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TDP-43 モデルの概要

細胞質TDP-43(またはTDP43)凝集体は、家族性および散発性ALSの顕著な特徴です。TDP-43凝集体を伴う筋萎縮性側索硬化症(ALS、運動ニューロン疾患[MND]とも呼ばれる)のトランスジェニック(Tg)マウスモデルはいくつか存在しますが、それぞれに長所と短所があります。ALSの動物モデルについては、リソース -創薬のためのALSマウスモデルで詳しく説明しています。

Biospectiveでは、TDP-43タンパク質異常症(「TDP-43モデル」)のALSマウスモデルであるrNLS8(またはΔNLS、delta NLS、dNLS)のオリジナル版と修正版の両方を使用しています。

  • オリジナルマウスモデル(「オフ・ドックス」):急速に進行する(数週間)
  • バイオスプクティブマウスモデル(「Low Dox」):進行が遅い(数ヶ月

ALS研究者にとって、これらのTDP-43モデルには次のような大きな利点があります。

  • TDP-43の細胞質への局在異常
  • 進行性の運動障害
  • 筋力低下、脱神経、萎縮
  • 運動ニューロン変性および局所脳萎縮
  • 神経炎症
  • 脳、脊髄、神経筋接合部(NMJ)の病理

このモデルの経過は予測可能であり、疾患の進行の測定値は高い再現性を示すため、前臨床研究における治療薬の評価に優れたモデルとなります。詳しくは、リソース -TDP-43 ΔNLS (rNLS8) マウスを用いた薬剤開発をご覧ください。

TDP-43 マウス 世代

rNLS8 (NEFH-hTDP-43-ΔNLS) 二重トランスジェニック ALS マウス(「TDP43 マウスモデル」)は、tetO-hTDP-43-ΔNLS 導入遺伝子を持つマウスと、NEFH-tTA 導入遺伝子を持つマウスを交配させることで作製されます。 この TARDBP モデルはWalker らにより開発および報告されたものです(Acta.。これは、筋萎縮性側索硬化症(ALS)または運動ニューロン疾患(MND)のモデルです。また、前頭側頭型認知症(FTD)または前頭側頭葉変性症(FTLD)のTDP-43病理モデルとしても使用できます。

これらのTDP-43トランスジェニックマウスは、繁殖中および初期の老化期間(通常5~12週齢)にDox食で飼育されます。その後、マウスはDox食から標準食(「Doxオフ」モデル)またはBiospective社が開発した代替プロトコル(「低Dox」モデル)に変更され、ヒトTDP-43の発現が可能になります。このモデルの興味深い特徴は、マウスをDox食に戻すことで病理学的および機能的な回復が達成できることです。

異なるDox条件下におけるスコアの推移を示すグラフ

当社のバリデートTDP-43トランスジェニックマウスは、

このモデルのヒトALSへの翻訳可能性について、さらに詳しく知る。

顕微鏡画像

下のインタラクティブイメージビューアーでは、TDP-43トランスジェニックマウスモデルのMultiplex Immunofluorescence組織切片全体をご覧いただけます。

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 、切り替え(オン/オフ)、色の変更、および画像設定の調整を行うことができます。

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 でのご利用をお勧めします。

Multiplex Immunofluorescence of Brain Sections from the “Low Dox” TDP-43ΔNLS Mouse Model of ALS

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An Image showing the Biospective Preclinical Logo

This Interactive Microscopy Image Story illustrates some of the interesting pathologic features of Biospective's "Low Dox" TDP-43ΔNLS mouse model.

This ALS model was specifically intended to have a slower disease progression compared to the original rNLS8 model, and to allow greater potential to detect disease-modifying therapeutic effects. We have found intriguing temporal dynamics of different pathologic aspects (e.g. neurodegeneration, astrogliosis, microgliosis) in this model.

Here, we explore the human TDP-43 expression in neurons and the neuroinflammatory response in a coronal brain section from this model.

This multiplex immunofluorescence (mIF) image was generated by immunostaining for hTDP-43, 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.

https://opt003stagmediafiles.blob.core.windows.net/image/59d0970eaf9748f7a10f45935e285d2e

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

Human TDP-43 Expression (Coronal View)

In this model, the human TDP-43ΔNLS transgene is under the control of the neurofilament heavy chain (NEFH) promoter (Walker, 2015). As such, expression is observed in neurons throughout the central nervous system (CNS).

As can be seen in this microscopy image, there is heterogeneity in the expression of human TDP-43 levels in neurons in different brain regions (e.g. cerebral cortex vs. caudate-putamen). For reference, an illustration with atlas labels for this brain level is provided below.

An Image from a Mouse Brain Atlas

Mouse Brain Section (Bregma +0.75) with Neuroanatomy and Cortical Layer Labels

Human TDP-43 Expression (Sagittal View)

This image shows a sagittal view of a Low Dox mouse brain immunostained for human TDP-43. Note the spatial pattern of cytoplasmic TDP-43 expression, with strong intensity in various brain regions, including the cerebral cortex, hippocampus, thalamus, hypothalamus, olfactory bulb, cerebellum, and brainstem.

An Image from a Mouse Brain Atlas

Mouse Brain Section (Lateral 1.4mm) with Neuroanatomy Labels

Cytoplasmic Mislocalization of hTDP-43

This mouse model was specifically designed to develop TDP-43 aggregates in the cytoplasm. The human TDP-43 has a defective nuclear localization signal (NLS) (Igaz, 2011). Walker and colleagues have also shown reduced expression levels of endogenous mouse TDP-43 in the nucleus as a result of cytoplasmic TDP-43 accumulation (Walker, 2015).

In this image from the motor cortex, note the high level of staining in the cytoplasm relative to the nucleus. The video below shows the hTDP-43 and DAPI toggled on/off to clearly see the spatial localization of hTDP-43.

Regional Cortical & Subcortical Astrogliosis

A prominent reactive astrogliosis is found in close proximity to degenerating motor neurons in ALS patients and animal models of ALS. While reactive astrogliosis in ALS is likely both primary and secondary to motor neuron degeneration, astrocytes are not simple bystanders and can influence the fate of motor neurons (Vargas, 2010).

This image shows the GFAP immunofluorescence staining. Astrogliosis is apparent in portions of the motor and somatosensory cortex, as well as the caudate-putamen.

Cortical Astrocytes in Laminar Pattern

The arrows highlight this laminar pattern in Layer 4 of the somatosensory cortex, while the box shows astrocytes in the motor cortex.

Astrocytes & TDP-43ΔNLS Expressing Neurons

In this image, one can readily appreciate the spatial relationship between the GFAP-stained astrocytes and the TDP-43 stained neurons.

We have found cortical atrophy in this model using in vivo anatomical MRI scans and advanced image processing & analysis methods.

Note the regional cortical thinning (green & yellow colors) in this animation, corresponding to regions of astrogliosis in the multiplex IF image. This multi-modality data suggests a regional (and potentially laminar) vulnerability of specific neuronal populations to mislocalized TDP-43.

Activated Microglia & TDP-43ΔNLS Model

Microglia appear to have central role in the pathologic and functional features in this ALS model. Examples of activated microglia with morphological changes (e.g. hypertrophic cell bodies, shorter processes) can be seen in this microscopy image from the somatosensory cortex.

Our team has developed advanced image processing tools that allow for analysis of microglial morphology, and we have been applying this technique to IHC & IF sections from various neurodegenerative disease models.

By leveraging our large dataset of IHC/IF images from TDP-43ΔNLS mice, we have identified a strong correlation between the density of non-ramified ("activated") microglia and the composite motor score (a combination of clasping, tremor, grill agility, hindlimb paralysis, and overall well-being scores).

An Image Showing the Relationship between Motor Scores and Microglia

Regional microglia morphological changes are highly correlated with the clinical composite (motor) scores (r=0.83).

Microglia & hTDP-43 Expressing Neurons

Spiller et al. (Spiller, 2018) found a shift in morphology from resting/homeostatic (ramified) to activated microglia during the disease “recovery” after expression of pathological TDP-43 was halted. These reactive microglia selectively cleared the neuronal hTDP-43 and there was a concomitant functional recovery. We have also observed this recovery of motor function in this model.

An Image showing a Plot of Hindlimb Clasping

When Spiller and colleagues (Spiller, 2018) blocked microgliosis with the CSF1R/c-kit inhibitor, PLX3397, during the early recovery phase, the mice failed to regain full motor function, revealing a neuroprotective role of microglia in this model.

This ability to facilitate clearance of cytoplasmic TDP-43 may be mediated via microglial-neuronal interactions (Cserép, 2021). Neuroinflammatory interactions between microglia and neurons occur at both synapses and the soma, with synaptic interactions regulating pruning, plasticity, and network synchronization. When dysfunctional, these interactions can lead to pathological synapse elimination and neurodegeneration (Clark, 2012; Pascual, 2012; Hong, 2016). Soma interactions, recently identified as critical for monitoring neuronal health, can provide neuroprotection or, when dysregulated, contribute to chronic inflammation and neuronal death (Salter, 2017; Cserép, 2021).

The arrow on the microscopy image from the motor cortex indicates potential contact points between the neuron soma and microglial processes. Our team is actively analyzing these glial-neuronal interactions and their roles in disease pathogenesis.

References

Clark, A.K., Malcangio, M. Microglial signalling mechanisms: cathepsins and fractalkine. Exp. Neurol., 234: 283–292, 2012; doi: 10.1016/J.EXPNEUROL.2011.09.012

Cserép, C., Pósfai, B., Dénes, A. Shaping neuronal fate: functional heterogeneity of direct microglia-neuron interactions. Neuron, 109: 222-240, 2021; doi: 10.1016/j.neuron.2020.11.007

Hong, S., Beja-Glasser, V.F., Nfonoyim, B.M., Frouin, A., Li, S., Ramakrishnan, S., Merry, K.M., Shi, Q., Rosenthal, A., Barres, B.A., Lemere, C.A., Selkoe, D.J., Stevens, B. Complement and microglia mediate early synapse loss in Alzheimer mouse models. Science, 352: 712–716, 2016; doi: 10.1126/SCIENCE.AAD8373

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

Pascual, O., Achour, S. Ben, Rostaing, P., Triller, A., Bessis, A. Microglia activation triggers astrocyte-mediated modulation of excitatory neurotransmission. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109: 2012; doi: 10.1073/PNAS.1111098109

Salter, M.W., Stevens, B. Microglia emerge as central players in brain disease. Nat. Med., 23: 1018–1027, 2017; doi: 10.1038/NM.4397

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 in a mouse model of TDP-43 proteinopathy. Nat. Neurosci., 21: 329–340, 2018; doi: 10.1038/s41593-018-0083-7

Vargas, M.R., Johnson, J.A. Astrogliosis in amyotrophic lateral sclerosis: role and therapeutic potential of astrocytes. Neurotherapeutics, 7: 471-81, 2010; doi: 10.1016/j.nurt.2010.05.012

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

Table of Contents
Control Panel
Section: Coronal Brain
Channels

このモデルの特性評価、検証済みの測定、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

TDP43トランスジェニックモデルにおいて、疾患修飾が示されたことはありますか?


核局在シグナルとは何ですか?


従来のモデルと比較して、Biospective社の「Low Dox」マウスモデルの利点は何ですか?


TDP43マウスではリン酸化TDP43凝集体が見られますか?


Biospectiveは このTDP43 トランスジェニックモデルどのような治療薬 を評価しましたか


Biospectiveは TDP43トランスジェニックALSモデルにおいて経口投与を行うことはできますか


Biospective社の「Low Dox」ALSマウスモデルに関する研究期間はどのくらいですか?


研究用のマウスは容易に入手できますか?


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