Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disorder lacking highly effective disease-modifying treatment or a cure. The often-heterogenous course of ALS underlines the need for modelling the different disease aspects in multiple, distinct models to enable thorough validation of novel, putative treatments.  

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) pathophysiology  

La SLA, également connue sous le nom de maladie des motoneurones ou maladie de Lou Gehrig, est une affection neurodégénérative grave qui touche les motoneurones du cerveau et de la moelle épinière. Elle entraîne une atrophie musculaire progressive et rapide, une spasticité et, à terme, une paralysie. Malgré une présentation clinique très hétérogène, la plupart des patients atteints de SLA décèdent des suites d’une insuffisance respiratoire dans les 2 à 3 ans suivant l’apparition des premiers symptômes. La SLA s'inscrit également dans un continuum avec la démence frontotemporale (DFT).  

Bien que la plupart des cas de SLA soient sporadiques, les données génétiques révèlent qu’un antécédent familial de SLA est présent chez 5 à 10 % des personnes atteintes, généralement selon un mode de transmission autosomique dominant. Les quatre gènes responsables de la plupart des cas de SLA familiale sont C9orf72 (40 %), SOD1 (20 %), FUS (1 à 5 %) et TARDBP (1 à 5 %). De plus, pratiquement tous les cas de SLA présentent des inclusions cytoplasmiques de la protéine nucléaire agrégée TDP-43. L’identification de plusieurs mécanismes physiopathologiques à l’origine des cas tant familiaux que sporadiques de SLA permet de reproduire la maladie dans des modèles in vivo, ce qui facilite les essais précliniques de traitements prometteurs ciblant la SLA.  

InnoSer, l’un des principaux prestataires de services de recherche sous contrat in vivo, propose plusieurs modèles murins destinés à la recherche sur la SLA. Associés à des tests comportementaux sensibles et standardisés, ces modèles murins constituent une plateforme pertinente sur le plan translationnel pour l’évaluation de nouvelles thérapies ciblant la SLA. Dans cet article, nous présentons un aperçu des modèles murins de SLA actuellement disponibles et de leur applicabilité, en soulignant les capacités et l’expertise de notre organisme de recherche sous contrat (CRO).  Bien qu’une multitude de modèles précliniques soient disponibles et aient été développés à ce jour (1), nous nous concentrons dans cet article sur les modèles murins de SLA les plus couramment utilisés en recherche.

Modélisation de la SLA à un stade précoce : SOD1 mutations 

La SOD1 joue un rôle crucial dans la neutralisation des radicaux libres et régule l'expression des gènes impliqués dans la réponse au stress oxydatif. Les mutations héréditaires du gène gène SOD1 entraîneraient la formation et l'accumulation intracellulaires d'agrégats protéiques toxiques. Cela se traduit par une augmentation du stress oxydatif qui se manifeste finalement par un déclin des fonctions motrices.  

Des souris surexprimant la protéine humaine porteuse de la mutation SOD1 présentent une agrégation importante de SOD1, un stress oxydatif et une perte de motoneurones. En conséquence, nous détectons des troubles moteurs significatifs chez les souris transgéniques SOD1 lors de tests de fonction motrice (tels que le test de force de préhension et le test du rotarod; figure 1), mais également dans leur comportement spontané (cages automatisées, PhenoTyper™ ; figure 2) par rapport à leurs congénères de type sauvage (WT). Les déficits comportementaux observés dans ces modèles sont déjà détectables dès le plus jeune âge et évoluent de manière progressive, ce qui offre une large marge de manœuvre pour tester de nouveaux traitements ciblés. Le SOD1G93A et SOD1G37R sont les modèles transgéniques SOD1 les plus utilisés dans la recherche sur la SLA.

FIGURE 1. Les souris SOD1 présentent une diminution des performances motrices évaluées à l'aide du test du rotarod. Le rotarod est la référence absolue pour évaluer les performances motrices et l'apprentissage chez la souris. Les souris sont placées sur une tige rotative dont la vitesse de rotation augmente progressivement. Les performances motrices sont mesurées par le nombre maximal de tours par minute (RPM) auquel les souris parviennent suivre la tige en rotation. L'apprentissage moteur peut être évalué en entraînant les souris sur la tige au cours de plusieurs essais.

FIGURE 2. Les souris porteuses d'une mutation du gène SOD1 présentent des changements comportementaux progressifs dans les cages automatiques (PhenoTyper™), notamment une diminution de la fréquence à laquelle elles grimpent sur le toit de leur abri. 

Modelling ALS pathophysiology: TDP-43 formation and spreading 

TDP-43 proteinopathy is a pathological hallmark in almost all patients with ALS, as well as FTD and limbic-predominant age-related TDP-43 encephalopathy (LATE). Pathological accumulation of misfolded TDP-43 protein aggregates has been closely associated to the neurodegenerative phenotype observed in ALS patients.  

TDP43 Transgenic Models: 

TDP-43 transgenic models overexpress mutant forms of human TDP-43, leading to motoneuron degeneration and paralysis. TDP-43 mouse models used at InnoSer recapitulate the TDP-43 pathology and downstream functional impairments found in ALS and FTD (Figures 3-6).  

Les modèles transgéniques TDP-43 constituent le meilleur outil pour tester de nouvelles thérapies ciblant le dysfonctionnement associé à la pathologie TDP-43 au niveau du traitement de l'ARN et de l'homéostasie protéique. Le TDP-43WT, TDP-43Q331K, et TDP-43A315T sont les modèles transgéniques TDP-43 les plus couramment utilisés dans la recherche sur la SLA. 

FIGURE 3. Des souris femelles hémizygotes Prp-TDP-43-Q331K (JAX #017933) âgées de 4 mois présentent une activité réduite (PhenoTyper). Le comportement spontané lié à la fonction motrice des souris dans la cage automatisée (PhenoTyper) est suivi en haute résolution et analysé par AHCODA. Des paramètres hautement discriminants sont générés, permettant de détecter des changements dans les domaines de la fonction motrice, du rythme circadien et autres.

FIGURE 4. Des souris femelles hémizygotes Prp-TDP-43-Q331K (JAX n° 017933) âgées de 4 mois présentent une fonction musculaire réduite (test de levée de poids). Le test de levage de poids évalue l'endurance musculaire chez les rongeurs. On présente aux souris des objets dont le poids augmente progressivement. Le résultat de ce test correspond au poids maximal que la souris est capable de maintenir pendant 5 secondes.

FIGURE 5. Des souris femelles hémizygotes Prp-TDP-43-Q331K (JAX n° 017933) âgées de 4 mois présentent des déficits moteurs (Rotarod). Le Rotarod est la référence absolue pour évaluer les performances motrices et l'apprentissage chez la souris. Lessouris sont placées sur une tige rotative dont la vitesse de rotation augmente progressivement. Les performances motrices sont mesurées par le nombre maximal de tours par minute (RPM) auquel les souris sont capables de suivre la tige en rotation. L’apprentissage moteur peut être évalué en entraînant les souris sur la tige lors de plusieurs essais.   

FIGURE 6. Une femelle hémizygote de 6 mois porteuse de la mutation Prp-TDP43-Q331K (JAX #017933), testée à l’aide du système d’analyse de la démarche CatWalk™, présente des schémas de marche anormaux (longueur de foulée).Le système d’analyse de la démarche CatWalk™ permet de quantifier un large éventail de paramètres liés à l’empreinte et à la démarche chez les animaux. La longueur de foulée (cm) désigne la distance entre les positions d’une même patte. ​

TDP-43 Seeding Models:  

Les modèles d'initiation de la formation de TDP-43 consistent à injecter des agrégats de TDP-43 provenant de patients dans le cerveau de souris. L'injection d'extraits cérébraux provenant de patients atteints de ces maladies dans le cerveau de souris reproduit fidèlement les caractéristiques structurelles des agrégats de TDP-43 observés chez les patients et permet d'étudier la propagation de ces agrégats en tant qu'indicateur thérapeutique. L'équipe de recherche en neurologie d'InnoSer possède une vaste expérience des modèles murins basés sur l'inoculation, tant avec des germes recombinants qu'avec des germes issus de patients.  

Choisir le modèle le plus adapté

InnoSer’s expert neurology team is readily equipped to consult with you to determine the best model in conjunction with readout customization to meet your specific needs and goals. Consulting with our team will allow you to carry out tailored studies while collecting the most relevant data. We also advise you on the most optimal model selection, taking in your budget and study timelines.