설치류에서 파킨슨병(PD)을 모델링하는 일반적인 접근 방식은 미토콘드리아 복합체 I 억제제인 로테논과 같은 신경 독소를 사용하는 것입니다. 생쥐에 로테논을 전신 투여하면 PD 증상이 빠르게 유도됩니다. 그러나 결과는 종종 편차가 커서 견고성이 부족하다는 특징이 있습니다.
따라서 로테논을 꼬리핵(CPu)에 일방적으로 주입하는 것은 이전 접근법에 대한 좋은 대안이 될 수 있습니다. 주사를 맞으면 여러 행동 테스트에서 운동 능력이 저하될 뿐만 아니라 도파민 신호가 교란되고 신경 퇴화가 증가하며 활성화된 미세아교세포와 성상세포증으로 나타나는 신경 염증이 나타납니다.
구체적으로, 로테논을 일방적으로 주입하기 전(기준선)과 주입 2주 및 4주 후의 세 시점에 두 가지 운동 행동 테스트를 통해 쥐를 테스트했습니다. 로테논을 주사한 동물은 회전 테스트(그림 1A)에서 4주 후, 빔 워크 테스트(그림 1B)에서 2주 후부터 DMSO를 주사한 마우스에 비해 운동 능력이 현저히 손상된 것으로 나타났습니다.
그림 1. 로테논을 주입한 쥐의 운동 결손. A: 회전 테스트에서 동측 회전의 비율, B: 로테논 또는 DMSO 주입 전(기준선)과 2주 및 4주 후 빔 워크 테스트에서 걸음 수당 미끄러짐. 평균 + SEM(그룹당 n=16~28). 각 시점의 그룹과 각 그룹 내 시점을 비교하기 위해 양방향 반복 혼합 모델 공변량 분석과 Bonferroni 사후 검증을 실시했습니다. **p <0.01, ***p<0.001, #p <0.05, ###p <0.001.
추가 분석 결과, 로테논 주입은 주입된 CPU에서 티로신 하이드 록실 라제 (TH) 수치를 감소시킨 반면 반대쪽 CPU에서는 TH 수치가 생리적으로 유지되는 것으로 나타났습니다 (그림 2A). 말단 혈장 샘플에서 신경섬유 경쇄(NFL) 수치를 측정한 결과, 로테논을 주사한 마우스에서는 주사 2주 후 이미 NFL 수치가 현저히 증가했습니다. 로테논 주사 4주 후에도 NFL 수치는 DMSO 주사 마우스에 비해 여전히 유의하게 증가했지만, 로테논 주사 2주 후 채취한 혈장에 비해서는 수치가 감소했습니다(그림 2B).
인산화 α-시누클레인 수치의 조직학적 평가 결과, 로테논 주입 반구의 CPu에서 잔류 Ser129(pSer129-α-syn)에서 인산화 α-시누클레인 수치가 현저히 증가했습니다(그림 2C). 활성화된 미세아교세포에 대한 신경염증 마커 Iba1(데이터 표시 안 됨)과 성상교세포증에 대한 GFAP를 분석한 결과, 주사 2주 후 이미 반대쪽 CPU에 비해 로테논을 주입한 CPU에서 면역 반응 영역이 크게 증가했습니다(데이터 표시 안 됨). 흑질에서도 비슷한 결과가 관찰되었습니다. 두 마커의 수치는 그림 2D의 GFAP에 표시된 것처럼 주사 4주 후에도 증가된 상태를 유지했습니다.
그림 2. 로테논을 주입한 생쥐의 신경세포 병리. A: 기준 시점과 주사 2주 및 4주 후 로테논 및 DMSO 주사 마우스의 ipsi- 및 반대측 CPu에서 곡선 아래 면적 (AUC)으로 나타낸 티로신 하이드 록실 라제 (TH) 수준; n = 8. B: 기준 시점과 주사 2주 및 4주 후 로테논 및 DMSO 주사 마우스에서 수집 한 말단 혈장에서 신경 필라멘트 경쇄 (NFL) 수준 (pg/ml 혈장); n = 8-10). C: pSer129- α-시누클레인 및 D: 로테논 및 DMSO 주입 마우스의 기저시점과 주입 2주 및 4주 후의 ipsi- 및 반대측 흑질에서 아교 섬유소 산성 단백질(GFAP) 면역 반응(IR) 면적(%); n = 8. 평균 + SEM. A, C, D: 양방향 반복 분산분석(ANOVA)에 이은 본페로니 사후 검정: *동일 동물 내 반대쪽 반구와 동측 반구 간 차이, #동일반구 비교 시 치료군 간 차이. B: 모든 그룹을 기준선과 비교하기 위한 일원 분산 분석 후 Bonferroni 사후 검정, 그룹 및 시점 간 차이를 평가하기 위한 이원 분산 분석 후 Bonferroni 사후 검정(기준값은 제외). *시점에 따른 그룹 간 차이, #기준선과의 차이. */#p<0.05, **/##p<0.01 ***/##p<0.001. C/contra, 반대측; I/ipsi, 동측.
야생형 마우스의 꼬리핵에 로테논을 일방적으로 주입하면 강한 운동 결손, 도파민 신호 장애, 신경 퇴화 및 신경 염증이 발생한다고 요약할 수 있습니다. 효과는 강력하고 대부분 주입된 뇌 영역에서 관찰되지만 동측 흑질에서 추가로 관찰되며, 로테논 주입 반구의 반대쪽 뇌 영역은 영향을 받지 않습니다. 로테논 주사 후 2~4주 후에 이미 병리가 뚜렷해지기 때문에 로테논을 주사한 마우스는 매우 빠른 PD 모델을 나타내므로 매우 짧은 리드 타임으로 PD 약물을 테스트할 수 있습니다.
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