ゴーシェ病をモデル化した4L/PS-NAマウスの内臓および神経の表現型の特性化

Characterization of the visceral and neuronal phenotype of 4L/PS-NA mice modeling Gaucher disease.

• Victoria Schiffer
• Estibaliz Santiago-Mujika
• Stefanie Flunkert
• Staffan Schmidt
• Martina Farcher
• Tina Loeffler
• Irene Schilcher
• Maria Posch
• Joerg Neddens
• Ying Sun
• Jan Kehr
• Birgit Hutter-Paier

抄録

ゴーシェ病は、グルコセレブロシダーゼの欠乏によって引き起こされ、神経系の症状だけでなく、非神経系の症状を引き起こす可能性があります。一般的な内臓症状としては、グルコセレブロシダーゼの欠乏による脾臓の肥大、グルコシルセラミド、グルコシルスフィンゴシン基質の蓄積などが挙げられます。神経症状としては、運動障害や小脳の強い変化が見られる。この壊滅的な疾患の治療のための新規化合物の効果を評価するためには、ヒトの表現型に近い動物モデルが必要である。4L/PS-NAマウスは、ゴーシェ病のモデル動物として、ヒトと同様にグルコセレブロシダーゼ活性が低下していることが示されているが、このモデルの詳細な解析はまだ行われていなかった。そこで我々は、4L/PS-NAマウスを用いて、内臓の変化、運動障害、グルコセレブロシダーゼ活性、基質レベル、神経炎症などの神経細胞の変化を解析した。特に小脳の病理学的変化に焦点を当てた。その結果、4L/PS-NAマウスでは内臓が強く肥大し、肥大した白血球やマクロファージが浸潤していることが明らかになった。さらに、脳内のグルコシルセラミドとグルコシルスフィンゴシンの増加、大脳皮質と海馬のアストロサイトーシスと活性化されたミクログリア、小脳のカルビンジンの減少を伴う強い運動障害を示した。後者は強力なプルキンエ細胞の損失に直接関係していた。これらの結果は、4L/PS-NAマウスモデルの経年変化の詳細な特徴を示しており、このモデルの翻訳的価値を示し、ゴーシェ病に対する新規化合物を評価するための前臨床試験の効率化研究に有用であることを証明している。

Gaucher disease is caused by a deficiency in glucocerebrosidase that can result in non-neuronal as well as neuronal symptoms. Common visceral symptoms are an increased organ size, specifically of the spleen, and glucosylceramide as well as glucosylsphingosine substrate accumulations as a direct result of the glucocerebrosidase deficiency. Neuronal symptoms include motor deficits and strong alterations in the cerebellum. To evaluate the effect of new compounds for the treatment of this devastating disease, animal models are needed that closely mimic the human phenotype. The 4L/PS-NA mouse as model of Gaucher disease is shown to present reduced glucocerebrosidase activity similar to human cases but an in-depth characterization of the model was still not performed. We therefore analyzed 4L/PS-NA mice for visceral alterations, motor deficits and also neuronal changes like glucocerebrosidase activity, substrate levels and neuroinflammation. A special focus was set at pathological changes of the cerebellum. Our results show that 4L/PS-NA mice have strongly enlarged visceral organs that are infiltrated by enlarged leukocytes and macrophages. Furthermore, animals present strong motor deficits that are accompanied by increased glucosylceramide and glucosylsphingosine levels in the brain, astrocytosis and activated microglia in the cortex and hippocampus as well as reduced calbindin levels in the cerebellum. The latter was directly related to a strong Purkinje cell loss. Our results thus provide a detailed characterization of the 4L/PS-NA mouse model over age showing the translational value of the model and validating its usefulness for preclinical efficiency studies to evaluate new compounds against Gaucher disease.