자폐증 환자는 다른 사람과의 소통과 적절한 언어 교류 능력이 부족하여 타인의 감정을 체득하고 자신의 감정을 표현하기가 어렵고, 종종 자신의 세계에 사는 것과 같은 반복적인 고정관념이 나타나' 별에서 온 아이' 라고 불린다. 매년 자폐증의 신규 환자 수가 점차 증가하고 있지만 안타깝게도 현재 자폐증의 치료 및 치료 방법은 매우 제한적이며, 방대한 환자수의 질병과 치료할 수 없는 현상으로 인해 자폐증이 과학 연구에서 가장 우려되는 아동 발달 질환이 되었습니다. '별'로 가는 길은 여전히 우리가 차근차근 탐색하며 나아가야 한다.

오늘 여러분께 소개해드릴 것은 자폐증 유전자 편집 마우스 모델입니다.

1. ASD 소개

자폐증 스펙트럼 장애 (Autistic Spectrum Disorders, ASD) 는 고독 스펙트럼 장애라고도 하며, 비정상적인 언어 능력과 교제 능력, 좁은 관심, 완고한 행동 패턴을 포함한 뇌 발달 차이로 인한 광범위한 발달 장애입니다[1]. 2013년 미국에서 발표된 정신질환 진단통계편람 제5판(DSMV)은 자폐증 및 관련 장애의 진단기준을 개정하여 기존의 자폐증(Autism)을 없애고 자폐 스펙트럼 장애(ASD)로 분류하였으며, ASD에는 이전의 고전적인 자폐증, 아스퍼거 장애(Asperger syndrome), 소아기 붕괴성장애 등이 포함되어 있다[2]. 일반적으로 사람들이 말하는 자폐증은 ASD, 즉 광범위한 의미의 자폐증을 말합니다.

2. ASD의 병원성 메커니즘

ASD 의 구체적인 발병 메커니즘은 불분명하다. 주요 시각은 주로 유전과 환경과 관련이 있다는 점이다. ASD 는 고도의 유전성 질병으로 일란성 쌍둥이의 일치율이 90% 에 달하는 것으로 나타났다. 2016 년 발표된 한 메타분석 보고서에 따르면 자폐증의 74 ~ 93% 가 유전될 수 있는 것으로 나타났다. 같은 가족의 형제자매 연구에 따르면 나이가 많은 아이가 ASD 로 진단된 후 이후 태어난 아이의 7 ~ 20% 가 ASD[3] 가 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다. 현재 1,000개 이상의 유전자가 ASD의 유전적 위험과 관련이 있는 것으로 밝혀졌으며, 그 중 대부분은 뇌의 다른 기능 영역 간의 정상적인 신경 발달 및 연결과 밀접한 관련이 있어 ASD 위험으로 이어지는 공통 경로를 나타냅니다[4].  ASD와 관련된 유전적 이상은 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

▪ SHANK3, FMR1 또는 MECP2에서 발견되는 것과 같은 단일 유전자 돌연변이.

▪ 복제 수 변이 (CNVs) 에는 염색체의 중복, 큰 조각 누락, 거꾸로 및 전좌가 포함됩니다.

▪ 다양한 변이의 축적으로 인한 다중 유전자 위험 요인입니다.그러나 ASD가 주로 어떤 유전자와 어떤 유형의 돌연변이에 의해 발생하는지 아직 더 연구되고 있습니다.

3. ASD 질병 표현형

ASD의 현재 전 세계적으로 발병률은 약 0.6%-1%이며 미국 어린이 68명 중 1명은 ASD의 영향을 받으며 남아의 발병률은 여아의 4.5배입니다. ASD는 일반적으로 3세 이전에 발병하여 평생 지속되며, ASD를 앓고 있는 어린이가 청소년과 성인으로 성장하면 불안, 우울증, 주의력 결핍 및 과잉 행동 장애와 같은 증상을 동반하여 우정을 발전시키거나 유지하기가 매우 어렵습니다[5]. 현재 ASD 치료는 주로 일상적인 기능과 삶의 질을 방해하는 증상에 초점을 맞추고 있으며 ASD는 모든 사람에게 다른 영향을 미치기 때문에 환자마다 다른 치료 요구를 가지고 있으며 치료 계획은 일반적으로 여러 전문 분야를 포함합니다. 병원성 기전이 불분명하기 때문에 현재 ASD의 원인을 치료할 수 없으며 ASD의 병원성 기전에 대한 더 많은 연구가 시급합니다.

4. ASD 질병 모델

ASD 환자 데이터에 따르면 신경리그닌 (NLGN3/4), 신경세포 표면단백질 (NRXN1 및 CNTNAP2), SH3 및 여러 안키린(ankyrin) 반복 도메인 단백질 3(SHANK3), 메틸기 CpG 결합단백질 2(MECP2), fragile X messenger ribonucleoprotein 1 (FMR1), tuberous sclerosis complex (TSC1/2), 그리고 새로 발견된 CHD8, SCN2A, SYNGAP1, TBX1, ARID1B, GRIN2B 및 TBR1과 같은 단일 유전자 돌연변이는 모두 ASD의 위험과 관련이 있지만 모든 유전자의 돌연변이가 ASD를 생성하는 것은 아니며 유전자 돌연변이의 병원성은 검증을 위해 충분한 실험 데이터가 필요합니다. 지난 수십 년간의 연구에서 연구원들은 ASD 관련 유전자 누락에 의해 유도된 자폐증이나 Autism-like mouse를 여러 개 구축하여 ASD 질병 메커니즘 연구, 약물 표적 발견 및 새로운 치료법 개발을 위한 더 많은 동물 모델을 제공했다. 다음은 몇 가지 주요 유전자 편집 자폐증 마우스 모델입니다.

TBX1(E1-E2 knockout, B6J strain)

인체 염색체 22q11.2 의 큰 단편이 결실되면 ASD 표현형과 비슷하지만, 결실된 조각에는 적어도 30 개의 유전자가 포함되어 있어 ASD 표현형이 나타나는 유전자가 명확하지 않다. 2011년 Takeshi Hiramoto 등의 연구에 따르면 22q11.2 큰 조각의 결실 서열에 포함된 30개 이상의 유전자 중 Tbx1은 높은 ASD 상관관계를 보였고 Tbx1 단일 유전자가 결실된 하이브리드 마우스(HT)는 사회적 상호작용, 기억 기반 행동 변화, 작업 기억 및 경향에 결함이 있는 ASD-like 표현형으로 나타났습니다.

그림 1. TBX1 하이브리드 마우스(HT)는 ASD 관련 행동 표현형, 왼쪽: 발성 주파수와 지속 시간, 오른쪽: T자형 미로의 자발적 교대를 보여줍니다[6].

SHANK3B(E13-E16 knockout, C57 strain)

SHANK 패밀리 유전자의 돌연변이는 증후군 및 특발성 자폐 혈통 장애(ASD) 및 기타 신경정신 및 신경 발달 장애(정신분열증 및 지적 장애)와 관련이 있습니다. 시냅스 후 단백질인 SHANK3는 유전적 수준에서 결실이 22q13 결실 증후군 및 기타 비증후군 ASD의 발생에 책임이 있습니다. Joa˜o Peça는 Nature 저널에 발표된 연구 논문에서 Shank3 유전자 결실 마우스에서 반복적인 자가 장애 및 사회적 커뮤니케이션의 결함과 함께 선조체 시냅스 및 피질-선조체 회로의 결함을 설명했습니다. 이 연구는 뉴런 연결의 정상적인 발달에서 SHANK3의 중요한 역할을 밝혀냈고, 생쥐에서 SHANK3 결핍과  autism-like behavior  사이의 연관성을 성공적으로 확립했습니다[7].

그림 2. Shank3B-/- 생쥐의 사회적 상호작용 감소, 사회적 참신성 인식 이상[7]

Cntnap2（E1 knockout，B6 strain）

Cntnap2는 뉴런-신경교세포 상호작용과 골수축돌기에서 칼슘 이온 채널의 응집에 관여하는 Neurexin 슈퍼패밀리의 뉴런 막횡단 단백질 구성원을 암호화합니다. CNTNAP2 돌연변이는 뇌전증(epilepsy) 발작, 언어 퇴화, 지적 장애 및 과잉 행동을 유발하는 희귀 질환인 cortical dysplasia-focal epilepsy syndrome (CDFE) 과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 동시에 거의 3분의 2의 환자에서도 ASD-like phenotypes이 존재하며, 이후 점점 더 많은 연구에서 이 유전자가 자폐증 또는 자폐증과 관련된 내부 표현형의 위험 증가와 관련이 있음이 입증되었습니다. Daniel H. Geschwind 등은 Cell 저널에 발표된 연구 논문에서 마우스 Cntnap2 유전자의 녹아웃이 ASD 및 관련 신경 발달 장애와 밀접한 관련이 있음을 입증했습니다. Cntnap2-/- 생쥐는 과잉 행동 및 간질 발작 표현형을 동반한 ASD의 세 가지 핵심 행동 영역의 결함을 나타내며, 이러한 표현형은 CNTNAP2 병원성 돌연변이를 가진 환자의 증상과 매우 일치하며[8], 이 모델은 인간 ASD 질병의 표현형을 보다 완전하게 보여주는 모델 중 하나입니다.

그림 3. Cntnap2-/-마우스는 소통과 사회적 행동이 비정상적인 ASD 표현형을 보여준다.

5. Cyagen 자폐증 연구 생쥐 모델

Cyagen은 수천 종의 자체 개발한 유전자 편집 마우스 계통을 보유하고 있으며 일련의 자폐증 연구 관련 마우스 모델을 제공할 수 있으며 모델 정보는 아래 표에 나와 있습니다.동시에 과학 연구 요구 사항에 따라 전문화된 맞춤형 서비스를 수행하여 프로젝트 연구를 가속화할 수도 있습니다.

Cyagen은 기초 연구와 신약 개발 프로젝트의 요구를 완전히 충족시킬 수 있으며 종양, 심혈관, 신경 등 20개 이상의 연구 분야를 포괄하는 현물 생쥐 모델을 제공합니다. 강력한 데이터베이스는 보다 편리한 경험을 제공하며 연구자는 온라인으로 유전자 편집 계획을 조회, 설계 및 최적화하고 연구 데이터와 결과를 비교하고 주문을 문의할 수 있습니다.

필요하시면 8620-31601779로 전화하시거나 service-apac@cyagen.com 으로 메일 보내주시면 주문문의 하세요.