Bedöma Functional Performance i<em> Mdx</em> Musmodell
Summary
Det primära effektmåttet i kliniska försök för neuromuskulära sjukdomar är allmänt förbättrad muskelfunktion. Därför att bedöma effekten av potentiella terapeutiska föreningar på muskelprestanda pre kliniskt i musmodeller är av stor betydelse. Vi här beskriver flera funktionella tester för att ta itu med detta.
Abstract
Duchennes muskeldystrofi (DMD) är en allvarlig och progressiv muskelförtvining sjukdom för vilken inget botemedel finns. Trots detta har flera potentiella läkemedelspreparat och genterapi metoder utvecklats i kliniska prövningar. Med förbättrad muskelfunktion är den viktigaste ändpunkten i dessa prövningar, har stor vikt lagts vid att upprätta tillförlitlig, reproducerbar, och lätt att utföra funktionstester till pre kliniskt utvärdera muskelfunktion, styrka, kondition och koordination i mdx musmodell för DMD. Både invasiva och icke-invasiva tester finns tillgängliga. Tester som inte förvärrar sjukdomen kan användas för att bestämma den naturliga historia av sjukdomen och effekterna av terapeutiska ingrepp (t ex. Forelimb greppstyrka tester, två olika hängande tester med hjälp av antingen en tråd eller ett rutnät och rotarod igång). Alternativt kan tvingas löpband rinnande användas för att förbättra sjukdomsförloppet och / eller bedömaskyddande effekter av terapeutiska ingrepp på sjukdomspatologi. Vi här beskriver hur du utför dessa vanligaste funktionstester på ett tillförlitligt och reproducerbart sätt. Med hjälp av dessa protokoll som bygger på standardrutiner möjliggör jämförelser av data mellan olika laboratorier.
Introduction
Duchennes muskeldystrofi (DMD) är den vanligaste neuromuskulär sjukdom som påverkar 1:5000 nyfödda pojkar. Denna allvarliga och progressiva muskelförtvining sjukdom orsakas av mutationer i DMD-genen som stör den öppna läsramen och förhindra syntes av funktionella dystrofin protein. Muskelfibrer saknar dystrofin är sårbara för ansträngningsutlöst skada. Vid konsumtion av muskelns förnyelseförmåga, och på grund av kronisk inflammation i skadade muskler är fibrer ersätts av bindväv och fett, därefter leder till en förlust av funktion. Generellt DMD patienter förlorar förflyttningar i de nedre extremiteterna tidigt i det andra decenniet. Senare också musklerna i armar och skuldergördel är drabbade och patienter utvecklar ofta thoracolumbar skolios grund av asymmetrisk försvagning av musklerna som stöder ryggmärgen. Assisterad ventilation krävs i allmänhet i de sena tonåren eller i tjugoårsåldern. Andningsvägar och hjärtsvikt blytill döds i den tredje eller fjärde decennium 1.
Även den orsakande genen har upptäckts över 25 år sedan 2, finns det inget botemedel för DMD. Men förbättrad hälsovård och användning av kortikosteroider har ökade livslängden i västvärlden 3. Med hjälp av djurmodeller som MDX musen, stora steg framåt i upptäckten av potentiella terapeutiska strategier har gjorts. MDX-musen är den mest använda DMD musmodell. Den har en punktmutation i exon 23 av den murina DMD-gen och följaktligen saknar dystrofin 4. Under de senaste åren har många föreslagit strategier gått in i kliniska prövningar 5-9. I dessa studier är förbättrad muskelfunktion det primära effektmåttet, som ligger bakom det är viktigt att testa nyttan av föreningar på muskelfunktion hos möss under pre kliniska stadiet av tester.
Liksom DMDpatienter, även de dystrophin negativa muskelfibrer av MDX-möss är känsliga för utöva inducerad skador och deras muskelfunktionen är nedsatt jämfört med C57BL/10ScSnJ vildtyp möss. Denna nedskrivning kan bedömas med olika funktionstester. En del av dessa tester är icke-invasiv och inte stör muskelpatologi (t.ex. frambensgreppstyrka, hängande tester och rotarod igång). Därför kan de användas för att övervaka naturhistoria av sjukdomen eller bestämma effekterna av föreningar på sjukdomsutveckling. För att få en ingående bild av påverkan av föreningar på muskelfunktion i mdx-möss, kan ett funktionellt test regim som inte interfererar med sjukdomsutveckling som består av alla dessa tester användas 10.
Alternativt kan tvingas löpband igång användas för att avsiktligt förvärra sjukdomsförloppet och testa de skyddande kapacitet föreningar 11. Den löpband kan också varaanvänds som effektmått där gångtid tills utmattning mäts 12, eller som ett verktyg för utmattnings MDX möss så att de presterar sämre i en efterföljande funktionstest säkerställer större skillnader i prestanda mellan behandlingsgrupperna 13. När du väljer funktionstester, ska deras effekt på sjukdomsförloppet hållas i minnet, särskilt när man testar dystrofa möss gillar mdxmus 14.
Vi här i detalj beskriva hur du utför de vanligaste funktionstester på ett tillförlitligt och reproducerbart sätt baserat på tillgängliga standardrutiner från TREAT-NMD nätverk. Klicka här för att besöka TREAT-NMD .
Protocol
Representative Results
Discussion
De funktionstester som presenteras här är reproducerbar, enkel att utföra och som gäller för vildtyp och dystrofa möss oberoende av deras ålder. Testerna ger användbara verktyg för att pre kliniskt utvärdera muskelfunktion, styrka, kondition och koordination. Vid testning av effekterna av en förening på naturhistoria av sjukdomen, de icke-invasiva tester som beskrivs här (frambensgreppstyrka, både hängande tester och rotarodtestet) kan fint kombineras i ett funktionstest regim där dessa tester utförs p?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka Margriet Hulsker för hennes fotografiska stöd och hjälp för att skapa bilder av möss och granskarna för deras mycket konstruktiva kommentarer. Detta arbete stöddes av ZonMW, TREAT-NMD (kontraktsnummer LSHM-CT-2006 till 036.825) och Duchennes Parent Project.
Materials
| Mouse grip strength meter | Chatillon DFE (re-sold by Columbus Instruments) | # 80529 | |
| Hanging wire 2 limbs device | Cloth hanger or custom made device | ||
| Hanging wire 4 limbs device | Lid of rat cage or custom made device | ||
| Rotarod | Ugo Basil | # 47600 | |
| Treadmill for mice Exer 3/6 | Columbus Instruments | # 1055SRM |
Riferimenti
- Blake, D. J., Weir, A., Newey, S. E., Davies, K. E. Function and genetics of dystrophin and dystrophin-related proteins in muscle. Physiol. Rev. 82, 291-329 (2002).
- Hoffman, E. P., Brown, R. H., Kunkel, L. M. Dystrophin: the protein product of the Duchenne muscular dystrophy locus. Cell. 51, 919-928 (1987).
- Bushby, K., et al. Diagnosis and management of Duchenne muscular dystrophy, part 1: diagnosis, and pharmacological and psychosocial management. Lancet Neurol. 9, 77-93 .
- Bulfield, G., Siller, W. G., Wight, P. A., Moore, K. J. X chromosome-linked muscular dystrophy (mdx) in the mouse. Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. 81, 1189-1192 (1984).
- Bowles, D. E., et al. Phase 1 gene therapy for Duchenne muscular dystrophy using a translational optimized AAV vector. Mol. Ther. 20, 443-455 (2012).
- Cirak, S., et al. Exon skipping and dystrophin restoration in patients with Duchenne muscular dystrophy after systemic phosphorodiamidate morpholino oligomer treatment: an open-label, phase 2, dose-escalation study. Lancet. 378, 595-605 .
- Goemans, N. M., et al. Systemic administration of PRO051 in Duchenne’s muscular dystrophy. N. Engl. J. Med. 364, 1513-1522 (2011).
- Malik, V., et al. Gentamicin-induced readthrough of stop codons in Duchenne muscular dystrophy. Ann. Neurol. 67, 771-780 (2010).
- Skuk, D., et al. First test of a "high-density injection" protocol for myogenic cell transplantation throughout large volumes of muscles in a Duchenne muscular dystrophy patient: eighteen months follow-up. Neuromuscul. Disord. 17, 38-46 (2007).
- van Putten, M., et al. A 3 months mild functional test regime does not affect disease parameters in young mdx mice. Neuromuscul. Disord. 20, 273-280 (2010).
- De Luca, A., et al. Gentamicin treatment in exercised mdx mice: Identification of dystrophin-sensitive pathways and evaluation of efficacy in work-loaded dystrophic muscle. Neurobiol. Dis. 32, 243-253 (2008).
- Radley-Crabb, H., et al. A single 30min treadmill exercise session is suitable for ‘proof-of concept studies’ in adult mdx mice: A comparison of the early consequences of two different treadmill protocols. Neuromuscul. Disord. , (2011).
- van Putten, M., et al. The effects of low levels of dystrophin on mouse muscle function and pathology. PLoS.One. , (2012).
- Willmann, R., et al. Enhancing translation: Guidelines for standard pre-clinical experiments in mdx mice. Neuromuscul. Disord. 1, 43-49 (2011).
- Connolly, A. M., Keeling, R. M., Mehta, S., Pestronk, A., Sanes, J. R. Three mouse models of muscular dystrophy: the natural history of strength and fatigue in dystrophin-, dystrophin/utrophin-, and laminin alpha2-deficient mice. Neuromuscul. Disord. 11, 703-712 (2001).
- Rafael, J. A., Nitta, Y., Peters, J., Davies, K. E. Testing of SHIRPA, a mouse phenotypic assessment protocol on Dmd(mdx) and Dmd(mdx3cv) dystrophin-deficient mice. Mamm. Genome. 11, 725-728 (2000).
- Chapillon, P., Lalonde, R., Jones, N., Caston, J. Early development of synchronized walking on the rotorod in rats. Effects of training and handling. Behav. Brain Res. 93, 77-81 (1998).
- Massett, M. P., Berk, B. C. Strain-dependent differences in responses to exercise training in inbred and hybrid mice. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 288, 1006-1013 (2005).
- Lerman, I., et al. Genetic variability in forced and voluntary endurance exercise performance in seven inbred mouse strains. J. Appl. Physiol. 92, 2245-2255 (2002).
- Sharp, P. S., Jee, H., Wells, D. J. Physiological characterization of muscle strength with variable levels of dystrophin restoration in mdx mice following local antisense therapy. Mol. Ther. 19, 165-171 (2011).
- Klein, S. M., et al. Noninvasive in vivo assessment of muscle impairment in the mdx mouse model–a comparison of two common wire hanging methods with two different results. J. Neurosci. Methods. 203, 292-297 (2012).
