$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Aby zbadać patofizjologię choroby Parkinsona i opracować nowe strategie terapeutyczne, istnieje pilne zapotrzebowanie na modele zwierzęce, które bardzo przypominają neuropatologię, fizjologię i objawy motoryczne ludzkiego PD. Im wyższa wartość predykcyjna, tym lepiej możemy przełożyć nowe terapie z modeli zwierzęcych na pacjentów.
Odkrycie alfa-synukleiny (α-SYN) jako pierwszego genu PARK w 1997 roku doprowadziło do opracowania pierwszych genetycznych modeli PD. W ciągu ostatniej dekady wygenerowano wiele transgenicznych myszy z nadekspresją ludzkiego typu dzikiego (WT) lub zmutowanego (A30P, A53T) α-SYN. Poziomy nadekspresji α-SYN okazały się kluczowe w rozwoju patologii. Ważną rolę odgrywa również szczep myszy, obecność lub brak endogennego α-SYN oraz to, czy wyrażana jest pełna długość, czy skrócona forma (szczegółowy przegląd Magen i Chesselet1). Nadekspresja zarówno WT, jak i kilku klinicznych mutantów ludzkiego α-SYN u myszy transgenicznych indukuje patologiczną akumulację α-SYN i dysfunkcję neuronów2-6. Jednak do tej pory większość transgenicznych modeli myszy α-SYN nie wykazywała wyraźnej utraty komórek dopaminergicznych i deficytów behawioralnych zależnych od dopaminy.
Ta przeszkoda została pokonana przez bezpośrednie ukierunkowanie na istotę czarną (SN) z wektorami wirusowymi wykazującymi nadekspresję α-SYN. Wektory wirusowe pochodzą od wirusów, które mogą łatwo infekować komórki, wprowadzać materiał genetyczny do ich genomu gospodarza i zmuszać komórkę gospodarza do replikacji genomu wirusa w celu wytworzenia nowych cząsteczek wirusa. Wirusy mogą być modyfikowane tak, aby nie replikowały się wektory wirusowe, które zachowują zdolność do wnikania do komórek i wprowadzania genów. Poprzez usunięcie części genomu wirusa i zastąpienie ich genami będącymi przedmiotem zainteresowania, zastosowanie wektora spowoduje pojedynczą rundę infekcji bez replikacji w komórce gospodarza, ogólnie określaną jako "transdukcja". Wektory wirusowe mogą być wykorzystywane zarówno do nadekspresji, jak i wyciszania genów. Ekspresja transgenu może być białkiem reporterowym (np. białkiem zielonej fluorescencji lub lucyferazą świetlika)7, białkiem terapeutycznym do zastosowań w terapii genowej8-10 lub, jak skupimy się w tym artykule, białkiem związanym z chorobą stosowanym do modelowania choroby11-14.
Dostarczanie genów za pośrednictwem wektora wirusowego stanowi alternatywny sposób ekspresji transgenów w OUN z kilkoma zaletami. Korzystając z lokalnego dostarczania transgenu, można celować w określone regiony mózgu. Co więcej, ekspresja transgenu może być indukowana w wieku dorosłym, zmniejszając ryzyko mechanizmów kompensacyjnych podczas rozwoju. Można również tworzyć modele w różnych gatunkach i szczepach. I wreszcie, różne transgeny można łatwo łączyć. Za pomocą wektorów wirusowych można osiągnąć wysoki poziom ekspresji transgenu, co może mieć kluczowe znaczenie, ponieważ początek i nasilenie choroby często zależą od poziomu nadekspresji.
Opracowano kilka systemów wektorowych opartych na różnych wirusach. Wybór systemu wektorów zależy od wielkości genu będącego przedmiotem zainteresowania, wymaganego czasu ekspresji genu, komórki docelowej i kwestii bezpieczeństwa biologicznego. W celu zapewnienia stabilnego transferu genów w mózgu, lentiwirusowe (LV) i rekombinowane wektory wirusowe związane z adenowirusem (rAAV) są obecnie uważane za systemy wektorowe z wyboru, ponieważ prowadzą do wydajnej i długotrwałej ekspresji genów w mózgu gryzoni. W przypadku specyficznego ukierunkowania na neurony dopaminergiczne (DN) SN, wektory rAAV stopniowo konkurują z wektorami LV ze względu na ich wyższe miana i skuteczność transdukcji DN.
Najlepsze obecnie dostępne modele gryzoni oparte na α-SYN zostały opracowane z wykorzystaniem nowszych serotypów AAV (rAAV 1, 5, 6, 7, 8) i zoptymalizowanych konstruktów wektorowych, mian i czystości15,16. Miano wektora, jak również czystość wektora, mają bezpośredni wpływ na wynik fenotypowy modelu. Nadmierne miana wektorów lub niedostatecznie oczyszczone partie wektorów mogą powodować nieswoistą toksyczność. W związku z tym niezbędne są odpowiednie wektory sterujące. Znaczna inwestycja czasowa w procedury produkcji, zwiększania skali i oczyszczania wektorów wirusowych okazała się również niezbędna do uzyskania powtarzalnych i wysokiej jakości partii wektorów.