Internationales Maus-Phänotypisierungs-Konsortium

Das International Mouse Phenotyping Consortium (IMPC) ist ein internationales wissenschaftliches Projekt zur Erzeugung und Charakterisierung des Phänotyps von 20.000 Knockout- Mausstämmen. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Das im September 2011 gegründete Konsortium ^{[ 1 ]} besteht aus über 15 Forschungsinstituten auf vier Kontinenten und wird von den National Institutes of Health (NIH) , europäischen Regierungen und den Partnerinstitutionen finanziert . ^{[ 4 ]}

Die Initiative ist auf zehn Jahre (bis 2021) angelegt und konzentriert sich auf die Analyse homozygoter Mutantenmäuse , die vom International Knockout Mouse Consortium (IMPC) auf einem isogenen C57BL/6N -Hintergrund erzeugt wurden . Die Mausstämme werden mithilfe eines umfassenden Phänotypisierungsverfahrens charakterisiert, das darauf abzielt, durch die Messung embryonaler, neuromuskulärer, sensorischer, kardiovaskulärer, metabolischer, respiratorischer, hämatologischer und neurologischer Parameter Einblicke in menschliche Erkrankungen zu gewinnen. ^{[ 1 ] [ 5 ]} Die zur Beurteilung dieser Phänotypen verwendeten Protokolle wurden von allen IMPC-Partnern standardisiert und sind bei IMPReSS verfügbar. ^{[ 5 ]}

Von den IMPC-Partnern generierte Mausstämme werden im KOMP-Repository ^{[ 6 ]} und im European Mutant Mouse Archive ^{[ 7 ]} hinterlegt. In vielen Fällen werden Stämme archiviert, die einen von zwei Alleltypen tragen: ein Nullallel, das im primären IMPC-Phänotypisierungsverfahren verwendet wird, und ein konditionelles Ready-Allel, das gewebespezifische Knockouts mittels der Cre-Lox-Rekombinations- und FLP-FRT-Rekombinationssysteme ermöglicht .

Die phänotypischen Daten werden in einer frei zugänglichen, vollständig durchsuchbaren Online-Datenbank erfasst ^{[ 8 ]} , wodurch eine „umfassende Enzyklopädie der Säugetiergenfunktion“ entsteht ^{[ 1 ] .}

Das International Mouse Phenotyping Resource of Standardised Screens (IMPReSS) koordiniert und stellt standardisierte Protokolle bereit , die von Mausforschungskliniken zur Beurteilung der biologischen Eigenschaften von mutierten Mausstämmen eingesetzt werden. IMPReSS wurde 2011 ins Leben gerufen, um das IMPC bei seinem Ziel zu unterstützen, für jedes Gen einen Knockout-Mausstamm zu charakterisieren, und wird während der zehnjährigen Projektlaufzeit aktiv weiterentwickelt. ^{[ 1 ]} IMPReSS, der Nachfolger von EMPReSS, basiert auf dem Konzept einer „Phänotypisierungs-Pipeline“: einer Abfolge einzelner Verfahren, die an einer Maus in einem bestimmten Alter durchgeführt werden und so organisiert sind, dass Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Verfahren minimiert werden. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Jedes Verfahren ist in mehrere Parameter unterteilt, die sowohl Daten als auch Metadaten erfassen. Die Datenparameter sind biomedizinischen Ontologiebegriffen zugeordnet , um den Datenaustausch zu erleichtern und die Identifizierung phänotypischer Mausmodelle menschlicher Erkrankungen zu unterstützen. ^{[ 12 ]}

Die European Mouse Phenotyping Resource for Standardized Screens (EMPReSS) ^{[ 9 ] , der Vorgänger von IMPReSS, entwickelte im Rahmen der Projekte EUMODIC [ 13 ]} und EUMORPHIA ^{[ 14 ]} über 150 standardisierte Protokolle zur Charakterisierung von Mutantenmausstämmen an europäischen Forschungsinstituten . EMPReSS wurde von 2002 bis zu seiner Ablösung durch IMPReSS im Jahr 2011 aktiv weiterentwickelt. Phänotypdaten, die mit EMPReSS-Protokollen erhoben wurden, sind auf Europhenome verfügbar .

Etwa 30 % aller gezielten Gen-Knockouts bei Mäusen führen zum embryonalen oder perinatalen Tod. ^{[ 15 ]} Die Auswirkungen dieser Mutationen können daher an lebenden, adulten Mäusen, außer an heterozygoten Mutanten, nicht untersucht werden. Systematische Studien embryonal letaler Knockouts sind jedoch wichtig, um zu verstehen, wie diese Gene die Embryonalentwicklung und das Überleben beeinflussen.

Im Jahr 2013 veröffentlichte das IMPC den Bloomsbury-Bericht zur Phänotypisierung von Mausembryonen ^{[ 15 ]} , in dem ein Standardverfahren für das Screening embryonal letaler Knockouts in homozygoten Mutanten beschrieben wird. In Großbritannien bilden deren Empfehlungen die Grundlage des DMDD-Projekts (Deciphering the Mechanisms of Developmental Disorders) ^{[ 16 ] .}

Das 2011 gegründete IMPC-Projekt wurde in aufeinanderfolgende Phasen unterteilt, mit dem Ziel, für jedes proteinkodierende Gen im Mausgenom eine Knockout-Linie zu erzeugen und zu phänotypisieren ^{[ 17 ]} . Bis zum Ende der ersten Phase waren über 5.000 Mutantenlinien erzeugt und charakterisiert worden. Dabei zeigte sich, dass fast ein Drittel der Zielgene für die Lebensfähigkeit essenziell sind, und es wurden mehrere hundert neue Modelle für menschliche Erkrankungen bereitgestellt. Seitdem hat das Konsortium seinen Katalog auf über 9.000 Gene erweitert und mehr als 100 Millionen Datenpunkte in das IMPC-Portal integriert. Diese Daten werden mittlerweile in Tausenden von veröffentlichten Studien sowie in klinischen und präklinischen Datenbanken umfassend genutzt ^{[ 18 ] [ 19 ] .}

Das IMPC verwendet die Labormaus ( Mus musculus ), vorwiegend auf dem genetischen Hintergrund C57BL/6N, als Säugetiermodellorganismus, um die Funktion jedes proteinkodierenden Gens systematisch zu bestimmen. Durch die Erzeugung von Knockout-Mauslinien für jedes Gen stellt das IMPC Gen-Phänotyp-Assoziationen her und zeigt, wie der Verlust spezifischer Gene Lebensfähigkeit, Anatomie, Physiologie, Biochemie und Verhalten beeinflusst. ^{[ 20 ]}

Dieses standardisierte Mausmodell ermöglicht es dem Konsortium, neue krankheitsrelevante Gene zu identifizieren und Kandidatenmodelle für menschliche Erkrankungen zu entwickeln, darunter Stoffwechsel-, Herz-Kreislauf-, neurologische und Entwicklungsstörungen. Daten dieser Mäuse – wie Bluttests, Bildgebung, Stoffwechselprofile und Verhaltensanalysen – werden mittels Hochdurchsatz-Phänotypisierungsverfahren erfasst und über das IMPC-Portal öffentlich zugänglich gemacht. Dies ermöglicht Forschern weltweit, Phänotypen zu vergleichen und Modelle menschlicher Pathologien zu verfeinern. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

• Sanger-Mausgenetikprojekt