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  

ALSは、運動ニューロン疾患またはルー・ゲーリッグ病としても知られ、脳や脊髄の運動ニューロンに障害をもたらす重篤な神経変性疾患です。これにより、進行性かつ急速な筋萎縮、痙性、そして最終的には麻痺を引き起こします。臨床像は極めて多様ですが、ほとんどのALS患者は、症状発現から2～3年以内に呼吸不全により死亡します。 また、ALSは前頭側頭型認知症（FTD）と連続体上に位置づけられる。  

ALSの症例のほとんどは散発性ですが、遺伝学的データによると、患者の5～10％にはALSの家族歴があり、通常は常染色体優性遺伝のパターンを示します。家族性ALS症例の大部分を占める4つの遺伝子は、 C9orf72 （40％）、 SOD1 (20%)、 FUS (1–5%)、および TARDBP （1～5％）である。さらに、事実上すべてのALS症例において、凝集した核タンパク質TDP-43の細胞質内封入体が認められる。家族性および散発性のALS症例の両方に至るいくつかの病態生理学的メカニズムの解明により、生体内モデルでの再現が可能となり、有望なALS標的療法の前臨床試験が行えるようになった。  

生体内受託研究サービスの主要プロバイダーであるInnoSerは、ALS研究向けに複数のマウスモデルを提供しています。これらのマウスモデルは、高感度で標準化された行動試験と組み合わせることで、ALSを標的とした新規治療法の評価に、トランスレーショナルな観点から有用なプラットフォームを提供します。 本記事では、現在利用可能なALSマウスモデルとその適用可能性について概説するとともに、当社の受託研究サービス（CRO）の能力と専門知識について紹介します。  これまでに数多くの前臨床モデルが利用可能となり、開発されてきましたが（1）、本記事では、研究で最も一般的に使用されているALSマウスモデルに焦点を当てます。

ALSの初期段階のモデル化： SOD1 変異 

SOD1 は、活性酸素の除去において極めて重要な役割を果たし、酸化ストレス応答に関与する遺伝子の発現を調節しています。 SOD1 遺伝子における遺伝性変異は、細胞内で毒性のあるタンパク質凝集体が形成・蓄積する原因となると考えられている。その結果、酸化ストレスが増大し、最終的には運動機能の低下として現れる。  

ヒトタンパク質を過剰発現するマウスで SOD1 変異を有するヒトタンパク質を過剰発現するマウスでは、著しいSOD1の凝集、酸化ストレス、および運動ニューロンの喪失が認められる。したがって、我々は、トランスジェニックSOD1マウスにおいて、運動機能試験（握力試験や ロータロッド試験など；図1）だけでなく、自発的行動（自動ケージ、PhenoTyper™；図2）においても、野生型（WT）の同腹仔と比較して著しい運動障害を検出している。 これらのモデルにおける行動障害は、幼齢期からすでに検出可能であり、進行性の発症を示すため、標的を絞った新規治療薬の試験に十分な時間的余裕が確保される。 この SOD1G93A および SOD1G37R モデルは、ALS研究において最も多く使用されているSOD1トランスジェニックモデルである。

図1. SOD1マウスでは、ロータロッドを用いて評価した運動能力の低下が認められる。 ロータロッドは、マウスの運動能力および学習能力を評価する上で、最も信頼性の高い基準となっている。マウスを回転する棒の上に置き、回転速度を徐々に上げていく。運動能力は、マウスが 回転棒に追従し続けられる 回転ロッドについていける最大RPM（1分あたりの回転数）によって測定される。運動学習は、マウスにロッド上で数回の試行を繰り返し行わせることで評価することができる。

図2. SOD1変異マウスは、自動飼育ケージ（PhenoTyper™）内で、シェルターの上に登る頻度の低下など、進行性の行動変化を示す。 

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).  

トランスジェニックTDP-43モデルは、TDP-43の病態に関連するRNA処理およびタンパク質恒常性の機能障害を標的とする新規治療法の検証に最も適しています。TDP-43WT、TDP-43Q331K、 およびTDP-43A315T モデルは、ALS研究において最も一般的に使用されているトランスジェニックTDP-43モデルである。 

図3. 生後4か月のPrp-TDP-43-Q331Kヘミ接合体雌マウス（JAX #017933）では、活動量の低下が認められる（PhenoTyper）。 自動ケージ（PhenoTyper）内におけるマウスの運動機能に関連する自発的行動は、高解像度で追跡され、AHCODAによって解析される。これにより、運動機能や概日リズムなどの領域における変化を検出する、識別能力の高いパラメータが生成される。

図4. 生後4か月のPrp-TDP-43-Q331Kヘミ接合体雌マウス（JAX #017933）では、筋機能の低下が認められる（重量持ち上げ試験）。 重量持ち上げ試験は、げっ歯類の筋持久力を評価するものである。マウスには、重量が徐々に増加する物体が提示される。この試験の結果は、マウスが5秒間保持できる最大重量として測定される。

図5. 生後4か月のPrp-TDP-43-Q331Kヘミ接合体雌マウス（JAX #017933）は、運動機能障害を示す（ロタロッド試験）。 ロータロッドは、マウスの運動能力および学習能力を評価する上で、最も信頼性の高い基準となっている。 Mマウスは回転するロッド上に置かれ、回転速度は徐々に上昇する。運動能力は、マウスが 回転棒に追従できる 。運動学習は、マウスにロッド上で数回の試行のトレーニングを行うことで評価できる。   

図6. CatWalk™歩行解析で検査された生後6か月のPrp-TDP43-Q331Kヘミ接合体雌マウス（JAX #017933）は、異常な歩行パターン（歩幅）を示している。CatWalk™歩行解析システムにより、動物の足跡や歩行に関連する幅広いパラメータの定量化が可能となる。歩幅（cm）とは、 連続する 同一の足による着地位置間の距離を指す。 ​

TDP-43 Seeding Models:  

TDP-43シードモデルでは、患者由来のTDP-43凝集体をマウスの脳に注入します。 これらの疾患の脳抽出物をマウスの脳に注入することで、患者に見られるTDP-43凝集体の構造的特徴を忠実に再現でき、治療効果の指標としてTDP-43凝集体の拡散を研究することが可能になります。InnoSerの神経学研究チームは、組換えシードおよび患者由来シードの両方を用いたシード法に基づくマウスモデルについて、豊富な経験を有しています。  

最適なモデルの選定

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.