Angelman综合征小鼠模型的行为学表征

我们的目标是利用小鼠作为实验模型，阐明基因的生理功能。我们还致力于开发特定疾病的鼠模型，供科学家研究疾病成因并开发有效的治疗方法。此类研究的一个实例是Angelman综合征的小鼠模型。

可以说，最具潜力的新兴技术是将基于深度学习技术的人工智能整合到动物研究中。该方法可用于直接监测动物在饲养笼内的行为，而无需实验人员干扰动物。目前行为学研究面临的最大挑战是可重复性。

因此，我们引入一系列测试方法，以不依赖于模型年龄或物种的方式验证Angelman综合征小鼠模型。我们采用已建立的行为学测试来验证AS模型，同时通过一种新颖的方法开发模型，使其更接近人类大范围缺失的病理状态。利用CRISPR技术，我们从小鼠基因组中完全删除了整个UBE3A基因，而不同于其他仅限于3KB缺失的模型。

我们正在致力于开发一种基因疗法，该疗法有望在小鼠模型中恢复任何症状。首先，将十字形迷宫放置在摄像头正下方的测试平台上。利用墙上的电位器，借助照度计（其传感器置于迷宫中心）将迷宫中心的光照强度调节至70 lux。

双击查看器软件图标以打开软件，然后点击配置选项卡左上角的图标，加载高架十字迷宫（elevated plus maze 或 EPM）测试的配置。在实验选项卡的相应字段中输入动物信息，包括动物编号、基因型、性别及实验信息。确认区域位置、开放臂和封闭臂已正确配置。

使用视觉对照和计算机鼠标，确保虚拟轮廓区域与相应的高架十字迷宫（EPM）区域相匹配。将鼠标光标移至采集选项卡左上角的箭头图标处。将动物从饲养笼中取出，并轻柔地放置于EPM的中心位置。

通过左键单击计算机鼠标开始实验。五分钟后，单击“确定”保存记录的数据。为文件命名，然后单击“保存”。通过单击数据分析选项卡左侧垂直面板上的图标，将结果导出为 CSV 文件，以便进行离线分析。

在高架十字迷宫实验中，母源性UBE3A杂合突变体在与焦虑样行为相关的各项参数上均未发生改变。将四个开放旷场（open field，OF）实验箱放置在摄像机下方的测试平台上。利用墙壁上的电位计，借助照度计将其传感器置于每个实验箱中心位置，在每个OF实验箱中心处将光照强度调节至200 lux。

双击查看器软件图标以打开软件，然后点击配置选项卡左上角的图标，加载用于旷场实验（OF测试）的配置。在实验选项卡的相应字段中输入动物信息。确认区域位置与旷场实验箱匹配，必要时进行调整。

使用视觉对照和计算机鼠标，确保虚拟轮廓的中心区和周边区与开放旷场（OF）测试区域相对应。将鼠标光标移至采集选项卡左上角的箭头图标处。从饲养笼中取出四只动物，分别放入每个测试箱的角落。

通过左键单击计算机鼠标开始实验。在开放场地（OF）测试中，母源杂合型UBE3A突变动物表现出显著的活动减少，表现为移动距离更短、平均速度更低以及静止时间更长。然而，与焦虑样行为相关的各项参数在UBE3A突变体中均未发生改变。

使用 USB 线缆将尾悬架笼连接到计算机。将 USB 接收器插入计算机，然后双击 BIO TST 软件图标以启动软件。在“全局”设置选项卡中，确保采集时长设置为 360 秒。

在“实验”选项卡中，选择新的受试对象列表，并根据打开的选项卡中的说明创建新的实验文件和新的测试受试对象列表。通过从尾部基部开始，用单面胶带缠绕动物尾部的3/4部分，为测试做好动物准备。单击“开始运行”以启动运行。

然后切换到采集选项卡。将动物悬挂于挂钩上后，立即点击可视化位置下方的开始图标以开始采集数据。在所有动物测试完成后，在分析选项卡中，选择采集数据的最后四分钟进行分析。

选择分析周期内所有有效的运行记录，然后点击“分析所选对象”。选择所需的数据格式，然后点击“导出所选数据”以导出收集的数据。在悬尾实验中，UBE3A突变动物的静止时间显著长于对照组同窝小鼠，表明其具有类似抑郁的行为表现。

打开跑步机，然后在设备面板上手动将传送带速度设置为每秒20厘米，之后再开启装置滑块。启动DigiGait成像软件，并在快门速度设置栏中，将白化小鼠的快门速度设为100，黑色或深色小鼠设为130。将小鼠放置于跑步机传送带上，先将其设为慢速行走状态约三秒钟，同时持续观察小鼠行为，以确认小鼠能够完成测试，随后停止运行。

按下启动按钮开始传送带运行，记录10秒。确保可观察到至少10至15步清晰且流畅的运动。按下停止按钮停止传送带，将小鼠放回临时饲养笼中。

通过点击播放并使用编辑模式下的视觉控件回放录像，筛选出一系列步骤流畅的图像序列。手动将10到15个流畅动作的起始帧和结束帧编号填入相应字段中。输入动物信息，包括动物编号、出生日期、性别、体重、传送带速度和传送带角度。

单击“保存”以保存文件。接下来，打开 DigiGait 分析软件，基于对动物足印视频记录的全自动分析进行步态分析。UBE3A 突变动物的步态指数发生改变。

UBE3A 突变动物的摆动相和支撑相均延长，导致步幅持续时间和步长增加。小鼠后肢的推进力、持续时间及减速过程也均增强。这些发现还显示，在支撑相峰值时爪子接触面积更大。

打开旋转杆设备，通过双击杆软件图标启动软件。在文件选项卡中创建一个新文件，并以适当的名称保存。在设置窗口中，填写实验详细信息，例如日期、用户姓名以及任何必要的备注。

将转速程序设置为300秒，初始转速为4 RPM，终止转速为40 RPM。点击“Measure”打开测量面板。点击“Start”开始转轴以4 RPM的初始转速旋转，并将前五只动物放置到指定位置。

通过点击“开始测试”启动测试程序，转棒将在五分钟内逐渐加速至40 RPM。当所有动物从转棒上跌落后，点击“关闭”以关闭测量窗口，然后点击“显示”以查看采集的数据。通过点击“导出CSV”将获取的数据以CSV格式导出。

在UBE3A突变动物中，转棒实验表现显示其坠落潜伏期缩短。使用镊子夹取棉质筑巢垫料，并用天平手动记录其重量。将垫料随机放置于笼内，但需位于水源的对侧。

接下来四天内，使用天平手动称量每块筑巢垫料的重量。称重前确保筑巢垫料处于干燥状态；若潮湿，需先在加热垫上烘干。

如果垫料被撕成多个部分，则称量其中最大的部分。将重量记录在纸上或预先制作好的电子表格中。UBE3A突变动物用于筑巢的材料显著少于对照组，这种差异在转基因雌性动物与其对照组之间尤为明显。