Characterization of a mucolipidosis type II mouse model and therapeutic implication of lysosomal enzyme enriched fraction derived from placenta

Abstract

I 세포 질환 (뮤코지방증 2형; MIM 252500)과 pseudo-Hurler polydystrophy (뮤코지방증 3형; MIM 252600)는 세포내 비정상적인 리소좀 관련 운송으로 인해 발병한다. 특징적인 소견으로는 섬유아 세포의 세포질에 다수의 봉입체, 뮤코다당뇨의 부재, 혈청 내 리소좀 효소 활성도의 증가, GlcNAc-phosphotransferase 활성도의 감소를 보인다. 이 연구에서는 GlcNAc-phosphotransferase 알파/베타 아형에 대한 knockout 마우스의 표현형과 생화학적 특징을 조사하였다. 또한, 태반으로부터 추출한 리소좀 농축 분획을 knockout 마우스에 투여하였을 때 체중 증가에 대한 효과를 볼 수 있는지에 대해 알아보고자 하였다. knockout 마우스는 뮤코지방증 2형 환자에서 그렇듯이 정상적인 체중 증가를 보이지 않았고 낮은 골밀도를 보였다. 게다가 knockout 마우스의 피부 섬유 아세포의 배양액에서는 리소좀 효소 활성도가 증가한 반면, 세포 내에서는 리소좀 효소 활성도가 감소되어 있는 것을 확인할 수 있었으며 이러한 특징은 뮤코지방증 2형 환자에서 볼 수 있는 특징과 일치한다. knockout 마우스의 꼬리 정맥 내로 태반에서 추출한 리소좀 농축 분획을 투여한 결과, 체중이 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 반면 생리식염수를 투여한 knockout 마우스의 경우는 체중이 증가하지 않았다. 결론적으로, knockout 마우스의 표현형과 생화학적 특징이 뮤코지방증 2형 환자와 유사하다는 것을 확인하였으며, 리소좀 농축 분획의 치료적 가능성을 증명하였다. 더 큰 범위의 동물 실험을 진행할 필요가 있으나, 이 연구는 질병에 대한 동물 모델을 개발하고 리조솜 농축 분획의 치료적 가능성을 제시하는 것을 통해 현재까지 치료가 불가능한 뮤코지방증 2형의 새로운 치료 방법의 가능성을 열었다고 볼 수 있다.;I-cell disease (mucolipidosis type II; MIM 252500) and pseudo-Hurler polydystrophy (mucolipidosis type III; MIM 252600) are disorders caused by abnormal lysosomal transport in cells. The presence of numerous inclusion bodies in the cytoplasm of fibroblasts, a lack of mucopolysacchariduria, increased lysosomal enzyme activity in serum, and decreased GlcNAc-phosphotransferase activity are hallmark. Here, we attempted to investigate phenotypical and biochemical characteristics of the knockout mouse of GlcNAc-phosphotransferase α/β subunits; in addition, we also attempted to determine whether the lysosome enriched fraction derived from placenta can be beneficial to phenotype and biochemistry of the knockout mouse. We found that the knockout mouse failed to thrive and had low bone density, as is the case in human. In addition, skin fibroblasts from the animal had the same biochemical characteristics, including increased lysosomal enzyme activity in the culture media, in contrast to the relatively low enzyme activity within the cells. Intravenous injection of the lysosome rich fraction derived from placenta into the tail vein of the animal resulted in a gain of weight, while saline injected animals didn’t. In conclusion, our study demonstrated the phenotypical and biochemical similarities of the knockout mouse to a mucolipidosis type II patient and showed the therapeutic potential of the lysosome enriched fraction. We admit that a larger scale animal study will be needed; however, the disease model and the therapeutic potential of the lysosome enriched fraction will highlight the hope for a novel treatment approach to mucopolipidosis type II, for which no therapeutic modality is available.