MeCP2 Knockout 마우스 모델로 레트 증후군(RTT) 연구에 대한 인사이트

레트 증후군(Rett Syndrome, RTT)으로 알려진 희귀 신경 발달 장애는 복잡한 유전적 배경과 치명적인 증상으로 인해 연구자와 임상의 모두를 혼란스럽게 하고 있습니다. 레트 증후군(RTT)의 핵심에는 MECP2 유전자가 있으며, 이 유전자의 돌연변이는 중요한 신경학적 과정을 방해합니다. 레트 증후군(RTT)에 대한 이해를 증진하기 위해 연구자들은 레트 증후군(RTT)의 핵심 증상을 시뮬레이션하고 타겟 치료제 개발에 귀중한 인사이트를 제공하는 최신 모델인 MeCP2 Knockout(KO) 마우스 모델에 주목하고 있습니다.

Cyagen의 MeCP2 KO 마우스 모델이 레트 증후군(RTT) 발병 기전에 대한 연구를 발전시키고 획기적인 치료법 혁신을 위한 방법을 알아보세요.

레트 증후군(RTT) 개요

레트 증후군(RTT)은 드문 진행성 신경 발달 장애로, 레트 증후군(RTT) 사례의 95% 이상이 methyl-CpG 결합 단백질 2(MECP2) 유전자의 기능 상실(LOF) 돌연변이와 연관되어 있습니다.^[1] MECP2 돌연변이는 뇌세포 기능을 방해하여 발달 지연, 언어 상실, 정형화된 손동작, 호흡 이상 등 다양한 신경학적 증상을 유발하여 환자의 삶의 질에 심각한 영향을 미칩니다.

현재 레트 증후군(RTT)을 완치할 수 있는 치료법은 없으며, 주로 증상 관리와 삶의 질 향상에 초점을 맞춘 치료가 이루어지고 있습니다. 최근 몇 년 동안 연구가 진전되어 일부 증상 타겟팅 치료제가 사용 승인을 받았지만, 레트 증후군(RTT)을 효과적으로 치료하거나 질환 진행을 막기 위한 치료법 개발은 이 분야의 최우선 과제로 남아 있습니다.

그림 1. 레트 증후군(RTT)의 개요.^[2]

레트 증후군(RTT) 증상 및 현재 치료 환경

레트 증후군(RTT)의 병원성 유전자인 MECP2는 X 염색체에 위치하며 신경계의 발달과 기능에 중요한 역할을 합니다. MECP2는 X-linked 염색체 유전자이고, 대부분의 돌연변이는 정자 분열 및 형성 과정에서 발생하는 특성으로 인해 레트 증후군(RTT)은 주로 여성에게 영향을 미칩니다.^[3] 일반적으로 아버지는 X 염색체를 딸에게, Y 염색체를 아들에게 전달하므로, 레트 증후군(RTT)은 주로 여성에게 발생하며, 약 1만 명의 신생아 여성 중 1명, 전 세계적으로 약 35만 명 환자에게 영향을 미칩니다. ^[4]

레트 증후군(RTT)의 증상은 일반적으로 유아기에 나타나고 시간이 지남에 따라 점차 악화되며, 주로 발달 퇴행, 정형화된 손동작, 근육긴장이상증 및 보행 이상, 인지 장애 등 다양한 신경학적 증상이 포함됩니다.^[3-4] 현재 레트 증후군(RTT) 치료를 위해 유일하게 FDA 승인을 받은 약물인 Trofinetide는 인슐린-유사 성장인자 1(IGF-1) N-terminal tripeptide의 합성 유사체입니다. Trofinetide는 염증을 줄이고 신경 세포를 보호하여 환자의 사교성, 운동 및 호흡 기능과 관련된 증상을 개선하도록 개발되었습니다.^[5] 그러나 Trofinetide는 레트 증후군(RTT)을 완치하지 못하며 설사, 구토와 같은 부작용이 흔하게 발생합니다. 무엇보다도 Trofinetide의 치료비는 연간 37만 5,000달러에 달하며 대부분의 가정에서 감당할 수 없는 수준입니다.^[6] 따라서 레트 증후군(RTT) 환자들은 더 효과적이고 저렴한 치료법과 다양한 치료 옵션이 필요합니다.

그림 2. 정상인과 레트 증후군(RTT) 환자의 신경해부학적 특징 ^[3]

신경 기능에서 MECP2의 역할

MECP2 유전자는 정상적인 뇌 발달과 신경계 기능에 필수적인 후성유전학적 조절인자를 인코딩합니다. 뉴런에서 높게 발현되는 MeCP2 단백질은 메틸화된 DNA와 결합하여 transcription을 억제함으로써 유전자 발현, 염색질 구조, RNA splicing 및 microRNA 처리 등 과정을 조절합니다. MeCP2 단백질의 기능 상실로 인해 시냅스 연결 중단, 신경전달물질 시스템 변경 등 광범위한 신경세포 기능 장애가 발생합니다. 레트 증후군(RTT) 환자의 약 96%가 MECP2 유전자 돌연변이를 가지고 있으며, 일반적인 병원성 돌연변이에는 missense, nonsense, frameshift, insertion/deletion 등 포함되며, 일반적으로 MeCP2 단백질의 결핍 또는 기능 장애를 초래하여 신경세포와 시냅스의 구조적 및 기능적 이상을 초래하는 것으로 보고되었습니다. ^[3]

그림 3. MeCP2 결핍은 레트 증후군(RTT) 환자의 Transcription 조절 장애로 이어집니다. ^[3]

레트 증후군(RTT) 연구를 위한 MeCP2 Knockout 마우스 모델

레트 증후군(RTT)과 MECP2 유전자 기능 상실(Loss Of Function, LOF)의 강력한 연관성을 고려할 때, MeCP2 Knockout (KO) 마우스는 대증치료와 AAV 매개 유전자 대체 요법을 포함한 잠재적 치료법을 평가하고 레트 증후군(RTT) 발병 기전을 연구하는 데 필수적인 연구 모델이 되었습니다.^[7-8] 대부분의 레트 증후군(RTT) 환자는 여성이고 heterozygous MECP2 돌연변이를 보유합니다. 남성 환자는 드물지만, 수컷 hemizygous MeCP2 Knockout 마우스(MeCP2-/Y)는 X 염색체 비활성화(XCI) 메커니즘이 없기 때문에 어떤 세포에서도 MeCP2 단백질이 발현되지 않으며, 레트 증후군(RTT) 환자에서 관찰되는 가장 뚜렷한 표현형이 나타납니다. ^[7-9]

구체적인 표현형은 다음과 같습니다:

• 수명 단축
• 운동 기능 장애
• 호흡기 이상
• 정형화된 행동
• 불안, 인지 결함
• 시냅스 및 세포 이상

MeCP2 Knockout (KO) 마우스 모델은 유일하게 승인된 레트 증후군(RTT) 치료 약물인 Trofinetide의 전임상 연구에서 중요한 역할을 하였습니다. ^[10]

그림 4. 문헌에 보고된 레트 증후군(RTT) 치료 연구에서 MeCP2 Knockout (KO) 마우스(MeCP2-/Y)의 전임상 연구 데이터.^[11]

Cyagen의 MeCP2 Knockout (KO) 마우스 모델

Cyagen은 레트 증후군(RTT) 연구를 발전시키기 위해 여러 MeCP2 관련 마우스 모델을 개발했습니다. 이 중 수컷 hemizygous MeCP2 Knockout(KO) 마우스(MeCP2-/Y, 제품 번호: C001582)는 다음과 같은 진행성 레트 증후군(RTT) 유사 증상을 보입니다:

• 체중 감소
• 보행 이상
• 뒷다리 쥐기
• 떨림, 진전
• 심각한 운동 및 호흡 기능 장애

Mecp2 Knockout(KO) 마우스(제품 번호: C001582)는 기존 레트 증후군(RTT) 마우스와 유사한 특성을 나타내며, 입증된 검증 데이터는 다음과 같습니다.

성장 및 생존 곡선

MeCP2 Knockout(KO) 마우스(MeCP2-/Y)는 출생 시 Wild-type(WT) 마우스에 비해 체중이 현저히 낮으며, 생후 6주경에 사망합니다. 모든 MeCP2 KO 마우스는 생후 20주 이전에 사망합니다.

그림 5. Wild-type(WT) 마우스와 C001582 MeCP2 KO 마우스(MeCP2-/Y)의 성장 곡선 및 생존 곡선 비교.

질환 스코어링 및 악력 테스트

질환 스코어링 데이터에 따르면 MeCP2 Knockout(KO) 마우스(MeCP2-/Y)가 생후 5주부터 뚜렷한 평가한 레트 증후군(RTT) 유사 표현형을 보였으며, 시간이 지남에 따라 악화하는 것으로 나타났습니다. 한편, 악력 테스트 결과 5주령 MeCP2 Knockout(KO) 마우스의 악력은 Wild-type(WT) 마우스에 비해 낮은 것으로 나타났습니다.

그림 6. Wild-type(WT) 마우스(WT)와 C001582 MeCP2 KO 마우스(MeCP2-/Y)의 질환 스코어링 결과 및 악력 테스트 비교

결론

MeCP2 Knockout(KO) 마우스 모델(제품 번호: C001582)은 레트 증후군(RTT)의 병리 연구와 치료법 개발에 중요한 연구 모델입니다. MeCP2 유전자 Knockout을 통해 개발된 MeCP2 KO 마우스 모델은 레트 증후군(RTT) 연구의 대표적인 동물 모델입니다. MeCP2 Knockout(KO) 마우스는 체중 감소, 보행 이상, 운동 및 호흡 기능 장애와 같은 진행성 증상을 포함한 전형적인 레트 증후군(RTT) 표현형을 나타내며, 초기 발병과 빠른 진행 등 현저한 질환 특징을 보입니다.

MeCP2 Knockout(KO) 마우스 모델은 진행성 레트 증후군(RTT) 표현형의 특징을 잘 보이며, 다음 연구 분야에 적용됩니다:

• 레트 증후군(RTT) 발병 기전 연구
• 약물 발견 및 약물 스크리닝
• 유전자 및 AAV 기반 intervention을 포함한 치료법 전임상 시험

MeCP2 Knockout(KO) 마우스 모델의 광범위한 응용은 레트 증후군(RTT) 질환 관련 연구 및 치료 전략 평가에 유용성을 제공합니다.

종합적인 설치류 신경행동 분석 서비스

Cyagen은 모델 개발, Breeding, 약물 투여 및 표현형 분석을 포함한 End-to-End 신경과학 연구 솔루션을 제공합니다. Cyagen의 신경행동 테스트 플랫폼은 설치류 모델과 관련된 전임상 연구를 위한 고품질 데이터를 보장합니다.

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광범위한 신경 퇴행성 질환 모델

Cyagen은 알츠하이머병(AD)과 파킨슨병(PD)과 같은 신경 퇴행성 질환을 타겟으로 하는 일련의 유전자 편집 마우스 모델을 개발했습니다. 또한, Cyagen은 연구자의 연구 니즈를 충족시키기 위해 유전자 Knockout, Knock-in, Point Mutation 및 인간화 모델과 같은 유전자 편집 마우스 모델을 맞춤화하거나 공동 개발할 수 있습니다. 이는 신경 약리학적 검증 실험의 진행을 가속할 수 있습니다.