Name: Strategien zur Beurteilung autistischer Verhaltensweisen bei Mäusen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-20T13:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 38 s
Description: Lernen Sie standardisierte Verhaltensbewertungen bei Mäusen zur Untersuchung autistischer Verhaltensweisen. Diese Methode nutzt Selbstpflege- und Dreikammer-Tests zur Erforschung molekularer Mechanismen von ASD.

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<meta charset="utf8"></head><body>Verhaltensassays für Autismus-Spektrum-Störungen in Mausmodellen

<table><tbody><tr><td>1/4'' Teklad Corncob Bettwäsche&nbsp;</td><td>Harlan, TEKLAD</td><td>7092-7097</td><td>Das Rohmaterial für Maiskolben-Einstreuprodukte besteht zu 100 % aus Maiskolben. Es werden keine weiteren Bestandteile oder Zusatzstoffe verwendet.</td></tr><tr><td>HD-VideoaufnahmekameraHerkömmliche Videokamera</td><td>Sony</td><td>HDRCX405</td><td>50 Mbit/s XAVC S1 1920 x 1080 bei 60P, AVCHD und MP4-Codecs. 30x optischer / 60x Klarbildzoom, um näher an das Geschehen heranzukommen. 26,8 mm Weitwinkelobjektiv von Zeiss.</td></tr><tr><td>Nitril-puderfreie Untersuchungshandschuhe</td><td>Aurelia, Transform</td><td>ASTM D6319-00</td><td>Getestet für die Verwendung mit Chemotherapeutika gemäß ASTM D6978</td></tr><tr><td>Nagetier-Kunststoffkäfigböden</td><td>Ancare</td><td>AN75PLF</td><td>AN75 Maus 7&frac12; &rdquo; W x 11&frac12; &rdquo; L x 5" H</td></tr><tr><td>T&Aring; GARP Stehleuchte und Glühbirnen&nbsp;</td><td>IEKA</td><td>604.640.49</td><td>Glühbirnen haben 23 W 120 V.</td></tr><tr><td>Ugo Basile Geselligkeitsapparat</td><td>Stoelting&nbsp;</td><td>60450</td><td>Der Geselligkeitsapparat (3-Kammer-Sozialtest) ist ein wertvolles Instrument zur Untersuchung des Sozialverhaltens von Mäusen.</td></tr><tr><td>Versa-Clean&nbsp;</td><td>Fisherbrand</td><td>PVCLN04</td><td>Reinigungsmittel</td></tr><tr><td>Whiteboard und&nbsp; Geruchsarmer Dry Erase Marker</td><td>EXPO</td><td>NA</td><td>Trocken abwischbare Marker in kräftigem Schwarz</td></tr></tbody></table>

strategien zur beurteilung autistischer verhaltensweisen bei mäusen

Strategies for Assessing Autistic-Like Behaviors in Mice

Das Säugetierziel Rapamycin (mTOR) spielt eine entscheidende Rolle im Zentralnervensystem (ZNS), indem es die De-novo-Proteinsynthese reguliert und die Autophagie unterdrückt43. Eine Dysregulation des mTOR-Signalwegs und der synaptischen Proteinsynthese wurde mit ASD28 in Verbindung gebracht. Genomweite Studien an ASD-Patienten haben verschiedene ASD-assoziierte Genmutationen identifiziert, einschließlich solcher, die Proteine betreffen, die an der Signalübertragung des mTOR-Komplexes 1 (mTORC1) beteiligt sind, wie z. B. Phosphatase und Tensin-Homolog auf Chromosom zehn (PTEN), der tuberöse Sklerose-Komplex (TSC1/2) und das fragile X Mental Retardation Protein (FMRP)44,45,46,47,48,49. Die Deletion dieser Proteine in Mausmodellen induziert ASD-ähnliche Verhaltensweisen, einschließlich sozialer Defizite und repetitiver Verhaltensweisen 45,46,47. Eine übermäßige synaptische Proteinsynthese, die durch eine erhöhte eIF4E-abhängige mRNA-Translation des eukaryotischen Initiationsfaktors 4E (eIF4E), insbesondere durch mTORC1, angetrieben wird, wurde mit einer erhöhten synaptischen Konnektivität und den ASD-Phänotypen in Verbindung gebracht 48,49,50. Das eIF4E-Protein baut sich in Verbindung mit der Helikase eIF4A und dem Gerüstprotein eIF4G zum eIF4F-Cap-Binding-Komplex zusammen, der die Initiierung der mRNA-Translationerleichtert 50. Die eIF4E-Bindungsproteine (4E-BPs) hemmen die Translation, indem sie an eIF4E binden und die Bildung eines eIF4F-Komplexes nicht zulassen51. mTORC1 fördert die Translation, indem es 4E-BPs phosphoryliert, wodurch eIF4E freigesetzt wird, um die eIF4F-Bildung zu erleichtern51. Von den drei 4E-BP-Paralogen bei Säugetieren ist 4E-BP2 (kodiert durch Eif4ebp2) im Gehirn am vorherrschend52. Verhaltenstests mit Wildtyp-Wurfgeschwistern und 4E-BP2-Knockout-Mäusen haben die Nützlichkeit dieses Protokolls gezeigt: Frühere Forschungen aus unserem Labor zeigten ASD-ähnliches repetitives Verhalten bei homozygoten Eif4ebp2-Ganzkörper-Knockout-Mäusen (Eif4ebp2 KO) und soziale Defizite bei Eif4ebp2 KO und inhibitorischen Neuronen-bedingten Knockout-Modellen53,54 . Um das natürliche Verhalten der Tiere zu zeigen, präsentieren wir hier die Ergebnisse der Selbstpflege und die Drei-Kammer-Tests zur sozialen Interaktion, die an C57BL/6J-Mäusen durchgeführt wurden. Wir führten den Selbstpflegetest an Eif4ebp2 KO durch und verglichen sie mit Wildtyp-Wurfgeschwistermäusen. Für den Dreikammertest wurden 4E-BP2-bedingte KO (Eif4ebp cKO) Mäuse verwendet, die mit Camk2α-Cre Mäusen und Gad2-Cre Mäusen gekreuzt wurden. Als Kontrollmäuse (Eif4ebp2 CTL) verwendeten wir die Camk2α-Cre und Gad2-Cre Wurfgeschwister gleichen Geschlechts und Alters. Die folgenden Ergebnisse dienen als repräsentative Ergebnisse zur Validierung der Protokolle zur Bewertung von ASD-ähnlichem Verhalten an genetischen Mäusemodellen.
Der Selbstpflegetest ist in Abbildung 1 dargestellt. Der schematische und reale Aufbau zeigt die Gewöhnungs- und Testphasen des Selbstpflegetests (Abbildung 1A). Die Fellpflege von Mäusen wurde in zwei Haupttypen eingeteilt: rostrale Fellpflege und kaudale Fellpflege (Abbildung 1B). Unter den 10 Videos, die während des Tests von männlichen Mäusen mit C57BL/6J aufgenommen wurden, beobachteten wir, dass Mäuse in der Regel mit der Fellpflege mit Pfoten/Nasenpflege begannen und dann einen großen Teil der Fellpflege damit verbrachten, ihren Körper zu lecken, wobei sie sich insbesondere auf das Waschen des Bauches und der Hintergliedmaßen konzentrierten (Abbildung 1C). Die Mittel für unterschiedliche Pflegebereiche sind wie folgt: Pfoten/Nase 13,1 ± 4,7 s, Gesicht/Kopf 5,2 ± 1,2 s, Körper/Schwanz 39,3 ± 8,5 s. Eine Fellpflege von Ohren und Schwänzen wurde selten beobachtet. Zusätzlich stellen einzelne Anfälle (Abbildung 1D) jedes Mal dar, wenn die Testmaus den Bereich für die Fellpflege wechselte (z. B. von Pfoten und Nase zu Gesicht/Kopf oder zu Körper/Schwanz), wobei Körperpflege das am häufigsten beobachtete Selbstpflegeverhalten war. Die Mittel für die verschiedenen Pflegebereiche sind wie folgt: Pfoten/Nase 2,4 ± 0,4 Kästen, Gesicht/Kopf 2,5 ± 0,4 Kästen, Körper und Schwanz 5,4 ± 0,7 Brüste. Anschließend analysierten wir Videos von Eif4ebp2 KO-Mäusen und ihren Wildtyp-Kontroll-Wurfgeschwistern (CTL) beiderlei Geschlechts. Basierend auf früheren Forschungen unseres Labors, die männliche Eif4ebp2-KO-Mäuse untersuchten, erwarteten wir eine Zunahme der Fellpflege, was auf abnormales, sich wiederholendes Verhalten hinweist53. Erwartungsgemäß beobachteten wir signifikante Unterschiede in der Selbstputzzeit und der Anzahl der Anfälle. Ein signifikanter Unterschied in der Selbstfellzeit wurde zwischen männlichen Kontrollmäusen (Abbildung 1E) (n = 7, Mittelwert = 25,61 ± 5,8 s) und Eif4ebp2 KO-Mäusen (n = 5, Mittelwert = 46,57 ± 7,3 s) (t(23)= 2,286, p = 0,0454; ungepaarter t-Test) sowie zwischen weiblichen Kontrollmäusen (n = 5, Mittelwert = 21,86 ± 7,8 s) und Eif4ebp2 KO-Mäusen (n = 6, Mittelwert = 81,70 ± 21,2 s) (t(23) = 2,440, p = 0,0373; ungepaarter t-Test). Darüber hinaus initiierten männliche Eif4ebp2 KO-Mäuse (n = 5, Mittelwert = 7,2 ± 1,4 Kämme) mehr Fellpflege-Attacken als die Kontrollgruppe (Abbildung 1F), (n = 7, Mittelwert = 3,4 ± 0,3 Kämme) (t(23) = 2,683, p = 0,0476; Welchs t-Test). Ein signifikanter Unterschied wurde auch zwischen weiblichen Eif4ebp2 KO-Mäusen (n = 6, Mittelwert = 7,5 ± 0,9 Kästen) und der Kontrollgruppe (n = 5, Mittelwert = 2,2 ± 0,5 Kämme) (t(23) = 4,770, p = 0,0010; ungepaarter t-Test) beobachtet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl weibliche als auch männliche Mäuse mit 4E-BP2 KO einen erhöhten repetitiven Selbstpflege-Phänotyp aufweisen.
Der Drei-Kammer-Test der sozialen Interaktion ist dargestellt in Abbildung 2. Der schematische und tatsächliche Aufbau zeigt das Gesamtbild des Drei-Kammer-Sozialtests, das Gewöhnung, soziale Herangehensweise und Präferenz für soziale Neuheit (Abbildung 2A). Wir führten den Drei-Kammer-Test zunächst an C57BL/6J-Mäusen (Abbildung 2B; n = 12, männlich). Mäuse bevorzugten typischerweise die Interaktion mit S1 gegenüber einem neuartigen unbelebten Objekt, mit einer mittleren Interaktionszeit von 124,2 ± 10,6 s für S1 und 60,01 ± 3,9 s für E (t(23) = 5,665, P &lt; 0.0001; Welch's test). Similarly, C57BL/6J mice displayed more interest in a newly introduced S2 compared to a familiar S1 (Abbildung 2C), mit einer mittleren Wechselwirkungszeit von 66,07 ± 7,3 s für S2 und 36,21 ± 4,6 s für S1 (t(23) = 3,468, P = 0,0027; ungepaarter t-Test). Abbildungen 2D-G vorliegenden Daten aus einer früheren Veröffentlichung von Dr. Wiebe in PNAS, Drei-Kammer-Test von Eif4ebp2 cKO-Mäuse54. Bei diesen Mäusen wurde 4E-BP2 in CamkIIα bedingt deletiert+ exprimierende erregende Neuronen (Eif4ebp2Ex cKO) und Gad2+ die inhibitorische Neuronen exprimieren (Eif4ebp2In cKO). Beide Eif4ebp2Ex cKO (n = 14) und Kontroll-Wurfgeschwister Eif4ebp2Ex CTL (n = 11) interagierte länger mit S1 als mit E (Abbildung 2D), (Haupteffekte der Kammer, F(1,23) = 28,90, p &lt; 0.0001, Bonferroni post hoc bedeuten: Eif4ebp2Ex cKO, S1 84,2 ± 7,4 s, E 49,7 ± 4,4 s, t(23) = 3,544, p = 0,0035; Eif4ebp2Ex CTL S1 94,1 ± 5,7 s, E 49,7 s ± 5,6, t(23) = 4,042, p = 0,0010; kein Haupteffekt des Genotyps, F(1,23) = 1,328, p = 0,2610; kein Kammer-x-Genotyp-Interaktionseffekt, F(1,23) = 0,4548, p = 0,5068; 2-Wege-ANOVA). Ein ähnliches Ergebnis wurde bei der Präferenz für das Stadium der sozialen Neuheit beobachtet, wo beide Gruppen mehr Interaktion mit S2 gegenüber S1 zeigten (Abbildung 2E), (Hauptwirkung der Kammer, F(1,23) = 35,28, p &lt; 0.0001, Bonferroni post hoc: Eif4ebp2Ex cKO, S1 42,8 s ± 5,1, S2 75,7 s ± 5,5 t(23) = 4,076, p = 0,0009 und Eif4ebp2Ex CTL , S1 38,3 ± 4,3 s, S2 77,6 ± 6,8 s, t(23) = 4,325, p = 0,0005; kein Haupteffekt des Genotyps, F(1,23) = 0,07213, p = 0,7907; keine Kammer durch Genotyp-Interaktionseffekt, F(1,23) = 0,2839, p = 0,5993; 2-Wege-ANOVA). Interessanterweise Eif4ebp2In cKO-Mäuse zeigten im Vergleich zu den Wildtyp-Wurfgeschwistern keinen sozialen Ansatz für S1 gegenüber E Eif4ebp2Ex CTL (Abbildung 2F), (Kammer durch Genotyp-Interaktionseffekt, F(1,30) = 8,624, p = 0,0063, Bonferroni post hoc: Eif4ebp2In cKO, S1 60,1 ± 5,8 s, E 59,6 ± 6,8 s, t(30) = 0,04905, p &gt; 0,9999; Eif4ebp2Ex CTL, S1 63,4 ± 6,7 s, E 26,4 ± 3,0 s, t(30) = 4,667, p = 0,0001; Hauptwirkung der Kammer, F(1,30) = 9,074, p = 0,0052; Haupteffekt des Genotyps, F(1,30) = 7,994, p = 0,0083; 2-Wege-ANOVA). Beide Eif4ebp2In cKO und Eif4ebp2Ex CTL-Mäuse zeigten eine ähnliche Präferenz für soziale Neuheit (Abbildung 2G), (Hauptwirkung der Kammer, F(1,30) = 19,56, p = 0,0001, Bonferroni post hoc: Eif4ebp2In cKO, S1 29,5 ± 4,3 s, S2 42,9 ± 5,6 s, t(30) = 2,441, p = 0,0415 und Eif4ebp2In CTL, S1 25,5 ± 5,4 s, S2 43,7 ± 5,0 s, t(30) = 3,986, p = 0,0008; kein Haupteffekt des Genotyps, F(1,30) = 0,05985, p = 0,8084; keine Kammer durch Genotyp-Interaktionseffekt, F(1,30) = 0,4351, p = 0,5145; 2-Wege-ANOVA). Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass Eif4ebp2 cKO in Gad2+ Interneuronen, aber nicht Camk2IIα+ erregende Neuronen führt zu einer verminderten sozialen Annäherung. Die repräsentativen Daten zeigen außerdem die Wirksamkeit unserer Protokolle bei der Bewertung des Sozialverhaltens transgener Mäuse.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66846/66846fig01.jpg"> 
Abbildung 1: Selbstpflegeverhalten und Auswirkungen der 4E-BP2-Deletion auf das Selbstpflegeverhalten. (A) Schematische Darstellung des Zeitrahmens und der Einrichtung, die zur Bewertung des Selbstpflegeverhaltens verwendet werden. Die Abbildungen zeigen die Testmaus in einem leeren Käfig mit frischer Einstreu für insgesamt 20 Minuten, wobei 10 Minuten für die Gewöhnung und 10 Minuten für die Bewertung des Selbstpflegeverhaltens vorgesehen waren. Der eigentliche Aufbau des Selbstputztests: Eine Kamera wird vor einen sauberen Käfig (mit frischer Einstreu) gestellt. (B) Beispiele für verschiedene Stadien der Selbstpflege von Mäusen zur Beurteilung von ASD-ähnlichem, sich wiederholendem Verhalten. Das Bild links zeigt die rostrale Pflege von Pfoten, Nase und Gesicht; Das Foto rechts zeigt die kaudale Fellpflege des Bauches und der Hintergliedmaßen. (C) Manuelle Analyse von Videoaufzeichnungen der Selbstfellionszeit von männlichen C57/BL6J-Mäusen (2-3 Monate alt, n = 10) und (D) Anzahl der einzelnen Selbstfellpflegeanfälle. (E) Fellpflege von Eif4ebp2 Knockout-Mäusen (2-3 Monate alt) und (F) Fellpflege bei männlichen (blau) und weiblichen (rosa) Eif4ebp2-Knockout-Mäusen im Vergleich zu ihren jeweiligen Eif4ebp2-Wildtyp-Wurfgeschwistern (hellblau und hellrosa). Für die statistische Analyse wurde der ungepaarte Student's t-Test in (E,F) durchgeführt. Die Daten werden als Mittelwert ± Sem. **p &lt; 0,01; *p &lt; 0,05; ns, p &gt; 0,05, nicht signifikant. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66846/66846fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66846/66846fig02.jpg"> 
Abbildung 2: Dreikammer-Interaktionsverhalten und Auswirkungen von 4E-BP2-bedingten Knockout-Mäusen auf die soziale Interaktion. (A) Das Schema veranschaulicht die drei Stufen des Dreikammer-Tests der sozialen Interaktion. In der Gewöhnungsphase wird die Testmaus für 10 Minuten in die Mitte eines leeren Dreikammergeräts gelegt. Der eigentliche Aufbau der Dreikammerapparatur und der Drahtgehäuse für Reize. Über dem Gerät ist eine Kamera befestigt. Manuelle Analyse von Overhead-Videoaufzeichnungen von männlichen C57BL/6J-Mäusen (2-3 Monate alt, n = 12) während des (B) sozialen Ansatzes und (C) der Präferenz für soziale Neuheitsphasen. C57BL/6J-Mäuse interagierten länger mit S1 im Vergleich zu E sowie mit S2 im Vergleich zu S1. (D) Der soziale Ansatz von 2-3 Monate alten männlichen Eif4ebp2 Ex bedingten Knockout- (Eif4ebp2 flx/flx:Camk2a-Cre, lila, n = 14) und Eif4ebp2Ex Wildtyp-Mäusen (Eif4ebp2 +/+:Camk2a-Cre, weiß, n = 11). (E) Präferenz für die soziale Neuheit von männlichen Eif4ebp2 Ex bedingten Knockout- (Eif4ebp2 flx/flx:Camk2a-Cre, lila, n = 14) und Eif4ebp2Ex-Wildtyp-Mäusen (Eif4ebp2 +/+:Camk2a-Cre, weiß, n = 11). Balkendiagramme zeigen ähnliche Unterschiede in der Interaktionszeit für den sozialen Ansatz und die Präferenz für soziale Neuheit bei Eif4ebp2Ex bedingtem Knockout im Vergleich zu seinen Kontroll-Wurfgeschwistern. (F) Sozialer Ansatz von 2-3 Monate alten männlichen Eif4ebp2in bedingten Knockout- (Eif4ebp2 flx/flx:Gad2-Cre, grün, n = 13) und Eif4ebp2in Wildtyp-Mäusen (Eif4ebp2+/+:Gad2-Cre, weiß, n = 19). (G) Sozialer Ansatz von 2-3 Monate alten männlichen Eif4ebp2in bedingten Knockout- (Eif4ebp2 flx/flx:Gad2-Cre, grün, n = 13) und Eif4ebp2in Wildtyp-Mäusen (Eif4ebp2+/+:Gad2-Cre, weiß, n = 19). Balkendiagramme zeigen einen beeinträchtigten sozialen Ansatz, aber keinen Unterschied in der Präferenz für soziale Neuheit bei Eif4ebp2Bei bedingtem Knockout im Vergleich zu seinen Wildtyp-Wurfgeschwistern. Für die statistische Analyse wurden der Welch-t-Test und der ungepaarte Student-t-Test in (B) bzw. (C) durchgeführt; Die bidirektionale ANOVA mit Bonferroni-Post-hoc-Test wurde in (D-G) durchgeführt. Die Daten werden als Mittelwert ± Sem. ****p &lt; 0,0001 angezeigt; p &lt; 0,001; **p &lt; 0,01; ns (p &gt; 0,05): nicht signifikant. Die Daten für die Panels D-G wurden mit Genehmigung von Wiebe et al.54 erhoben. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66846/66846fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>

Strategien zur Beurteilung autistischer Verhaltensweisen bei Mäusen

Autism spectrum disorder (ASD) is a neurobiologically complex condition with a heterogeneous genetic etiology. Clinically, ASD is diagnosed by social ...

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Research

Forschung

JoVE Journal

Behavior

Verhalten

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Hypoxie verändert miRNAs-Spiegel, die an der nicht-Mendelschen Vererbung der Autismus-Spektrum-Störung bei Mäusen beteiligt sind

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Murmelvergraben und Nestlet-Schreddern als Tests für sich wiederholende, zwanghafte Verhaltensweisen bei Mäusen

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