Characterising two new mouse models of autism with conditional Tsc2 gene knockout

Zaburzenie ze spektrum autyzmu (ang. autism spectrum disorder, ASD) obejmuje szereg cech neurorozwojowych charakteryzujących się trudnościami w relacjach społecznych, powtarzalnymi zachowaniami i zmniejszoną bądź zwiększoną wrażliwością sensoryczną. Wiadomo, że w autyzmie istotne są czynniki genetyczne, ale neurobiologiczne podłoże ASD wciąż nie jest do końca poznane. Jednym z możliwych mechanizmów etiologii autyzmu jest zmieniony stosunek pobudzenia do hamowania w mózgu. W celu zbadania zależności między czynnikami genetycznymi, zmienionym neuroprzekaźnictwem i objawami autyzmu w Pracowni Neurobiologii Emocji w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN wprowadzono w ostatnim czasie dwa nowe mysie modele. Oba nowe szczepy mają specyficzną komórkowo mutację w genie Tsc2 (mysi odpowiednik ludzkiego genu korelującego ze zwiększonym ryzykiem autyzmu) wprowadzoną, odpowiednio, wyłącznie w neuronach hamujących (myszy Gad2-Cre) lub pobudzających (myszy Vglut2-Cre). Celem mojej pracy była ocena wpływu tego specyficznego komórkowo nokautu genu Tsc2 na zachowanie myszy. W tym celu przeprowadziłam eksperymenty, w których mierzyłam czas interakcji społecznych i wrażliwość sensoryczną (reakcję na szorstką powierzchnię) u heterozygotycznych zwierząt i u grupy kontrolnej bez mutacji. Użyłam też systemu EcoHAB do analizy zachowania myszy przez dłuższy okres i w bardziej naturalistycznych warunkach. Dwa nowe szczepy różnią się pod względem zmian w zachowaniu: heterozygotyczne samce Vglut2-Cre w wieku 80-180 dni wykazują tendencję do zmniejszonego czasu interakcji społecznych. Co więcej, zarówno samce jak i samice z tego szczepu mają zmniejszoną częstość zachowań pościgowych (ang. chasings) w systemie EcoHAB. Jednakże, heterozygotyczne samce Vglut2-Cre w późniejszym stadium dorosłości (181-300 dni) mają większą częstość zachowań pościgowych i podobny czas interakcji społecznych co dopasowana pod względem wieku grupa kontrolna. Heterozygotyczne samce Gad2-Cre mają zwiększoną częstość zachowań pościgowych i unikają szorstkiej powierzchni bardziej niż kontrolne zwierzęta. Podsumowując, myszy z warunkowym nokautem genu Tsc2 zaobserwowano zmiany zachowania w domenach istotnych dla badań nad ASD. Wzorzec tych zmian różnił się w zależności od populacji neuronów objętej mutacją, płci oraz wieku badanych zwierząt. Wyniki wskazują, że nowe szczepy są obiecującymi modelami do dalszych badań nad neurobiologicznymi mechanizmami ASD.

Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental condition characterised by social deficits, repetitive behaviours, and sensory hypo- or hypersensitivity. It is known to have a strong genetic component, but its exact neurobiological background remains unclear. One of the possible mechanisms of ASD’s aetiology is an altered ratio between excitatory and inhibitory neurotransmission (E/I Imbalance). In order to elucidate the relationship between genetic factors, neurotransmission and ASD symptoms, two new mouse models were recently developed by the Laboratory of Emotions’ Neurobiology at the Nencki Institute of Experimental Biology. These new strains have cell-specific mutations of the Tsc2 gene (murine equivalent of a human gene associated with increased ASD risk) introduced, respectively, only in inhibitory (Gad2-Cre mice) or excitatory neurons (Vglut2-Cre mice). The aim of my study was to assess the impact of this cell-specific Tsc2 knockout on mouse behaviour. To this end, I conducted behavioural experiments to compare the duration of social interactions and tactile sensitivity (reaction to rough surface) between heterozygous animals and wild-type conspecifics. I also used the EcoHAB setup to analyse murine behaviour during longer time periods and in more naturalistic settings. The two strains exhibit different behavioural changes: male heterozygous Vglut2-Cre mice aged 80-180 days show a tendency towards reduced time of social interaction. Moreover, both male and female heterozygous mice from this strain have a reduced frequency of chasing behaviours in the EcoHAB setup. However, late adult Vglut2-Cre heterozygous males (aged 181-300 days) have higher chasing frequency and similar duration of social interaction as age-matched control mice. Male heterozygous Gad2-Cre show an increased chasing frequency and avoid rough texture more than control animals. In conclusion, mice with Tsc2 knockout have traits reminiscent of human ASD symptoms, manifesting differently depending on the subpopulation of neurons affected, sex, and age of tested mice. These findings show that the new strains are promising as models for ASD research.