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マウスにおけるGRIN2Aの発達性およびてんかん性脳症のモデル化と治療
Modelling and treating GRIN2A developmental and epileptic encephalopathy in mice.
PMID: 32577763 DOI: 10.1093/brain/awaa147.
抄録
NMDA受容体は興奮性シナプス伝達において重要な役割を果たしている。GluN2AサブユニットをコードするGRIN2Aのまれな変異体は、軽度の言語および言語の遅延から、発達性およびてんかん性脳症を含むがこれらに限定されない難治性の神経発達障害に至るまで、様々な障害のスペクトルと関連している。デノボミスセンス変異体であるp.Ser644Glyは、この障害を持つ小児において同定され、この難治性小児疾患のモデル化と理解の拡大のために、Grin2aノックインマウスが生成されました。ホモ接合体とヘテロ接合体の変異マウスは、生後2週間で海馬の形態が変化し、すべてのホモ接合体は3週目半ばまでに致死的な強直間代発作を示した。ヘテロ接合体の成人では、誘発された全般性発作、多動性、反復性、不安行動の減少に加えて、電気的に誘発された辺縁系の発作やペンチレンテトラゾールによる強直間代発作への抵抗性など、いくつかの予期せぬ特徴が見られた。ニューロンネットワークの多電極記録では、興奮性の亢進、バーストと同調性の変化が明らかになった。異種細胞では、変異型受容体はNMDA受容体アゴニスト活性を増強し、シナプスで起こるようにグルタミン酸を急速に除去した後はゆっくりと不活性化した。ヘテロ接合体の海馬スライスにおけるNMDA受容体媒介のシナプス電流はまた、不活性化の時間経過が延長されたことを示した。標準的な抗てんかん薬単剤療法は効果がなかった。NMDA受容体拮抗薬の導入は発作負荷の減少と相関していた。ホモ接合マウスの仔をNMDA受容体拮抗薬で慢性的に治療すると、致死的な発作の発症を有意に遅らせたが、予防にはならなかった。これらの研究は、重度の神経発達障害のモデル化および治療法の試験に複数の実験的モダリティを用いることの有用性を示しており、同時にGRIN2Aの発達およびてんかん性脳症に関連する重要な生物学的複雑性を明らかにしている。
NMDA receptors play crucial roles in excitatory synaptic transmission. Rare variants in GRIN2A encoding the GluN2A subunit are associated with a spectrum of disorders, ranging from mild speech and language delay to intractable neurodevelopmental disorders, including but not limited to developmental and epileptic encephalopathy. A de novo missense variant, p.Ser644Gly, was identified in a child with this disorder, and Grin2a knock-in mice were generated to model and extend understanding of this intractable childhood disease. Homozygous and heterozygous mutant mice exhibited altered hippocampal morphology at 2 weeks of age, and all homozygotes exhibited lethal tonic-clonic seizures by mid-third week. Heterozygous adults displayed susceptibility to induced generalized seizures, hyperactivity, repetitive and reduced anxiety behaviours, plus several unexpected features, including significant resistance to electrically-induced limbic seizures and to pentylenetetrazole induced tonic-clonic seizures. Multielectrode recordings of neuronal networks revealed hyperexcitability and altered bursting and synchronicity. In heterologous cells, mutant receptors had enhanced NMDA receptor agonist potency and slow deactivation following rapid removal of glutamate, as occurs at synapses. NMDA receptor-mediated synaptic currents in heterozygous hippocampal slices also showed a prolonged deactivation time course. Standard anti-epileptic drug monotherapy was ineffective in the patient. Introduction of NMDA receptor antagonists was correlated with a decrease in seizure burden. Chronic treatment of homozygous mouse pups with NMDA receptor antagonists significantly delayed the onset of lethal seizures but did not prevent them. These studies illustrate the power of using multiple experimental modalities to model and test therapies for severe neurodevelopmental disorders, while revealing significant biological complexities associated with GRIN2A developmental and epileptic encephalopathy.
© The Author(s) (2020). Published by Oxford University Press on behalf of the Guarantors of Brain. All rights reserved. For permissions, please email: journals.permissions@oup.com.