Article de méthode
Nous présentons ici un protocole pour un test de comportement polyvalent développé récemment, le test de la poutre en échelle. Ce test a l’avantage de détecter une ataxie cérébelleuse subtile causée par un défaut de l’action des hormones thyroïdiennes dans le système nerveux central par rapport aux tests de comportement conventionnels évaluant les performances motrices.
L’action des hormones thyroïdiennes (TH) est essentielle au cours du développement du système nerveux central, y compris le cervelet. En cas de déficit en TH au début de la vie, comme l’hypothyroïdie congénitale, les patients présentent des troubles neurologiques tels qu’un retard cognitif et des déficits moteurs. Diverses études ont utilisé des modèles de souris présentant un déficit en TH spécifique à un tissu ou à une cellule pour étudier le rôle de TH dans le cervelet. Par rapport aux souris hypothyroïdiennes congénitales généralisées, les souris déficientes en TH spécifiques des cellules cérébelleuses présentent des caractéristiques ataxiques plus légères et plus subtiles, ce qui rend l’évaluation de la fonction motrice difficile lors de l’utilisation de tests conventionnels tels que le test de rotarod.
En raison du besoin d’un outil alternatif pour évaluer la fonction motrice dans des modèles animaux liés à la TH, nous avons développé une méthode comportementale polyvalente appelée « test de faisceau d’échelle », dans laquelle nous pouvons concevoir les différents tests d’échelle en fonction de la gravité de l’ataxie chez les souris modèles. Nous avons utilisé des souris transgéniques exprimant un récepteur TH dominant-négatif spécifiquement dans la cellule cérébelleuse de Purkinje, un seul neurone de sortie dans le cortex cérébelleux modulant les performances motrices. Le test de faisceau d’échelle nouvellement construit a détecté avec succès des altérations robustes des performances motrices chez les souris transgéniques à un niveau plus élevé par rapport au test de rotation. Une perturbation de l’apprentissage moteur a également été détectée dans le test de la poutre d’échelle, mais pas dans le test du rotarode. Le protocole avec ce nouvel appareil comportemental peut être appliqué à d’autres modèles animaux qui peuvent présenter un phénotype ataxique léger pour examiner les changements subtils de la fonction cérébelleuse.
L’hormone thyroïdienne (TH) est indispensable au développement du cerveau1. En particulier, son rôle dans le cervelet est essentiel car la carence en TH au début de la vie provoque un développement cérébelleux aberrant 1,2. Par exemple, dans l’hypothyroïdie congénitale, les patients présentent une série de retards neurologiques, y compris des déficits cognitifs et moteurs3. Pour dévoiler le rôle de la TH dans le développement fonctionnel cérébelleux, certaines études ont limité la carence en TH d’une manière spécifique aux cellules cérébelleuses4. Cependant, par rapport aux souris hypothyroïdiennes congénitales généralisées, chez lesquelles tous les tissus et cellules sont affectés par un déficit en TH, ces modèles spécifiques au cervelet présentent une ataxie si subtile que les tests de comportement conventionnels, tels que les tests de rotarode, d’empreinte et de poutre d’équilibre, détectent à peine les différences. Ainsi, pour étudier pleinement les effets de la TH sur la fonction cérébelleuse, un nouvel outil d’évaluation est nécessaire pour détecter un changement subtil dans la coordination motrice des souris modèles.
Le test de rotation est l’outil le plus courant pour évaluer la coordination motrice, développé à l’origine par Dunham et Miya5 et plus tard appliqué à une version accélérée par Jones et Roberts6. La latence de chute de la tige rotative est interprétée comme le test de coordination motrice, et sa simplicité et sa concision la rendent couramment utilisée par les chercheurs en comportement qui étudient la fonction motrice7. Cependant, la facilité d’utilisation de ce test est une arme à double tranchant. Parce que la tige tourne automatiquement, les souris peuvent s’accrocher et rester sur la tige rotative sans bouger. De plus, les souris peuvent avoir l’intention de tomber plutôt que de rester en équilibre sur la tige rotative. Dans les deux cas, la validité et la fiabilité du test sont discutables pour évaluer la « coordination motrice pure »7. En d’autres termes, il ne cible pas avec précision la fonction cérébelleuse et implique d’autres facteurs tels que la force musculaire pour la préhension.
Au lieu des outils conventionnels d’évaluation de la coordination motrice, nous présentons ici un nouveau test de comportement appelé « test de la poutre d’échelle », qui a récemment été développé dans notre laboratoire. Le test de marche horizontale en échelle a été conçu pour évaluer les capacités motrices complexes liées au cervelet : prédiction par anticipation et intégration du mouvement8. Le dispositif d’essai était composé de quatre morceaux de plexiglas percés de trous (figure 1). Les quatre plaques étaient reliées en parallèle par des vis et des bâtons insérés dans les trous des plaques. Deux plaques extérieures ont été utilisées pour stabiliser le dispositif et deux plaques intérieures ont été utilisées pour concevoir les différents types d’échelons d’échelle (figure 2C). La largeur de l’échelon a été ajustée en fonction de la taille de l’animal afin de minimiser le recul des animaux (figure 2B). La distance entre le point de départ et l’objectif était de 110 cm. L’appareil était situé à 60 cm au-dessus du banc et un coussin de sécurité était placé sous l’appareil (figure 2A). La chambre noire a été placée près du but pour motiver les animaux à se diriger vers le but (figure 2A).
Nous avons examiné les effets de la TH sur le développement fonctionnel cérébelleux en utilisant des souris transgéniques exprimant le récepteur TH (TR) dominant-négatif dans les cellules cérébelleuses de Purkinje (souris Mf-1/FVB). Dans les tests de rotarode et de faisceau d’échelle, nous avons observé un phénotype ataxique cérébelleux chez les souris Mf-1/FVB ; cependant, l’essai de la poutre d’échelle a permis de détecter des différences plus significatives que l’essai du rotarode (figure 3). De plus, la capacité d’apprentissage moteur peut être évaluée de manière plus approfondie dans le test de la poutre d’échelle (Figure 3B, C). En tant que fond cellulaire d’un tel phénotype comportemental, l’induction de la dépression à long terme (LTD) a été inhibée et, à la place, la potentialisation à long terme (LTP) a été induite à la suite d’une stimulation inductive LTD dans les cellules de Purkinje Mf-1/FVB9. La DLT est essentielle pour la coordination motrice et l’apprentissage moteur dans le cervelet10. De nombreuses études ont rapporté des déficits moteurs et une inhibition de la LTD chez des souris knock-out ou mutées pour des gènes régulateurs clés dans la fonction cérébelleuse, cependant, aucune étude n’a jamais rapporté l’induction de la LTP après une stimulation inductive LTD11,12. Dans l’ensemble, ce phénomène peut être propre aux souris Mf-1/FVB ou aux souris déficientes en TH (le même phénomène a été observé chez les souris hypothyroïdiennes à l’âge adulte), ce qui suggère que le TH régule la fonction cérébelleuse différemment des autres protéines clés. Si c’est le cas, il est plausible que les souris présentant une action anormale de la TH ne présentent pas d’ataxie cérébelleuse de la même manière que les autres souris modèles. Cela souligne à nouveau la nécessité d’une méthode spécifique pour évaluer les effets de la TH sur la fonction cérébelleuse. Cet article présente un nouveau protocole pour étudier les effets de la TH sur la fonction cérébelleuse à l’aide du nouveau test de faisceau en échelle.
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Le protocole d’expérimentation animale de la présente étude a été approuvé par le Comité de soin et d’expérimentation animale de l’Université de Gunma. Toutes les procédures de soins et de traitement des animaux ont été effectuées conformément à la loi japonaise sur le bien-être et la gestion des animaux et aux directives pour la bonne conduite des expériences sur les animaux publiées par le Conseil scientifique du Japon. Le dessin d’assemblage de l’appareil se trouve à la figure 1.
1. Configuration de l’échelle
2. Habituation (Jour 0)
REMARQUE : Il est recommandé de prendre au moins 1 jour pour habituer les souris à la configuration de l’échelle.
3. Mesure des performances du moteur
4. Analyse
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Dans le test de rotarod, les souris Mf-1/FVB ont montré une diminution significative de la latence de chute de la tige rotative sur 3 jours consécutifs par rapport aux souris de type sauvage, indiquant une coordination motrice altérée (Figure 3A). Cependant, en termes de résultats intra-groupe, les souris Mf-1/FVB ont significativement amélioré leurs performances du jour 1 au jour 3, suggérant la préservation de l’apprentissage moteur (Figure 3A<...
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Notre conception s’est inspirée de l’étude antérieure de Metz et Whishaw, qui ont rapporté l’utilité du « test de la marche à l’échelle »13,14. Ils ont conçu le test de marche à l’échelle pour évaluer la marche habile et mesurer à la fois le placement des membres antérieurs et postérieurs, le pas et la coordination entre les membres en demandant aux animaux de marcher d’un point de départ à un objectif sur une échelle horizontale...
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Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Ce travail a été soutenu par la Société japonaise pour la promotion de la science KAKENHI (subventions n° 18H03379 à N.K., 21K15340 à I.A. et 22J11280 à A.N.).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Air puff | DAISO | ||
| Bâtons en aluminium | CAINZ | 2 mm de diamètre, le nombre de bâtons peut varier en fonction de la conception de l’échelle. Environ 30 bâtons peuvent être nécessaires pour construire l’échelle horizontale (intervalle de 4 cm). | |
| Blutack | Bostik | ||
| Plexiglass | CAINZ | 110 cm x 20 cm, 110 cm x 10 cm, 2 parties chacune | |
| CAINZ |
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