Polyglutamine spinocerebellaire ataxieën (polyQ SCA's) zijn een groep van zes autosomaal dominante neurodegeneratieve aandoeningen veroorzaakt door CAG-trinucleotide-repeat-expansies in verschillende oorzakelijke genen, wat resulteert in toxische polyglutamine (polyQ) banen binnen gecodeerde eiwitten1. Daaronder zijn de meest voorkomende polyQ SCAs SCA3/Machado-Joseph ziekte en SCA222. Deze aandoeningen treffen voornamelijk neuronale cellen in specifieke hersengebieden, waaronder het cerebellum en de hersenstam, evenals het striatum en andere gebieden. Daardoor veroorzaken ze progressieve motorische incoördinatie, loopproblemen, ernstige neurodegeneratie en vroegtijdige dood3.
Er zijn meerdere diermodellen ontwikkeld om polyQ SCA's te bestuderen en therapeutische benaderingen te testen. Transgene muizen, knock-in lijnen en conditionele expressiemuismodellen zijn gebruikt om de moleculaire basis van ziekteprogressie en de betrokken cellulaire routeste verduidelijken. Het genereren van een nieuw ziektediermodel is echter tijdrovend en kostbaar, en het is vaak niet geschikt om de regionale betrokkenheid van de hersenen bij ziektepathogenese6 te bestuderen.
Lentivirale (LV) gebaseerde muismodellen bieden een complementair alternatief voor conventionele modellen, met lagere kosten en de mogelijkheid om specifieke hersengebieden te bestuderen 7,8. Lentivirusvectoren maken de levering van grote transgenen (tot 8 kb) mogelijk, wat leidt tot een snelle inductie van pathologie in gedefinieerde hersengebieden zonder de noodzaak van kiemlijnmodificatie, en ze kunnen worden gebruikt bij dieren van verschillende leeftijden. De directe injectie van lentivirale vectoren in het doelhersengebied kan regio-specifieke expressie van pathogene of therapeutische genen bereiken met verminderde immunogeniteit vergeleken met andere virale vectoren4. Bovendien voorkomt postnatale bevalling ontwikkelingscompensatie om ziektemechanismen te onderzoeken onder omstandigheden die meer lijken op de menselijke aanvangvan 9. Expressieniveaus kunnen worden getitreerd door de virale dosis aan te passen, waardoor fenotypen van gecontroleerde ernst worden geproduceerd en het modelleren van gegradueerde ziekteprogressie wordt vergemakkelijkt. Daarnaast maakt deze methode celtype-specifieke expressie mogelijk, afhankelijk van de gekozen promotor 4,7.
Verschillende studies hebben aangetoond dat LV-gebaseerde muismodellen praktisch en nuttig zijn voor het modelleren van polyQ SCAs 10,11,12,13. Wij en anderen hebben LV-gebaseerde modellen ontwikkeld voor SCA111, SCA212, SCA311, 12 en SCA714, die platforms vormen voor snelle, regio-specifieke expressie of het dempen van ziektegenen, terwijl ze belangrijke aspecten van de neuropathologie reproduceren.
Samenvattend biedt de hier beschreven lentivirale benadering een veelzijdig en efficiënt hulpmiddel voor het modelleren van de pathogenese van polyQ SCA's. Door enkele van de belangrijkste nadelen van huidige diermodellen te overwinnen, versnelt deze methode proof-of-concept-studies en biedt het meer controle over het ontstaan, de lokalisatie en de ernst van de ziekte – kenmerken die het zeer geschikt maken voor therapeutische screening en het bestuderen van moleculaire mechanismen. Hier beschrijven we een reproduceerbare methode om een striataal lentiviraal model van polyglutamine spinocerebellaire ataxie te genereren en te karakteriseren, waardoor gedetailleerde analyse van vroege pathogene gebeurtenissen en evaluatie van kandidaattherapieën mogelijk is.