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アミロイドβトランスジェニックモデル

ヒトのアルツハイマー病の特徴であるベータ・アミロイド病理は、遺伝子組み換えマウスにおける変異型ヒトアミロイド前駆体タンパク質(APP)およびプレセニリン1(PS1;PSEN1)の過剰発現によりモデル化することができます。ヒトの疾患と同様に、病理の進行は加齢とともに増加します。

私たちが実験的治療薬の有効性を前臨床評価する際に使用しているAPP/PS1モデルは、再現性が高く、ヒトのアルツハイマー病のいくつかの重要な特徴を再現しています。これらのマウスでは、アミロイドベータ(Aβ)プラーク、脳血管病理、神経炎症が徐々に進行します。治療介入に対する反応は、デジタル化された脳組織切片の多重免疫蛍光染色の高度な画像解析を含む、いくつかの定量的な測定値によって評価することができます。

ベータ・アミロイド モデル mIF スキャン

AAV-Tauマウスによるタウオパチーモデル

成体齧歯類の脳におけるタウ病理の生成は、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターの注入により生成することができます。このタウオパチー(進行性核上性麻痺、大脳皮質基底核変性症)のマウスモデルでは、野生型(C57BL/6)マウスに、野生型ヒトタウを過剰発現するAAVベクターを黒質緻密部近辺に定位注入します。

この強固なタウオパチーモデルでは、病理学的に、神経細胞体および神経突起におけるリン酸化タウ凝集体、神経炎症(活性化ミクログリアおよび反応性アストロサイトの存在を含む)、神経変性(生体内MRIスキャンにおける局所脳萎縮を含む)、ドーパミン性神経変性などが観察されます。これらのタウオパチーマウスモデルでは、一方的なドーパミン作動性ニューロンの損失に起因する重大な運動障害が観察され、シリンダーテスト、尾懸垂振とう試験、後肢クラッチ試験、ローターロッド試験における変化が認められます。

マウスにおけるAAVタウの顕微鏡写真

アミロイドベータとタウの共病理モデル

当社のアミロイドベータ(Aβ)とタウの共病理マウスモデルは、トランスジェニック技術とウイルスベクターベースの技術を組み合わせることで、アルツハイマー病の2つの特徴的な病理所見——Aβプラークの蓄積とタウ関連神経変性——を再現しています。このモデルは、アルツハイマー病の病態メカニズムの解明および疾患修飾療法の有効性評価のための、堅牢で臨床応用可能性の高いプラットフォームを提供します

アミロイドβ病理は、年齢依存的にAβプラークの沈着を示すAPP/PS1トランスジェニックマウスを用いて確立されています。タウ病変を誘導するため、野生型ヒトタウ(2N4R)をコードするアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを、疾患関連脳領域にステレオタクティック注射により投与します。この標的発現により、神経細胞体および突起内にリン酸化タウ凝集体が蓄積します。この共病理モデルは、アルツハイマー病に関連する複雑な病理学的相互作用を反映した、顕著な神経炎症、神経変性、および関連する機能障害を示します。

ARTE10-AAV-Tau - プラーク、ミクログリア、アストロサイト、およびタングル

タウ線維の広がりモデル

成体マウスの脳では、組み換えタウ線維またはヒト脳抽出物の接種により、タウ病理が生成されます。このアルツハイマー病のマウスモデルでは、P301S変異タウ(PS19)トランスジェニックマウスに、タウ前駆体線維(PFF)を脳内に定位注入し、タウ病理のシード形成と拡大を誘発します。

この強固なタウマウスモデルでは、神経細胞の細胞体および神経細胞の軸索に過剰リン酸化タウ凝集体が認められ、神経炎症(活性化ミクログリアおよび反応性アストロサイトの存在を含む)および神経変性が観察されます。 治療効果は、臨床評価(体重の変化など )、血液および脳脊髄液中のニューロフィラメント軽鎖(NfL;NF-L)の測定、定量免疫組織化学および多重免疫蛍光分析によって評価することができます。

脳組織の顕微鏡写真で、アルツハイマー病などの神経変性疾患に関連するタウ線維を特に強調しています。

アルツハイマー病およびタウオパチーモデルのヒト疾患への翻訳可能性

多重化 IHC 画像

アミロイドβプラークおよび脳血管病理

細胞外プラークおよびアミロイドβ凝集物の脳血管沈着は、アルツハイマー病の神経病理学的特徴です(Serrano-Pozo, 2011)。当社のAPP/PS1マウスモデルでは、アミロイドβ病理(びまん性、高密度コア、神経原性プラーク、細胞内アミロイドβ、および脳血管病理を含む時間経過とともに増加することが示されています。Aβ病理は明確な時空間パターンで進行し、当社チームが開発した高度なアルゴリズムを使用して定量化することができます。

SNcへの注入部位におけるAT8免疫蛍光染色

タウ病理学

アミロイドβに加えて、タウはアルツハイマー病で発見される主要なミスフォールドタンパク質です。タウは、ADの臨床的および神経画像的特徴のいくつかの主な要因であると考えられています(Lew, 2021;Carbonell, 2025)。当社のAPP/PS1/ヒトタウモデルは、アミロイドβとタウ病理の両方を示しています。リン酸化タウ染色は細胞体および細胞突起で観察されます。進行性核上性麻痺、大脳皮質基底核変性症、および前頭側頭型認知症などのタウオパチーは、特定の脳領域に純粋なタウ病理を示します。AAV-hTauモデルでは、タウ発現を黒質および中脳領域に標的化することで、パーキンソン病の特徴を持つタウオパチーを効果的にモデル化することができます。

注入されたSNcにおけるIba-1およびGFAP二重免疫蛍光染色

活性化ミクログリアと反応性アストロサイト

活性化ミクログリアや反応性アストロサイトなどの神経炎症細胞は、ミスフォールドしたアミロイドβおよびタウの近傍に存在することが確認されています(Minter, 2015;Chen and Yu, 2023)。我々のAPP/PS1マウスモデルでは、Aβプラーク、活性化ミクログリア、非活性化ミクログリアの間に 、またAβプラークと肥大および非肥大アストロサイトの間に、空間的および時間的な関係があることを実証しました。また、APP/PS1/hTau共病態モデルおよびAAV誘発性タウオパチーモデルでは、リン酸化タウに関連して強いミクログリア症およびアストログリア症が観察されています。

タウオパチーによるパーキンソン様運動症状

進行性核上性麻痺および皮質基底核変性症は、純粋なタウオパチーであり、他の臨床症状の中でも、パーキンソン様症状と黒質における重度の神経細胞の損失が特徴です(Oyangi, 2001)。私たちのAAV-hTauモデルでは、黒質におけるドーパミン作動性ニューロンの変性とそれに伴う線条体の神経支配の減少の結果、著しい運動障害(シリンダテスト尾懸垂振とう試験ロータロッドテスト、 後肢把持試験に基づく)が認められました。

MRI 線条体体積

地域別脳萎縮

多様式画像診断によるバイオマーカーは、 アルツハイマー病 やタウオパチーの臨床試験で広く使用されています。MRI から得られた局所容積および皮質厚の測定値は、脳萎縮に対して非常に感度が高く、アルツハイマー病、 進行性核上性麻痺皮質基底核変性症、および前頭側頭型認知症における経時的な疾患進行のモニタリングを可能にします。非侵襲的な生体全脳MRI画像取得と高度な完全自動画像処理および分析を組み合わせることで、タウ病理と特に関連する脳の萎縮の有意性を示し、神経変性の強固な生体指標および臨床試験用バイオマーカーとしての役割を果たしています。

アルツハイマー病マウスモデルの特徴

以下のインタラクティブ・プレゼンテーションでは、in vivoデータおよびMultiplex免疫蛍光組織切片全体の高解像度画像を含む、ヒトADおよび我々のアルツハイマー病マウスモデルにおけるアミロイドβ、タウ、および脳萎縮の関係を調べることができます。

左側のパネルを使って、この「イメージストーリー」を簡単にナビゲートすることができます。

高解像度の顕微鏡画像は、マウスの左ボタンで移動できます。 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/縮小が可能です 右上隅のコントロールパネル では、チャンネルとセグメンテーションの切り替え(オン/オフ)、色の変更、画像設定の調整が可能です。

最高のインタラクティブ体験 をお楽しみいただくには、フルスクリーンモード のご利用をお勧めします。

Tau, Rather than Amyloid-β, Drives Neurodegeneration in Alzheimer's Disease (AD) and Mouse Models of AD

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Biospective Preclinical Logo

Alzheimer’s disease (AD) is characterized by the pathological accumulation of amyloid-β plaques and tau neurofibrillary tangles, with concurrent neurodegeneration and loss of cortical tissue. In this Interactive Presentation, we present our analysis of AD from the ADNI study and draw comparisons with findings from our amyloid-β/hTau co-pathology mouse model. We propose that a mouse model showing both tau and amyloid-β pathologies will mimic neurodegeneration and brain atrophy similar to human disease.

Our team at Biospective has performed a rigorous analysis of the relationship between amyloid-β, tau, cortical thickness, and cerebral glucose metabolism in human Alzheimer’s disease. This analysis was performed using Amyloid PET, Tau PET, FDG PET, and 3D Anatomical MRI data from the ADNI study. We have found that tau, rather than amyloid-β, is primarily responsible for cortical thinning, as well as regional cerebral glucose metabolism, which can be appreciated in the FDR-thresholded figure below.

Statistical Maps Showing the Effect of Tau and Amyloid on Cortical Thickness and Glucose Metabolism

t-Statistic maps (thresholded for statistical significance) demonstrating the effect of tau and amyloid-β on both cortical thickness and cerebral glucose metabolism.

The interactive image in the Image Viewer Panel on the right highlights strong regional associations when amyloid is high, and the video below shows how these correlations evolve as amyloid burden rises. Our findings indicate that the association between tau and cortical thickness becomes stronger with increasing amyloid-β burden.

Statistical maps showing increased regional correlation between tau and cortical thickness as a function of amyloid-β load.

To navigate though this Image Story, you can use the arrows and/or the Table of Contents icon in the upper right corner of this panel.

Navigation Panel with Tooltips

You can also interact with the images in the viewer on the right at any time to further explore the high-resolution data.

Amyloid-β and Human Tau in a Mouse Model of Alzheimer's Disease

Although many animal models have been developed to investigate Alzheimer's disease (AD), the majority are designed to replicate either amyloid-β or tau pathology in isolation. The separation of these hallmarks limits our capacity to understand the interactions of amyloid-β and tau in mediating the full clinical and pathological phenotype of AD.

To address these limitations, we have established a co-pathology model that incorporates both amyloid-β and tau pathologies within a single animal. This integrated approach provides a more holistic and translationally relevant platform for AD research.

An example of this approach is illustrated by the interactive microscopy section in the Image Viewer Panel on the right, showing a multiplex immunofluorescence (mIF) brain section from an APP/PS1/hTau mouse. The staining demonstrates amyloid-β (fibrillar), phospho-tau (AT8), and DAPI nuclear counterstaining. The high-magnification image reveals phosphorylated tau localized to neuronal soma and processes, alongside extensive fibrillar amyloid-β in plaques and vascular deposits.

https://opt003stagmediafiles.blob.core.windows.net/image/c41bec504501491d8391e55080cddd62

Illustration of Plaques and Tangles

Our co-pathology model is specifically designed to probe the potential combined effects of amyloid-β and tau on exacerbating neuronal injury, with the aim of more precisely modeling the measurable brain volume loss observed in clinical neuroimaging studies of AD patients.

In the rest of the Interactive Presentation, we will provide a detailed overview of the APP/PS1 transgenic mouse model, the process of AAV-mediated induction of co-pathology, and the MRI evidence of brain atrophy as the mouse model progresses.

Transgenic Mouse Model withe Progressive Development of Amyloid-β Pathology

ARTE10 [C57BL/6NTac.CBA-Tg(Thy1-PSEN1*M146V,-APP*Swe)10Arte] (APP/PS1) homozygous mice (Willuweit, 2009), generated on a C57BL/6NTac background, are a transgenic line incorporating the Swedish mutation of human amyloid precursor protein (APPsw) and the M146V mutation in human Presenilin 1 (PS1M146V). These mice express high levels of human amyloid-beta (Aβ) peptides via amyloidogenic processing of APP, and develop Alzheimer's disease-like amyloid pathology. This transgenic mouse model has been used for non-invasive imaging of amyloid-β plaques with Amyloid PET imaging tracers (Willuweit, 2021).

Multiplex Immunofluorescence Brain Images from ARTE10 Mice

Representative coronal brain tissue sections showing the spatiotemporal progression of amyloid-β pathology in APP/PS1 (ARTE10) mice.

Plots Showing the Progression of Amyloid-Beta Pathology in ARTE10 Mice

Quantitative analysis of the age-dependent increase in the density of amyloid-β plaques in the cerebral cortex of APP/PS1 (ARTE10) mice. *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001

Our team at Biospective has also characterized the neuroinflammatory microenvironment around plaques in this model, as well as examined both microglia morphology and astrocyte morphology.

Examples of Amyloid-Beta Plaque Neighborhoods

Examples of “neighborhoods” of amyloid-β plaques to allow for microenvironment analysis.

APP/PS1 & AAV-Tau Co-Pathology Model

Our group has developed an adeno-associated virus (AAV) vector-induced mouse model of tauopathies with Parkinsonian features (e.g. Progressive Supranuclear Palsy, Corticobasal Degeneration). We have adapted this modeling strategy by injecting AAV-hTau into a transgenic APP/PS1 mouse model to generate a co-pathology model of AD.

This model was generated by injecting 6 month-old transgenic APP/PS1 (ARTE10) mice with AAV-hTau (wild-type 2N4R human tau) or AAV-null (control) vectors bilaterally into the anterior insula and the lateral entorhinal cortex using a digital stereotaxic device with an automated microinjector.

Atlas Views with AAV Injection Sites

Atlas Views of Cortical Injection Sites of AAV-Tau vectors

Multiplex immunofluorescence (mIF) images were generated by immunostaining for amyloid-β (fibrillar), phospho-tau (AT8), GFAP, Iba-1, and counterstained with the DAPI nuclear stain. Tissue sections were digitized using a high-throughput slide scanner and were processed using Biospective's PERMITSTM software platform.

Amyloid-β and Phosphorylated Tau in APP/PS1/hTau Mice (Low Magnification)

Low magnification image showing phosphorylated tau (in neuronal soma and processes) and fibrillar amyloid-β (plaques and vascular pathology. Note the extensive phosphorylated tau in the piriform cortex. For reference, an illustration with atlas labels for this approximate brain level is provided below.

Coronal Brain Atlas at the Level of the Piriform Cortex

Coronal Mouse Brain Section (Bregma -1.0) with Neuroanatomy Labels

Amyloid-β and Phosphorylated Tau in APP/PS1/hTau Mice (High Magnification)

High magnification image showing phosphorylated tau (in neuronal soma and processes) and fibrillar amyloid-β (plaques and vascular pathology). Note the extensive level of phosphorylated tau in the piriform cortex.

Brain Atrophy in the APP/PS1/hTau Model

We have acquired in vivo anatomical MRI data from wild-type (WT), WT/hTau, APP/PS1, and APP/PS1/hTau mice at 4 and 14 weeks following injection of AAV-hTau or AAV-null (control) vectors. We generated regional volumes and cortical thickness measures using our fully-automated NIGHTWINGTM image processing platform.

The interactive image in the Image Viewer Panel on the right shows a t-statistic map of the entire cortical surface comparing APP/PS1 and APP/PS1/hTau mice at 14 weeks post injection. Regions that are significantly different are highlighted in purple and blue colors. The figures below show MRI atlases and quantitative measures in several parcellated brain regions with significant differences as early as 4 weeks post injection.

MRI Atlas and Regional Volumes

Anatomical MRI with segmented regions, and plots of regional volumes assessed in wild-type (hashed), and APP/PS1 (solid), AAV-null and hTau mice. **p<0.01,***p<0.001, ****p<0.0001

MRI Atlas and Regional Thickness

Mouse brain surface rendering with segmented entorhinal cortex, as well as a plot of the regional thickness assessed in wild-type (hashed), and APP/PS1 (solid), AAV-null and hTau mice. *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001, ****p<0.0001

Note that APP/PS1 mice do not show any brain atrophy compared to WT mice. The injection of AAV-hTau induced highly significant reductions of regional volumes and cortical thickness. Interestingly, the APP/PS1/hTau mice appear to have greater brain atrophy compared the the WT/hTau mice, suggesting a potential modulatory role of amyloid-β.

Neuroinflammation Associated with Amyloid-β Does Not Appear to Drive Brain Atrophy

Although there is clear evidence of extensive amyloid-associated neuroinflammation, such as reactive astrocytes and activated microglia, surrounding plaques in the APP/PS1 model, these inflammatory responses do not appear to be the primary cause of neurodegeneration, as illustrated in the plot below showing the quantitative analysis of thickness in the entorhinal cortex of amyloid-β pathology.

https://opt003stagmediafiles.blob.core.windows.net/image/af7b912764fd45a4ba3c7b522b435342

Mouse brain surface rendering with segmented entorhinal cortex, as well as a plot of the regional thickness assessed in wild-type (hashed) and APP/PS1 (solid) mice. No significant difference in thickness are observed.

High magnification image showing microglia, and astrocytes. By selecting the amyloid-β channel in the top right you can appreciate the extensive level of neuroinflammation clustered around plaques.

Neuroinflammation is Also Associated with Tau Pathology

Separate from the plaque-associated neuroinflammation, there is clear evidence of tau-related neuroinflammation, including reactive astrocytes and activated microglia. More research is needed to understand how this tau-associated neuroinflammation may contribute to neurodegeneration and brain atrophy.

High magnification image showing phosphorylated tau (in neuronal soma and processes), microglia, and astrocytes. Note the extensive level of neuroinflammation in the piriform cortex.

The plots below show the quantitative analysis of Iba-1 and GFAP stain density in brain regions with amyloid-β and tau pathology.

Regional Iba1 Staining Density Analysis Praphs

Iba-1 stain density for APP/PS1/hTau compared to APP/PS1 (control) mice in Anterior, Piriform, and Entorhinal Cortex regions; mean ± SEM, t-test, *** p<0.001

Regional GFAP Staining Density Analysis Plots

GFAP stain density for APP/PS1/hTau compared to APP/PS1 (control) mice in Anterior, Piriform, and Entorhinal Cortex regions; mean ± SEM, t-test, *** p<0.001, ****p<0.0001

Summary

Alzheimer’s disease is defined by the dual pathological signatures of amyloid-β (Aβ) plaques and tau neurofibrillary tangles, alongside progressive neurodegeneration and cortical tissue loss. Traditional animal models have typically focused on these hallmarks separately, which limits our ability to explore the synergistic effects that drive disease progression in humans.

To bridge this critical translational gap, we have developed a co-pathology mouse model featuring both Aβ and tau pathology. This model is generated by introducing wild-type human tau via adeno-associated virus (AAV-hTau) into the APP/PS1 amyloid-β expressing transgenic mouse. The resulting APP/PS1/hTau mice express both pathological proteins.

By modeling both amyloid-β and tau pathologies, we demonstrate that tau is the primary driver of neurodegeneration, which is similar to what we have found in human AD. We show that significant brain atrophy and cortical thinning occur primarily when tau is present. We also show amyloid-associated neuroinflammation is not adequate to drive the neurodegeneration.

This model offers a clinically relevant platform for evaluating tau-targeted therapies and understanding disease mechanisms using biomarkers aligned with human imaging studies.

Please feel free to further explore the microscopy image in the viewer.

We would be happy to discuss this model and our characterization if you would like to Contact Us.

Table of Contents

アルツハイマー病およびタウオパチーマウスモデルの特性評価、検証済みの測定方法、前臨床神経科学CROサービスについて、さらに詳しく知ることができます。

よくある質問

APP/PS1 トランスジェニックマウスモデルに見られる主な病理学的特徴は何ですか?


年齢に適したAPP/PS1マウスは研究用に容易に入手できますか?


APP/PS1マウスを用いた研究の期間はどのくらいが一般的ですか?


アルツハイマー病モデルには活性化ミクログリアは存在しますか?


参考文献


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