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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

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、アミロイドβとタウの共病理(APP/PS1/hTau)モデルマウスのin vivoデータとMultiplex免疫蛍光組織切片全体の高解像度画像を含む、我々の特性評価をご覧いただけます。

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。

Characterization of a New Amyloid-β & Tau Co-Pathology Mouse Model of Alzheimer's Disease

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Biospective Preclinical Logo

Alzheimer’s disease (AD) is pathologically defined by the presence of amyloid-β plaques and tau neurofibrillary tangles. While a broad range of animal models of AD exist, these models typically demonstrate amyloid-β or tau pathology, but not both. As such, there is a need for a “co-pathology” model which better recapitulates human disease and demonstrates features that can be measured using “translational biomarkers”.

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 Interactive Presentation illustrates some of the interesting behavioral, neuroimaging, and pathologic features of Biospective's amyloid-β/hTau co-pathology mouse model.

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.

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 microscopy image in the viewer on the right at any time to further explore this high-resolution data.

Overview of the APP/PS1 (ARTE10) Transgenic Mouse Model

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.

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

This microscopy image shows amyloid-β (fibrillar) and phospho-tau staining in an entire coronal section (anterior part of the brain) of an APP/PS1/hTau mouse. For reference, an illustration with atlas labels for this approximate brain level is provided below. You can zoom-in to observe the staining at higher magnification.

Coronal Brain Atlas at the Level of the Anterior Olfactory Nucleus

Coronal Mouse Brain Section (Bregma +2.0) with Neuroanatomy Labels

Amyloid-β, pTau, and Neuroinflammation in APP/PS1/hTau Mice (Anterior Brain; High Magnification)

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

Amyloid-β and Phosphorylated Tau in APP/PS1/hTau Mice (Middle Brain; 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 (Middle Brain; 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.

pTau, Microgliosis, and Astrogliosis in APP/PS1/hTau Mice (Middle Brain; High Magnification)

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

Amyloid-β and Phosphorylated Tau in APP/PS1/hTau Mice (Posterior Brain; 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 left entorhinal cortex (the entorhinal cortex in the right hemisphere was not injected in this brain as a control). For reference, an illustration with atlas labels for this approximate brain level is provided below.

Coronal Mouse Brain Section at the Level of the Entorhinal Cortex

Coronal Mouse Brain Section (Bregma -3.2) with Neuroanatomy Labels

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

High magnification image showing phosphorylated tau (in neuronal soma and processes) and fibrillar amyloid-β (plaques and vascular pathology) in the entorhinal cortex.

Sleep Alterations in APP/PS1/hTau Mice

Sleep is altered in Alzheimer’s disease and has been associated with tau-driven neuropathology. Increased daytime sleep has been observed in later stages of the disease.

We have performed an assessment of sleep-wake cycles in the APP/PS1/hTau model using the non-invasive PiezoSleep system. The plot below shows the increased level of sleep in the dark phase in APP/PS1/hTau mice compared to APP/PS1 mice (corresponding to daytime sleep in humans).

PiezoSleep System Illustration and Plot of Sleep Percentage

Percentage of sleep in the light and dark phases measured by the PiezoSleep system.

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 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 figures below show MRI atlases and quantitative measures in several brain regions.

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.

Translation of Mouse MRI Brain Atrophy Data to Human Alzheimer's Disease

Our team at Biospective has performed a rigorous analysis of the relationship between amyloid-β, tau, and cortical thickness in human Alzheimer’s disease. This analysis was performed using Amyloid PET, Tau 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 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.

We have further demonstrated that the correlation between tau and cortical thickness is increased as the amyloid-β burden increases, which is apparent in the video below.

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

This human neuroimaging data corresponds well with our mouse MRI data showing that tau is the primary driver of brain atrophy with an apparent increase in the presence of amyloid-β.

Summary

This novel amyloid-β/tau co-pathology mouse model recapitulates several features of Alzheimer’s disease. In terms of the neuropathology, we have observed parenchymal (including diffuse, dense-core, and neuritic plaques) and vascular Aβ aggregates, phosphorylated tau in cell bodies and processes (including dystrophic neurites), microgliosis, and astrogliosis. We plan to further explore the relationships between the misfolded proteins and neuroinflammation in this model.

One of the most interesting observations is the neurodegenerative phenotype in the APP/PS1/hTau mice. The regional brain atrophy observed via structural analysis of the anatomical MRI scans can provide a robust way to evaluate the effects of potential interventions and serve as a translational biomarker given the widespread use of neuroimaging in AD clinical trials.

Based on the quantifiable in-life and post-mortem measures that we have reported, APP/PS1/hTau mice can serve as a useful model for preclinical evaluation of novel disease-modifying therapeutics for Alzheimer’s disease.

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
Control Panel
Section: Coronal Section 1
Channels

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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