Tg2576 마우스 대 APP/PS1 (ARTE10) 마우스 – 알츠하이머병 신약 개발을 위한 아밀로이드-β 모델 선정

요약하자면: 1년 이내에 진행 여부를 결정해야 하는 아밀로이드 관련 치료제 개발 프로그램의 경우, APP/PS1 (ARTE10) 계통이 더 나은 기본 선택지이며, Tg2576은 기존 데이터셋을 재현하는 용도로만 사용하는 것이 가장 좋습니다. 동형접합 ARTE10 마우스는 생후 약 3개월에 첫 플라크 침착이 나타나며 5개월이 되면 플라크 표현형의 발현률이 100%에 도달하는 반면, Tg2576의 플라크는 생후 약 9개월에 나타나며 발현률이 11~13개월이 되어야 비로소 완전해진다 (Willuweit, 2009). 이 차이는 코호트 규모의 차이를 고려하기 전에도 연구군당 약 6개월의 추가적인 동물 사육 기간을 의미합니다. 또한 ARTE10 마우스는 동형접합 계통으로 번식하며, 아밀로이드-β 부하에서 성별 차이가 거의 없고, 초기 침착 단계부터 확산형 및 고밀도 코어형 티오플라빈 양성 플라크를 나타내므로, 이 모델은 아밀로이드 PET 영상 촬영은 물론 플라크 표적 치료제 및 기타 알츠하이머병 표적 치료제의 평가에 활용하기 용이하다 (Willuweit, 2021).

두 모델 모두 아밀로이드-β(Aβ) 침착을 나타내는 형질전환 마우스 모델이지만, 보유한 가족성 알츠하이머병 돌연변이의 수와 번식 방식에서 차이가 있습니다. Tg2576은 단일 형질전환 유전자를 가지고 있으며, 나이가 들면서 아밀로이드 병리를 나타냅니다. 반면, APP/PS1 (ARTE10) 은 두 개의 공동 통합된 형질전환 유전자를 가지고 있으며 동형접합 상태로 유지되어, 처음부터 더 큰 아밀로이드 생성 압력을 제공합니다.

Tg2576. Tg2576 마우스는 햄스터 프리온 단백질 프로모터 하에서 스웨덴 이중 돌연변이(K670N/M671L)를 지닌 인간 APP의 695 아미노산 이소형을 과발현합니다. 초기 특성 분석에 따르면, 생후 3개월에는 정상적인 학습 및 기억 능력이 관찰되었으나, 9~10개월이 되면 장애가 나타나기 시작했으며, Aβ 수치가 상승한 동물에서는 대뇌 피질 및 변연 구조에서 콩고 레드 양성 플라크가 확인되었다 (Hsiao, 1996). 이 계통은 통상적으로 C57BL/6 × SJL 혼합 배경에서 유지되고 있다 (Rustay, 2010).

APP/PS1 (ARTE10). ARTE10 마우스는 동일한 스웨덴 돌연변이를 가진 인간 APP와 M146V 돌연변이를 가진 인간 프레세닐린-1을 보유하며, 두 유전자 모두 신경세포 특이적 Thy-1 프로모터에 의해 발현되고, 두 트랜스유전자가 함께 유전되도록 공동 통합되어 있습니다. 이 계통은 두 트랜스유전자 모두에 대해 동형접합 상태로 유지될 때 생존 가능하고 번식 능력이 있으며, 번식 성능은 야생형 C57BL/6 마우스와 비슷합니다. 돌연변이 프레세닐린-1은 γ-세크레타제 절단 반응을 이 동물들에서 주를 이루는 불용성 형태인 Aβ42 쪽으로 전환시켜, Aβ42의 조기 및 강력한 침착에 기여합니다 (Willuweit, 2009). Biospective의 연구는 C57BL/6NTac 배경을 가진 동형접합 계통을 활용합니다.

두 계통 모두 APP 과발현 모델의 1세대에 속하며, 해당 분야의 문헌 고찰에 따르면 과발현 자체만으로도 알츠하이머병과 무관한 표현형을 유발할 수 있으므로, 모델은 관례에 따라 선택하기보다는 구체적인 실험 목적에 맞춰 선정되어야 한다고 경고하고 있습니다(Sasaguri, 2017; Jankowsky & Zheng, 2017). 아래의 비교는 이러한 선택에 기초하여 구성되었다. 더 공격적인 계통과의 동등한 비교에 대해서는 5xFAD 대 APP/PS1 마우스에 관한 당사의 자료를 참조하십시오.

아밀로이드-β 병리를 나타내는 Tg2576 및 APP/PS1 (ARTE10) 마우스 모델의 직접 비교. 두 모델의 행 레이블은 동일하며, 발표된 값이 없는 항목은 생략된 것이 아니라 ‘평가되지 않음’으로 표시되었다. 별도로 인용되지 않은 한, 발병 시기, 침투율, 일란성, 프로모터, 변이성 및 사망률에 대한 값은 ARTE10 계통의 특성 분석 및 다른 형질전환 아밀로이드 모델과의 비교 연구(Willuweit, 2009)에서 인용한 것이다.

ARTE10 마우스는 Tg2576 마우스보다 약 6개월 정도 일찍 아밀로이드를 침착시키며, 이는 나중에 응집되는 확산성 물질이 아니라 성숙한 고밀도 플라크 형태로 침착됩니다. ARTE10 동형접합체 동물에서는 생후 3개월에 전방 신피질과 서비큘럼에 첫 플라크가 나타나며, 나이가 들면서 해마, 편도체, 시상으로 확산되는 반면, 소뇌는 인간 알츠하이머병과 마찬가지로 영향을 받지 않는다 (Willuweit, 2009). 반면, Tg2576은 원래 생후 9~10개월 사이에 기억 장애와 콩고 레드 양성 플라크가 동시에 나타나는 모델로 특징지어졌습니다 (Hsiao, 1996).

Tg2576 마우스에서는 생화학적 변화와 조직학적 변화의 시기가 서로 다르다. 불용성 Aβ40 및 Aβ42는 생후 6~7개월에 검출되기 시작하여 10개월까지 기하급수적으로 증가하지만, 이 기간 동안의 조직병리학적 소견은 고립된 핵에 국한된다; 12개월이 되면 확산성 플라크가 뚜렷하게 나타나며, 아밀로이드 코어를 가진 신경돌기 플라크는 12개월부터 23개월 사이에 축적된다(Kawarabayashi, 2001). 16개월 시점에 검사된 동물에서는 뚜렷한 신경교증과 신경돌기 이영양을 동반한 아밀로이드 침착이 관찰된다(Irizarry, 1997). 따라서 조직학적으로 플라크 부하를 측정하는 연구 프로그램은 6개월 시점의 생화학적 신호를 연구 시작점으로 간주할 수 없다.

이러한 형태학적 차이는 섬유상 아밀로이드에 결합하는 모든 물질에 있어 중요합니다. ARTE10 뇌에서는 가장 초기 단계의 미세한 침착물조차 이미 콩고필릭 특성을 보이며, 확산성 침착물은 플라크 부하가 높아진 후에야 위성 형태로만 나타납니다(Willuweit, 2009). 6가지 마우스 모델에서 채취한 생체 외 섬유에 대한 극저온 전자현미경 관찰 결과, ARTE10 섬유에는 환자 뇌에서 관찰되는 인간형 II 필라멘트 접힘 구조가 포함되어 있는 것으로 밝혀졌으며, 저자들은 이 특성을 플라크 표적 치료제 및 PET 추적자 개발을 위한 모델 선정과 직접적으로 연관지었다(Zielinski, 2023).

동형접합 ARTE10 계통은 검출도, 개체 간 편차, 성별 효과, 탈락률 등 검정력 계산에 반영되는 모든 측정 항목에서 두 마우스 모델 중 재현성이 더 높은 것으로 나타났습니다. 조사된 모든 동형접합 ARTE10 마우스는 발병 2개월 후인 생후 5개월 시점에 플라크를 보였으며, 같은 연령대의 개체 간 플라크 부하량의 변동성은 낮았습니다 (Willuweit, 2009).

성별 효과. 성별은 Tg2576에서는 설계상의 제약 요인이지만, ARTE10에서는 그렇지 않습니다. 15개월령에 검사된 91마리의 Tg2576 마우스 코호트에서, 암컷의 뇌 내 플라크가 차지하는 면적은 수컷의 약 3배에 달했으며, ELISA를 통한 Aβ40 및 Aβ42 측정 결과에서도 작지만 일치하는 차이가 나타났습니다 (Callahan, 2001). 따라서 해당 모델을 이용한 연구는 단일 성별로 진행하여 임상적 적용 가능성을 약화시키거나, 성별에 따라 계층화하여 추가 동물 비용을 부담해야 합니다. 반이형접합체 또는 동형접합체 ARTE10 마우스에서는 성별 차이가 보고된 바 없습니다 (Willuweit, 2009).

배경 계통. Tg2576에 사용된 C57BL/6 × SJL 혼합 배경은 열성 Pde6b rd1 망막 퇴행 대립유전자를 가지고 있으며, 이 배경은 행동 검사 전반에 걸쳐 높은 변동성을 보인다; 동일한 APP 트랜스유전자가 동종계통 129 배경에서 발현되었을 때는 유사한 Aβ 병리 소견과 함께 더 일관된 기능 저하가 관찰되었다(Rustay, 2010). 이러한 현상의 실질적인 영향은 측정 가능했다: rd 동형접합체에서는 8개월 또는 16개월 시점에 물 미로 습득이 불가능했으나, Y-미로 교대 행동, 물체 인식 및 반스 미로 검사에서는 여전히 유의미한 결과가 나타났다(Yassine, 2013). Tg2576에서 어떤 인지 평가 지표를 선택하든, 동물의 시력 상태를 고려하여 선정해야 한다.

두 모델 모두 플라크와 관련된 강력한 신경교 세포 활성화를 유발하지만, ARTE10은 이를 더 일찍 유발하며 “미세환경 분석”을 뒷받침하는 공간적 배열을 보인다. ARTE10 뇌의 모든 아밀로이드 플라크는 유비퀴틴 양성 퇴행성 신경돌기 고리로 둘러싸여 있으며, 그 주변에는 Iba-1 양성 활성화된 미세아교세포와 GFAP 양성 반응성 성상세포가 동반되어 있는데, 이러한 3자 구조는 인간 노화성 플라크의 고전적인 형태를 반영한다 (Willuweit, 2009). Tg2576 마우스에서도 이에 상응하는 신경교증과 신경돌기 위축이 나타나지만, 이는 훨씬 나중에야 완전히 침착되는 아밀로이드와 함께 발생하며, 16개월이 지나도 CA1 영역에서 신경세포 손실을 동반하지 않는다(Irizarry, 1997; Kawarabayashi, 2001).

글리아 반응은 개별 플라크를 중심으로 조직되기 때문에, 유익한 측정 결과는 전체적인 것이 아니라 공간적인 것입니다. Biospective는 전체 슬라이드 다중 면역형광법 및 자동 분할 기술을 사용하여, ARTE10 마우스에서 플라크 주변의 아스트로사이트 형태와 활성화된 미세아교세포 집단 대 비활성화된 미세아교세포 집단을 포함하여 개별 플라크의 염증성 미세환경을 정량화합니다. 이 모델에 대한 내부 특성 분석 결과, 연령이 증가함에 따라 연속적인 연령군 전반에 걸쳐 대뇌 피질의 플라크 밀도와 Iba-1 및 GFAP 염색 밀도가 모두 증가하는 것으로 나타났습니다. 플라크 분류에 대한 자세한 배경 정보는 아밀로이드-β 플라크 분석 관련 자료에서 확인할 수 있습니다.

ARTE10은 뇌혈관 아밀로이드 연구에 있어 더 효율적인 플랫폼이지만, 항체에 의한 미세출혈 분야에서는 Tg2576이 더 오랜 기간에 걸쳐 연구 실적이 보고되어 왔다. 아밀로이드 관련 영상 이상은 항아밀로이드 항체의 주요 용량 제한 독성으로, 부종 또는 삼출(ARIA-E)과 헤모시데로시스 또는 미세출혈(ARIA-H)로 구성되며, 이러한 이상 소견은 뇌 아밀로이드 혈관병증(CAA)과 임상적 및 병리생리학적 특징을 공유하며, 아포지단백 E 하플로타입과 항체 용량이 주요 위험 요인으로 작용한다(Hampel, 2023). 따라서 모든 전임상 ARIA 모델은 실질 내 플라크뿐만 아니라 진정한 혈관 아밀로이드를 형성해야 한다.

ARTE10 마우스는 실질 아밀로이드증이 진행됨에 따라 대뇌 피질 내, 연막, 맥락막 혈관에서 아밀로이드 혈관병증을 나타낸다(Willuweit, 2009). 뇌 및 혈관 아밀로이드를 모두 가진 생후 10개월 된 ARTE10 마우스를 대상으로 한 다중 모드 MRI 연구에 따르면, 해마에서 겉보기 횡이완율과 자기 감수성이 지역적으로 증가했으며, 그 효과 크기가 컸고, 면역조직화학 검사에서 해마의 철분 부하가 증가한 것으로 나타났다(Shahid, 2026). 이러한 종류의 자기감도 가중 영상(SWI) 판독은 환자의 ARIA-H를 감지하는 데 사용되는 것과 동일한 기본 물리학 원리에 기반하며, 기준선에서 미세출혈이 존재할 경우 후속 ARIA의 위험이 높아집니다(Hampel, 2023).

Tg2576 모델에서, 장기간에 걸친 전신 항-Aβ 항체 투여는 노화 동물에서 혈관 병리를 악화시킨 반면, 동일한 항체를 뇌실 내로 투여했을 때는 뇌 아밀로이드 혈관병증 및 관련 미세출혈이 감소했다(Thakker, 2009). 이는 진정으로 유익한 ARIA 유사 실험을 제공했으나, 노화 마우스에서 수행된 것이었다. 따라서 이 두 모델 간의 장단점은 생물학적 측면보다는 주로 시간적 측면에서 나타납니다. ARTE10 연구는 10개월 시점에서 결과를 확인할 수 있는 반면, Tg2576 실험은 훨씬 더 노화된 동물을 필요로 합니다.

APOE4 의존적 위험 모델링이 필요한 연구 프로그램의 경우, 두 모델 중 하나와 교배한 모델을 사용할 수 있습니다. 두 접근법 모두 헤모시데린에 민감한 시퀀스를 사용하는 생체 내 MRI가 필요합니다. 최근 ARTE10xAPOE4 교배 모델이 개발되었으며, 현재 Biospective의 연구 과학자들이 이 모델에서 ARIA와 관련된 변화를 평가하고 있습니다.

모델 선택은 연구 시작 시기와 필요한 코호트 규모를 모두 결정하며, 이 두 가지 요인은 상호작용하여 영향을 미칩니다. 완전 침투성을 보이는 ARTE10 코호트는 생후 5개월부터 연구할 수 있는 반면, Tg2576은 생후 11~13개월이 되어야 완전한 침투성에 도달합니다(Willuweit, 2009). 3개월 기간에 걸쳐 투여가 이루어지는 치료군에 있어, 이는 코호트의 첫 번째 생일 이전에 종료되는 생애 내 단계와 두 번째 해까지 상당히 연장되는 단계 간의 차이이며, 이에 상응하는 사육, 이탈 및 유지 비용이 발생합니다.

코호트 규모는 모델 이름보다는 종말점의 변동성에 의해 결정되므로, 절대 플라크 부하보다 발현율과 개체 간 확산이 더 중요합니다. 동형접합 ARTE10 계통의 세 가지 특성은 더 작고 효율적인 코호트를 선호합니다: 완전한 침투율, 확립된 병리가 없는 동물의 최소화, 보고된 성별 효과의 부재로 인해 양성을 통합할 수 있음, 그리고 특정 연령에서 동물 간 변동성이 낮음(Callahan, 2001).

Biospective는 투여부터 생체 내 영상 촬영, 정량적 신경병리학 및 면역분석에 이르기까지, 동형접합 APP/PS1 (ARTE10) 모델을 종단적 CRO 서비스로 운영합니다. 알츠하이머병 신약 개발 프로그램에서 가장 흔히 사용되는 평가 지표는 다음과 같습니다:

프로그램에서 아밀로이드와 더불어 타우 병리 및 명백한 신경퇴행이 필요한 경우, 당사는 동일한 ARTE10 배경을 기반으로 한 아밀로이드-β 및 타우 공동 병리 모델을 운영하며, 보다 광범위한 알츠하이머병 모델 포트폴리오는 이와 관련된 다른 질문들을 다루고 있습니다. 저희의 ‘미세아교세포, 성상세포 및 신경퇴행성 질환 이니셔티브’는 글리아 관련 평가 지표의 기반이 되는 방법론을 종합적으로 다루고 있습니다.

과학적 질문이 아밀로이드 생물학 전반이 아니라 해당 특정 계통과 관련되어 있을 경우, Tg2576은 여전히 적절한 모델로 남아 있습니다. 다음과 같은 세 가지 상황이 이에 해당한다. 첫째, 기존 Tg2576 데이터셋의 재현 또는 확장 연구로, 계통을 변경할 경우 동일한 프로그램 내에서 생성된 과거 대조군 데이터와의 비교 가능성을 저해할 수 있는 경우이다. 둘째, Tg2576에서 생물학적 기전이 이미 확립되었으나 다른 모델에서는 발현이나 작용 양상이 규명되지 않은 표적에 대한 기전 연구이다. 셋째, 예를 들어 불용성 Aβ는 증가하고 있지만 조직학적 플라크는 최소한으로 남아 있는 침착 전 단계를 조사하기 위해, 의도적으로 더 느린 단일 트랜스제네 경로를 활용하는 연구입니다 (Kawarabayashi, 2001).

또한 ARTE10이 무엇을 제공하지 않는지에 대해서도 명확히 밝힐 필요가 있습니다. Tg2576 및 기타 APP 또는 APP-프레세닐린 트랜스제닉 계통과 마찬가지로, ARTE10은 신경섬유다발을 형성하지 않으며, 노화된 동형접합체에서 나타나는 타우 과인산화 현상은 플라크와 관련된 소수의 위축성 신경돌기에 국한된다(Willuweit, 2009). ARTE10은 아밀로이드 모델이며, APP 과발현 모델과 관련된 더 광범위한 주의 사항이 적용됩니다. 즉, 생리학적 수준을 초과하는 APP 농도에 기인하는 표현형이 반드시 알츠하이머병의 특징이라고 볼 수는 없습니다 (Sasaguri, 2017).

대부분의 아밀로이드 표적 치료 프로그램의 경우, 동형접합 APP/PS1 (ARTE10) 계통을 사용할 것을 권장하며, Tg2576은 기존 데이터와의 연속성을 유지하기 위해 별도로 확보해 둡니다. 이러한 결정은 연구 비용과 치료 효과 검출 확률에 직접적인 영향을 미치는 네 가지 특성에 근거합니다: 3개월에 플라크가 발생하고 5개월까지 완전한 발현이 이루어진다는 점(Willuweit, 2009); 아밀로이드 부하에 있어 성별 차이가 보고된 바 없는 반면, 15개월 시점에서 암컷 Tg2576 마우스의 아밀로이드 부하가 수컷보다 거의 3배 더 높은 점(Callahan, 2001); 가장 초기 침착물부터 나타나는 콩고필성 고밀도 플라크가 아밀로이드 PET 추적자에 의해 결합되는 형태라는 점(Willuweit, 2021); 그리고 환자 뇌에서 발견되는 인간 II형 다형성을 포함하는 섬유 접힘 구조(Zielinski, 2023). 혈관 관련 평가 지표의 경우, 이 모델은 10개월 시점에서 측정 가능한 뇌 및 혈관 아밀로이드를 나타낸다(Shahid, 2026).

APP/PS1 (ARTE10)을 선택하십시오. 특히 종단적 MRI를 통해 1년 이내에 아밀로이드 감소, 플라크 표적화 또는 신경염증 효과를 검출하고 정량화하는것이 목표이거나, ARIA 관련 안전성 연구를 위해 혈관 아밀로이드 기질이 필요한경우입니다 (Hampel, 2023). 대신, 이 모델에는 엉킴 병리 및 명백한 신경세포 손실이 없다는 단점이 있으며, 당사의 공동 병리 모델은 이러한 공백을 메우기 위해 설계되었습니다.

프로그램이 기존 Tg2576 데이터셋과 일치해야하거나, 표적의 생물학적 특성이 해당 계통에서 구체적으로 문서화되어 있거나, 또는 더 느린 침착 전 단계 자체가 연구 대상인경우에는 Tg2576을 선택하십시오 (Kawarabayashi, 2001). 이 경우, 약 11개월 경에 시작되는 연구, 성별에 따라 계층화되거나 제한되어야 하는 코호트, 기존 유전적 배경상의 망막 퇴행 대립유전자에 의해 제한되는 과제 선정, 그리고 이탈률을 고려한 과다 모집을 수용해야 합니다(Callahan, 2001; Yassine, 2013).

저희 팀은 귀사의 알츠하이머병(AD) 프로그램을 위한 모델 선정, 코호트 규모 결정, 및 평가 지표 전략에 대해 기꺼이 논의해 드리겠습니다. 연구 범위를 설정하기 위해 저희에게 연락해 주십시오.

자주 묻는 질문

관련 콘텐츠