Inchworming to wysoce powtarzalny synchroniczny ruch kopania wyświetlany przez myszy BTBR T+ Itpr3tf/J (BTBR) po umieszczeniu w klatce testowej z wystarczającą ilością ściółki trocinowej. Procedura jest modyfikacją protokołu interakcji społecznych dla nieletnich i jest stosowana tutaj do oceny powtarzających się stereotypów motorycznych związanych z zaburzeniami ze spektrum autyzmu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Gąsienicowość: nowa stereotypia motoryczna w mysim modelu autyzmu BTBR T+ Itpr3tf/J
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Zaburzenie ze spektrum autyzmu (ASD) to behawioralnie zdefiniowane zaburzenie neurorozwojowe charakteryzujące się zmniejszoną wzajemną interakcją społeczną, nieprawidłową komunikacją i powtarzającymi się zachowaniami o ograniczonym zainteresowaniu. Ponieważ diagnoza opiera się na kryteriach klinicznych, wszelkie potencjalnie istotne modele tego heterogenicznego zaburzenia u gryzoni powinny idealnie odsumowywać te różnorodne cechy behawioralne. Mysz BTBR T+ Itpr3tf/J (BTBR) jest uznanym zwierzęcym modelem ASD, wykazującym powtarzające się zachowania, takie jak zwiększona pielęgnacja, a także brak elastyczności poznawczej. Jeśli chodzi o interakcje społeczne i zainteresowania, test zabawy młodocianych został zastosowany w wielu modelach ASD u gryzoni. Tutaj pokazujemy, że gdy myszy BTBR są testowane w pomieszczeniu dla młodocianych interakcji społecznych zawierającym ściółkę z trocin, wykazują one powtarzalny synchroniczny ruch kopania. To powtarzalne zachowanie motoryczne, określane jako "inchworming", zostało nazwane ze względu na stereotypowy charakter ruchów wykazywanych przez myszy podczas poruszania się poziomo po podłodze. Myszy gąsienicowe muszą używać swoich przednich i tylnych kończyn w synchronizacji, aby przemieścić ściółkę, wykonując co najmniej jeden ruch do wewnątrz i jeden na zewnątrz. Chociaż zarówno myszy BTBR, jak i C56BL / 6J (B6) wykazują to zachowanie, myszy BTBR wykazują znacznie dłuższy czas trwania i częstotliwość odchrabniania gąsienicowego oraz zmniejszone opóźnienie w inicjowaniu gąsienicowości po umieszczeniu w pomieszczeniu ściółkowym. Dochodzimy do wniosku, że to nowo opisane zachowanie stanowi miarę powtarzalnej stereotypii motorycznej, którą można łatwo zmierzyć w zwierzęcych modelach ASD.
Wprowadzenie
Chociaż patofizjologia zaburzeń ze spektrum autyzmu (ASD) pozostaje niejasna, diagnoza zależy od obecności trzech szerokich kategorii objawów: nieprawidłowa wzajemność społeczna, zaburzenia komunikacji i powtarzające się/stereotypowe zachowania1. Większość modeli gryzoni nie jest w stanie jednocześnie odtworzyć wszystkich trzech objawów u jednego zwierzęcia. W związku z tym modele, które mogą wiarygodnie symulować niektóre lub wszystkie aspekty zaburzenia, mają ogromną wartość dla rozwoju skutecznych strategii zapobiegawczych i terapeutycznych. Jednym z modeli, który wyświetla wszystkie trzy aspekty ASD, jest mysz BTBR1,2.
W połączeniu z ultradźwiękowymi wokalizacjami i testami podejścia społecznego, test interakcji społecznej u nieletnich jest powszechnie używany do charakteryzowania mysich modeli ASD u dzieci; testy te mierzą zmniejszone i nieprawidłowe zachowania społeczne, które reprezentują podstawowe cechy ASD. Oprócz testu interakcji społecznych wśród młodocianych, wiele innych testów zostało wykorzystanych do pomiaru stereotypowych zachowań w zwierzęcych modelach ASD. Na przykład uważa się, że test zakopywania w marmurze, który bada skłonność zwierzęcia do przemieszczania materiału ściółkowego za pomocą pyska i przednich łap w celu zakrycia przedmiotu, mierzy kompulsywne zachowania stereotypowe, które występują w odpowiedzi na bodźce awersyjne3,4. W związku z tym wdrożono testy kopania w celu ilościowego określenia tego powtarzalnego zachowania w modelach zwierzęcych ASD i różnych gatunkach gryzoni3,5-7. Zachowania związane z kopaniem są definiowane jako oczywiste ukierunkowane działania pyska lub łap w celu przemieszczenia materiałów ściółkowych i przypuszcza się, że jest to czuły parametr powtarzających się zachowań motorycznych4.
Tutaj opisujemy nowy rodzaj kopania, który nazwaliśmy "inchwormingiem" u myszy w odmianie BTBR. Charakterystyka tego nowego zachowania może dostarczyć solidnej miary powtarzalnego zachowania motorycznego, która może być wykorzystana do dalszej walidacji modeli gryzoni, takich jak ASD, choroba Huntingtona lub zachowania obsesyjno-kompulsywne8,9. "Gąsienicowość" definiujemy jako co najmniej jeden synchroniczny ruch kończyn przednich i tylnych do wewnątrz, po którym następuje synchroniczny ruch na zewnątrz, co prowadzi do przemieszczenia materiału ściółkowego. Różni się to od typowego zachowania podczas kopania pod wieloma względami. Po pierwsze, zachowanie gąsienicowe jest zwykle obserwowane jako kombinacja epizodów, a nie pojedyncze odosobnione zdarzenie. Natomiast kopanie może odbywać się jako pojedynczy skoordynowany ruch tylnych lub przednich łap3. Ponadto ruchy gąsienicowe mają tendencję do występowania poziomo po podłodze pomieszczenia, w przeciwieństwie do pozycji stacjonarnych, które są charakterystyczne dla zachowań związanych z kopaniem. Wreszcie, opisane poniżej zachowanie gąsienicowe występuje często w szczepzie wsobnym BTBR myszy, ale rzadko jest identyfikowane w szczepie kontrolnym B6, podczas gdy typowe zachowania związane z kopaniem są powszechne w szczepach B6 i BTBR myszy10. Procedury testowe gąsienicowe przedstawione w tym badaniu stanowią modyfikacje standardowego protokołu interakcji społecznej dla młodocianych1.
Biorąc pod uwagę, że zakopywanie marmuru, kopanie i zabawy młodocianych mają ustaloną wartość do pomiaru nietypowych zachowań w mysich modelach ASD, zachowanie gąsienicowe uzupełnia te wcześniej zdefiniowane pomiary stereotypowych zachowań. W szczególności zachowanie gąsienicowe stanowi użyteczną miarę stereotypów motorycznych niższego rzędu, które są powszechnie identyfikowane w ASD8,11. Ponadto ta nowa procedura gąsienicowa może dostarczyć naukowcom dodatkowego cennego narzędzia do analizy powtarzających się zachowań motorycznych związanych z zaburzeniami rozwojowymi, takimi jak ASD.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Wszystkie procedury zostały przeprowadzone zgodnie z Kanadyjskim Komitetem ds. Opieki nad Zwierzętami i zatwierdzone przez Komitet Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu w Calgary.
1. Przygotowanie zwierząt
- Odizoluj myszy przez noc (12 godzin) przed badaniem. Aby to zrobić, umieść wszystkie myszy BTBR i B6 (P35-P40) potrzebne do analizy eksperymentalnej w klatkach samodzielnie, dzień przed badaniem.
- Umieść izolowane myszy w pomieszczeniu do analizy behawioralnej na 30 minut przed badaniem, aby zwierzęta przyzwyczaiły się do nowego środowiska.
2. Przygotowanie sprzętu
- Umieść pudełko z pleksiglasu o wymiarach 30 x 30 cm ze zdejmowaną pokrywą w pomieszczeniu testowym. Umieść pudełko na stole i ustaw kamerę wideo pod kątem 45° od dołu; Takie umiejscowienie kamery pozwoli na wizualizację całej podłogi obudowy i myszy. Użyj podświetlenia na podczerwień, aby zminimalizować odblaski od ściany pudełka.
- Użyj kamery wideo, która posiada funkcję dużego zoomu z możliwością podczerwieni, aby zoptymalizować filmowanie w środowisku o niskim natężeniu luksów. Ustaw ostrość kamerę na obudowie, powiększając obraz tak, aby myszy były widoczne w całym pudełku.
- Przykryj całą podłogę pudełka ściółką z trocin (powinna mieć głębokość około 1 cala).
3 Procedura testowa
- Umieść parę myszy wewnątrz szczepu (BTBR - BTBR lub B6-B6) w komorze testowej.
- Wyłącz światła w pomieszczeniu testowym.
- Uruchom kamerę wideo, aby nagrywać i wyjść z pokoju. Zapobiegnie to wpływowi eksperymentatora na zachowanie myszy. Rejestruj aktywność przez 11 minut.
- Po zakończeniu nagrywania ponownie wejdź do pokoju testowego i zwróć myszy do ich oryginalnych klatek domowych.
- Wyrzuć ściółkę z trocin, umyj całe pudełko testowe 70% etanolem i umieść nową ściółkę z trocin na dnie obudowy testowej.
- Powtórz całą procedurę dla pozostałych par wewnątrz barwienia i przywróć myszy do ich pierwotnych klatek domowych.
Uwaga: Aby zweryfikować wiarygodność danych dotyczących inchwormingu, procedura może być powtarzana w kolejnych dniach z różnymi kombinacjami par BTBR-BTBR i B6-B6. Zapewni to, że obserwowane zachowanie nie jest zależne od konkretnego partnera w pomieszczeniu, ale od osobnika gąsienicowego.
4. Analiza danych
- Inchworming definiuje się jako synchroniczny ruch przednich i tylnych łap zwierzęcia do wewnątrz i na zewnątrz, przy czym co najmniej jeden ruch współwystępuje do wewnątrz, a następnie na zewnątrz, który skutecznie przemieszcza ściółkę. Ręcznie obejrzyj i oceń każdy film dwa razy (raz dla każdej myszy), aby ustalić całkowity czas trwania, częstotliwość i opóźnienie gąsienicy w 10-minutowym filmie. Ręczna ocena czasu trwania, częstotliwości i opóźnienia gąsienicy powinna opierać się na następujących definicjach:
Czas trwania gąsienicowości: Definiuje się jako całkowity czas, w którym każda mysz spędza na zachowaniu gąsienicowym. Aby ocenić ten aspekt gąsienicowości, użyj timera, który można uruchamiać i zatrzymywać. Rozpocznij odmierzanie czasu, gdy mysz zacznie się zatrzymywać, i zatrzymaj stoper, gdy mysz przestanie się zatrzymywać. Kiedy i jeśli mysz zacznie ponownie zasłaniać się gąsienicą, uruchom ponownie i ponownie zatrzymaj stoper. Powtórz uruchamianie i zatrzymywanie timera na czas trwania 10-minutowego okresu obserwacji za każdym razem, gdy mysz zainfiltruje gąsienice. Spowoduje to wygenerowanie wyniku czasu trwania gąsienicowości w zakresie od 0:00 do 10:00 min.
Częstotliwość odrobaczania: Definiuje się jako liczbę przypadków, w których mysz angażuje się w zachowanie gąsienicowe w ciągu 10-minutowego okresu obserwacji. Pojedyncze liczenie jest przyznawane za każdym razem, gdy mysz zaczyna i kończy gąsienicę. Wynik częstotliwości gąsienicowości będzie liczbą z zakresu od 0 do ∞,
Opóźnienie do gąsienicy: Jest definiowane jako czas, który upływa przed pierwszym wystąpieniem gąsienicy. Uruchom minutnik, gdy rozpocznie się wideo, będzie to godzina 0:00, i zatrzymaj minutnik, gdy mysz po raz pierwszy wejdzie. Jeśli mysz nie wyświetla zachowania gąsienicy, opóźnienie do gąsienicy wyniesie 10:00. Analizując opóźnienie do gąsienicy, uzyskany zostanie wynik od 0:01 do 10:00 min. Myszy, które nie zachorują na gąsienicę w okresie testowym, powinny zostać usunięte z populacji próbki, aby upewnić się, że wyniki są odpowiednie dla populacji myszy, które wykazują zachowanie gąsienicowe. - Oblicz całkowitą częstotliwość i czas trwania gąsienicy dla każdej myszy w filmie. Oblicz czas potrzebny pierwszej myszy w parze do gąsienicy dla opóźnienia do gąsienicy dla tej konkretnej pary myszy. Parametry te opierają się na wcześniejszych pracach metodologicznych związanych z powtarzającymi się zachowaniami kopania u myszy6.
- Oblicz średni czas trwania, częstotliwość i opóźnienie do kopania dla każdej grupy eksperymentalnej w analizie (tj. BTBR w porównaniu z B6). Użyj ANOVA lub testu t, aby porównać dane między szczepami/grupami eksperymentalnymi.
Uwaga: Gdy procedura zostanie zakończona w drugim dniu, należy użyć ANOVA z powtarzanymi pomiarami, aby upewnić się, że nie wystąpiły żadne późniejsze efekty próby lub efekty parowania.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Opisana tutaj zmodyfikowana wersja testu zabawy dla młodych zwierząt może być wykorzystana do obserwacji i analizy nowego, powtarzalnego zachowania kopania, określanego mianem „inchwormingu” (ruchu przypominającego poruszanie się gąsienicy). Inchworming występuje w znacznie większym stopniu u myszy BTBR niż u myszy kontrolnych B6. W typowej 10 min sesji myszy BTBR wykazują charakterystyczne zachowanie inchwormingu (synchroniczny ruch łap do wewnątrz i na zewnątrz w celu przesunięcia ściółki z trocin) przez około 5 min, c...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Gąsienictwo to nowa miara powtarzających się zachowań, którą można wykorzystać do badania wielu zaburzeń, które wykazują stereotypy, takie jak ASD. Istnieją 4 kroki, które mają kluczowe znaczenie dla generowania wiarygodnych danych dotyczących gąsienicowości na podstawie zmodyfikowanego protokołu interakcji społecznych dla nieletnich: 1) przedłużony okres izolacji jest niezbędny do testu gąsienicowego i nie powinien być usuwany z protokołu ani skracany. Wymóg ten jest specyficzny dla opisywanych tutaj badań gąsienicowego...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy są wdzięczni za techniczną i logistyczną pomoc oraz ekspertyzę dostarczoną przez Rose Tobias, Younghee Ahn i Davida N. Ruskina. Opisane tutaj prace zostały sfinansowane przez Fundację Szpitala Dziecięcego Alberty oraz Instytut Badawczy Szpitala Dziecięcego w Albercie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 30 cm X 30 cm Pudełko z pleksi z pokrywką | Można zbudować | ||
| Kamera na podczerwień | Survshop (Calgary, Alberta) | Kamera CCD Sony DP955V- 30’ Kopuła pancerna na podczerwień | Znajdź kamerę o wysokiej rozdzielczości i możliwości zoomu |
| DVR | Supercircuits (Austin, Teksas) | 4-kanałowy rejestrator bezpieczeństwa H.264 klasy korporacyjnej z nagrywarką DVD | Duża pojemność danych |
| Trociny | Tak samo jak materiał pościelowy |
Bibliografia
- McFarlane, H. G., Kusek, G. K., Yan, M., Phoenix, J. L., Bolivar, V. J., Crawley, J. N. Autism-like behavioral phenotypes in BTBR T+tf/J mice. Genes, Brain, and Behavior. 7, 152-163 (2008).
- Crawley, J. N. Designing mouse behavioral tasks relevant to autistic-like behaviors. Mental Retardation and Developmental Disabilities Research Reviews. 10 (4), 248-258 (2004).
- Deacon, R. Digging and marble burying in mice: simple methods for in vivo identification of biological impacts. Nature Protocols. 1 (1), 122-124 (2006).
- Thomas, A., Burant, A., Bui, N., Graham, D., Yuva-Paylor, L. A., Paylor, R. Marble burying reflects a repetitive and perseverative behavior more than novelty-induced anxiety. Psychopharmacology. 204, 361-373 (2009).
- Dudek, B. C., Adams, N., Boice, R., Abbott, M. E. Genetic influences on digging behaviours in mice (Mus musculus) in laboratory and seminatural settings. Journal of Comparative Psychology. 97 (3), 249-259 (1983).
- Webster, D., Williams, M. H., Owens, R., Geiger, V., Dewsbury, D. A. Digging behavior in 12 taxa of muriod rodents. Animal Learning and Behavior. 9 (2), 173-177 (1981).
- Pobbe, R. H., Pearson, B. L., Defensor, E., Bolivar, V. J., Blanchard, D. C., Blanchard, R. J. Expression of social behaviours of C57BL/6J versus BTBR inbred mouse strains in the visible burrow system. Behavioural Brain Research. 214, 443-449 (2010).
- Lewis, M. H., Tanimura, Y., Lee, L., Bodfish, J. Animal models of restricted repetitive behavior in autism. Behavioural Brain Research. 176, 66-74 (2007).
- Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C., Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nature Reviews. 11, 490-502 (2010).
- Deacon, R., Rawlins, J. Hippocampal lesions, species-typical behaviours and anxiety in mice. Behavioural Brain Research. 156, 241-249 (2005).
- Pearson, B. L., et al. Motor and cognitive sterotypies in the BTBR T+tf/J mouse model of autism. Genes, Brain, and Behavior. 10, 228-235 (2011).
- Pobbe, R. H., Defensor, E., Pearson, B. L., Bolivar, V. J., Blanchard, D. C., Blanchard, R. J. General and social anxiety in the BTBR T+ tf/J mouse strain. Behavioural Brain Research. 216 (1), 446-451 (2011).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
