-Mäuse schwerwiegendere Koordinationsprobleme.

Das Team entwarf und testete vier shRNAs in Zellen und fand zwei, die die Frataxinproduktion auf eine Konzentration von 28 % der Kontrollen unterdrückten. Diese shRNAs wurden dann mithilfe eines harmlosen Virus (AAV) über eine intravenöse Infusion (in die Vene) an YG8sR-Mäuse abgegeben.

Eine shRNA namens shRNA3 verschlechterte die Koordination der YG8sR-Mäuse fünf Wochen nach der AAV-Infusion erheblich, was durch eine längere Zeit beim Überqueren von Schwebebalken mit mehr fehlerhaften Schritten angezeigt wurde. shRNA3 reduzierte auch die Muskelkraft von YG8sR deutlich, da die Zeit, in der es an einem umgekehrten Gitter hing, kürzer war.

Im Vergleich dazu benötigten die YG8sR-Mäuse plus shRNA3 3–4 Monate nach der Infusion durchschnittlich 35 Sekunden, um den Schwebebalken zu überqueren und einen 12-Fuß-Fehler zu machen. Dies war schwerwiegender als bei den YG8-800-Mäusen, mit 20 Sekunden, die zum Überqueren des Balkens benötigt wurden, und sieben Fußfehlern nach fünf Monaten.

Eine Gewebeanalyse ergab eine 60-prozentige Reduzierung der FXN-Messenger-RNA (mRNA), des aus der DNA abgeleiteten Moleküls, das die Frataxinproduktion steuert, in der Leber mit shRNA3. Die FXN-mRNA wurde im Kleinhirn, einer Gehirnregion, die für die Koordination von Bewegungen wichtig ist, um 29,3 % reduziert. Im Großhirn, dem größten Teil des Gehirns, wurden keine Auswirkungen beobachtet.

Schließlich führte die gemeinsame Injektion von shRNA3 und einer für Frataxin kodierenden shRNA3 zu einer Umkehrung der Koordinationsdefizite und einer Verbesserung der Muskelkraft.

„In unserer Studie konnten wir den Schweregrad des YG8sR-Phänotyps mit einem AAV, das für eine sh-RNA gegen Frataxin kodiert, schnell steigern“, schlussfolgerten die Forscher. „Tatsächlich zeigten die Mäuse bereits fünf Wochen nach dieser AAV-Injektion deutlich stärkere Fortbewegungs- und Gleichgewichtssymptome.“

„Die vollständige Charakterisierung dieses Modells wurde in unserem Labor durchgeführt und zeigt, dass der Phänotyp der YG8-800-Mäuse mit dem der menschlichen Patienten vergleichbar ist“, stellten die Forscher fest. „Im Vergleich haben die YG8sR-Mäuse, denen shRNA3 injiziert wurde, einen Phänotyp, der mit dem der YG8-800-Mäuse vergleichbar ist.“