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Aug 23, 2023

새로운 쥐 질병 모델은 인간의 FA 특징을 더 잘 모방합니다: 연구

Steve Bryson, PhD | 표준 마우스 모델에서 프라탁신 단백질을 추가로 억제하여 생성된 모델 | 2023년 8월 29일 연구원들은 프리드라이히 운동실조증(FA)의 새로운 쥐 모델을 개발했습니다.

표준 마우스 모델에서 프라탁신 단백질을 더욱 억제하여 만든 모델

스티브 브라이슨(Steve Bryson) 박사 | 2023년 8월 29일

연구자들이 환자에게서 나타나는 조정 및 근력 장애를 포착하는 프리드라이히 운동실조증(FA)의 새로운 마우스 모델을 개발했다고 연구 결과가 보고되었습니다.

이 모델은 판코니빈혈(FA) 환자에게 부족한 프라탁신(frataxin) 단백질 생성을 더욱 억제해 표준 쥐 모델의 증상을 악화시키는 방식으로 만들어졌다.

"행동 표현형에 대한 프리드라이히 운동실조증 치료의 영향을 연구하기 위한 적절한 마우스 모델 찾기"라는 연구는 Genes 저널에 게재되었습니다.

FA는 FXN 유전자 서열에서 3개의 DNA 빌딩 블록(뉴클레오티드), 1개의 구아닌(G), 2개의 아데닌(A)(GAA라고 함)의 과도한 반복으로 인해 발생합니다.

일반적으로 GAA는 5회에서 68회 반복되지만 FA 환자의 경우 GAA가 66회에서 1,700회까지 반복될 수 있습니다. 이는 에너지를 생산하는 미토콘드리아의 기능에 필수적인 단백질인 프라탁신(frataxin) 생산의 결핍을 초래하고, 그 손실은 신경계와 근육에 심각한 영향을 미칩니다.

일반적으로 GAA 반복이 많을수록 판코니빈혈 증상 발병 연령이 낮을수록 증상이 더 심각하고 빠르게 진행됩니다.

근본적인 생물학적 메커니즘을 이해하고 잠재적 치료법의 효과를 모니터링하려면 인간 질병을 정확하게 반영하는 동물 모델이 필요합니다.

전체 FXN 유전자가 제거된 마우스 모델은 심각한 합병증을 일으키고 너무 일찍 사망합니다. 300개의 GAA 반복을 갖는 FXN의 인간 버전을 보유하는 YG8sR 계통은 프라탁신 수치가 낮지만 증상은 경미합니다.

최근 캐나다 라발 대학(Université Laval)의 과학자 팀은 YG8-800이라고 불리는 800개의 GAA 반복을 가진 새로운 계통의 FA 마우스를 특성화하고 신경 기능 장애 및 심장병과 같은 많은 질병 특징을 포착했음을 보여주었습니다.

이제 팀은 YG8sR 계통에서 파생된 FA 마우스 모델을 테스트했지만 FXN 유전자 활성을 낮추도록 설계된 작은 헤어핀 RNA(shRNA)에 의해 프라탁신 생산이 더욱 감소했습니다. YG8-800 균주도 비교 대상으로 포함되었으며, 인간 FXN 유전자를 보유하지만 질병 관련 유전적 결함이 없는 균주인 Y47도 포함되었습니다.

Y47 균주와 비교하여 YG8sR 마우스의 조직 내 프라탁신 농도는 13%~20% 범위였으며, YG8-800 마우스의 경우 0.9%~16.3% 범위였습니다. YG8-800 마우스는 또한 대조군 마우스보다 5개월과 8개월에 체중이 현저히 감소했습니다.

Y47 및 YG8sR 마우스의 운동 기능은 2개월에서 11개월 사이의 많은 테스트에서 유사했습니다. YG8sR 마우스는 약간의 운동 조정 장애를 보인 반면, YG8-800 마우스는 더 심각한 조정 문제를 겪었습니다.

연구팀은 세포에서 4개의 shRNA를 설계하고 테스트한 결과 대조군의 28% 농도까지 프라탁신 생산을 억제하는 2개를 발견했습니다. 그런 다음 이러한 shRNA를 정맥 내(정맥 내) 주입을 통해 무해한 바이러스(AAV)를 사용하여 YG8sR 마우스에 전달했습니다.

shRNA3으로 명명된 하나의 shRNA는 AAV 주입 후 5주 후에 YG8sR 마우스의 조정을 크게 악화시켰는데, 이는 더 잘못된 발자국으로 균형 빔을 교차하는 데 더 오랜 시간이 걸리는 것으로 나타났습니다. shRNA3는 또한 역그리드에 매달려 있는 시간을 줄여 YG8sR의 근력을 크게 감소시켰습니다.

비교해 보면, 주입 후 3~4개월에 YG8sR 마우스와 shRNA3가 평균대를 건너 12피트 폴트를 만드는 데 평균 35초가 필요했습니다. 이는 YG8-800 마우스보다 더 심해 빔을 건너는 데 20초가 걸리고 5개월에 7번의 발 결함이 발생했습니다.

조직 분석에서는 shRNA3를 사용하여 간에서 프라탁신 생산을 안내하는 DNA에서 파생된 분자인 FXN 메신저 RNA(mRNA) 수준이 60% 감소한 것으로 나타났습니다. FXN mRNA는 움직임 조정에 중요한 뇌 영역인 소뇌에서 29.3% 감소했습니다. 뇌의 가장 큰 부분인 대뇌에서는 아무런 효과도 관찰되지 않았습니다.

마지막으로, shRNA3와 프라탁신 코딩을 함께 주입하면 조정 결핍이 반전되고 근력이 향상되었습니다.