Name: Caracterización conductual de un modelo de ratón con síndrome de Angelman (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-20T12:10:00.000+00:00
Duration: 11 min 5 s
Description: Aprende a caracterizar conductualmente un modelo de ratón con síndrome de Angelman mediante pruebas reproducibles validadas con inteligencia artificial. Este método facilita investigaciones sobre trastornos neurogenéticos.

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Esta investigación contó con el apoyo de la Academia Checa de Ciencias RVO 68378050, LM2018126 Centro Checo de Fenogenómica proporcionado por MEYS CR, OP RDE CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_013/0001789 (Actualización del Centro Checo de Fenogenómica: desarrollo hacia la investigación de la traducción por MEYS y ESIF), OP RDE CZ.02.1.01/0.0/0.0/18_046/0015861 (Actualización de la infraestructura CCP II por MEYS y ESIF) y OP RDI CZ.1.05/2.1.00/19.0395 (mayor calidad y capacidad para modelos transgénicos por MEYS y FEDER). Además, este estudio recibió financiación de la ONG "Asociación de Terapia Génica (ASGENT)", Chequia (https://asgent.org/) y LM2023036 Centro Checo de Fenogenómica proporcionado por el Ministerio de Educación, Juventud y Deportes de la República Checa.

Validación de un modelo murino del síndrome de Angelman mediante pruebas conductuales

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.

Los modelos de EA creados en diferentes cepas murinos se validan comúnmente con pruebas de estado emocional, funciones motoras y habilidades cognitivas de los animales para facilitar la comparación con los síntomas humanos31,32. Un déficit motor en los modelos de EA es el hallazgo más consistente en todos los laboratorios, seguido de un estado de emocionalidad inalterado de los mutantes y dificultades para construir nidos31,32,33</sup...

El síndrome de Angelman (EA) es una enfermedad rara del neurodesarrollo. El origen genético más común de la EA es una gran deleción de la región 15q11-q13 del cromosoma de origen materno, que se encuentra en casi el 74% de los pacientes1. La deleción de esta región provoca la pérdida de UBE3A, el principal gen causante de la EA que codifica una ubiquitina ligasa E3. El alelo paterno del gen UBE3A en las neuronas se silencia en un proceso conocido como impronta. Como consecuencia, la impronta paterna del gen solo permite la expresión materna en el sistema nervioso central (SNC)2. Por lo tanto, la deleción del gen UBE3A del cromosoma derivado de la madre conduce al desarrollo de síntomas de EA. En los seres humanos, la EA se manifiesta alrededor de los 6 meses de edad, con un retraso en el desarrollo que persiste a lo largo de todas las etapas del desarrollo y da lugar a síntomas debilitantes graves en los individuos afectados 3,4. Los síntomas centrales del trastorno incluyen el déficit de habilidades motoras finas y gruesas, incluida la marcha atáxica espasmódica, el deterioro grave del habla y la discapacidad intelectual. Aproximadamente el 80% de los pacientes con EA también sufren trastornos del sueño y epilepsia. Hasta la fecha, el único tratamiento disponible son los fármacos sintomáticos, que reducen las crisis epilépticas y mejoran la calidad del sueño1. Por lo tanto, el desarrollo de modelos animales robustos con fenotipos conductuales reproducibles junto con un análisis de fenotipado refinado será esencial para dilucidar los mecanismos fisiopatológicos del trastorno y descubrir medicamentos y tratamientos efectivos.
La complejidad del trastorno humano que afecta al SNC exige que los organismos modelo posean un genoma, una fisiología y un comportamiento comparables. Los ratones son populares como organismo modelo debido a su corto ciclo reproductivo, tamaño pequeño y relativa facilidad de modificación del ADN. En 1984, Paul Willner propuso tres criterios básicos de validación del modelo de enfermedad: el constructo, la cara y la validez predictiva, que se utilizan para determinar el valor del modelo5. Simplemente, la validez de constructo refleja los mecanismos biológicos responsables del desarrollo del trastorno, la validez facial recapitula sus síntomas y la validez predictiva describe la respuesta del modelo a los fármacos terapéuticos.
Para adherirnos a los principios anteriores, hemos elegido la etiología genética más común, una gran deleción del locus materno 15q11.2-13q, incluido el gen UBE3A, para crear ratones modelo de EA. Utilizamos la técnica CRISPR/Cas9 para eliminar una región de 76.225 pb de largo que abarca todo el gen UBE3A, que abarca tanto los elementos codificantes como los no codificantes del gen, en ratones de un fondo C57BL/6N6. A continuación, criamos los animales para obtener ratones heterocigotos UBE3A+/−. Para la validación facial del modelo, utilizamos animales de cruces de hembras UBE3A+/− y machos de tipo salvaje para obtener progenie UBE3A+/- (cepa denominada C57BL/6NCrl-UBE3A<em1(IMPC)Ccpcz>/Ph y posteriormente asignada como UBE3A mGenedel/+) y compañeros de camada de control. Evaluamos sus habilidades motoras finas y gruesas, su emocionalidad y su afecto para recapitular los síntomas centrales de la EA. En un artículo anterior, también evaluamos las funciones cognitivas de los animales, ya que los pacientes con EA también sufren de discapacidad intelectual6. Sin embargo, no encontramos alteraciones cognitivas en los ratones UBE3AmGenedel/+, tal vez debido a la corta edad de los animales en el momento de la prueba7. Un examen posterior de los animales más viejos, alrededor de las 18 semanas de edad, reveló un déficit en la flexibilidad conductual durante el aprendizaje inverso en el paradigma de preferencia de lugar. Sin embargo, la complejidad de los equipos empleados para este análisis requiere un módulo metodológico separado y no se incluye aquí.
Las pruebas conductuales aquí presentadas pertenecen a las herramientas de fenotipado comunes en la investigación genética, gracias a su alto valor predictivo y suficiente validez de constructo 8,9,10. Utilizamos estas pruebas para validar un modelo murino de EA recapitulando los síntomas centrales de la enfermedad humana de una manera reproducible e independiente de la edad. La emocionalidad del animal se evaluó en las pruebas de laberinto elevado plus y campo abierto. Ambas pruebas se basan en el conflicto de acercamiento-evitación, en el que los animales exploran un nuevo entorno en busca de alimento, refugio u oportunidades de apareamiento, al tiempo que evitan los compartimentos ansiogénicos11. Además, la prueba de campo abierto se utiliza para probar la actividad locomotora de un ratón8. La prueba de suspensión de la cola se utiliza ampliamente en la investigación de la depresión para detectar nuevos fármacos antidepresivos o fenotipos similares a los depresivos en modelos de ratón knockout12. Esta prueba evalúa la desesperación que desarrollan los animales con el paso del tiempo en una situación ineludible. El aprendizaje motor y las características detalladas de la marcha se determinaron en el rotarod y en el DigiGait, respectivamente. La resistencia animal en la varilla aceleradora caracteriza sus habilidades de equilibrio y coordinación de movimientos, mientras que el análisis detallado de los patrones de pasos de un ratón es una evaluación sensible de las deficiencias neuromusculares relacionadas con muchos trastornos neurogenerativos del movimiento13,14,15. La prueba de trituración de nidos es parte de la metodología estándar para detectar el comportamiento impulsivo en roedores y, dado que utiliza el comportamiento natural de construcción de roedores, indica el bienestar del animal16,17.
El tamaño de los grupos experimentales fue el resultado de un compromiso para cumplir con las demandas de la regla de las 3R y el uso eficiente del rendimiento genético de las colonias. Sin embargo, para obtener poder estadístico, los grupos tuvieron no menos de 10 individuos, debido al establecimiento de una cantidad suficiente de parejas reproductoras. Desafortunadamente, el rendimiento reproductivo no siempre resultó en un número suficiente de animales.

<table><tbody><tr><td>Jaulas con ventilación individual</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>Se licitó el equipo, no se proporcionó ningún número de catálogo, ni se pudo encontrar en el sitio web de la empresa</td><td>Análisis detallado de la marcha del ratón, hardware y software proporcionados.</td></tr><tr><td>FDA Nestlet squares</td><td>Datesand Ltd., 7 Horsfield Way, Bredbury, Stockport SK6, Reino Unido</td><td>El material se compró al proveedor de Velaz a través de una solicitud directa por correo electrónico. Velaz no proporciona ningún catálogo no.</td><td>Anzuelos de algodón para la prueba de construcción de nidos. Descripción de los nidos: 2-3 g cada uno, con un diámetro de alrededor de 5 x 5 x 0,5 cm.</td></tr><tr><td>Mouse chow</td><td>Altramion</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotarod</td><td>TSE Systems GmbH, Barbara-McClintock-Str.4 12489 Berlín, Alemania</td><td>Se licitó el equipo, no se proporcionó un número de catálogo, ni se pudo encontrar en el sitio web de la empresa</td><td>Rotarod para 5 ratones, se proporcionó hardware y software. Dimensiones del tambor: Diámetro: 30 mm, ancho por carril: 50 mm, distancia de caída 147 mm.</td></tr><tr><td>Prueba de suspensión de cola</td><td>Bioseb, In Vivo Research Instruments, 13845 Vitrolles FRANCE</td><td>Referencia: BIO-TST5</td><td>Equipo totalmente automatizado para la evaluación del tiempo de inmovilidad de 3 ratones colgados por la cola, hardware y software proporcionados</td></tr><tr><td>Cinta médica Transpore</td><td>Medical M, Ltd.</td><td>P-AIRO1291</td><td>La cinta utilizada para sujetar a un animal al anzuelo por su cola.</td></tr><tr><td>Visor - Sistema de seguimiento de vídeo</td><td>Biobserve GmbH, Wilhelmstr. 23 A 53111 Bonn, Alemania</td><td>Se licitaron equipos con software, no se proporcionó ningún número de catálogo, ni se pudo encontrar en el sitio web de la empresa</td><td>Software con hardware hecho a medida: laberinto, base IR, cámaras sensibles IR. Dimensiones del OF a medida: 42 x 42 cm de superficie, 49 cm de altura de pared, zona central: 39 cm2. Un EPM hecho a medida se elevó 50 cm sobre el suelo, con un brazo abierto de 79 cm de largo,&nbsp; 9 cm de ancho y brazo cerrado de 77 cm de largo y 7,6 cm de ancho.</td></tr></tbody></table>

caracterización conductual de un modelo de ratón con síndrome de angelman

Behavioral Characterization of an Angelman Syndrome Mouse Model

Este manuscrito describe una batería de pruebas conductuales disponibles para caracterizar fenotipos similares al síndrome de Angelman (SA) en un modelo murino establecido de EA. Utilizamos el paradigma de aprendizaje rotarod, el análisis detallado de la marcha y la prueba de construcción de nidos para detectar y caracterizar las deficiencias motoras de los animales. Probamos la emocionalidad de los animales en campo abierto y en las pruebas de laberinto elevado plus, así como el afecto en la prueba de suspensión de la cola. Cuando los ratones con EA se prueban en la prueba de campo abierto, los resultados deben interpretarse con cuidado, ya que las disfunciones motoras influyen en el comportamiento del ratón en el laberinto y alteran las puntuaciones de actividad.
La reproducibilidad y efectividad de las pruebas de comportamiento presentadas ya ha sido validada en varias líneas independientes de ratón Uba3a con diferentes variantes de knockout, lo que establece este conjunto de pruebas como una excelente herramienta de validación en la investigación de la EA. Los modelos con la validez de constructo y aparente pertinentes justificarán nuevas investigaciones para dilucidar la fisiopatología de la enfermedad y permitir el desarrollo de tratamientos causales.

Pruebas de laberinto elevado plus y campo abierto Las pruebas EPM y OF utilizan la tendencia natural de los roedores a explorar nuevos ambientes18,19. La exploración se rige por un conflicto de aproximación-evitación, en el que los roedores eligen entre la exploración de un nuevo entorno y la evitación de posibles peligros. Los animales exploran lugares desconocidos en busca de refugio, contacto social o búsqueda de alimento. Sin embargo, los ...

Este manuscrito presenta un conjunto de pruebas conductuales altamente reproducibles para validar un modelo de ratón con síndrome de Angelman.

Caracterización conductual de un modelo de ratón con síndrome de Angelman

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

Nuestro objetivo es dilucidar las funciones fisiológicas de los genes utilizando ratones como modelo experimental. También nos centramos en el desarrollo de modelos de ratón de enfermedades específicas que los científicos pueden utilizar para investigar la causalidad de la enfermedad y desarrollar tratamientos eficaces. Un ejemplo de esta actividad es el modelo de ratón del síndrome de Angelman.Podría decirse que la nueva tecnología con potencial más prometedora es la integración de la inteligencia artificial basada en técnicas de aprendizaje profundo en la investigación con animales. Este enfoque se puede utilizar para monitorear el comportamiento de los animales en la jaula doméstica directamente sin necesidad de que el experimentador moleste a los animales. El mayor desafío en los estudios conductuales actualmente es la reproducibilidad.Por lo tanto, introducimos una batería de pruebas que validan el síndrome de Angelman del modelo de una manera que no depende de la edad o la especie del modelo. Utilizamos pruebas de comportamiento establecidas para validar nuestro modelo de AS. Sin embargo, con el enfoque novedoso para el desarrollo del modelo que se asemeja mucho a la condición humana con una gran deleción.Utilizando la tecnología CRISPR, eliminamos todo el gen UBE3A del genoma del ratón. A diferencia de otros modelos en los que la eliminación se limita a 3 KB. Estamos trabajando en el desarrollo de una terapia genética que podría restaurar un síntoma en un modelo de ratón.

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

Research

Investigación

JoVE Journal

Behavior

Comportamiento

Inchworming es un movimiento sincrónico de excavación muy repetitivas mostrada por BTBR T + ITPR 3TF / J (BTBR) ratones cuando se coloca en una jaula de prueba con suficiente ropa de cama de aserrín. El procedimiento es una modificación del protocolo de interacción social de menores y se utiliza aquí para evaluar estereotipias motoras repetitivas relacionadas con Trastorno del Espectro Autista.

Inchworming: A Novel Motor estereotipias en el BTBR<em&gt; T<sup&gt; +</sup&gt; Itpr3<sup&gt; Tf</sup</em&gt; / J Modelo de ratón de autismo

Aquí presentamos un protocolo para inducir anorexia basada en la actividad (ABA) en ratones adolescentes hembras. El ABA es una condición de hiperactividad provocada por la imposición de restricciones alimentarias a roedores con acceso a una rueda para correr. Este fenómeno se está utilizando como modelo para estudiar la neurobiología subyacente de la anorexia nerviosa.

Utilizando la anorexia Roedor modelo basado en actividades para el Estudio de las bases neurobiológicas de la anorexia nerviosa

Ratones alojados individualmente con una rueda de funcionamiento mientras que dado el acceso limitado a alimentos desarrollan reducciones en consumo de alimentos y aumentan la actividad en la corriente de la rueda. Este fenómeno experimental se llama anorexia basada en actividad. Este paradigma proporciona una herramienta experimental para el estudio de la neurobiología y comportamientos subyacen aspectos de la anorexia nerviosa.

Evaluación de Anorexia basada en actividad en ratones

El análisis de huellas es una alternativa de bajo costo a los programas de análisis de marcha digitalizados para investigadores que cuantifican las anomalías del movimiento en ratones. Debido a su velocidad, simplicidad y potencial longitudinal, es ideal para la fenotipado conductual de modelos de ratón.

Análisis de la gait de bajo costo para el fenotipado conductual de modelos de ratón de enfermedad neuromuscular

El Trastorno del Espectro Autista (TEA) se asocia con un deterioro del comportamiento social y comunicativo y la aparición de comportamientos repetitivos. Para estudiar la interrelación entre los genes del TEA y los déficits conductuales en el modelo de Drosophila , en este artículo se describen cinco paradigmas conductuales para analizar el espaciamiento social, la agresión, el cortejo, el acicalamiento y el comportamiento de habituación.

Paradigmas para la evaluación conductual en el modelo de Drosophila del trastorno del espectro autista

Los modelos de roedores son herramientas valiosas para estudiar los comportamientos básicos relacionados con el trastorno del espectro autista (TEA). En este artículo, exponemos dos pruebas de comportamiento para modelar las características principales del TEA en ratones: el autoacicalamiento, que evalúa el comportamiento repetitivo, y la prueba de interacción social de tres cámaras, que documenta las deficiencias sociales.

Estrategias para evaluar comportamientos similares al autismo en ratones

Demostramos la utilidad del comportamiento de construcción de nidos en ratones de laboratorio como indicador de bienestar. El marcado de nidos es una técnica sensible que se ve alterada por la temperatura, la enfermedad y la agresión. El tiempo de integración en la prueba del nido (TINT) es una evaluación simple en la jaula que puede detectar el dolor postoperatorio.

Edificio de la jerarquía como indicador de Salud y Bienestar en ratones de laboratorio

Monitoreo prolongado y exhaustivo de los ratones en un ambiente en el hogar jaula proporciona una comprensión más profunda de la conducta aberrante en modelos murinos de enfermedades cerebrales. Este artículo describe la estación del Comportamiento Integrado (InBest) como componente clave del análisis del comportamiento contemporáneo.

Comportamiento Fenotipificación de modelos murinos de enfermedades con la Estación Integrada Comportamiento (InBest)

Los modelos de ratón se han vuelto cada vez más populares en los estudios de neurociencia conductual.  A medida que los modelos avanzan, es importante desarrollar medidas de comportamiento sensibles específicas para el ratón.  Este protocolo describe la tarea de alcance de la matriz de pasta, que es una tarea motora hábil para su uso en modelos de ratón de accidente cerebrovascular.

Compensatoria Limb Uso y Evaluación del Comportamiento de Aprendizaje de habilidad motora después de Lesiones de la corteza sensoriomotora en un modelo de ratón del ictus isquémico

Control del motor y el rendimiento balanza se conocen a deteriorarse con la edad. Este artículo presenta una serie de pruebas de comportamiento no invasivas estándar con la adición de un estímulo rotatorio sencillo para desafiar al sistema y mostrar los cambios en el rendimiento vestibulares equilibrio en un modelo murino de envejecimiento.

Evaluación del Comportamiento del Envejecimiento Ratón Sistema Vestibular

Aprende a caracterizar conductualmente un modelo de ratón con síndrome de Angelman mediante pruebas reproducibles validadas con inteligencia artificial. Este método facilita investigaciones sobre trastornos neurogenéticos.

Caracterización conductual de un modelo de ratón con síndrome de Angelman

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