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AAV-Tau(AAV-Tau蛋白病)模型概述

对于这种进行性核上性麻痹和皮质基底变性模型,我们会在约2-3个月大的C57BL/6小鼠的黑质中单侧立体定向接种过表达野生型人类tau蛋白(MAPT)的AAV。这种小鼠模型可复制人类tau蛋白病的一些关键特征,包括

  • 黑质致密部多巴胺能神经元减少
  • 同侧纹状体多巴胺能神经元脱神经
  • 细胞体和神经突起的磷酸化tau聚集
  • 活化的微胶质细胞
  • 反应性星形胶质细胞
  • 运动功能障碍
  • 通过活体核磁共振扫描测量的大脑萎缩(黑质、中脑、尾状核-壳核)

AAV-Tau模型生成

模型生成的一般方案是:

带有啮齿动物的立体定向手术装置

对于这种特定模型,我们使用8-12周龄的C57BL/6小鼠。然后,我们将AAV载体立体定向注射到黑质附近。我们使用带有自动微量注射器的数字立体定向设备,以实现高精度和精确度。

使用该模型的研究可以迅速启动。研究的体内阶段通常持续约6周。因此,可以在相对较短的时间内提供读数,尤其是与阿尔茨海默病和tau蛋白病变的传统tau转基因模型相比。

我们的验证措施

  • 后肢夹紧试验
  • 尾悬挂摆动测试
  • 圆筒测试
  • 旋转木马测试
  • 核磁共振成像脑萎缩
  • IHC和多重免疫荧光

了解更多关于该模型对人类tau蛋白病可移植性的信息。

注射 SNc 的 AT8 免疫荧光染色
注射鼻窦中的 Iba-1 和 GFAP 双重免疫荧光染色
同侧大脑半球的酪氨酸羟化酶染色显著减少
多巴胺能神经元在注射的窦房结中严重缺失
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注射 SNc 的 AT8 免疫荧光染色 

注射鼻窦中的 Iba-1 和 GFAP 双重免疫荧光染色

同侧大脑半球的酪氨酸羟化酶染色显著减少

多巴胺能神经元在注射的窦房结中严重缺失

模型特征

下面的交互式演示可让您了解我们对AAV-Tau小鼠模型的表征,包括体内数据和整个多重免疫荧光组织切片的高分辨率图像。

您只需使用左侧面板浏览“图像故事”即可。

您可以使用鼠标左键在高清显微镜图像中平移。您可以使用 鼠标/触控板(上/下)或左上角的+和-按钮放大和缩小 。您可以在右上角的控制面板中 切换(开/关)、更改颜色以及调整通道和分割的图像设置。

我们建议使用 全屏模式,以获得 最佳交互体验。

具有帕金森病特征的新型 AAV-hTau Tau 病小鼠模型的特征描述

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生物前临床徽标

Tauopathies(如进行性核上性麻痹和皮质基底变性)是一种罕见疾病,具有突出的帕金森病特征,包括运动症状,如姿势不稳、垂直凝视麻痹、僵直、运动迟缓(运动过缓)、肌肉收缩(肌张力障碍)和突然抽搐(肌阵挛)。此外,患者还可能面临语言和吞咽困难、认知能力下降以及大脑皮层感知能力丧失等问题。这些神经退行性疾病通常进展迅速,其病理特征是神经元和胶质细胞中的磷酸化 tau 包涵体。

在开发可改变牛磺酸脑病治疗方法的过程中,一个重要的问题是缺乏能再现人类疾病的动物模型。为了解决这个问题,Biospective 公司开发了一种腺相关病毒(AAV)载体诱导的小鼠模型,该模型非常适合进行进行性核上性麻痹和皮质基底变性的临床前疗效研究。

本互动演示介绍了 Biospective 的 AAV 人类 tau 模型的一些关键运动功能、神经影像学和病理学特征,该模型是一种具有帕金森病特征的 tau 病。

该模型是利用数字立体定向装置和自动显微注射器,将AAV-hTau(野生型2N4R人类tau)载体注射到2个月大的C57BL/6小鼠左侧黑质(SNc),并将AAV-null(对照组)载体注射到右侧黑质(SNc)而产生的。小鼠在注射后6周被处死。

带有 AAV 注射部位的冠状图

SNc 注射部位的冠状图谱视图

通过免疫染色 磷酸化 Tau (AT8)、构象改变 Tau (MC1)、GFAP、Iba-1、酪氨酸羟化酶、多巴胺能核,并用DAPI核染色进行反染,生成多重免疫荧光(mIF)图像。使用高通量玻片扫描仪对组织切片进行数字化,并使用 Biospective 的PERMITSTM软件平台进行处理。

要浏览此 "图像故事",可以使用 该面板右上角的箭头 和/或 目录图标 。

带工具提示的导航面板

您还可以随时与右侧查看器中的显微图像互动,进一步探索这些高分辨率数据。

磷酸化人类 Tau 病理学

该显微镜图像显示了 pTau 的AT8免疫染色。同侧(左半球)中脑在SNc附近和稍外侧显示出广泛的染色。为便于解剖参考,下面提供了该大脑水平的图谱标签。

黑质下水平的冠状脑图谱

带神经解剖学标签的小鼠脑冠状切片(Bregma -3.2)。

神经元细胞体和过程中的 Tau 病理学

这张高倍放大图片显示,SNc 中神经元的体节和突起均有广泛的pTau染色。

构象改变的 Tau 病理学

这张低倍图像显示了MC1免疫染色,表明 AAV-Tau 注射小鼠的注射部位存在构象改变的 tau。值得注意的是,同侧(左侧)半球注射部位周围出现了明显的染色。

细胞体和神经元中构象改变的 Tau 病理学

这幅高倍放大图像显示,位于SNc的神经元的细胞体和神经元突起内都有广泛的MC1染色。

细胞体和神经元中构象改变的 Tau 病理学

这幅高倍放大图像显示,位于SNc的神经元的细胞体和神经元突起内都有广泛的MC1染色。

细胞体和神经元中构象改变的 Tau 病理学

这幅高倍放大图像显示,位于SNc的神经元的细胞体和神经元突起内都有广泛的MC1染色。

细胞体和神经元中构象改变的 Tau 病理学

这幅高倍放大图像显示,位于SNc的神经元的细胞体和神经元突起内都有广泛的MC1染色。

黑质下的神经变性

从该显微镜图像中可以看出,与对侧半球相比,同侧SNc中TH阳性多巴胺能神经元大量丢失。下面是该大脑水平的图谱标签,以供参考。

黑质下水平的大脑冠状切片

带神经解剖学标签的小鼠脑冠状切片(Bregma -3.2)。

利用我们的PERMITSTM定量分析软件,我们对 SNc 中的 TH 染色进行了量化。下图显示,与 AAV 空(对照组)小鼠相比,AAV-Tau 小鼠同侧半球的 TH 显著减少。

与AAV - null(对照组) 注射相比,AAV-Tau的 TH 染色密度;平均 SEM,t 检验,**** p<0.0001。

SNc和中脑的脑萎缩

区域性脑萎缩是陶陶病的一个主要特征。磁共振成像(MRI)在临床上用于进行性核上性麻痹(参见我们的资料)和皮质基底变性(参见我们的资料)的无创神经成像。我们 Biospective 的团队研究了 tauopathies(见MRI Measures of Disease Progression for Progressive Supranuclear Palsy Clinical Trials 和 MRI & Corticobasal Degeneration)脑萎缩的时空模式。我们发现在这两种疾病中,包括中脑和纹状体在内的多个脑区都存在明显萎缩。

鉴于核磁共振成像是一种 "转化生物标志物",我们使用 7T 临床前核磁共振成像扫描仪获取了 AAV-hTau 和 AAV 空源(对照组)小鼠的高分辨率活体解剖三维核磁共振图像。我们使用专有的NIGHTWINGTM软件对图像进行了全自动处理,发现SNc和中脑的脑萎缩非常明显。这一数据与显微镜图像中看到的TH阳性神经元的缺失非常吻合。

SNc 级核磁共振成像脑图谱和体积数据

解剖核磁共振成像(SNc和中脑分段)以及AAV-Tau注射与AAV-null(对照组)注射在同侧和对侧半球之间的相对差异图;平均SEM,t检验,*** p<0.001; **** p<0.0001.

对侧鼻窦多巴胺能神经元

这张显微镜图像显示的是对侧(右半球)SNc,红色显示 TH 阳性的细胞体和过程。多巴胺能神经元的核以蓝色显示。

同侧鼻窦多巴胺能神经元的缺失

该显微镜图像显示同侧(左半球)SNc 与对侧半球相比,TH 阳性细胞体和过程(红色)明显减少。多巴胺能神经元核以蓝色显示。

尾状突起的神经变性与多巴胺能运动障碍

该显微镜图像显示同侧(左半球)尾状丘脑的多巴胺能严重去势(TH 阳性末端缺失)。下图提供了这一大致脑水平的图谱标签,以供参考。

纹状体水平的图谱切面

带神经解剖学标签的小鼠脑冠状切片(Bregma +0.86)。

利用我们的PERMITSTM定量分析软件,我们对尾状突起中的 TH 染色进行了量化。下图显示,同侧大脑半球的 TH 染色减少非常明显。

尾状突起中的酪氨酸羟化酶染色

与AAV - null(对照组) 注射相比,AAV-Tau的 TH 染色密度;平均 SEM,t 检验,**** p<0.0001。

这种多巴胺能神经支配的缺失与这些小鼠的单侧运动障碍非常吻合,包括在圆筒测试中使用同侧爪子的次数显著增加、在旋转木马测试中跌倒的潜伏期缩短、在尾部悬吊摆动测试(TSST)中向对侧摆动的次数增加以及后肢夹紧次数增加。此外,使用SNAP评分还能检测到早期感觉运动不对称现象,这表明SNAP评分可作为跟踪疾病进展的灵敏测量指标。

气缸测试结果

AAV-Tau与AAV - null(对照组) 注射相比的圆柱体测试数据;平均 SEM,t 检验,**** p<0.0001。

旋转木马测试结果

AAV-Tau与AAV 空(对照组) 注射相比的旋转测试数据;平均 SEM,t 检验,**P<0.01。

TSST 结果

与AAV- null(对照组) 注射相比,AAV-Tau的摆尾悬吊试验(TSST)数据;平均 SEM,t 检验,**** p<0.0001。

后肢夹紧测试结果

与AAV- null(对照组) 注射相比,AAV-Tau的后肢夹持数据;平均 SEM,t 检验,**** p<0.0001。

SNAP 测试结果

第 1、3 和 5 周,AAV-Tau与AAV-null(对照组) 注射的 SNAP 评分比较;平均 SEM,t 检验,**p<0.01;**** p<0.0001。

同侧尾状突起多巴胺能终端的缺失

该高倍视图显示了同侧纹状体多巴胺能(TH 阳性)末梢的严重缺失程度。但仍有一些残存的(尽管是萎缩的)轴突存在。

我们还在核磁共振成像扫描中发现了尾状突起明显的脑萎缩,这与我们对进行性核上性麻痹和皮质基底变性人群的核磁共振成像数据分析结果非常吻合。这些数据支持了这种牛磺酸病模型的 "可转化性"。

纹状体水平的核磁共振成像图谱和体积数据

解剖磁共振成像与分段纹状体,以及同侧和对侧纹状体的相对差异图。 ****p<0.0001.

局部表面变形揭示了 Tau 驱动的神经退行性变

我们采用一种新颖的基于表面的形态计量学方法,通过确定神经变性的敏感核磁共振成像衍生生物标志物--纹状体和中脑中与多巴胺能神经元缺失相关的局部表面变形,验证了我们的 AAV-Tau 模型。

AAV-Tau 小鼠纹状体表面变形

纹状体的三维表面渲染图,显示 AAV-Tau 注射小鼠左半球向内变形的局部区域。冷色表示与向内位移相对应的具有统计学意义的负t统计量。变形仅限于同侧,与 tau 诱导的萎缩一致。

纹状体变形与 TH 密度之间的相关性

纹状体表面变形图与相应的 TH 密度相关性的叠加。暖色区域代表具有显著正 t 统计量的区域,表明局部表面变形与 TH 标记密度之间存在密切关系。这些区域突显了 AAV-Tau 小鼠的多巴胺能神经支配区。

中脑萎缩模式

AAV-Tau 注射小鼠的中脑表面变形图。冷色表示具有显著负t统计量的区域,反映了左半球局部的表面向内位移(萎缩)。与年龄较大的小鼠相比,在年龄较小的小鼠中观察到了更广泛的空间变形模式。

局部表面变形揭示了 Tau 驱动的神经退行性变

我们采用一种新颖的基于表面的形态计量学方法,通过确定神经变性的敏感核磁共振成像衍生生物标志物--纹状体和中脑中与多巴胺能神经元缺失相关的局部表面变形,验证了我们的 AAV-Tau 模型。

小神经胶质细胞对人类 2N4R Tau 表达的反应

在这张低倍放大的图像中,我们很容易发现同侧(左侧)半球(方框所示)的Iba-1 阳性小胶质细胞密度高于对侧半球。

下图显示了SNc的Iba-1染色密度。

AAV-Null 和 AAV-Tau 注射小鼠的 Iba-1 染色图

与AAV- null(对照组) 注射相比,AAV-Tau 的 Iba-1 染色密度;平均 SEM,t 检验,**** p<0.0001。

我们利用团队开发的新型计算机视觉和机器学习方法对小胶质细胞进行了形态学分析。这种全自动算法可对非激活(柱状化)和激活(非柱状化)小胶质细胞进行分类。

未激活和激活的小胶质细胞图像

下图显示了SNc中的小胶质细胞活化情况,AAV-Tau小鼠的小胶质细胞活化程度显著增加。

显示 SNc 中激活的小胶质细胞的 PERMITS 数据图

与AAV- null(对照组) 注射相比,AAV-Tau的小胶质细胞活化情况;平均 SEM,t 检验,**** p<0.0001。

磷酸化 Tau 附近的 Iba-1 染色

该高倍视图显示,在有磷酸化 tau聚合体的区域,Iba-1 染色的小胶质细胞密度增加。

星形胶质细胞增多症与人类 Tau 病理学

这张低倍显微镜图像显示,同侧半球(方框所示)的GFAP 阳性星形胶质细胞密度较高。下图显示 SNc 中的 GFAP 染色密度。

SNc 中 GFAP 染色密度图

与AAV- null(对照组) 注射相比,AAV-Tau 的 GFAP 染色密度;平均 SEM,t 检验,**** p<0.0001。

p-Tau 附近的 GFAP 染色

该高倍视野显示,在有磷酸化 Tau聚集的区域,GFAP 染色的星形胶质细胞密度增加。

摘要

这种具有帕金森病特征的新型 tauopathies 小鼠模型再现了进行性核上性麻痹和皮质基底变性的许多标志性特征,包括非对称运动功能障碍的发生(由于单侧注射),以及相关的 TH+ SNc 神经元和纹状体 TH 表达的缺失。

AAV-hTau 会导致区域性高度明显的脑萎缩、小胶质细胞密度和活化水平升高、星形胶质细胞密度增加和肥大,以及病理 tau 在细胞体和神经元中的积累。计划开展进一步研究,继续探究该模型的病理变化。

这种可诱导且进展迅速的小鼠模型非常适合用于 体内 外定量读数的药物发现,与现有的转基因模型相比,它在筛选针对 tau 相关病理的新型治疗方案方面具有明显的优势。

请在查看器中进一步浏览显微图像。

如果您想 与我们联系,我们很乐意与您讨论该模型和我们的特征描述 。

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栏目: SNc 第 1 款
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常见问题解答

核磁共振成像(MRI)脑萎缩是否可以作为转化生物标志物?


脑萎缩主要是由tau蛋白还是淀粉样蛋白和β蛋白引起的?


您能否定量评估这种tau蛋白病模型中尾状核-壳核的多巴胺能神经支配?


什么是“尾部悬挂摆动测试”?


如何量化AAV-Tau模型中的反应性星形胶质细胞?


什么是“腺相关病毒”(AAV)载体?


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