Name: Gedragskarakterisering van een Angelman Syndroom Muismodel (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-20T12:10:00.000+00:00
Duration: 11 min 5 s
Description: Leer gedragskarakterisering van een Angelman Syndroom muismodel met behulp van AI-gebaseerde monitoring. Deze methode verbetert de reproduceerbaarheid van gedragsstudies in de neurowetenschap.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit onderzoek werd ondersteund door de Tsjechische Academie van Wetenschappen RVO 68378050, LM2018126 Tsjechisch Centrum voor Fenogenomics van MEYS CR, OP RDE CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_013/0001789 (Upgrade of the Czech Centre for Phenogenomics: developing towards translation research by MEYS and ESIF), OP RDE CZ.02.1.01/0.0/0.0/18_046/0015861 (CCP Infrastructure Upgrade II by MEYS and ESIF), en OP RDI CZ.1.05/2.1.00/19.0395 (hogere kwaliteit en capaciteit voor transgene modellen door MEYS en EFRO). Daarnaast ontving deze studie financiering van de NGO "Association of Gene Therapy (ASGENT)", Tsjechië (https://asgent.org/) en LM2023036 Tsjechisch Centrum voor Fenogenomics van het Ministerie van Onderwijs, Jeugd en Sport van de Tsjechische Republiek.

Validatie van een muizenmodel van het Angelman-syndroom met behulp van gedragstests

De auteurs hebben geen belangenconflicten bekend te maken.

AS-modellen gemaakt in verschillende muizenstammen worden vaak gevalideerd met tests van de emotionele toestand van dieren, motorische functies en cognitieve vaardigheden om vergelijking met menselijke symptomen te vergemakkelijken31,32. Een motorisch tekort in AS-modellen is de meest consistente bevinding in laboratoria, gevolgd door een onveranderde emotionaliteitstoestand van mutanten en problemen met het bouwen van nesten31,32,33<...

Angelman syndroom (AS) is een zeldzame neurologische ontwikkelingsziekte. De meest voorkomende genetische oorsprong van AS is een grote deletie van het 15q11-q13-gebied van het maternale chromosoom, dat wordt aangetroffen bij bijna 74% van de patiënten1. Deletie van dit gebied veroorzaakt het verlies van UBE3A, het belangrijkste oorzakelijke gen van AS dat codeert voor een E3-ubiquitineligase. Het vaderlijke allel van het UBE3A-gen in neuronen wordt tot zwijgen gebracht in een proces dat bekend staat als imprinting. Als gevolg hiervan staat vaderlijke inprenting van het gen alleen maternale expressie in het centrale zenuwstelsel (CZS)2 toe. Daarom leidt UBE3A-gendeletie van het maternale chromosoom tot de ontwikkeling van AS-symptomen. Bij mensen manifesteert AS zich rond de leeftijd van 6 maanden, met ontwikkelingsachterstand die aanhoudt in alle ontwikkelingsstadia en resulteert in ernstige slopende symptomen bij getroffen personen 3,4. De kernsymptomen van de aandoening zijn het tekort aan fijne en grove motoriek, waaronder schokkerige ataxische gang, ernstige spraakstoornissen en intellectuele achterstand. Ongeveer 80% van de AS-patiënten lijdt ook aan slaapstoornissen en epilepsie. Tot op heden zijn de enige beschikbare behandelingen symptomatische geneesmiddelen, die epileptische aanvallen verminderen en de slaapkwaliteit verbeteren1. Daarom zal de ontwikkeling van robuuste diermodellen met reproduceerbare gedragsfenotypen naast verfijnde fenotyperingsanalyse essentieel zijn om de pathofysiologische mechanismen van de aandoening op te helderen en effectieve medicijnen en behandelingen te ontdekken.
De complexiteit van de menselijke aandoening die het CZS beïnvloedt, vereist dat modelorganismen een vergelijkbaar genoom, fysiologie en gedrag bezitten. Muizen zijn populair als modelorganisme vanwege hun korte voortplantingscyclus, kleine omvang en relatief gemak van DNA-modificatie. In 1984 stelde Paul Willner drie basisvalidatiecriteria voor ziektemodellen voor: de construct, het gezicht en de voorspellende validiteit, die worden gebruikt om de waarde van het modelte bepalen 5. Simpel gezegd, constructvaliditeit weerspiegelt de biologische mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van de stoornis, gezichtsvaliditeit vat de symptomen samen en voorspellende validiteit beschrijft de modelrespons op therapeutische geneesmiddelen.
Om aan de bovenstaande principes te voldoen, hebben we de meest voorkomende genetische etiologie gekozen, een grote deletie van de maternale 15q11.2-13q-locus inclusief het UBE3A-gen, om AS-modelmuizen te creëren. We gebruikten de CRISPR/Cas9-techniek om een 76.225 bp lang gebied te verwijderen dat het hele UBE3A-gen beslaat, dat zowel de coderende als niet-coderende elementen van het gen omvat, bij muizen met een C57BL/6N-achtergrond6. Vervolgens hebben we de dieren gefokt om UBE3A+/− heterozygote muizen te verkrijgen. Voor gezichtsvalidatie van het model gebruikten we dieren van kruisingen van UBE3A+/− vrouwtjes en wild-type mannetjes om UBE3A+/- nakomelingen te krijgen (stam genaamd C57BL/6NCrl-UBE3A<em1(IMPC)Ccpcz>/Ph en later toegewezen als UBE3A mGenedel/+) en controle nestgenoten. We testten hun fijne en grove motoriek, emotionaliteit en affect om de kern AS-symptomen samen te vatten. In een vorig artikel evalueerden we ook de cognitieve functies van de dieren, omdat AS-patiënten ook lijden aan een verstandelijke beperking6. We vonden echter geen cognitieve stoornissen bij UBE3AmGenedel/+ muizen, misschien als gevolg van de jonge leeftijd van de dieren op het moment van testen7. Later onderzoek van de oudere dieren, ongeveer 18 weken oud, onthulde een tekort aan gedragsflexibiliteit tijdens omkeringsleren in het plaatsvoorkeurparadigma. De complexiteit van de gebruikte apparatuur voor deze analyse vereist echter een afzonderlijke methodologische module en deze is hier niet opgenomen.
De hier gepresenteerde gedragstests behoren tot de gebruikelijke fenotyperingsinstrumenten in genetisch onderzoek, dankzij hun hoge voorspellende waarde en voldoende constructvaliditeit 8,9,10. We gebruikten deze tests om een muismodel van AS te valideren door kernsymptomen van de menselijke ziekte op een reproduceerbare, leeftijdsonafhankelijke manier samen te vatten. De emotionaliteit van het dier werd geëvalueerd in de verhoogde plus doolhof en open veld tests. Beide tests zijn gebaseerd op het benaderingsvermijdingsconflict, waarbij dieren een nieuwe omgeving verkennen op zoek naar voedsel, onderdak of paringsmogelijkheden en tegelijkertijd anxiogene compartimenten vermijden11. Daarnaast wordt de open veld test gebruikt om de locomotorische activiteit van een muis te testen8. De staartsuspensietest wordt veel gebruikt in depressieonderzoek om te screenen op nieuwe antidepressiva of depressieve fenotypen in knock-outmodellen van muizen12. Deze test evalueert de wanhoop die dieren in de loop van de tijd ontwikkelen in een onontkoombare situatie. Motorisch leren en gedetailleerde loopkarakteristieken werden respectievelijk bepaald op de rotarod en in DigiGait. Het uithoudingsvermogen van dieren op de versnellende staaf kenmerkt zijn evenwichts- en bewegingscoördinatievaardigheden, terwijl gedetailleerde analyse van de stappatronen van een muis een gevoelige evaluatie is van neuromusculaire stoornissen die verband houden met vele neurogeneratieve bewegingsstoornissen13,14,15. De nestjesversnipperringstest maakt deel uit van de standaardmethodologie voor het detecteren van impulsief gedrag bij knaagdieren, en omdat het gebruik maakt van natuurlijk knaagdierbouwgedrag, geeft het het welzijn van het dier aan16,17.
De grootte van de experimentele groepen was het resultaat van een compromis om te voldoen aan de eisen van de 3R-regel en efficiënt gebruik van kolonie-fokprestaties. Om statistische kracht te verkrijgen, hadden de groepen echter niet minder dan 10 individuen, vanwege de oprichting van een voldoende aantal broedparen. Helaas resulteerden fokprestaties niet altijd in voldoende dieren.

<table><tbody><tr><td>Cages, individueel geventileerd</td><td>Techniplast</td><td></td><td></td></tr><tr><td>DigiGait</td><td>Mouse Specifics, Inc., 2 Central Street Level Unit 110 Framingham, MA 01701, USA</td><td>Apparatuur werd aangeboden, er werd geen catalogusnummer verstrekt, noch kon worden gevonden op de website van het bedrijf</td><td>Gedetailleerde analyse van muizengang, hardware en software geleverd.&nbsp;</td></tr><tr><td>FDA Nestlet vierkantjes</td><td>Datesand Ltd., 7 Horsfield Way, Bredbury, Stockport SK6, UK</td><td>Materiaal werd gekocht van Velaz-leverancier via directe e-mailverzoek. Velaz geeft geen catalogusnr.</td><td>Katoenen nestjes voor nestbouwtest. Nestlet beschrijving: 2-3 g elk, met een diameter van ongeveer 5 x 5 x 0,5 cm.</td></tr><tr><td>Muizenvoer</td><td>Altramion</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotarod</td><td>TSE Systems GmbH, Barbara-McClintock-Str.4 12489 Berlijn, Duitsland</td><td>Apparatuur werd aangeboden, er werd geen catalogusnummer verstrekt, noch kon worden gevonden op de website van het bedrijf</td><td>Rotarod voor 5 muizen, hardware en software geleverd. Drumafmetingen: Diameter: 30 mm, breedte per baan: 50 mm, valafstand 147 mm.</td></tr><tr><td>Staartsuspendietest</td><td>Bioseb, In Vivo Research Instruments, 13845 Vitrolles FRANKRIJK</td><td>Referentie: BIO-TST5</td><td>Volledig geautomatiseerde apparatuur voor evaluatie van immobiliteitstijd van 3 muizen opgehangen aan de staart, hardware en software geleverd</td></tr><tr><td>Transpore medisch tape</td><td>Medical M, Ltd.</td><td>P-AIRO1291</td><td>De tape die wordt gebruikt om een dier aan de haak te bevestigen door zijn staart.</td></tr><tr><td>Viewer - Video Tracking Systeem</td><td>Biobserve GmbH, Wilhelmstr. 23 A 53111 Bonn, Duitsland</td><td>Apparatuur met software werd aangeboden, er werd geen catalogusnummer verstrekt, noch kon worden gevonden op de website van het bedrijf</td><td>Software met op maat gemaakte hardware: doolhof, IR-basis, IR-gevoelige camera's. Op maat gemaakte OF-afmetingen: 42 x 42 cm gebied, 49 cm hoge muur, centrale zonegebied: 39 cm2. Een op maat gemaakte EPM werd 50 cm boven de vloer verhoogd, met een open arm van 79 cm lang,&nbsp; 9 cm breed, en gesloten arm 77 cm lang, 7,6 cm breed.&nbsp;</td></tr></tbody></table>

gedragskarakterisering van een angelman syndroom muismodel

Behavioral Characterization of an Angelman Syndrome Mouse Model

Dit manuscript beschrijft een reeks gedragstests die beschikbaar zijn om angelmansyndroom (AS) -achtige fenotypen te karakteriseren in een gevestigd muizenmodel van AS. We gebruiken het rotarod-leerparadigma, gedetailleerde loopanalyse en nestbouwtest om motorische beperkingen bij dieren te detecteren en te karakteriseren. We testen de emotionaliteit van dieren in het open veld en verhoogde plus doolhoftests, evenals het effect in de staartsuspensietest. Wanneer AS-muizen worden getest in de open veldtest, moeten de resultaten met zorg worden geïnterpreteerd, omdat motorische disfuncties het gedrag van muizen in het doolhof beïnvloeden en de activiteitsscores veranderen.
De reproduceerbaarheid en effectiviteit van de gepresenteerde gedragstests is al gevalideerd in verschillende onafhankelijke Uba3a-muislijnen met verschillende knock-outvarianten, waardoor deze reeks tests een uitstekend validatie-instrument is in AS-onderzoek. Modellen met de relevante constructie en gezichtsvaliditeit zullen verder onderzoek rechtvaardigen om de pathofysiologie van de ziekte op te helderen en de ontwikkeling van causale behandelingen toe te staan.

Verhoogd plus doolhof en open veld testen De EPM- en OF-tests gebruiken de natuurlijke neiging van knaagdieren om nieuwe omgevingen te verkennen18,19. De verkenning wordt beheerst door een benadering-vermijdingsconflict, waarbij knaagdieren kiezen tussen het verkennen van een nieuwe omgeving en het vermijden van mogelijk gevaar. Dieren verkennen onbekende plaatsen op zoek naar beschutting, sociaal contact of foerageren. Nieuwe plaatsen kunnen ...

Dit manuscript presenteert een reeks zeer reproduceerbare gedragstests om een muismodel met het Angelman-syndroom te valideren.

Gedragskarakterisering van een Angelman Syndroom Muismodel

This manuscript describes a battery of behavioral tests available to characterize Angelman syndrome (AS)-like phenotypes in an established murine model of ...

Ons doel is om de fysiologische rollen van genen op te helderen met behulp van muizen als een experimenteel model. We richten ons ook op het ontwikkelen van muismodellen van specifieke ziekten die wetenschappers kunnen gebruiken om ziekteoorzaak te onderzoeken en effectieve behandelingen te ontwikkelen. Een voorbeeld van een dergelijke activiteit is het muismodel van het Angelman-syndroom.Misschien wel de meest veelbelovende nieuwe technologie met potentieel is het integreren van kunstmatige intelligentie op basis van deep learning-technieken in dieronderzoek. Deze aanpak kan worden gebruikt om het gedrag van dieren in de thuiskooi direct te volgen zonder dat de experimentator de dieren hoeft te storen. De grootste uitdaging in gedragsstudies is momenteel reproduceerbaarheid.Daarom introduceren we een reeks tests die het Angelman-syndroom van het model valideren op een manier die niet afhankelijk is van de leeftijd of soort van het model. We gebruiken gevestigde gedragstests om ons AS-model te valideren. Echter, met de nieuwe benadering voor de modelontwikkeling die sterk lijkt op de menselijke conditie met een grote deletie.Met behulp van CRISPR-technologie hebben we het hele UBE3A-gen uit het muizengenoom verwijderd. In tegenstelling tot andere modellen waar de verwijdering beperkt is tot 3KB. We werken aan de ontwikkeling van een genetische therapie die een symptoom in een muismodel kan herstellen.

behavioral-characterization-of-an-angelman-syndrome-mouse-model

Research

JoVE Journal

Behavior

Gedrag

Inchworming is een zeer repetitief synchrone graven motion weergegeven door BTBR T + Itpr 3tf / J (BTBR) muizen wanneer geplaatst in een test kooi met voldoende zaagsel beddengoed. De procedure is een wijziging van de jeugdige sociale interactie protocol en wordt hier gebruikt om herhalende motorische stereotiep om Autisme Spectrum Stoornis relevant beoordelen.

Inchworming: A Novel Motor Stereotypy in de BTBR<em&gt; T<sup&gt; +</sup&gt; Itpr3<sup&gt; Tf</sup</em&gt; / J Mouse Model van autisme

Hier presenteren we een protocol om activiteitsgebaseerde anorexia (ABA) te induceren bij vrouwelijke adolescente muizen. ABA is een toestand van hyperactiviteit die wordt veroorzaakt door voedselrestrictie op te leggen aan knaagdieren met toegang tot een draaimolen. Dit fenomeen wordt gebruikt als een model om de onderliggende neurobiologie van anorexia nervosa te bestuderen.

Met behulp van de Activity-based Anorexia knaagdier Model naar de neurobiologische basis van Anorexia Nervosa Studie

Muizen individueel ondergebracht bij een lopend wiel terwijl gezien de beperkte toegang tot voedsel ontwikkelen verlagingen van de voedselconsumptie en verhogen van de activiteit op het draaiende wiel. Deze experimentele verschijnsel heet activity based anorexia. Dit paradigma is een experimentele instrument voor het bestuderen van de neurobiologie en gedrag onderliggende aspecten van anorexia nervosa.

Beoordeling van Activity based Anorexia in muizen

Footprint Analysis is een voordelig alternatief voor gedigitaliseerde gang analyseprogramma's voor onderzoekers die bewegings afwijkingen bij muizen kwantificeren. Door zijn snelheid, eenvoud en longitudinale potentiaal is het ideaal voor het gedragsfenotypen van Muismodellen.

Voordelige Gait-analyse voor Gedragsfenotypen van Muismodellen van neuromusculaire ziekte

Autisme Spectrum Stoornis (ASS) wordt geassocieerd met verminderd sociaal en communicatief gedrag en het ontstaan van repetitief gedrag. Voor het bestuderen van de onderlinge relatie tussen ASS-genen en gedragsstoornissen in het Drosophila-model , worden in dit artikel vijf gedragsparadigma's beschreven voor het bepalen van sociale afstand, agressie, verkering, verzorging en gewenningsgedrag.

Paradigma's voor gedragsbeoordeling in het Drosophila-model van autismespectrumstoornis

Knaagdiermodellen zijn waardevolle hulpmiddelen voor het bestuderen van kerngedrag dat verband houdt met autismespectrumstoornis (ASS). In dit artikel gaan we dieper in op twee gedragstests voor het modelleren van de kernkenmerken van ASS bij muizen: zelfverzorging, die repetitief gedrag beoordeelt, en de driekamertest voor sociale interactie, die sociale beperkingen documenteert.

Strategieën voor het beoordelen van autistisch-achtig gedrag bij muizen

We demonstreren het nut van nestbouwgedrag bij laboratoriummuizen als een indicator van welzijn. Nestscoren is een gevoelige techniek die wordt beïnvloed door temperatuur, ziekte en agressie. De tijd om te integreren in de nesttest (TINT) is een eenvoudige beoordeling aan de kooikant die postoperatieve pijn kan detecteren.

Nestbouw als indicator van gezondheid en welzijn bij laboratoriummuizen

Langdurige en uitgebreide monitoring van muizen in een home-kooi-omgeving biedt een dieper begrip van afwijkend gedrag in muismodellen van hersenziekten. Dit artikel beschrijft de Integrated Behavioral Station (INBEST) als de belangrijkste component van de hedendaagse gedragsanalyse.

Behavioral Fenotypering van Muriene Disease Modellen met de Integrated Behavioral Station (INBEST)

Muismodellen zijn steeds populairder geworden in studies van gedragsneurowetenschappen.  Naarmate modellen vorderen, is het belangrijk om gevoelige gedragsmatige metingen te ontwikkelen die specifiek zijn voor de muis.  Dit protocol beschrijft de Pasta Matrix Reaching Task, een vakbekwame motorische taak voor gebruik in muismodellen van beroerte.

Compenserende Limb Gebruik en Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Na Sensorimotor Cortex Letselschade in een muismodel van ischemische beroerte

Motorische controle en balans prestaties is bekend dat ze verslechteren met de leeftijd. Dit document presenteert een aantal standaard-invasieve gedragstesten met de toevoeging van een eenvoudige roterende stimulans voor het evenwichtsorgaan maken en veranderingen in balans prestaties uitdagen in een muismodel van de vergrijzing.

Behavioral Assessment van de Aging Mouse evenwichtsorgaan

Leer gedragskarakterisering van een Angelman Syndroom muismodel met behulp van AI-gebaseerde monitoring. Deze methode verbetert de reproduceerbaarheid van gedragsstudies in de neurowetenschap.

Gedragskarakterisering van een Angelman Syndroom Muismodel

Meer video's verkennen