Establishment of zebrafish model of attention-deficit/hyperactivity disorder

Epilepsie is een ernstige neurologische aandoening waar wereldwijd tot ongeveer 50 miljoen mensen aan lijden. De ziekte wordt gekenmerkt door abnormale elektrische activiteit in de hersenen (aanvallen) en klinisch gekarakteriseerd door convulsies, onvrijwillige bewegingen of een plots bewustzijnsverlies. Ongeveer 30% van de patiënten beantwoordt niet aan de huidig beschikbare anti-epileptica. Bovendien komt slechts een minderheid in aanmerking voor neurochirurgie.

Het Dravet syndroom (DS) is een zeldzame (ca. 1/20.000 tot < 1/40.000), ernstige en refractaire vorm van epilepsie. In het merendeel van de DS patiënten is deze genetische encefalopathie veroorzaakt door een mutatie in het SCN1A gen (sodium channel, voltage gated, type I alpha subunit). Dit epilepsie syndroom is gekenmerkt door “koortsgeïnduceerde of afebriele gegeneraliseerde en unilaterale, clonische of tonisch-clonische aanvallen, met aanvang tijdens het eerste levensjaar van schijnbaar gezonde kinderen. Later zijn multiple aanvalstypen mogelijk zoals myoclonus, atypische abscences en partiële aanvallen. Vanaf het tweede levensjaar leidt deze encefalopathie tot ernstige ontwikkelingstoornissen, gevolgd door persoonlijkheidsstoornissen en een cognitieve stagnering of achteruitgang” (International League Against Epilepsy (ILAE) classificatie). Er is nood aan nieuwe, innovatieve anti-epileptische geneesmiddelen vermits DS een van de meest farmacoresistente vormen van epilepsie vertegenwoordigt. Daarbij worden nieuwe werkingsmechanismen, hogere efficaciteit en minder nevenwerkingen beoogd.

De zebravis heeft recent opgang gemaakt in een plethora van onderzoeksdomeinen. Voordelen zoals snelle ex utero ontwikkeling, kleine omvang, transparantie van embryo’s en larven, een hoge vruchtbaarheid en snelle reproductie maakt van de zebravis een aantrekkelijk in vivo studiemodel. Bovendien maakt de hoge genetische orthologie (ca. 70%) en de gemakkelijke genetische manipulatie, de zebravis een ideaal model voor functional genomics. Hierdoor kan op een kosten-efficiënte manier met minimale ethische en administratieve vereisten een high-troughput screening van mogelijke geneesmiddel-kandidaten met succes worden uitgevoerd.

We ontwikkelden een zebravismodel voor DS door middel van een morfolino oligo (MO)-geïnduceerde knockdown van de genexpressie van scn1Lab (coderend voor sodium channel, voltage-gated, type I like, alpha b). De larfjes vertoonden spontaan een locomotorische hyperactiviteit, een abnormale hersenactiviteit en een hyperthermie-gevoeligheid, gelijkaardig aan die waargenomen worden bij DS muismodellen en de DS patiënten. Verdere farmacologische evaluatie toonde aan dat natriumvalproaat en fenfluramine significant de epileptiforme ontladingen in scn1Lab knockdowns reduceerden. Ook deze resultaten liggen in lijn van het klinische profiel van DS patiënten. Daarenboven is dit de eerste studie die de effectiviteit van fenfluramine als anti-epilepticum in de behandeling van het DS in een diermodel aantoont. Het zebravis scn1Lab model biedt tevens de mogelijkheid om in de toekomst nieuwe therapeutica van het DS te identificeren.

Ook werd in samenwerking met de groep van P. De Jonghe de rol van CHD2/chd2 (coderend voor chromodomain helicase DNA binding protein 2) onderzocht. Eerder werden immers de novo loss-of-function mutaties in CHD2 ontdekt in drie DS patiënten die negatief waren voor een SCN1A mutatie. Deze patiënten vertoonden intellectuele retardatie en koorts-gevoelige gegeneralizeerde aanvallen, en ook prominente myoclonische aanvallen vanaf hun tweede levensjaar of later. Om de functionele relevantie van CHD2 haplo-insufficiëntie te valideren, werd een morfolino oligo (MO)-geïnduceerde knockdown van de genexpressie van chd2 in zebravissen uitgevoerd. Deze leidde tot afwijkende locomotor-activiteit en epileptiforme ontladingen zoals geregistreerd door local field potential metingen (hersenactiviteit). Deze veranderingen waren niet aanwezig in de controle larven. Onze studie bewijst dat de novo loss-of-function mutaties in CHD2 een oorzaak is van de epileptische encefalopathie met gegeneralizeerde aanvallen. Deze gegevens valideren de zebravis opnieuw als een relevant model in functional genomics, i.e. door een knockdown van de zebravis chd2 werd bewezen dat dit gen betrokken kan zijn in patiënten met DS zonder een SCN1A mutatie.