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파킨슨병 모델의 신경원섬유소 가벼운 사슬

신경필라멘트 경쇄(NfL; NF-L) 수치가 파킨슨병 마우스 및 랫트 모델에서 혈액(혈장; 혈청) 및 뇌척수액 바이오마커로 사용될 수 있는 방법.

마지막 업데이트 날짜: 2024년 7월 06일

왜 파킨슨병 동물 모델에서 신경섬유 가벼운 정도를 측정해야 할까요?

신경원섬유소(NfL; NF-L)는 뉴런의 축삭 세포질에 국한되는 중간 필라멘트 단백질 계열의 경쇄 구성원입니다. 축삭이 손상되거나 퇴화되면, NfL이 세포 외 공간으로 방출되어, 이후 뇌척수액(CSF)과 혈액(혈장, 혈청)에서 측정될 수 있습니다. 따라서, NfL 수치는 축삭 손상 및/또는 신경 퇴화의 유체 바이오마커 역할을 합니다.

우리 그룹은 파킨슨병의 α-시누클레인 프리폼드 피브릴(PFF) 시드링 및 확산 마우스 모델에서 생체 내 자기공명영상(MRI)으로 측정한 전체 뇌 부피와 혈장 및 CSF NfL 수치 사이의 강한 상관관계를 입증했습니다. 이 분석은 이 체액 바이오마커가 뇌 위축을 반영하는 데 유용함을 보여줍니다. 참고로, 체액 내 NfL 수치는 신경해부학적 특이성 없이 전체 신경계에 걸친 전체 신경 손상을 반영합니다. 반면에, MRI는 부피 변화뿐만 아니라 피질 두께와 척수 단면적의 변화를 포함하여 특정 구조(예: 뚜렷한 피질 및 피질하 영역, 척수 등)의 국소적 변화를 측정할 수 있습니다. 따라서 혈액 및 CSF NfL 수치와 구조적 MRI 측정은 보완적 방식으로 고려되어야 합니다.

혈장 NfL 수치와 MRI로 측정한 전뇌 부피 사이의 관계를 보여주는 그래프

플라스마 & CSF NfL 수치와 파킨슨병의 α-시누클레인 마우스 모델에서 생체 내 MRI로 측정한 전체 뇌 부피 간의 상관관계.

NfL 수치는 전임상 치료 효능 연구 기간 동안 여러 시점에서 측정할 수 있으므로 동일한 동물에 대한 종단적 평가를 가능하게 합니다. 연구 기간 동안 여러 번의 혈액 채취를 쉽게 수행할 수 있습니다. Biospective에서는 여러 개의 생체 내 CSF 샘플을 수집할 수 있는 기능도 갖추고 있어, 파킨슨병 동물 모델에서 질병 진행과 치료 개입의 효과를 모니터링하기 위해 체액 NfL 수치의 시간적 프로파일에 대한 포괄적인 분석을 가능하게 합니다.

신경원 섬유의 빛은 혈액과 뇌척수액 샘플에서 어떻게 측정됩니까?

NfL은 일반적으로 효소 결합 면역 흡착 분석법(ELISA) 또는 초고감도 단일 분자 배열(Simoa) 분석을 사용하여 체액 샘플에서 평가됩니다. Simoa 분석법 은 원본 출판물에 자세히 설명되어 있듯이, ELISA의 민감도를 1,000배 이상 능가합니다. Simoa는 표적 분석물의 매우 낮은 농도에 비해 매우 높은 농도로 항체 변형 상자성 비드를 사용하는 첨단 단일 분자 단백질 검출 기술을 나타냅니다. 이 설정은 각 비드가 최대 한 개의 면역 복합체를 포착하도록 합니다. 그 다음, 표적 분석 물질은 스트렙타비딘-&베타;-갈락토시다아제(S&베타;G)와 같은 검출 시스템에 결합된 두 번째 표적 항체 또는 다중 분석을 위한 여러 개의 비오틴화 검출 시약으로 표지됩니다. 기질이 도입되면, 검출 시약은 형광 생성물을 생성합니다. Simoa의 민감도의 핵심은 하나의 자성 비드에서 나오는 형광 강도의 농도에 있습니다. 이 강도는 오일로 덮인 마이크로웰 안에 있는 하나의 비드에서만 측정됩니다. CCD(charge-coupled device)로 개별 웰에서 포착된 형광을 이용하여 신호를 얻습니다. 어레이에서 신호를 생성하는 웰의 비율을 계산함으로써 표적 단백질의 농도를 정량화할 수 있습니다.

Simoa 분석법의 높은 민감도와 낮은 용량 요구 사항으로 인해, 이 분석법은 마우스의 뇌척수액과 혈액(혈장 또는 혈청) 샘플 분석에 이상적인 도구입니다. 뇌척수액은 아주 소량만 채취할 수 있고, 혈액 내 NfL 농도는 매우 낮습니다. 이 고감도 분석법은 펨토그램(fg/mL) 수준의 낮은 NfL 수준도 감지할 수 있습니다.

마우스 생체액에서 NfL 농도의 수집 및 Simoa 분석 수행 과정에 대한 개요.

최근 Simoa의 발전으로 인해 다중화 전략이 가능해졌으며, 이로 인해 다양한 질병 관련 마커의 동시 평가가 가능해졌습니다. 다중화는 표적 항체 및 검출 시약과 함께 형광 표지된 상자성 비드를 사용하여 여러 마커를 구별할 수 있는 복합 형광 신호를 생성하는 등 여러 기술을 통해 이루어집니다. 예를 들어, 성상교세포에서 발견되는 중간 필라멘트인 GFAP(glial fibrillary acidic protein)는 NfL과 동시에 측정할 수 있습니다. GFAP는 성상교세포증의 바이오마커 역할을 하며, 신경세포 완전성의 바이오마커 역할을 하는 NfL과 함께 보완적인 통찰력을 제공합니다. 이 다중 Simoa 기법은 파킨슨병 환자의 NFL, GFAP, UCHL1, 타우의 혈장 수준을 평가하는 데 성공적으로 사용되었습니다.

파킨슨병의 동물 모델에서 신경원 섬유의 혈액과 뇌척수액의 농도가 어느 정도인 것으로 보고되었습니까?

저희 그룹은 α-시누클레인 프리폼드 피브릴(PFF) 시드링 & 스프레딩 마우스 모델에서 혈장과 뇌척수액의 NfL 측정을 정기적으로 수행합니다. 이 모델을 생성하기 위해, 우리는 정위 주사를 통해 생쥐 뇌의 특정 부위에 재조합 인간 α-시누클레인 PFF를 주입하여 해부학적으로 연결된 경로를 따라 전파되는 α-시누클레인 응집체의 형성을 시작합니다(소위 "프리온과 같은 확산"). 강력한 질병 표현형을 생성하기 위해, 우리는 일반적으로 섬유소를 전방 후각 핵(AON)에 일방적으로 주입 하여 변연계 모델을 생성 하거나, 내측 전뇌 다발(MFB)을 주입하여 운동 시스템 모델을 생성합니다. 우리는 M83 형질전환 생쥐에 인간 α-시누클레인을 과발현하는 A53T 돌연변이를 생쥐 프리온 단백질 프로모터(Prnp) 아래에 주입합니다. 우리는 이 파킨슨병 생쥐 모델에서 광범위한 신경 퇴행을 입증했습니다. 우리는 이 생쥐의 혈장과 뇌척수액에서 NfL 수치가 매우 높게 상승하는 것을 일상적으로 관찰합니다.

파킨슨병 쥐의 혈장 및 뇌척수액 NfL 농도

AON과 MFB에 재조합 인간 α-시누클레인 PFF를 주입한 M83+/- 형질전환 생쥐의 혈장과 뇌척수액에서 매우 높은 수준의 NfL(평균 및 표준 편차)이 발견되었습니다.

Kasanga 등은 Sprague-Dawley 쥐를 대상으로 6-하이드록시도파민(6-OHDA)으로 병변을 유발한 후 혈청 NfL 수치가 가짜 동물에 비해 40% 증가한다는 사실을 발견했습니다. 이 그룹은 또한 중간 강도의 유산소 운동이 가짜 그룹과 6-OHDA 그룹 모두에서 혈청 NfL 수치를 현저하게 감소시켰으며, 가짜 그룹에서는 42%, 6-OHDA 그룹에서는 25% 감소시켰습니다.

Bacioglu와 동료 연구자들은 Thy1-hA53T-αS(A53T-αS) 쥐의 NfL 수준을 평가했습니다. A53T-αS 쥐의 경우, 비-유전자 변형 대조군보다 10배 이상 높은 CSF NfL 수치가 증상이 없는 2~4개월령 쥐에서 이미 관찰되었다는 사실을 발견했습니다. 이후 NfL 수치가 증가하여 8~10개월령의 나이에 연령이 비슷한 비유전자 변형 대조군 마우스보다 1,000배 더 높았습니다. 혈장 NfL 수치는 2~4개월령에 큰 증가를 보이지 않았지만, 증상이 나타난 단계에서 100배 이상 증가했습니다.

이 그룹은 또한 노화 증상이 있는 A30P-αS 형질전환 생쥐에서 추출한 뇌 추출물을 접종한 Thy1-hA30P-αS(A30P-αS) 생쥐의 NfL 수준을 평가했습니다. 주사하지 않은(대조군) A30P-αS 마우스의 혈장과 뇌척수액에서 측정한 NfL 수치는 18~22개월령의 A53T-αS 마우스와 유사한 연령 관련 NfL 수치 증가를 보였습니다. 그러나 A30P-αS 마우스에 유전자 변형 뇌 추출물을 주입하자, 이 증가가 생후 7~8개월로 바뀌었습니다. 따라서 저자들은 α-시누클레인 병리와 체액 NfL 수치 사이에 기계적 연관성이 있다고 제안했습니다.

Loeffler 외. Line 61 알파-시누클레인 트랜스제닉 모델의 NfL 수준을 평가했습니다. 수컷 Line 61 마우스의 혈장을 3, 6, 9, 12개월령에 NfL 수준을 분석했습니다. 그들은 나이가 많은 동물에서 높은 수준의 가변성을 보이는 비-트랜스제닉 동족체와 비교했을 때 NfL 수준이 약간 증가하는 것만 발견했습니다.

Clement 등은 MitoPark 마우스 모델에서 혈장과 뇌척수액의 수치를 평가했지만, 같은 종류의 통제군과 비교했을 때 유의미한 상승을 발견하지 못했습니다.

저희 팀은 파킨슨병 모델에 관한 질문에 기꺼이 답변해 드리고, 치료 효능 연구에 사용하는 모델에 관한 구체적인 정보를 제공해 드릴 것입니다.

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자주 묻는 질문

MRI 뇌 용적은 NfL 수치와의 상관관계를 측정하는 데 어떻게 사용되었습니까?


파킨슨병 마우스 모델에서 치료 후 NfL의 감소를 측정하기 위해 필요한 표본 크기는 얼마입니까?


Α-시누클레인 PFF 시드 모델에서 왜 전후방 후각핵에 주사하는 것입니까?


신경섬유소 가벼운 측정은 임상적으로 적용 가능한가?


참고문헌


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