Name: Verhaltenscharakterisierung eines Angelman-Syndrom-Mausmodells (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-20T12:10:00.000+00:00
Duration: 11 min 5 s
Description: Erfahren Sie die verhaltensbiologische Charakterisierung eines Angelman-Syndrom-Mausmodells mithilfe standardisierter Tests. Diese Methode ermöglicht reproduzierbare Forschung zu genetischen Ursachen und potenziellen Therapien.

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Diese Forschung wurde von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften RVO 68378050, LM2018126 Tschechischen Zentrum für Phänogenomik von MEYS CR, OP RDE CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_013/0001789 (Upgrade des Tschechischen Zentrums für Phänogenomik: Entwicklung hin zur Translationsforschung durch MEYS und ESIF), OP RDE CZ.02.1.01/0.0/0.0/18_046/0015861 (CCP Infrastructure Upgrade II von MEYS und ESIF) und OP RDI CZ.1.05/2.1.00/19.0395 (höhere Qualität und Kapazität für transgene Modelle durch MEYS und EFRE) unterstützt. Darüber hinaus wurde diese Studie von der NGO "Association of Gene Therapy (ASGENT)", Tschechien (https://asgent.org/) und LM2023036 Tschechischen Zentrum für Phänogenomik finanziert, das vom Ministerium für Bildung, Jugend und Sport der Tschechischen Republik zur Verfügung gestellt wird.

Validierung eines Mausmodells des Angelman-Syndroms mit Hilfe von Verhaltenstests

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.

AS-Modelle, die in verschiedenen murinen Stämmen erstellt wurden, werden in der Regel mit Tests des emotionalen Zustands, der motorischen Funktionen und der kognitiven Fähigkeiten von Tieren validiert, um den Vergleich mit menschlichen Symptomen zu erleichtern31,32. Ein motorisches Defizit in AS-Modellen ist der konsistenteste Befund in allen Laboren, gefolgt von einem unveränderten Emotionalitätszustand der Mutanten und Schwierigkeiten beim Nesterbau<sup class="...

Das Angelman-Syndrom (AS) ist eine seltene neurologische Entwicklungsstörung. Der häufigste genetische Ursprung von AS ist eine große Deletion der 15q11-q13-Region des mütterlichen Chromosoms, die bei fast 74 % der Patienten gefunden wird1. Die Deletion dieser Region führt zum Verlust von UBE3A, dem Hauptverursacher von AS, das für eine E3-Ubiquitin-Ligase kodiert. Das väterliche Allel des UBE3A-Gens in Neuronen wird in einem Prozess stillgelegt, der als Prägung bezeichnet wird. Folglich erlaubt die väterliche Prägung des Gens nur die mütterliche Expression im Zentralnervensystem (ZNS)2. Daher führt die Deletion des UBE3A-Gens vom mütterlichen Chromosom zur Entwicklung von AS-Symptomen. Beim Menschen manifestiert sich AS im Alter von etwa 6 Monaten, mit einer Entwicklungsverzögerung, die in allen Entwicklungsstadien anhält und bei den betroffenen Personen zu schweren schwächenden Symptomen führt 3,4. Zu den Kernsymptomen der Störung gehören das Defizit der Fein- und Grobmotorik, einschließlich ruckartiger ataktischer Gang, schwere Sprachstörungen und geistige Behinderung. Etwa 80% der AS-Patienten leiden zudem unter Schlafstörungen und Epilepsie. Bisher gibt es nur symptomatische Medikamente, die epileptische Anfälle reduzieren und die Schlafqualität verbessern1. Daher wird die Entwicklung robuster Tiermodelle mit reproduzierbaren Verhaltensphänotypen zusammen mit einer verfeinerten Phänotypisierungsanalyse unerlässlich sein, um die pathophysiologischen Mechanismen der Störung aufzuklären und wirksame Medikamente und Behandlungen zu finden.
Die Komplexität der menschlichen Erkrankung, die das ZNS betrifft, erfordert, dass Modellorganismen ein vergleichbares Genom, eine vergleichbare Physiologie und ein vergleichbares Verhalten besitzen. Mäuse sind aufgrund ihres kurzen Fortpflanzungszyklus, ihrer geringen Größe und ihrer relativ einfachen DNA-Modifikation als Modellorganismus beliebt. Im Jahr 1984 schlug Paul Willner drei grundlegende Validierungskriterien für Krankheitsmodelle vor: das Konstrukt, das Gesicht und die prädiktive Validität, die verwendet werden, um den Wert des Modells zu bestimmen5. Vereinfacht gesagt, spiegelt die Konstruktvalidität die biologischen Mechanismen wider, die für die Entwicklung der Störung verantwortlich sind, die Gesichtsvalidität rekapituliert ihre Symptome und die prädiktive Validität beschreibt das Ansprechen des Modells auf therapeutische Medikamente.
Um den oben genannten Prinzipien gerecht zu werden, haben wir die häufigste genetische Ätiologie, eine große Deletion des mütterlichen 15q11.2-13q-Locus einschließlich des UBE3A-Gens, gewählt, um AS-Modellmäuse zu erzeugen. Wir verwendeten die CRISPR/Cas9-Technik, um eine 76.225 bp lange Region zu löschen, die sich über das gesamte UBE3A-Gen erstreckt und sowohl die kodierenden als auch die nicht-kodierenden Elemente des Gens umfasst, in Mäusen aus einem C57BL/6N-Hintergrund6. Anschließend haben wir die Tiere gezüchtet, um UBE3A+/− heterozygote Mäuse zu erhalten. Für die Gesichtsvalidierung des Modells verwendeten wir Tiere aus Kreuzungen von UBE3A+/−-Weibchen und Wildtyp-Männchen, um UBE3A+/- Nachkommen (Stamm mit der Bezeichnung C57BL/6NCrl-UBE3A<em1(IMPC)Ccpcz>/Ph und später als UBE3A mGenedel/+ bezeichnet) und Kontrollwurfgeschwister zu gewinnen. Wir testeten ihre Fein- und Grobmotorik, ihre Emotionalität und ihren Affekt, um die Kernsymptome des AS zu rekapitulieren. In einem früheren Artikel haben wir auch die kognitiven Funktionen der Tiere untersucht, da AS-Patienten auch an einer geistigen Behinderung leiden6. Wir fanden jedoch keine kognitiven Beeinträchtigungen bei UBE3AmGenedel/+ Mäusen, was möglicherweise auf das junge Alter der Tiere zum Zeitpunkt des Versuchs zurückzuführenist 7. Eine spätere Untersuchung der älteren Tiere, die etwa 18 Wochen alt waren, ergab ein Defizit in der Verhaltensflexibilität während des Umkehrlernens im Ortspräferenzparadigma. Die Komplexität der für diese Analyse verwendeten Geräte erfordert jedoch ein separates methodisches Modul, das hier nicht enthalten ist.
Die hier vorgestellten Verhaltenstests gehören dank ihres hohen prädiktiven Wertes und ihrer ausreichenden Konstruktvalidität zu den gängigen Phänotypisierungswerkzeugen in der Genforschung 8,9,10. Wir nutzten diese Tests, um ein Mausmodell für AS zu validieren, indem wir die Kernsymptome der menschlichen Krankheit auf reproduzierbare, altersunabhängige Weise rekapitulierten. Die Emotionalität des Tieres wurde im erhöhten Plus-Labyrinth und im Freifeldversuch bewertet. Beide Tests basieren auf dem Annäherungs-Vermeidungs-Konflikt, bei dem die Tiere auf der Suche nach Nahrung, Unterschlupf oder Paarungsmöglichkeiten eine neue Umgebung erkunden und gleichzeitig angstlösende Kompartimente meiden11. Zusätzlich wird der Freilandtest verwendet, um die Bewegungsaktivität einer Maus zu testen8. Der Schwanzsuspensionstest wird häufig in der Depressionsforschung eingesetzt, um nach neuen Antidepressiva oder depressiven Phänotypen in Maus-Knockout-Modellen zu suchen12. Dieser Test bewertet die Verzweiflung, die Tiere im Laufe der Zeit in einer unentrinnbaren Situation entwickeln. Motorisches Lernen und detaillierte Gangeigenschaften wurden auf dem Rotarod bzw. im DigiGait bestimmt. Die Ausdauer des Tieres auf dem beschleunigenden Stab charakterisiert seine Gleichgewichts- und Bewegungskoordinationsfähigkeiten, während die detaillierte Analyse der Schrittmuster einer Maus eine sensible Bewertung neuromuskulärer Beeinträchtigungen im Zusammenhang mit vielen neurogenerativen Bewegungsstörungen darstellt13,14,15. Der Nestlet-Zerkleinerungstest ist Teil der Standardmethodik zur Erkennung impulsiven Verhaltens bei Nagetieren, und da er das natürliche Bauverhalten von Nagetieren nutzt, zeigt er das Wohlbefinden des Tieres an16,17.
Die Größe der Versuchsgruppen war das Ergebnis eines Kompromisses, um die Anforderungen der 3R-Regel zu erfüllen und die Zuchtleistung der Kolonien effizient zu nutzen. Um jedoch eine statistische Aussagekraft zu erhalten, hatten die Gruppen nicht weniger als 10 Individuen, da eine ausreichende Anzahl von Brutpaaren gebildet wurde. Leider führte die Zuchtleistung nicht immer zu einer ausreichenden Anzahl von Tieren.

<table><tbody><tr><td>Käfige, individuell belüftet</td><td>Techniplast</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DigiGait</td><td>Mouse Specifics, Inc., 2 Central Street Level Unit 110 Framingham, MA 01701, USA</td><td>Die Ausrüstung wurde ausgeschrieben, es wurde kein Katalog zur Verfügung gestellt, noch war sie auf der Website des Unternehmens zu finden</td><td>. Detaillierte Analyse des Mausgangs, der bereitgestellten Hardware und Software.</td></tr><tr><td>FDA Nestlet Quadrate</td><td>Datesand Ltd., 7 Horsfield Way, Bredbury, Stockport SK6, UK</td><td>Das Material wurde vom Velaz-Lieferanten per direkter E-Mail-Anfrage gekauft. Velaz stellt keine Katalognummer zur Verfügung.</td><td>Nestchen aus Baumwolle für den Nestbautest. Nestlet-Beschreibung: je 2-3 g, mit einem Durchmesser von ca. 5 x 5 x 0,5 cm.</td></tr><tr><td>Mausfutter</td><td>Altramion</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotarod</td><td>TSE Systems GmbH, Barbara-McClintock-Str.4 12489 Berlin, Deutschland</td><td>Es wurde eine Ausrüstung ausgeschrieben, es wurde keine Katalognummer zur Verfügung gestellt, noch war auf der Website des Unternehmens</td><td>Rotarod für 5 Mäuse zu finden, Hardware und Software wurden zur Verfügung gestellt. Trommelabmessungen: Durchmesser: 30 mm, Breite pro Bahn: 50 mm, Fallweite 147 mm.</td></tr><tr><td>Test der Schwanzaufhängung</td><td>Bioseb, In Vivo Research Instruments, 13845 Vitrolles FRANKREICH</td><td>Referenz: BIO-TST5</td><td>Vollautomatisches Gerät zur Bewertung der Immobilitätszeit von 3 Mäusen, die am Schwanz aufgehängt wurden, Hardware und Software zur Verfügung gestellt</td></tr><tr><td>Transpore medizinisches Klebeband</td><td>Medical M, Ltd.</td><td>P-AIRO1291</td><td>Das Band, mit dem ein Tier an seinem Schwanz am Haken befestigt wird.</td></tr><tr><td>Viewer - Video Tracking System</td><td>Biobserve GmbH, Wilhelmstr. 23 A 53111 Bonn, Deutschland</td><td>Es wurden Geräte mit Software ausgeschrieben, es wurde keine Katalognummer zur Verfügung gestellt, noch war auf der Website des Unternehmens</td><td>Software mit kundenspezifischer Hardware zu finden: Labyrinth, IR-Basis, IR-empfindliche Kameras. Maßanfertigung OF: 42 x 42 cm Fläche, 49 cm hohe Wand, Mittelzonenfläche: 39 cm2. Ein maßgefertigtes EPM wurde 50 cm über den Boden gehoben, mit einem offenen Arm von 79 cm Länge&nbsp; 9 cm breit und geschlossener Arm 77 cm lang, 7,6 cm breit.</td></tr></tbody></table>

verhaltenscharakterisierung eines angelman-syndrom-mausmodells

Behavioral Characterization of an Angelman Syndrome Mouse Model

Dieses Manuskript beschreibt eine Reihe von Verhaltenstests, die zur Charakterisierung des Angelman-Syndroms (AS)-ähnlichen Phänotypen in einem etablierten Mausmodell der AS zur Verfügung stehen. Wir verwenden das Rotarod-Lernparadigma, eine detaillierte Ganganalyse und einen Nestbautest, um motorische Beeinträchtigungen bei Tieren zu erkennen und zu charakterisieren. Wir testen die Emotionalität der Tiere im Freiland- und erhöhten Plus-Labyrinth-Tests, sowie die Wirkung im Schwanzaufhängungstest. Wenn AS-Mäuse im Freilandversuch getestet werden, sollten die Ergebnisse mit Vorsicht interpretiert werden, da motorische Dysfunktionen das Verhalten der Mäuse im Labyrinth beeinflussen und die Aktivitätswerte verändern.
Die Reproduzierbarkeit und Wirksamkeit der vorgestellten Verhaltenstests wurde bereits in mehreren unabhängigen Uba3a-Mauslinien mit unterschiedlichen Knockout-Varianten validiert, was diese Testreihe als hervorragendes Validierungswerkzeug in der AS-Forschung etabliert. Modelle mit entsprechender Konstrukt- und Gesichtsvalidität werden weitere Untersuchungen zur Aufklärung der Pathophysiologie der Erkrankung und zur Entwicklung kausaler Therapien rechtfertigen.

Erhöhte Plus-, Labyrinth- und Freifeldtests Die EPM- und OF-Tests nutzen die natürliche Neigung von Nagetieren, neue Umgebungen zu erkunden18,19. Die Erkundung wird von einem Annäherungs-Vermeidungs-Konflikt bestimmt, bei dem Nagetiere zwischen der Erkundung einer neuen Umgebung und der Vermeidung möglicher Gefahren wählen. Tiere erkunden unbekannte Orte auf der Suche nach Unterschlupf, sozialen Kontakten oder Nahrungssuche. Neue Orte können j...

Dieses Manuskript stellt eine Reihe von hochgradig reproduzierbaren Verhaltenstests vor, um ein Mausmodell mit Angelman-Syndrom zu validieren.

Verhaltenscharakterisierung eines Angelman-Syndrom-Mausmodells

This manuscript describes a battery of behavioral tests available to characterize Angelman syndrome (AS)-like phenotypes in an established murine model of ...

Unser Ziel ist es, die physiologische Rolle von Genen anhand von Mäusen als experimentelles Modell aufzuklären. Wir konzentrieren uns auch auf die Entwicklung von Mausmodellen für bestimmte Krankheiten, mit denen Wissenschaftler die Ursachen von Krankheiten untersuchen und wirksame Behandlungen entwickeln können. Ein Beispiel für eine solche Aktivität ist das Mausmodell des Angelman-Syndroms.Die wohl vielversprechendste neue Technologie mit Potenzial ist die Integration von künstlicher Intelligenz auf der Grundlage von Deep-Learning-Techniken in die Tierforschung. Mit diesem Ansatz kann das Verhalten der Tiere im häuslichen Käfig direkt überwacht werden, ohne dass der Versuchsleiter die Tiere stören muss. Die größte Herausforderung in der Verhaltensforschung ist derzeit die Reproduzierbarkeit.Daher führen wir eine Reihe von Tests ein, die das Angelman-Syndrom des Modells auf eine Weise validieren, die nicht vom Alter oder der Spezies des Modells abhängt. Wir verwenden etablierte Verhaltenstests, um unser AS-Modell zu validieren. Der neuartige Ansatz für die Modellentwicklung ähnelt jedoch stark dem menschlichen Zustand mit einer großen Deletion.Mit Hilfe der CRISPR-Technologie haben wir das gesamte UBE3A-Gen aus dem Genom der Maus gelöscht. Im Gegensatz zu anderen Modellen, bei denen die Löschung auf 3KB begrenzt ist. Wir arbeiten an der Entwicklung einer Gentherapie, die ein Symptom im Mausmodell wiederherstellen könnte.

behavioral-characterization-of-an-angelman-syndrome-mouse-model

Research

Forschung

JoVE Journal

Behavior

Verhalten

Inchworming ist ein stark repetitiven synchrone Bewegung durch Grab BTBR T + ITPR 3TF / J (BTBR) Mäusen angezeigt, wenn in einem Test Käfig mit genügend Bettwäsche Sägemehl gelegt. Das Verfahren ist eine Modifikation des Jugendlichen soziale Interaktion Protokoll und wird hier verwendet, um sich wiederholende Motor relevant Autismus-Spektrum-Störung Stereotypien zu beurteilen.

Inchworming: A Novel Motor Stereotypie in der BTBR<em&gt; T<sup&gt; +</sup&gt; Itpr3<sup&gt; Tf</sup</em&gt; / J-Maus-Modell von Autismus

Hier stellen wir ein Protokoll zur Induktion von aktivitätsbasierter Anorexie (ABA) bei weiblichen jugendlichen Mäusen vor. ABA ist ein Zustand der Hyperaktivität, der durch die Auferlegung von Nahrungsbeschränkungen für Nagetiere mit Zugang zu einem Laufrad hervorgerufen wird. Dieses Phänomen wird als Modell verwendet, um die zugrundeliegende Neurobiologie der Anorexia nervosa zu untersuchen.

Unter Verwendung des Activity-based Anorexia Nagetiermodell die neurobiologischen Grundlagen von Anorexia Nervosa Study

Mäuse, die einzeln untergebracht mit einem laufenden Rad während Angesichts begrenzter Zugang zu Nahrungsmitteln entwickeln Verringerung der Nahrungsaufnahme und Steigerung der Aktivität auf das Laufrad. Dieses experimentelle Phänomen nennt Activity based Magersucht. Dieses Paradigma bietet ein experimentelles Werkzeug für das Studium der Neurobiologie und Verhaltensweisen zugrunde liegenden Aspekte der Anorexia Nervosa.

Beurteilung der Activity based Anorexie bei Mäusen

Die Footprint-Analyse ist eine kostengünstige Alternative zu digitalisierten Ganganalyseprogrammen für Forscher, die Bewegungsanomalien bei Mäusen quantifizieren. Aufgrund seiner Geschwindigkeit, Einfachheit und Längspotenzial, Es ist ideal für Verhaltens-Phänotypisierung von Mausmodellen.

Low-Cost Gait Analyse für Verhaltens-Phänotypisierung von Maus-Modellen von neuromuskulären Erkrankungen

Die Autismus-Spektrum-Störung (ASS) ist mit einer Beeinträchtigung des sozialen und kommunikativen Verhaltens und dem Auftreten von sich wiederholendem Verhalten verbunden. Um die Wechselbeziehung zwischen ASD-Genen und Verhaltensdefiziten im Drosophila-Modell zu untersuchen, werden in dieser Arbeit fünf Verhaltensparadigmen zur Untersuchung von sozialem Abstand, Aggression, Balz, Pflege und Gewöhnungsverhalten beschrieben.

Paradigmen für die Verhaltensbewertung im Drosophila-Modell der Autismus-Spektrum-Störung

Nagetiermodelle sind wertvolle Werkzeuge zur Untersuchung von Kernverhaltensweisen im Zusammenhang mit der Autismus-Spektrum-Störung (ASS). In diesem Artikel erläutern wir zwei Verhaltenstests zur Modellierung der Kernmerkmale von ASD bei Mäusen: Self-Grooming, der sich wiederholendes Verhalten bewertet, und der Drei-Kammer-Test für soziale Interaktion, der soziale Beeinträchtigungen dokumentiert.

Strategien zur Beurteilung autistischer Verhaltensweisen bei Mäusen

Wir zeigen die Nützlichkeit des Nestbauverhaltens bei Labormäusen als Indikator für das Wohlbefinden. Nest Scoring ist eine sensible Technik, die durch Temperatur, Krankheit und Aggression verändert wird. Die Zeit bis zur Integration in den Nesttest (TINT) ist eine einfache Beurteilung am Käfig, mit der postoperative Schmerzen erkannt werden können.

Nestbau als Indikator für Gesundheit und Wohlbefinden bei Labormäusen

Längerer und umfassende Überwachung der Mäuse in einem Heim-Käfig-Umgebung bietet ein tieferes Verständnis für abweichendes Verhalten in Mausmodellen der Erkrankungen des Gehirns. Dieses Papier beschreibt die Integrated Behavioral Station (INBEST) als wesentlicher Bestandteil der modernen Verhaltensanalyse.

Behavioral Phänotypisierung von murinen Krankheitsmodelle mit dem Integrated Behavioral Station (INBEST)

Mausmodelle sind in Studien der Verhaltensneurowissenschaften immer beliebter geworden.  Mit der Weiterentwicklung der Modelle ist es wichtig, sensible Verhaltensmaßstäbe zu entwickeln, die speziell auf die Maus zugeschnitten sind.  Dieses Protokoll beschreibt die Pasta Matrix Reaching Task, bei der es sich um eine geübte motorische Aufgabe handelt, die in Mausmodellen für Schlaganfälle verwendet wird.

Ausgleichs Gliedmaßen Bedingungen und Verhaltens Bewertung der Motorik Learning Nach sensomotorischen Kortex Verletzung in einem Maus-Modell der ischämischen Schlaganfall

Regelungs-und Leistungsbilanz sind dafür bekannt, mit dem Alter verschlechtern. Dieser Beitrag stellt eine Reihe von Standard-nicht-invasive Verhaltenstests mit der Zugabe von einem einfachen Dreh Reiz, um die vestibuläre System und zeigen Veränderungen in der Balance Performance in einem Mausmodell des Alterns herausfordern.

Behavioral Beurteilung der Alterungs Maus vestibuläre System

Erfahren Sie die verhaltensbiologische Charakterisierung eines Angelman-Syndrom-Mausmodells mithilfe standardisierter Tests. Diese Methode ermöglicht reproduzierbare Forschung zu genetischen Ursachen und potenziellen Therapien.

Verhaltenscharakterisierung eines Angelman-Syndrom-Mausmodells

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