방법 논문

소뇌 기능에 대한 갑상선 호르몬 효과를 조사하기 위한 다양한 행동 방법

DOI:

10.3791/65940

⸱

2023년 10월 6일

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1Department of Integrative Physiology, Gunma University Graduate School of Medicine

이 논문에서

요약

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여기에서는 최근에 개발된 다양한 동작 테스트인 래더 빔 테스트를 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 검사는 중추신경계의 갑상선 호르몬 작용 결함으로 인한 미묘한 소뇌 운동 실조증을 검출할 수 있는 장점이 있으며, 운동 성능을 평가하는 기존 행동 검사에 비해 우수합니다.

초록

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갑상선 호르몬(TH) 작용은 소뇌를 포함한 중추 신경계의 발달 과정에서 필수적입니다. 선천성 갑상선 기능 저하증과 같은 어린 시절에 TH 결핍이 있는 경우, 환자는 인지 지연 및 운동 장애와 같은 신경학적 장애를 보입니다. 소뇌에서 TH의 역할을 조사하기 위해 조직 또는 세포 특이적 TH 결핍이 있는 마우스 모델을 사용하는 다양한 연구가 있습니다. 일반화된 선천성 갑상선 기능 저하증 마우스와 비교했을 때, 소뇌 세포 특이적 TH 결핍 마우스는 더 경미하고 미묘한 운동 실태 특징을 나타내기 때문에 rotarod 테스트와 같은 기존 테스트를 사용할 때 운동 기능 평가가 어렵습니다.

TH 관련 동물 모델에서 운동 기능을 평가하기 위한 대체 도구가 필요했기 때문에 모델 마우스의 운동 실조증 중증도에 따라 다양한 사다리 테스트를 설계할 수 있는 "사다리 빔 테스트"라는 다양한 행동 방법을 개발했습니다. 우리는 소뇌 피질의 유일한 출력 뉴런인 소뇌 Purkinje 세포에서 우성-음성 TH 수용체를 특이적으로 발현하는 형질전환 마우스를 활용했습니다. 새로 구축된 래더 빔 테스트는 로타로드 테스트에 비해 더 높은 수준에서 형질전환 마우스의 강력한 운동 성능 장애를 성공적으로 감지했습니다. 운동 학습의 중단은 사다리 빔 테스트에서도 감지되었지만 rotarod 테스트에서는 감지되지 않았습니다. 이 새로운 행동 장치를 사용한 프로토콜은 소뇌 기능의 미묘한 변화를 조사하기 위해 경미한 무산소 표현형을 보일 수 있는 다른 동물 모델에 적용할 수 있습니다.

서론

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갑상선 호르몬(TH)은 뇌 발달에 없어서는 안 될 존재1. 특히, 소뇌에서의 역할은 매우 중요한데, 그 이유는 어린 시절의 TH 결핍이 비정상적인 소뇌 발달을 유발하기 때문이다 1,2. 예를 들어, 선천성 갑상선 기능 저하증에서 환자는 인지 및 운동 장애를 포함한 일련의 신경학적 지체를 보인다3. 소뇌 기능 발달에서 TH의 역할을 밝히기 위해 일부 연구에서는 소뇌 세포 특이적 방식으로 TH 결핍을 제한했습니다4. 그러나 모든 조직과 세포가 TH 결핍의 영향을 받는 일반화된 선천성 갑상선 기능 저하증 마우스와 비교했을 때, 이러한 소뇌 특이적 모델은 매우 미묘한 운동 실조를 나타내기 때문에 rotarod, footprint 및 balance beam 테스트와 같은 기존 행동 테스트로는 차이를 거의 감지하지 못합니다. 따라서 소뇌 기능에 대한 TH 효과를 완전히 조사하려면 모델 마우스의 운동 조정에서 미묘한 변화를 감지하기 위한 새로운 평가 도구가 필요합니다.

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프로토콜

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본 연구의 동물실험프로토콜은 군마대학교 동물보호실험위원회에서 승인하였다. 동물의 보살핌과 치료에 관한 모든 절차는 일본의 동물 복지 및 관리에 관한 법률과 일본 과학 협의회가 발행한 동물 실험의 적절한 수행을 위한 지침에 따라 수행되었습니다. 장치의 조립 도면은 그림 1에서 찾을 수 있습니다.

1. 래더 설정

  1. 수평 래더 테스트(그림 2C 왼쪽)
    1. 알루미늄 스틱(직경 2mm)을 플렉시유리 벽의 구멍에 삽입합니다.
      알림: 인터벌 거리는 테스트된 마우스의 변형이나 성별에 따라 신체 크기에 따라 다릅니다( 표 1 참조).
    2. 플렉시 유리 벽의 거리를 넓히거나 좁혀 사다리 가로대의 너비를 조정합니다.
      알림: 너비는 테스트된 마우스의 변형이나 성별에 따라 본체 크기에 따라 달라질 수 있습니다( 표 1 참조).
  2. 지그재그 래더 테스트(그림 2C

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결과

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rotarod 테스트에서 Mf-1/FVB 마우스는 야생형 마우스에 비해 3일 연속으로 회전 로드에서 떨어지는 대기 시간이 크게 감소한 것으로 나타났으며, 이는 운동 협응 장애가 있음을 나타냅니다 (그림 3A). 그러나 그룹 내 결과 측면에서 Mf-1/FVB 마우스는 1일차에서 3일차까지 성능이 크게 향상되어 운동 학습이 보존됨을 시사합니다 (그림 3A).

수평 및 지그재그 사다리 빔 테스트 모두 Mf-1/FVB 마우스에서 사다리를 완전히 건너는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸리고 야생형 마우스에 비해 더 많은 발 미끄러짐을 함에 따라 운동 조정에 심각한 손상이 감지되었습니다 (그림 3B, C). 더 중요한 것은 Mf-1/FVB 마우스에.......

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토론

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우리의 디자인은 "사다리 가로대 보행 테스트"13,14의 유용성을 보고한 Metz와 Whishaw의 과거 연구를 기반으로 했습니다. 그들은 숙련된 보행을 평가하고 동물이 수평 사다리13,14에서 시작 지점에서 목표까지 걷도록 요구함으로써 앞다리와 뒷다리의 배치, 걸음걸이 및 사지 간 협응력을 모두 측정하기 위해 사다리 가로대 보행 테스트를 설계했습니다. 우리의 사다리 보행 테스트가 그들과 다른 점은 다양성입니다. 실험자는 수직 방향으로 5개의 구멍과 수평 방향으로 100개의 구멍이 있는 벽에 있는 알루미늄 스틱의 위치를 변경하여 사다리 설계와 테스트의 복잡성을 변경할 수 있습니다. "지그재그 래더 테스트"(그림.......

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공개 사항

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저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.

감사의 글

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이 연구는 일본과학진흥회(Japan Society for the Promotion of Science KAKENHI)의 지원을 받았습니다(N.K.는 18H03379, I.A.는 21K15340, A.N.은 22J11280).

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
에어 퍼프DAISO
알루미늄 스틱CAINZ직경 2mm, 래더 디자인에 따라 스틱의 개수가 달라질 수 있습니다. 수평 사다리를 만들기 위해 약 30개의 막대기가 필요할 수 있습니다(4cm 간격).
BlutackBostik
플렉시글라스CAINZ110 cm x 20 cm, 110 cm x 10 cm, 각 2개 부품
나사 카인즈

참고문헌

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  1. Koibuchi, N., Chin, W. W. Thyroid hormone action and brain development. Trends in Endocrinology and Metabolism. 11 (4), 123-128 (2000).
  2. Koibuchi, N. The role of thyroid hormone on functional organization in the cerebellum. Cerebellum. 12 (3), 304-....

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재인쇄 및 허가

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Thyroid HormoneCerebellar FunctionLadder Beam TestMotor PerformanceBehavioral AnalysisPurkinje CellsMotor CoordinationTransgenic MiceAtaxic PhenotypeRotarod Test

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