Article de méthode

Un modèle chronique de fragmentation du sommeil utilisant rotor orbital vibrant pour induire le déficit cognitif et le comportement anxieux chez les jeunes souris de type sauvage

DOI :

10.3791/61531

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22 septembre 2020

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1Department of Neurology, Tongji Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430000, China, 2Key Laboratory of Neurological Diseases of Chinese Ministry of Education, The School of Basic Medicine, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430000,China, 3Department of Pharmacology, School of Basic Medical Science; State Key Laboratory of Medical Neurobiology, Institutes of Brain Science and Collaborative Innovation Center for Brain Science, Fudan University, Shanghai 200032, China

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Présenté ici est un protocole pour la fragmentation chronique du sommeil (CSF) modèle atteint par un rotor orbital électriquement contrôlé, qui pourrait induire un déficit cognitif confirmé et le comportement anxieux chez les jeunes souris de type sauvage. Ce modèle peut être appliqué pour explorer la pathogénie des troubles chroniques du sommeil et des troubles connexes.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les troubles du sommeil sont généralement fréquents dans les populations comme une maladie chronique ou un événement plaint. La perturbation chronique du sommeil est proposée pour être étroitement liée à la pathogénie des maladies, en particulier les maladies neurodégénératives. Nous avons récemment constaté que 2 mois de fragmentation du sommeil ont initié la maladie d’Alzheimer (MA) comme des changements comportementaux et pathologiques chez de jeunes souris de type sauvage. Ici, nous présentons un protocole normalisé pour atteindre la fragmentation chronique du sommeil (CSF). En bref, CSF a été induit par un rotor orbital vibrant à 110 rpm et fonctionnant avec un cycle répétitif de 10 s-on, 110 s-off, pendant la phase light-ON (8:00 AM-8:00 PM) en continu pendant jusqu’à 2 mois. Des affaiblissements de l’apprentissage et de la mémoire spatiaux, comportement anxieux mais pas dépression-comme chez les souris comme conséquences de la modélisation de CSF, ont été évalués avec le labyrinthe d’eau de Morris (MWM), la reconnaissance d’objet nouveau (NOR), l’essai en plein champ (OFT) et l’essai forcé de natation (FST). En comparaison avec d’autres manipulations de sommeil, ce protocole minimise les travaux de manipulation et maximise l’efficacité de modélisation. Il produit des phénotypes stables chez de jeunes souris de type sauvage et peut être potentiellement généré à diverses fins de recherche.

Introduction

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Les troubles du sommeil sont de plus en plus fréquents chez les patients souffrant de troubles du sommeil et chez les personnes en bonne santé ayant des troubles du sommeil. Il a été observé que les patients atteints de maladies neurodégénératives, douleur chronique, stress émotionnel, maladies du système respiratoire, maladies du système urinaire, etc, se plaignent généralement des expériences desommeil désagréables 1,2,3,4,5. L’apnée obstructive du sommeil (AOS), les mouvements périodiques des membres dans le sommeil (PLMS), l’insomnie d’entretien du sommeil parmi d’autres troubles du sommeil sont les causes les plus courantes, qui induisent la fragmentationdu sommeil 6,7. Dans les pays développés, l’AOS a plus de 5% à 9% de prévalence dans la population adulte et 2% dans la population enfant8,9,10. Pendant ce temps, il y a une proportion croissante de la population en bonne santé éprouvant la perturbation de sommeil due à la surutilisation des téléphones intelligents, aux habitudes irrégulières de sommeil, aux bruits ennuyeux, et aux fonctions de travail, telles que des équipes de nuit pour des soignants. Le sommeil est reconnu comme important pour le dégagement des déchetscérébraux 11,12, consolidation dela mémoire 13,14, équilibremétabolique 15,16, parmi beaucoup d’autres processus physiologiques. Pourtant, on ne sait toujours pas si les troubles du sommeil à long terme donnent lieu à des altérations irréversibles de la pathogénie chez les êtres humains en bonne santé, et s’il s’agit de l’étiologie ou d’un facteur contributif au développement de maladies du système nerveux central, comme les maladies neurodégénératives dans quelques années. Notre objectif est de signaler un modèle expérimental qui génère un déficit cognitif stable et évident et un comportement anxieux chez les jeunes souris de type sauvage après un traitement de fragmentation du sommeil de 2 mois. Ce modèle serait appliqué pour répondre aux questions scientifiques énumérées ci-dessus.

Les troubles du sommeil sont répertoriés comme un facteur de risque potentiel de développer la maladie d’Alzheimer (MA) ou la démence. Kang et coll. ont d’abord trouvé et décrit l’exacerbation de la pathologie de la MA par 6 h de privation aiguë desommeil 17. Par la suite, beaucoup d’autres études ont rapporté que la privation ou la fragmentation de sommeil pourrait aggraver la pathogénie dans les modèles transgéniques de sourisd’ANNONCE 18,19,20. Cependant, très peu de chercheurs ont étudié les conséquences de la perturbation du sommeil chez les jeunes souris sauvages; c’est-à-dire, si la perturbation du sommeil donne lieu à un comportement ad-like ou des changements pathologiques chez les jeunes souris de type sauvage. Dans notre publication récente, nous avons rapporté que 2 mois de fragmentation de sommeil ont induit le déficit spatial évident de mémoire et le comportement anxieux-comme, aussi bien que l’accumulation intracellulaire d’Amyloid-β (Aβ) dans le cortex et l’hippocampe dans les souris sauvages de type 2-3 mois21. Nous avons également observé des niveaux d’expression modifiés des marqueurs de voie endosome-autophagosome-lysosome et de l’activation de microglies, qui était semblable aux changements pathologiques rapportés dans les souris d’APP/PS121,22.

Ce protocole présenté de fragmentation du sommeil (SF) a été validé par Sinton et coll.23 et modifié par Li et coll.24. En bref, un rotor orbital vibrant à 110 rpm interrompt le sommeil pendant 10 s toutes les 2 minutes pendant la phase light-ON (8:00 AM-8:00 PM). L’altération de structure de sommeil dans ce modèle a été précédemment caractérisée avec des enregistrements électrophysiologiques de sommeil et rapportée par Li et autres24,indiquant une augmentation significative du temps de sillage et la diminution du sommeil rapide de mouvement d’oeil (REM) pendant la phase de lumière-ON, avec les temps totaux de sommeil et de sillage (en 24 heures) inchangés après plus de 4 semaines de modélisation24. Actuellement, le sommeil total ou la privation partielle de sommeil sont les modèles de manipulation du sommeil les plus couramment utilisés. La privation totale de sommeil est généralement effectuée par une manipulation douce soutenue ou l’exposition de l’animal à de nouveaux objets, alternativement en tournant continuellement une barre ou un tapis roulanten cours d’exécution 25,26,27,28,29. Pour des raisons éthiques, la privation totale de sommeil est généralement inférieure à 24 h. Le modèle de privation partielle de sommeil le plus couramment appliqué est la méthode de plate-forme d’eau, qui ablating principalement sommeilparadoxal 30,31,32. D’autres approches utilisant soit un tapis roulant ou une barre qui balaie le bas de la cage, pourrait induire la fragmentation du sommeil lorsqu’il est mis sur à intervallesfixes 33,34,35,36,37,38. Il est à noter que SF interrompt le sommeil et provoque par intermittence des excitations à travers tous les stades desommeil 24. Un des avantages importants de ce modèle CSF appliquant rotor orbital est qu’il peut être effectué en continu pendant des mois automatiquement contrôlé par des machines, ce qui évite le traitement fréquent du travail tous les jours, sauf pour la surveillance régulière. En outre, l’appareil permettrait de modéliser simultanément plusieurs cages de souris dans le cadre d’interventions en uniforme. Pendant des séances de modélisation entières, les souris sont logées dans leurs cages domestiques avec des matériaux habituels de literie et de nidification, tandis que d’autres méthodes nécessitent une exposition à des environnements diversifiés et un stress inévitable.

La fragmentation du sommeil était auparavant caractérisée par la méthode de manipulation du sommeil, qui imite les excitations fréquentes pendant la phase de sommeil et le rebond substantiel du sommeil pendant la phase de sillage. Dans certaines littératures, CSF était considéré comme le modèle animal pour OSA39,40. Dans cette étude, la justification de la fréquence choisie de l’excitation pour être 30 fois par heure est basée sur l’observation des indices d’excitation chez les patients présentant l’apnée du sommeil modérée à sévère. On l’a observé que la fragmentation de sommeil de 4 semaines a sensiblement augmenté la latence hypercapnique d’excitation et le seuil tactile d’excitation, qui pourrait au moins durer 2 semaines aprèsrétablissement 24. Ce phénotype a été expliqué en révélant la réduction d’activation de c-fos dans les neurones noradrenergic, orexinergic, histaminergic, et cholinergic wake-active en réponse à l’hypercapnie, aussi bien que les projections catécholaminergiques et orexinergic réduites dans le cortex cingulaire24. Cependant, il est nécessaire de noter que la caractéristique la plus importante dans OSA est l’hypoxie provoquée par l’obstruction de voie aérienne, qui a comme résultat la perturbationde sommeil 41,42. La perturbation du sommeil et l’hypoxie répétitive interagissent réciproquement les unes avec les autres dans la pathogénie osa. Par conséquent, la fragmentation du sommeil seule pourrait ne pas être en mesure de démontrer pleinement toutes les caractéristiques clés de l’AOS chez la souris.

Ici, nous présentons un protocole normalisé pour modéliser la fragmentation chronique du sommeil chez les jeunes souris de type sauvage. Le déficit cognitif et l’anxiété-like aussi bien que les comportements dépression-comme après traitement de CSF ont été évalués par le labyrinthe d’eau de Morris, reconnaissance d’objet nouvelle, essai ouvert de champ, et essai forcé de natation. Il est important de noter que ce modèle doit être pris dans son ensemble qui génère des phénotypes du modèle de sommeil dysregulated, déficit cognitif, et le comportement anxieux. Le modèle actuel pourrait potentiellement être appliqué, mais pas limité, aux fins suivantes : 1) Étudier plus avant les mécanismes fonctionnels ou moléculaires de pathogénie induits par la perturbation chronique du sommeil chez les jeunes souris sans prédisposition génétique, 2) Identifier la voie directe menant à la neurodégénérescence initiée par la perturbation du sommeil, 3) Explorer les thérapeutiques pour améliorer les phénotypes induits par la perturbation chronique du sommeil, 4) Étudier les mécanismes intrinsèques de protection/compensatoire chez les souris de type sauvage lors d’une perturbation chronique du sommeil, 5) À appliquer pour étudier la régulation veille-sommeil et les mécanismes de transition de l’état.

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Protocole

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Ce protocole a été approuvé par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’hôpital tongji, le Tongji Medical College, l’Université des sciences et de la technologie huazhong.

1. Dépistage et préparation des souris pour l’expérience

  1. Choisissez des souris mâles adultes de type sauvage (8 à 10 semaines) dont le poids est de 20 à 28 g pour l’ensemble de l’expérience.
    REMARQUE : Des souris C57BL/6 de type sauvage sont obtenues auprès du Hubei Research Center for Laboratory Animals, Hubei, Chine.
  2. Assignez au hasard toutes les souris au CSF et au groupe témoin. Maison 3-5 souris dans chaque cage pour éviter le stress d’isolement social. Le nombre de souris logées dans les cages témoins est égalé à celui logé dans les cages de CSF appariées.
    REMARQUE : Les souris dans les mêmes cages de groupe sont regroupées pour effectuer des expériences comportementales de suivi.
  3. Localisez les cages de contrôle dans la même pièce avec les cages CSF, pour garder l’environnement environnant et les effets de travail identiques.
  4. Numéroter et marquer les souris de chaque groupe sur leurs oreilles à l’aide d’une étiquette d’oreille à des fins de surveillance.
  5. Maintenir la température ambiante et l’humidité entre 21-23 °C et 35%-60 %.
  6. Maintenir l’environnement ambiant dans un cycle clair-obscurité de 12 heures (8h00-20h00 lumière-ON, 20h00-8h00 lumière-OFF), pour éviter l’effet biaisé sur le rythme normal du sommeil chez la souris.
  7. Réduisez au minimum le bruit et les interférences pendant que le chercheur est présent dans la salle de modélisation.
  8. Fournir aux souris suffisamment de nourriture et d’eau. Utilisez de longues buses avec des pointes de valve à billes sur les bouteilles d’eau, pour éviter les fuites d’eau sur les mouvements de la plate-forme. Attachez la bouteille d’eau sur le dessus de la cage avec une source pour éviter la dislocation de la bouteille pendant le fonctionnement du rotor.

2. Préparation et réglage du rotor orbital

  1. Préparez un rotor orbital à commande électrique avec plate-forme agrandie (67 cm x 110 cm), sur laquelle 10 cages peuvent être placées tout au plus.
  2. Réglez le rotor orbital pendant la phase light-ON (8:00 AM-8:00 PM) contrôlée par une incommandent de programme, qui est le moment où les souris montrent la majorité de leur sommeil quotidien.
  3. Réglez le rotor orbital avec une vitesse de 110 rpm et un cycle répétitif de 10 s-on, 110 s-off contrôlé avec une incommandé à l’état solide.
    REMARQUE : La capacité de charge de la plate-forme est de 50 kg. L’amplitude fixe de l’horizon rotor vibrant est de 2,5 cm.
  4. Attachez les cages CSF au-dessus de la plate-forme du rotor par des ressorts épais pour éviter la dislocation des cages lors des rotations de la plate-forme.

3. Modélisation et surveillance chroniques de la fragmentation du sommeil

  1. Placez les cages du CSF et les souris témoins dans la salle de modélisation pendant une semaine avant les expériences, afin de laisser les souris s’adapter à l’environnement ambiant.
  2. Au début de la modélisation, assurez-vous que toutes les souris ont un accès gratuit à la nourriture et à l’eau pendant les rotations orbitales.
  3. Au début de la modélisation, observez au moins pendant 1 h pour assurer le rotor orbital fonctionnant en vitesse.
  4. Pendant la période de modélisation, vérifiez que le rotor orbital fonctionne correctement et les conditions de souris tous les 2 jours pour s’assurer que les souris ont assez de nourriture et d’eau. Changez les literies des cages chaque semaine.
  5. Pendant la période de modélisation, peser les souris chaque semaine à 8h00 lors du changement de literie. Retirez les souris avec une perte de poids significative de la modélisation, et aussi des groupes expérimentaux.
    REMARQUE : Une perte de poids importante est définie comme pesant moins de 20 g pendant 2 semaines.
  6. Pendant toute la modélisation, retirez l’agresseur, le cas échéant, de la cage et, également, des groupes expérimentaux.
  7. Après la fin de la modélisation, continuer à entretenir et nourrir les souris dans la pièce d’origine.

4. Essai de labyrinthe d’eau de Morris (MWM)

  1. Préparation au test
    1. Préparer l’appareil d’un réservoir circulaire rempli d’eau chaude (20-23 °C).
    2. Suspendre quatre signes avec différentes formes et couleurs sur le rideau entourant le réservoir dans quatre directions quadrant comme référence de vision lointaine. Rendre l’eau opaque par l’ajout de lait en poudre.
    3. Localisez une plate-forme au milieu du quadrant sud-ouest.
  2. Le test de formation
    1. Soumettre les souris à quatre essais consécutifs entre 8h00 et 00h00 chaque jour sur une période d’entraînement de 5 jours.
    2. Relâchez chaque souris dans l’eau face à la paroi latérale à l’un des quatre quadrants en quatre essais. Dans chaque essai, laissez la souris nager pendant 60 s pour trouver la plate-forme. Si la souris est incapable d’arriver à la plate-forme dans les 60 s, guidez-la vers la plate-forme et y rester pendant 15 s.
    3. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement la latence d’évasion des souris pour trouver la plate-forme cachée.
  3. Le test de sonde
    1. Effectuez le test de sonde le sixième jour après 5 jours d’entraînement.
    2. Retirez la plate-forme. Relâchez chaque souris du quadrant nord-est et laissez-la nager pendant 60 s
    3. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement les données de suivi des souris.

5. Nouveau test de reconnaissance d’objets (NOR)

  1. La phase familière
    1. Placer les souris dans un réservoir (longueur 30 cm, largeur 28 cm, hauteur 35 cm) dans l’ordre, qui contient deux copies d’objets (A1 et A2). Permettre aux souris d’explorer librement (10 min par essai).
    2. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement les données de suivi des souris.
  2. La phase de test
    1. Effectuer l’essai après un délai de 1 h de la phase familière. Remplacez l’un des objets originaux par un objet nouveau (« roman ») dans le réservoir en gardant l’autre inchangé. Retournez les souris dans le réservoir et laissez-la explorer pendant 5 min par essai.
    2. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement le temps passé dans l’exploration de chaque objet par chaque souris.
      REMARQUE : L’exploration de l’objet est déterminée en léchant, reniflant, mâchant ou déplaçant vibrissae tout en orientant le nez vers et moins de 1 cm de l’objet. L’indice de discrimination (DI) est calculé avec l’équation (TN − TF)/(TN + TF), où TN = temps passé à explorer l’objet « nouveau » et TF = temps passé à explorer l’objet « familier ».

6. Essai en plein champ (OFT)

  1. Préparer l’appareil d’un réservoir (30 cm x 28 cm x 35 cm).
  2. Pendant le test, placez chaque souris au centre du réservoir et laissez-la explorer librement pendant 5 min. Nettoyez le réservoir avec 75% d’éthanol après chaque essai pour éviter les effets restants de la souris précédente.
  3. Utilisez un système de suivi vidéo pour enregistrer automatiquement les données de suivi des souris.

7. Test de natation forcée (FST)

  1. Préparer l’appareil d’un récipient cylindrique ouvert, qui contient de l’eau (20-23 °C) qui est de 15 cm de profondeur.
  2. Pendant le test, placez chaque souris dans le cylindre et laissez-la y rester pendant 6 min.
  3. Utilisez un système de piste vidéo pour enregistrer automatiquement le temps d’immobilité pendant les 4 dernières minutes du test par chaque souris.
    REMARQUE: La souris est déterminée à être immobile quand elle cesse de lutter et flotte dans l’eau, ne faisant que des mouvements qui sont nécessaires pour garder la tête hors de l’eau.

8. Analyse des données

  1. Analyser les données à l’aide d’un logiciel d’analyse statistique (p. ex., GraphPad Prism 6.0).
  2. Exprimez toutes les données comme moyen ± SEM.
  3. Comparez la latence d’évasion dans le test MWM entre deux groupes à l’aide d’ANOVA dans les deux sens avec des mesures répétées suivies de posttests Bonferroni. D’autres comparaisons entre le CSF et les groupes de contrôle sont déterminées par des tests t non appraux.
  4. Considérez les différences significatives si P < 0.05 dans tous les tests.

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Résultats

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Tous les résultats et chiffres représentatifs ont été reproduits à partir de notre récente publication21. La réutilisation des chiffres a été autorisée par la revue originale.

L’ensemble de la conception expérimentale est illustré dans l’ordre du temps, ce qui indique le moment de la modélisation CSF, les tests comportementaux de MWM, NOR, OFT, et FST (Figure 1A). Nous avons obtenu des poids de souris chaque semaine auprès du CSF et des gro...

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Discussion

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Les étapes critiques du protocole actuel comprennent la mise en place de machines de fragmentation du sommeil avec les paramètres optimisés en fonction de l’objectif de l’étude et le maintien des souris dans un environnement de vie confortable et calme tout au long des séances de modélisation. Il est également crucial de décider du bon moment pour interrompre ou arrêter la fragmentation du sommeil et organiser des tests comportementaux pour ces souris. Comme d’autres modèles de manipulation du sommeil, il est important d...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ces travaux ont été soutenus par la National Natural Science Foundation of China (61327902-6 à W. Wang et 81801318 à F.F. Ding). Nous reconnaissons le Dr Sigrid Veasy pour avoir mis en place le système expérimental SF et fourni gentiment des détails techniques. Nous reconnaissons le Dr Maiken Nedergaard pour ses commentaires instructifs pour les expériences connexes.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Système de suivi du comportement de n’importe quel labyrintheStoelting, Inc, États-Unis-Un système de suivi vidéo qui a été utilisé pour enregistrer le suivi du comportement des souris.
C57BL/6J sourisCentre de recherche sur les animaux de laboratoire du Hubei, Hubei, Chine.-des souris mâles C57BL/6J en bonne santé âgées de 10 à 12 semaines ont été achetées au Centre de recherche du Hubei pour les animaux de laboratoire
Graphpad Prism 6.0 SoftwareGraphpad Software,Inc.USA-Lelogiciel Graphpad Prism 6.0 a été utilisé pour dessiner des graphiques statistiques.
Système de labyrinthe d’eau MorrisShanghai XinRuan Information Technology Co., Ltd, ChineXR-XM101Le système a été utilisé pour effectuer le test de labyrinthe d’eau Morris
Rotor OrbialShanghai ShiPing Laboratory Equipment Co., Ltd, ChineSPH-331Le rotor orbital a été utilisé pour établir le modèle de fragmentation du sommeil chronique
Minuterie à semi-conducteursOMRON Corporation, Kyoto, JaponH3CR-F8-300Le temps à l’état solide a été utilisé pour contrôler la fréquence et le temps de fonctionnement du rotor
Réservoir sans lustre en bois-longueur 30 cm, largeur 28 cm, hauteur 35 cm Le réservoir a été utilisé pour effectuer un test en plein champ et un test de reconnaissance de nouveaux objets

Références

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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