Site Web PrécliniqueSite Web Clinique

Qu'est-ce que le modèle de souris TDP-43 ΔNLS?

Le modèle TDP-43 ΔNLS, également connu sous le nom de deltaNLS, delta NLS, hTDP-43ΔNLS, hTDP-43DeltaNLS, NEFH-hTDP-43ΔNLS, dNLS, TDP43 NLS, rNLS, and rNLS8, est une souris transgénique rapportée à l'origine par Walker et ses collègues en 2015. La caractéristique clé et unique de ce modèle est que la protéine TDP-43 humaine exprimée possède un signal de localisation nucléaire (NLS) défectueux qui empêche la translocation vers le noyau (où elle devrait normalement se localiser et fonctionner). L'accumulation qui en résulte dans le cytoplasme neuronal conduit à la formation d'agrégats, notamment d'agrégats de TDP-43 phosphorylée, semblables à ceux observés chez les patients atteints de SLA.

Dans ce modèle, l'expression de hTDP-43ΔNLS est contrôlée par le promoteur du neurofilament lourd (NEFH), ce qui la limite aux neurones. Dans un modèle antérieur, rapporté par Igaz et ses collègues, l'expression était contrôlée par le promoteur Camk2a, ce qui a conduit à une accumulation de TDP-43 cytoplasmique dans le cerveau, mais avec des agrégats de TDP-43 pathologiques minimes et l'absence d'un phénotype semblable à celui de la SLA. L'expression est « régulable » (d'où le terme « rNLS ») par l'analogue de la tétracycline, la doxycycline (Dox). La double lignée transgénique rNLS8, avec expression de hTDP-43ΔNLS à la fois dans le cerveau et la moelle épinière, est générée par la reproduction des lignées transgéniques individuelles : NEFH-tTA (ligne 8 ; promoteur NEFH dirigeant l'expression de la protéine transactivatrice [tTA] contrôlée par la tétracycline) et tetO-hTDP-43ΔNLS (ligne 4 ; promoteur opérateur de la tétracycline [tetO] dirigeant l'expression de hTDP-43ΔNLS). Les souris doublement transgéniques sont soumises à un régime Dox pendant la période de reproduction et les premières semaines de leur vie (généralement entre 5 et 12 semaines) afin de supprimer l'expression de hTDP-43ΔNLS. L'induction de la maladie est initiée par le passage à une alimentation standard (le modèle « Off Dox »). Il convient de noter que les souris maintenues sous régime Dox (souris « On Dox ») peuvent servir de groupe de contrôle car elles ne présentent pas de signes de maladie.

Une caractéristique clé de ce modèle est la capacité d'obtenir une récupération pathologique et fonctionnelle en réinstaurant le régime Dox. L'arrêt et la réversibilité de la progression de la maladie dans ce modèle démontrent que la modification de la maladie est possible par la médiation de l'expression de TDP-43 et des agrégats pathologiques, ce qui en fait un modèle attractif pour le développement de médicaments contre la SLA.

Le modèle ΔNLS original progresse rapidement, avec une perte de poids et des symptômes moteurs apparaissant typiquement dans un délai d'environ une semaine après le retrait du Dox, jusqu'à la mort dans un délai de plusieurs semaines. Comme alternative mieux adaptée à la plupart des études d'efficacité thérapeutique, notre équipe a développé une version à progression plus lente en utilisant un protocole Dox alternatif. Dans notre modèle « Low Dox », un phénotype similaire est produit, mais il évolue sur une période plus longue, les souris survivant jusqu'à au moins 3 mois après l'induction du modèle.

Quelles sont les principales caractéristiques de la SLA humaine qui sont présentes chez les souris TDP-43 ΔNLS?

La SLA est une maladie neurodégénérative mortelle qui affecte de nombreux systèmes chez l'homme, notamment le système nerveux central (SNC), le système nerveux périphérique (SNP), le système nerveux autonome (SNA), les muscles et le système immunitaire. Comme le résume l'infographie ci-dessous, il a été démontré que le modèle ΔNLS récapitule un certain nombre de ces caractéristiques, d'autres (par exemple le SNA et le système immunitaire) restant à explorer.

Effets multisystémiques de la SLA dans un modèle de souris

Les souris TDP-43 ΔNLS présentent une atteinte multisystémique, notamment du cerveau, de la moelle épinière, des jonctions neuromusculaires et des muscles, ce qui en fait un bon modèle pour l'évaluation d'agents thérapeutiques potentiels pour la SLA.

Dans le cerveau, les souris ΔNLS présentent des agrégats cytoplasmiques de TDP-43 (y compris du TDP-43 phosphorylé), une neurodégénérescence, une altération de la fonction glymphatique, une neuroinflammation (microgliose et astrogliose) et une signature protéomique en corrélation avec celle du tissu cérébral humain post-mortem de patients atteints de protéinopathies TDP-43.

Deux images IRM dont l'une montre un LCR clair

IRM anatomique de souris témoins (à gauche) et de souris ΔNLS ayant reçu du Dox pendant 3 semaines (à droite). Notez le signal lumineux dans des régions spécifiques montrant l'atrophie du cerveau chez les souris ΔNLS. 

En termes de neuroinflammation, la microglie joue un rôle intriguant dans ce modèle. Spiller et al. ont constaté qu'après avoir stoppé l'expression de TDP-43 en remettant les souris sous Dox, la microglie proliférait transitoirement et modifiait sa morphologie et son expression génétique, facilitant ainsi l'élimination du cytoplasme de TDP-43. Lorsque la microglie a été décimée, la récupération a été atténuée. Hunter et al. ont effectué une analyse transcriptomique pendant les phases de progression et de récupération et ont constaté que les gènes exprimés de manière différentielle étaient associés à la chimiotaxie, à la phagocytose, à l'inflammation et à la production de facteurs neuroprotecteurs. Swanson et al. ont constaté que la microglie est phagocytaire aux premiers stades de la maladie et qu'elle passe à un état dysfonctionnel aux stades ultérieurs, et que ces états fonctionnels sont pilotés par l'agrégation de TDP-43 phosphorylée. 

Dans la moelle épinière, Spiller et al. ont constaté que les motoneurones lents sont résistants alors que les motoneurones rapides fatigables sont perdus, et que le dépérissement axonal se produit d'abord dans les fibres musculaires à contraction rapide, alors que les fibres à contraction lente restent innervées. Ces résultats dans le modèle murin reflètent les schémas sélectifs de dégénérescence des motoneurones dans la maladie humaine.

Walker et al. ont fait état d'une dénervation précoce et progressive significative de la jonction neuromusculaire (NMJ). Hur et al. ont démontré que l'identité des motoneurones est responsable de la sensibilité des jonctions neuromusculaires à la pathologie TDP-43, et que les motoneurones lents peuvent conduire à la récupération des systèmes moteurs en fonction de leur résilience à la neurodégénérescence associée à la TDP-43. Plusieurs articles, dont celui de Spiller et al., ont fait état d'une réduction de l'amplitude du potentiel d'action musculaire composé (CMAP).

En termes d'atteinte musculaire, Walker et ses collègues ont constaté une faiblesse musculaire, une atrophie des fibres groupées et des noyaux centralisés dans les fibres musculaires, ainsi qu'une perte de masse musculaire dans les muscles gastrocnémiens et tibialis anterior. Tsitkanou et al. ont trouvé une hTDP-43 accumulation cytoplasmique de TDP-43 et d'oligo A11 β-amyloïde dans les fibres musculaires dénervées des muscles tibialis anterior, quadriceps et diaphragme. Ils ont également constaté une atrophie des muscles tibialis anterior, quadriceps et gastrocnémiens, une augmentation des marqueurs du stress myogénique et de la jonction neuromusculaire (NMJ), une altération de la fonction motrice et de la production de force musculaire, ainsi qu'une dysrégulation de plusieurs protéines liées aux complexes mitochondriaux.

Notre groupe a utilisé la tomodensitométrie (CT) non invasive pour démontrer une atrophie musculaire sélective, qui affecte le plus significativement le muscle gastrocnémien des membres postérieurs, dans notre modèle de souris «Low Dox».

Image tomodensitométrique avec segmentation des muscles des membres postérieurs de souris témoins (sous dox) et de souris à faible dose de dox.

Image CT avec segmentation des muscles des membres postérieurs de souris témoins (On Dox) et « Low Dox » TDP-43 ΔNLS ; gastrocnémien médial = bleu ; gastrocnémien latéral = jaune ; tibialis postérieur = violet ; tibialis antérieur= rose ; soléaire = magenta. 

Rendu volumique 3D des muscles gastrocnémiens médial (bleu) et latéral (jaune) de souris témoins et de souris TDP-43 ΔNLS « Low Dox ». 

Quelles mesures ont été utilisées pour évaluer l'efficacité thérapeutique dans le modèle de souris TDP-43 ΔNLS ALS ?

Plusieurs groupes ont montré une modification de la maladie par une intervention thérapeutique dans ce modèle de souris. Young et al. ont démontré la capacité d'une petite molécule inhibitrice de PIKfyve, AIT-101 (INN : apilimod, alias LAM-002A) de diminuer la perte de poids corporel, de réduire les déficits moteurs (y compris la préhension des membres postérieurs, la paralysie des membres postérieurs et l'agilité du gril) et d'accompagner la diminution des niveaux de neurofilament léger (NfL) dans le plasma et le LCR, des agrégats de TDP-43 (par IHC) et de la neuroinflammation (par GFAP IHC) dans la version Low Dox du modèle rNLS8 de Biospective.

Stomakhina et al. ont constaté une réduction des niveaux de lumière de neurofilament (NfL) dans le plasma et le LCR, ainsi qu'une réduction de l'activité de la sphingomyélinase acide (ASM) dans le cortex caudal chez les souris rNLS8 traitées avec le VRG50304 sur une période de 28 jours. Droppelmann et al. ont constaté que les injections intracérébroventriculaires d'AAV9/NF242 (fragment N-terminal du facteur d'échange rho guanine nucléotide [RGNEF]) dans le modèle rNLS8 amélioraient la durée de vie et le phénotype moteur (agrippement des membres postérieurs, champ libre, démarche [CatWalk]), et diminuaient les marqueurs de neuroinflammation (GFAP et Iba-1).

Notre équipe se fera un plaisir de répondre à vos questions sur le modèle de souris TDP-43 ΔNLS ALS ou de vous fournir des informations spécifiques sur les modèles que nous utilisons pour les études d'efficacité thérapeutique.

FAQs

Comment mesure-t-on l'atrophie musculaire au scanner?

Une image CT haute résolution des deux membres postérieurs est acquise. Chez Biospective, nous avons développé un "pipeline" entièrement automatisé pour l'analyse quantitative des images. Les images CT sont d'abord prétraitées pour éliminer le lit d'acquisition des scans. Chaque image prétraitée est ensuite enregistrée sur un modèle de souris moyen de la population à l'aide d'une combinaison de transformations linéaires et non linéaires. Ces transformations sont inversées et utilisées pour cartographier un atlas définissant les différents muscles de la jambe sur le modèle de la souris sur les images tomodensitométriques individuelles afin d'obtenir les volumes musculaires natifs.


L'imagerie cérébrale peut-elle être utilisée pour évaluer l'efficacité thérapeutique dans le modèle de souris ΔNLS?

Oui. L'IRM préclinique est un outil puissant pour évaluer l'atrophie cérébrale dans le modèle ΔNLS. L'imagerie par RM anatomique non invasive permet des mesures longitudinales du volume cérébral régional et de l'épaisseur corticale, et peut servir de biomarqueur sensible, cliniquement translationnel, d'une modification potentielle de la maladie par une intervention thérapeutique.


Quelle est la taille raisonnable d'un échantillon pour une étude d'efficacité thérapeutique chez les souris ΔNLS?

Dans nos études utilisant le modèle Low Dox, nous incluons généralement 10 à 15 souris par groupe.


À quelle fréquence la fonction motrice est-elle évaluée dans les études d'efficacité thérapeutique?

Nous mesurons généralement la préhension des membres postérieurs, les tremblements, l'agilité du gril et la paralysie des membres postérieurs trois fois par semaine pendant la durée de l'étude. D'autres mesures (par exemple, la force de préhension) peuvent être effectuées à plusieurs moments (par exemple, au début de l'étude, après 4 semaines et après 8 semaines).


Qu'est-ce que le modèle rNLS8?

Le modèle NLS « régulable » (rNLS ; rNLS8) est le même que le modèle TDP-43 ΔNLS. Il s'agit de la double souris transgénique initialement rapportée par Walker et ses collègues en 2015. Il est considéré comme régulable puisque l'expression du transgène TDP-43 ΔNLS (sous le promoteur NEFH) peut être contrôlée par l'administration d'un analogue de la tétracycline, la doxycycline (Dox). L'expression du transgène TDP-43 ΔNLS est supprimée lors de l'administration d'une forte dose de Dox.


Le modèle de souris TDP-43 ΔNLS présente-t-il des agrégats cytoplasmiques?

Oui, la mauvaise localisation cytoplasmique de TDP-43 et la formation d'agrégats de TDP-43 (y compris des agrégats phosphorylés) dans le cytoplasme neuronal est une caractéristique de ce modèle résultant d'un signal de localisation nucléaire (NLS) défectueux.


Références

Droppelmann, C.A., Campos-Melo, D., Noches, V., McLellan, C., Szabla, R., Lyons, R.A., Amzil, H., Withers, B., Sonkar, K.S., Simon, A., Buratti, E., Junop, M., Kramer, J.M., Strong, M.J. Mitigation of TDP-43 induced toxic phenotype by expression of RGNEF N-terminal fragment in ALS models. bioRxiv, 2023.09.29.560207, 2023; doi: 10.1101/2023.09.29.560207

Hunter, M., Spiller, K.J., Dominique, M.A., Xu, H., Hunter, F.W., Fang, T.C., Canter, R.G., Roberts, C.J., Ransohoff, R.M., Trojanowski, J.Q., Lee, V.M.-Y. Microglial transcriptome analysis in the rNLS8 mouse model of TDP-43 proteinopathy reveals discrete expression profiles associated with neurodegenerative progression and recovery. Acta. Neuropathol. Commun., 9: 140, 2021; doi: 10.1186/s40478-021-01239-x

Hur, S.W., Hunter, M., Dominique, M.A., Farag, M., Cotton-Samuel, D., Khan, T., Trojanowski, J.Q., Spiller, K.J., Lee, V.M.-Y. Slow motor neurons resist pathological TDP-43 and mediate motor recovery in the rNLS8 model of amyotrophic lateral sclerosis. Acta. Neuropathol. Commun., 10: 74, 2022; doi: 10.1186/s40478-022-01373-0

Igaz, L.M., Kwong, L.K., Lee, E.B., Chen-Plotkin, A., Swanson, E., Unger, T., Malunda, J., Xu, Y., Winton, M.J., Trojanowski, J.Q., Lee, V.M.-Y.. Dysregulation of the ALS-associated gene TDP-43 leads to neuronal death and degeneration in mice. J. Clin. Invest., 121: 726–738, 2011; doi: 10.1172/jci44867

San Gil, R., Pascovici, D., Venurato, J., Brown-Wright, H., Mehta, P., Madrid San Martin, L., Wu, J., Luan, W., Kit Chui, Y., Bademosi, A.T., Swaminathan, S., Naidoo, S., Berning, B.A., Wright, A.L., Keating, S.S., Curtis, M.A., Faull, R.L.M., Lee, J.D., Ngo, S.T., Lee, A., Morsch, M., Chung, R.S., Scotter, E., Lisowski, L., Mirzaei, M., Walker, A.K. A transient protein folding response targets aggregation in the early phase of TDP-43=mediated neurodegeneration. Nat. Comm., 15: 1508, 2024; doi: 10.1038/s41467-024-45646-9

Spiller, K.J., Cheung, C.J., Restrepo, C.R., Kwong, L.K., Stieber, A.M., Trojanowski, J.Q., Lee, V.M.-Y. Selective motor neuron resistance and recovery in a new inducible mouse model of TDP-43 proteinopathy. J. Neurosci., 36: 7707-7717, 2016; doi: 10.1523/JNEUROSCI.1457-16.2016   

Spiller, K.J., Restrepo, C.R., Khan, T., Dominique, M.A., Fang, T.C., Canter, R.G., Roberts, C.J., Miller, K.R., Ransohoff, R.M.,Trojanowski, J.Q., Lee, V.M.-Y. Microglia-mediated recovery from ALS-relevant motor neuron degeneration ina  mouse model of TDP-43 proteinopathy. Nat. Neurosci., 21: 329-340, 2018; doi: 10.1038/s41593-018-0083-7   

Stomakhina, E., Kim, G.,, Choi, I., Kopec, B., Zhang, N., Batia, L. Rescue of ALS relevant biomarkers by VRG50304 in rNLS8 mouse model. Amyotrophic Lateral Sclerosis and Frontotemporal Degeneration, 22(sup2): 107, 2023; doi: 10.1080/21678421.2021.1985792
 
Swanson, M.E.V., Mrkela, M., Murray, H.C., Cao, M.C., Turner, C., Curtis, M.A., Faull, R.L.M., Walker, A.K., Scotter, E.L. Microglial CD68 and L-ferritin upregulation in response to phosphorylated-TDP-43 pathology in the amyotrophic lateral sclerosis brain. Acta. Neuropathol. Commun., 11: 69, 2023; doi: 10.1186/s40478-023-01561-6
 
Tsitkanou, S., Della Gatta, P.A., Abbott, G., Wallace, M.A., Lindsay, A., Gerlinger-Romero, F., Walker, A.K., Foletta, V.C., Russell, A.P. miR-23a suppression accelerates decline in the rNLS8 mouse model of TDP-43 proteinopathy. Acta. Neurobiol. Dis., 162: 105559, 2022; doi: 10.1016/j.nbd.2021.105559
 
Walker, A.K., Spiller, K.J., Ge, G., Zheng, A., Xu, Y., Zhou, M., Tripathy, K., Kwong, L.K., Trojanowski, J.Q., Lee, V.M.-Y. Functional recovery in new mouse models of ALS/FTLD after clearance of pathological cytoplasmic TDP-43. Acta. Neuropathol., 130: 643-660, 2015; doi: 10.1007/s00401-015-1460-x
 
Young, P.R., DeDuck, K., Bedell, B.J. AIT-101 improves functional deficits in a human TDP-43 animal model of ALS. Amyotrophic Lateral Sclerosis and Frontotemporal Degeneration, 24(sup1): 129, 2023; doi: 10.1080/21678421.2023.2260194
 
Zamani, A., Walker, A.K., Rollo, B., Ayers, K.L, Farah, R, O'Brien, T.J., Wright, D.K. Impaired glymphatic function in early stages of disease in a TDP-43 mouse model of amyotrophic lateral sclerosis. Transl. Neurodegen., 11: 17, 2022; doi: 10.1186/s40035-022-00291-4
 
Zamani, A., Walker, A.K., Rollo, B., Ayers, K.L., Farah, R., O'Brien, T.J., Wright, D.K. Early and progressive dysfunction revealed by in vivo neurite imaging in the rNLS8 TDP-43 mouse model of ALS. Neuroimage Clin., 34: 103016, 2022; doi: 10.1016/j.nicl.2022.103016


Mots-clés

Sclérose latérale amyotrophique (SLA): également connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig, il s'agit de la forme la plus courante de maladie du motoneurone (MND), qui affecte les neurones moteurs supérieurs et inférieurs. Cette maladie neuromusculaire mortelle se caractérise par une faiblesse progressive des muscles nécessaires pour bouger, parler, manger et respirer.

Atrophie cérébrale: réduction du volume ou de l'épaisseur du cerveau entier ou de certaines régions du cerveau.

Tomographie assistée par ordinateur (TAO): modalité d'imagerie non invasive qui utilise des rayons X sous plusieurs angles différents pour générer des images en 3D.

Potentiel d'action musculaire composé (CMAP): somme des potentiels d'action de tous les plateaux moteurs stimulés. 

Doxycycline (Dox): analogue de la tétracycline utilisé pour réguler l'expression des gènes à l'aide d'un système Tet-On ou Tet-Off. 

Agrippement des membres postérieurs: un ou les deux membres postérieurs sont rétractés vers l'abdomen lorsqu'une souris est suspendue par la queue.

Modèle Low Dox: variation du modèle ΔNLS standard utilisant un protocole développé par Biospective pour générer un phénotype moins sévère et progressant plus lentement.

Imagerie par résonance magnétique (IRM): modalité d'imagerie non invasive qui utilise des champs magnétiques et des impulsions de radiofréquence (RF) pour générer des images.

Atrophie musculaire: réduction du volume ou de l'épaisseur des muscles squelettiques. 

Signal de localisation nucléaire (NLS): peptide court qui facilite le transport d'une protéine du cytoplasme vers le noyau d'une cellule.

Maladies neuromusculaires: troubles affectant les nerfs qui contrôlent les muscles volontaires et les nerfs qui communiquent les informations sensorielles au cerveau.

Jonction neuromusculaire (NMJ): connexion synaptique entre l'extrémité terminale d'un nerf moteur et un muscle.

Neurodégénérescence: processus complexe et multifactoriel entraînant la perte de neurones. 

Le neurofilament à chaîne légère (NfL; NF-L): l'une des quatre sous-unités des neurofilaments, qui sont des protéines présentes dans les neurones et qui leur donnent leur structure et leur forme; le niveau de neurofilament à chaîne légère dans le sang et le LCR peut servir de marqueur de lésions neuro-axonales.

Protéine de liaison à l'ADN de la réponse transactive de 43 kDa (TDP-43): protéine de liaison à l'ARN/ADN nucléaire hautement conservée, codée par le gène TARDBP, impliquée dans la régulation du traitement de l'ARN.

Biomarqueur translationnel: indicateur robuste d'un état ou d'un processus biologique mesurable à la fois dans des modèles animaux et chez l'homme.


Plus d'information

Faites-nous part de votre intérêt. Notre équipe se fera un plaisir d'en discuter avec vous!

Envoyez-nous un courriel à [email protected] ou remplissez le formulaire ci-dessous.

Nom*
Courriel*
Numéro de téléphone*
Affiliation (Entreprise/Université)*
Votre message*

La sécurité de vos données privées est importante pour nous. Nous protégerons votre information comme indiqué dans notre Avis de confidentialité.

J'accepte les termes de l'avis de confidentialité*

Nous utilisons les cookies nécessaires pour faire fonctionner notre site. Nous utilisons également d'autres cookies pour nous aider à apporter des améliorations en mesurant votre utilisation du site ou à des fins de marketing. Vous avez le choix de les accepter ou de les rejeter tous. Pour des informations plus détaillées sur les cookies que nous utilisons, consultez notre Avis de confidentialité.