パーキンソン病治療薬開発のためのAAV α-シヌクレインモデル
疾患修飾治療薬の前臨床試験に使用するマウスおよびラットモデルにおけるアデノ随伴ウイルス（AAV）によるα-シヌクレイン発現の概要。
このリソースでは、以下の内容について説明します。
AAV α-シヌクレイン（AAV-Syn）モデルとは何ですか？
黒質緻密部のドーパミン作動性ニューロンの進行性損失、α-シヌクレインが豊富なレビー小体の蓄積、および関連する運動機能障害は、パーキンソン病（PD）の主な特徴です。パーキンソン病の病態生理学における主な要因として、病理学的α-シヌクレインの測定は、前臨床パーキンソン病モデルにおける重要な指標であり、遺伝子導入、プレフォームドファイブリル（PFF）の注入、またはウイルスベクターを用いた体細胞伝達技術により、野生型または変異型α-シヌクレインを過剰発現するパーキンソン病モデルマウスやラットの開発の根拠となってきました。
ヒトα-シヌクレインを過剰発現するアデノ随伴ウイルス（AAV）ベクター（AAV-Syn）を定位注入すると、黒質緻密部におけるドーパミン作動性ニューロンの進行性の損失と、黒質線条体系の神経支配の喪失が起こります。検証済みのAAVベクターを使用し、マウスまたはラットの脳の黒質にAAV-Synを注入すると、注入後3～4週間でα-シヌクレインが安定的に伝達されます。通常、これらのモデルでは、黒質緻密部のドーパミン作動性ニューロンの50%を超える進行性の損失が観察されます。さらに、AAV-Synの過剰発現は、α-シヌクレインの凝集、神経炎症、および顕著な運動表現型を引き起こします。
顕微鏡画像
下記のインタラクティブな画像ビューアーでは、免疫蛍光組織切片全体を探索することができます。
マウスの左ボタンを使用して、 画像を移動することができます。マウスまたはトラックパッド（上下）または左上隅の + および - ボタンを使用して、拡大・縮小することができます。右上隅のコントロールパネルでは、チャンネルやセグメントの切り替え（オン/オフ）、色の変更、画像設定の調整が可能です。コントロールパネルのセクションスライダーを使用して、組織切片を変更することができます。
この可視化では、AAV-A53T α-Syn マウスの脳は左の位置にあるセクションスライダーで、AAV-null コントロールマウスの脳は右の位置にあるセクションスライダーで表示されます。
Tissue section stained for tyrosine hydroxylase (TH) showing loss of dopaminergic terminals in the striatum ipsilateral to AAV-Syn injection into the substantia nigra (left hemisphere) in a C57BL/6 mouse. Note that only the white matter tracts remain visible (due to myelin autofluorescence) in the denervated left striatum compared to the strong TH staining in the fully-innervated, right striatum.
α-シヌクレインをベースとするパーキンソン病の動物モデルは数多くあります。しかし、AAV-SynモデルがPDの薬剤開発に好まれるモデルのひとつであるのにはいくつかの理由があります。α-シヌクレイン過剰発現トランスジェニック動物モデルと比較して、疾患の表現型が比較的短期間で現れる。AAV-Syn 誘発マウスおよびラットモデルは、高い顔妥当性と構成妥当性を備えています。病理学的α-シヌクレインの役割、ドーパミン（DA）機能障害の進行性経過、予測可能な神経炎症パターンなど、ヒトのパーキンソン病と一致する重要な分子側面を再現する能力に優れています。従来の神経毒素ベースのパーキンソン病モデル（6-ヒドロキシドーパミン[6-OHDA]やMPTPなど）と比較すると、AAV-Synは予測妥当性が向上しており、ヒトのパーキンソン病における治療反応の予測に有効です。
AAV-Synモデルは、黒質線条体変性および運動機能障害をターゲットとした薬剤開発に最適です。また、神経炎症をターゲットとした実験的治療薬の評価にも使用できます。Biospectiveでは、ヒト変異α-シヌクレインを過剰発現するAAV-Synを脳定位的に投与したマウスで、α-シヌクレイン凝集、神経変性、神経炎症（ミクログリアおよびアストロサイト）、運動機能障害など、パーキンソン病の重要な側面のほとんどを再現しています。
AAV-Synモデルでは、黒質緻密部のドーパミン作動性ニューロンの損失を含む進行性の神経変性、同側の線条体の関連する脱神経、標準化されたテストで容易に測定できる運動障害、活性化ミクログリア、反応性アストロサイト、炎症性サイトカイン発現の増加を含む神経炎症が観察されます。
クリックしてリンクをコピー
これらのモデルでは、どのような運動および行動の表現型が観察されるのでしょうか？
AAV-Synモデルは、通常、野生型マウスまたはラットの黒質にヒトα-シヌクレインAAVベクターを片側のみに注入することで生成され、多くの運動および行動テストにおいて定量的な運動機能障害を誘発します。以下に、一般的に使用される堅牢なテストをいくつか紹介します。
Elevated Body Swing Test (EBST) または Tail Suspension Swing Test (TSST)
EBST は通常、齧歯類の実験的脳卒中を評価するために使用されており、パーキンソン病の片側病変モデルにも応用されています。Biospectiveは、AAV-SynマウスモデルでEBSTを検証し、A53T変異型ヒトα-シヌクレイン（AAV-hA53Tα-Syn）を過剰発現するAAVを注入した後に著しいスイングの非対称性が認められることを示しました。
Elevated Body Swing Test（EBST）またはTail Suspension Swing Test（TSST）について、さらに詳しく知りたい方はこちらをご覧ください。
一方的なドーパミン欠損を持つ齧歯類は、反対側に振れます。
AAV-hA53Tα-Synを投与したマウスでは、AAV-nullコントロールマウスと比較して、反対側のスイングが増加しました。**** p <0.0001。
アンフェタミン/アポモルヒネ誘発性回転運動
片側へのAAV-Synの注入は、8週齢のラットにアンフェタミンまたはアポモルヒネを注入した後の回転行動の増加につながります。
アンフェタミン/アポモルヒネ誘発性回転について、さらに詳しく知る。
AAV-Synモデルは、運動障害以外の症状も示すことが分かっています。強制水泳試験とスクロース選好試験は、それぞれうつ様行動と快感消失を測定するものですが、AAV-Synを両側へ注入すると、これらの試験結果に変化が現れます。AAV-Synの注入は、消化管（GI）機能障害のモデル化にも使用できます。
これらのモデルにおける神経病理学的変化にはどのようなものがあるでしょうか？
AAV-Synの発現は、注射後およそ3～4週間で黒質緻密部のドーパミン作動性ニューロンの進行性の損失を引き起こします。神経変性の前兆として、線条体のDA終末の急速かつ早期の損失と、ドーパミン輸送体の機能障害が起こります。この黒質線条体軸に沿った進行性の変性およびDA機能障害の経過は、ヒトのPDで見られるパターンとよく似ています。
標的部位における伝達型α-シヌクレインの大幅な増加とは別に 、Oliveras-Salva 氏らと Bourdenx 氏らは、AAV-Syn がリン酸化α-シヌクレイン（pSer129）の増加も引き起こす可能性があることを示しました。Daher 氏ら（Daher, 2014; Daher, 2015）はニトロシル化α-シヌクレインを特定し、 Azaredo de Silviera 氏らおよび Oliveras-Salva 氏らは、AAV-Syn 注入に対する反応としてプロテイナーゼ K および尿素耐性α-シヌクレイン凝集体の増加を示しました。
AAV-Synはまた、強固な神経炎症の表現型も引き起こします。炎症性の変化には、ミクログリアの活性化の増加、炎症性サイトカインの発現、自然免疫、T細胞の浸潤、インフラマソームの発現、アストロサイトーシス（Theordore, 2008;Karikari, 2022;Grotemeyer, 2023）が含まれます。
AAV-hA53Tα-Synを注入したC57BL/6マウスの同側黒質（左半球）におけるドーパミン作動性ニューロンの減少を示すチロシン水酸化酵素免疫蛍光染色。
当社のチームは、AAV α-シヌクレインマウスモデルに関するご質問にお答えしたり、治療効果の研究に使用しているパーキンソン病動物モデルに関する特定の情報を提供したりいたします。
パーキンソン病モデルについてさらに詳しく知る
関連コンテンツ
パーキンソン病に関する最新情報と、パーキンソン病モデル動物における治療薬の評価に関するベストプラクティス。
オートファジー、パーキンソン病、ドーパミン作動性ニューロン
パーキンソン病における障害のあるオートファジーが、ドーパミン作動性ニューロンにおける病理学的変化と神経変性につながる仕組みの概要。
パーキンソン病モデルにおけるニューロフィラメント軽鎖
神経フィラメント軽鎖（NfL；NF-L）レベルが、パーキンソン病のマウスおよびラットモデルにおける血液（血漿；血清）およびCSFバイオマーカーとして使用できる方法。