Summary
Nella malattia e dei disordini del movimento di Parkinson, in generale, le analisi comportamentali sensibili e affidabili sono essenziali per testare nuove potenziali terapie. Qui, descriviamo una batteria gestibile di prove sensomotorie per i topi che sono sensibili a vari gradi di lesioni al sistema nigrostriatal e utile per gli studi preclinici.
Abstract
Misure sensibile ed affidabile di outcome comportamentali sono essenziali per la valutazione dei potenziali trattamenti terapeutici in studi preclinici per molte malattie neurodegenerative. Nella malattia di Parkinson, sensomotorio test sensibili a vari gradi di disfunzione nigrostriatal sono fondamentali per testare l'efficacia di potenziali terapie. Esistono misure sensorimotorie affidabili e abbastanza elegante per i ratti, tuttavia molti di questi test misura sensomotoria asimmetria all'interno del ratto e non sono del tutto adatti per i più recenti modelli genetici murini di PD. Abbiamo messo insieme una serie di test sensomotorie ispirate ai test sensibili nei ratti e adattato per topi. La batteria prova evidenziata in questo studio è scelto per a) la sua sensibilità in un'ampia varietà di modelli murini di PD, b) la sua facilità nell'attuazione in uno studio, ec) il suo basso costo. Questi test hanno dimostrato utile per caratterizzare nuovi modelli genetici murini di PD e nella sperimentazione pentolaziale terapie modificanti la malattia.
Introduction
Malattia di Parkinson (PD) è una malattia neurodegenerativa debilitante principalmente caratterizzata dalla progressiva perdita di neuroni dopaminergici nella substantia nigra e lo sviluppo di inclusioni corpo di Lewy nei sistemi centrali e periferici. I pazienti che soffrono di menomazioni sensomotorie, comprendente bradicinesia, tremore, rigidità e instabilità posturale che peggiorare nel tempo. Anche se rare, le forme familiari di malattia scoperti nel corso degli ultimi 15 anni hanno portato alla identificazione di nuovi bersagli importanti per i potenziali terapeutica modificanti la malattia. Le mutazioni in geni che codificano per alfa-sinucleina, parkin, DJ-1, LRRK2, e ATP13A2 tra gli altri segnano lo sviluppo di una nuova "generazione" di modelli animali di PD, modelli genetici del mouse.
Esistono ottime misure comportamentali non indotte da farmaci per l'unilaterale 6-idrossidopamina (6-OHDA) modello di ratto ampiamente studiato di PD. Questi includono i test per l'uso degli arti-asimmetria, movimentoiniziazione, negligenza somatosensoriale, che raggiungono le abilità, e più recentemente vocalizzazioni ultrasoniche 1-6. Questi test sono sensibili a vari gradi di dopamina nigrostriatale perdita neurone e sono stati ampiamente utilizzati per valutare l'efficacia di vari tipi di potenziale terapeutica 7-11. Tuttavia, con i modelli genetici del mouse non c'è un chiaro consenso sulle migliori prove di senso-motorie di utilizzare o il numero da usare. Questo è problematico quando caratterizzare un nuovo modello genetico del mouse, in studi preclinici, e quando si cerca di fare confronti tra i modelli. Negli ultimi dieci anni abbiamo lavorato per mettere insieme una serie di test sensomotorie per topi simili a quello che è stato utilizzato con successo nei ratti. Le prove descritte in questo articolo sono stati utilizzati per contribuire a caratterizzare numerosi modelli genetici murini di PD e sono attualmente in uso in studi preclinici test romanzo potenzialità terapeutica 12.
I test più comuni utilizzanod per valutare la funzione motoria in topi sono l'attività in campo aperto e il test rotarod di coordinamento 13. Anche se entrambe le prove sono automatizzate, relativamente facile da usare e fornire informazioni sulla funzione sensomotoria, spesso manca la sensibilità necessaria per rilevare alterazioni sottili nel sistema della dopamina nigrostriatal. Ad esempio, parkin topi deficienti con alterazioni sottili in funzione della dopamina non visualizzano accantonamenti del rotarod ma fanno di visualizzazione menomazioni motorie in un test impegnativo fascio 14. Inoltre, i topi trattati con dosi moderate di neurotossina 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetraidropiridina (MPTP) non mostrano menomazioni sulla rotarod ma non hanno significative alterazioni dell'andatura e svalutazioni su un inverted Test della griglia 15. Pertanto, gli studi che utilizzano solo la rotarod per la valutazione fenotipica possono mancare menomazioni più sottili. Un approccio ottimale, a nostro avviso, per la caratterizzazione del comportamento è quella che comprende una batteria di test che sono sensibili a diversi aspetti della funzione sensoriale e motoria, e cambiamenti sottili in funzione dei gangli della base 13-15. Qui si descrive come misurare e analizzare la funzione sensomotoria sul topo, utilizzando un fascio di prova impegnativo attraversamento, un test di attività spontanea nel cilindro, e una risposta al test di stimoli sensoriali.
Protocol
In modo ottimale i topi dovrebbero essere testati nel corso del loro ciclo attivo (scuro). I topi nel nostro laboratorio sono mantenuti su un ciclo luce / buio inversa che ci permette di testare comodamente i topi durante il loro periodo di attività (e la nostra). Test non viene avviato finché almeno un'ora nel ciclo buio. Tuttavia, non è sempre possibile per un investigatore di mantenere una camera separata topo con un ciclo luce retromarcia. In tal caso, tutte tre prove possono essere eseguite durante il ciclo di luce ma di tenere presente che il tempo di attraversare sulla trave, numero di passi e posteriori nel cilindro, e il contatto e tempi di rimozione può essere più lungo quando testati in questo periodo.
Tutte e tre le prove descritte di seguito possono essere eseguite da uno sperimentatore, ma per coloro che non sono così esperto di movimentazione e di lavoro con i topi o hanno poca o nessuna esperienza di comportamenti di misura nei topi quindi potrebbero essere necessari uno sperimentatore aggiuntivo. In questo caso la seconda sperimentatore può aiutare conil test beam impegnativo mettendo i topi sulla trave mentre l'altro sperimentatore registra la prova o nel test di rimozione adesivo il secondo sperimentatore può funzionare il timer, mentre gli altri posti l'adesivo sul muso e mette il topo nella gabbia.
1. Sfidare Fascio Traversal Procedura
- Inverti 3 gabbie pulite del mouse su un tavolo o in una stazione di gabbia evoluzione del mouse. Allineare le gabbie in modo uniforme in modo che possano supportare la lunghezza della trave (1 metro).
- Montare le quattro sezioni della trave dal più ampio al più stretto sezione e posto sulla parte superiore delle gabbie invertiti del mouse.
- Collocare il homecage dei topi che si prevede di testare su un fianco e alla fine della trave in modo che l'estremità più stretta della trave porta destra nella homecage.
- Raccogliete il primo mouse con la base della coda e sostenere i suoi arti posteriori con il palmo della mano. Posizionare il mouse alla larga del fascio e lasciare andare la coda e rimuovere il vostro hand.
- Lasciate il mouse annusare e muoversi al fine di diventare migliore orientato all'apparato-se il mouse si gira redirect delicatamente nella direzione desiderata.
- Sollevare la homecage (anche se ha cagemates in esso) mantenendolo nella stessa posizione su un lato e avvicinarla al mouse test. Come il mouse test inizia a cercare di entrare nel homecage spostarlo indietro in modo che il mouse non entra, ma fa un passo in avanti. Continuare a fare questo fino in fondo la trave. Al termine permettono il mouse per entrare nel homecage. Fare la stessa procedura per ogni topo nella gabbia. Questa è la prima prova "assistito".
- La trave deve essere pulita a fondo tra gabbie con un disinfettante fornito dalla cura degli animali o il personale veterinario. All'interno di una gabbia, è importante eliminare ogni urina o pellet fecali largo della trave prima dell'esecuzione del prossimo topo, perché questo sarà distrarre il prossimo mouse.
- Una volta che tutti i topi in gabbia sono passati attraverso un processo assistito poiprendere il primo mouse di nuovo e metterlo al largo estremità della trave. Se necessario, con la mano delicatamente orientare il mouse nella direzione desiderata e toccare leggermente la parte posteriore di spronarlo a muoversi lungo la lunghezza della trave nel suo homecage. Se il mouse si ferma ad annusare o camminare fuori il raggio Correggere il mouse con la mano o raccoglierlo e metterlo nella stessa sezione in cui si allontanò. Avere la mano vicino per guidare il mouse alla fine della trave. Si vuole cercare di ridurre al minimo il mouse fermarsi ed esplorare mentre sulla trave. Più questo viene fatto durante la formazione del meno il mouse tende a farlo durante il test.
- Il processo termina quando il mouse si posiziona uno dei suoi arti anteriori nel homecage. Il prossimo mouse può quindi ricevere la sua prova 2 °. Topi ricevono un totale di 5 prove il primo giorno di formazione, alternando i topi in modo che ciascun topo ha un intervallo tra le prove di ~ 30 sec. Tipicamente dalle ultime prove pochi topi attraverserà la lunghezza dellafascio, da soli, senza bisogno di correggere.
- 24 ore più tardi il giorno 2 di formazione può iniziare. Il giorno 2 i topi ricevono più di 5 studi sullo stesso fascio di set-up come nel giorno 1. I topi non necessitasse di assistenza, ma possono avere bisogno di essere corretto o toccato sul retro per evitare l'arresto o esplorare.
- 24 ore dopo la giornata di test può iniziare. Per il giorno del test, il fascio viene impostato in modo simile ai precedenti 2 giorni di formazione. Tuttavia, ora una griglia maglia che corrisponde a ciascun fascio è posto sulla parte superiore di ciascuna sezione della trave. Una videocamera viene utilizzato per registrare tutte le prove trave traversale e può essere effettuata da uno o più sperimentatori.
- Etichettare una scheda con le informazioni essenziali esperimento (data, mouse #, prova #, ecc). Posizionare questa carta di fronte alla telecamera e registrare per 2-3 secondi in modo che sia chiaro che il mouse è in fase di test e che cosa prova è su.
- Il mouse viene posizionato sopra la superficie della griglia sulla sezione più larga del fascio e registrato uns si muove lungo la trave. La registrazione deve essere abbastanza vicino in modo che l'intera lunghezza del corpo del mouse è visibile sulla telecamera. Se è troppo poi scivola sono difficili da vedere e se è troppo vicino quindi movimenti degli arti possono essere mancati. La telecamera deve essere posizionato in modo che la griglia è nel mezzo del visualizzatore.
- Il giorno di test tutti i topi ricevono 5 studi sulla trave griglia con superficie.
2. Analisi di video Fascio
- I video possono essere visualizzati direttamente dalla fotocamera o collegati a un televisore o un computer per una visione a schermo più grande. Videocassette dovrebbero essere segnati da uno sperimentatore cieco al genotipo e condizione di trattamento all'interno dell'esperimento.
- Errori per ogni prova sono segnati come il video viene riprodotto al rallentatore. Scivola o errori vengono conteggiati quando il mouse si trova ad affrontare e andare avanti. Una scivolata attraverso o al di fuori della griglia viene considerato un errore quando l'arto scivola oltre 0,5 centimetri sotto la superficie della griglia (a metà). Eventuali slittamentifatta dopo un mouse si ferma o orienta la sua testa di lato non sono considerati errori. Se il mouse non si muove in avanti e di un arto o gli arti ripetutamente scivola attraverso la griglia non è considerato un errore. Sulla parte sottile del fascio base delle zampe posteriori può essere in cima della griglia e le dita appesa fuori il lato, questo non è considerato un errore.
- I passi sono contate anche al rallentatore. L'arti posteriori di fronte alla telecamera viene utilizzato per tenere traccia del numero di passi. Il conteggio inizia quando il mouse fa il suo primo passo in avanti e si conclude quando il mouse si posiziona la sua zampa anteriore nella homecage.
- Tempo di attraversare viene valutato con un cronometro e viene fatto in tempo reale. Il temporizzatore viene avviato quando il mouse comincia a muoversi avanti e termina quando il primo zampa anteriore viene inserito nella homecage.
3. Attività spontanea nella Procedura Cilindro
- Inverti 3 gabbie pulite del mouse su un tavolo o in una stazione di gabbia evoluzione del mouse. Disporre due gabbie accanto a Postaach altro ~ 18 cm l'uno dall'altro in modo che la parte anteriore delle gabbie si trovano ad affrontare lo sperimentatore. Il restante gabbia viene posizionato dietro le altre due gabbie e servirà a sostenere lo specchio.
- Posizionare il pezzo di vetro sopra le due gabbie e posizionarlo in modo il vetro viene sostenuto dal bordo esterno dei primi 2 gabbie.
- Collocare il cilindro sulla parte superiore del vetro e lo specchio con un angolo sotto il vetro, appoggiato al 3 ° gabbia in indietro. L'angolo può variare da 30 ° - 45 °, ma soprattutto la vista dallo specchio deve includere l'intero diametro del cilindro.
- Impostare la videocamera di fronte allo specchio e regolare sia lo specchio e videocamera finché è possibile visualizzare l'intero diametro del fondo del cilindro.
- Impostare il timer per 3 minuti ed etichettare una scheda con i dettagli importanti esperimento (data, mouse #, ecc.) VideoRecord l'etichetta per 2-3 sec.
- Posizionare il mouse nel record cilindro e stampa e il timer. Record il mouse per tre minuti. E 'importante che l'area di prova è tranquilla come rumori forti e la conversazione può distrarre il mouse e potenzialmente causare un comportamento congelamento.
- Durante il 3 min utilizzare una mano contatore per contare il numero delle parti posteriori del topo rende mentre nel cilindro. Un posteriore è definito come un movimento verticale sia con arti anteriori dal pavimento in modo che il mouse è in piedi solo sui suoi arti posteriori. Alla fine del 3 min togliere il mouse e metterlo di nuovo nella sua homecage.
- Pulire il cilindro e vetro con un disinfettante fornito dalla cura animale o personale veterinario. Lasciare che la soluzione di pulizia asciugare prima di inserire il successivo topo nel cilindro.
4. Analisi delle attività spontanea
- I video possono essere visualizzati direttamente dalla fotocamera o collegati a un televisore o un computer per una visione a schermo più grande. Le videocassette devono essere segnati da uno sperimentatore cieco al genotipo e condizione di trattamento all'interno dell'esperimento.
- Passi zampa anteriore sono contati come il video viene riprodotto al rallentatore. Un passo zampa anteriore viene conteggiato quando un animale si muove sia arti anteriori in sequenza lungo il pavimento del cilindro con un movimento consecutivo. Un movimento forelimb non viene conteggiato se il tempo tra il movimento di una zampa anteriore e l'altra zampa anteriore è più lungo di 5 sec. Passaggi degli arti posteriori sono conteggiati nello stesso modo come passi forelimb.
- Il tempo trascorso grooming viene misurato con un cronometro e la riproduzione del video in tempo reale. Attacchi Grooming sul muso, vibrisse, e il corpo sono misurati.
5. Rimozione adesivo
- Posizionare il mouse nella sua homecage in sala prove o in una stazione di gabbia evoluzione del mouse.
- Rimuovere il contenitore alimentatore dalla gabbia e sostituire il coperchio della gabbia. Lasciare i topi / mouse per abituare alla sala prove e la gabbia senza l'alimentatore per 1 ora.
- Per testare utilizzare una gabbia pulita per posizionare cagemates modo il mouse test è l'unico in homecage.Rimuovere ~ 3/4 della biancheria da letto e metterlo nella gabbia pulita con i cagemates.
- Nel collottola homecage il mouse prova al fine di trattenere e con un paio di piccole luogo un'etichetta adesiva forcipe sul muso del topo. Premere delicatamente l'etichetta sul muso con la pinza e rilasciare il mouse. Mettere il coperchio sulla gabbia e avviare un cronometro. Quando il mouse fa un tentativo di rimuovere l'etichetta con le zampe anteriori registrano il tempo. Se il mouse entra in contatto, ma non rimuove l'etichetta poi tenere il timer in corso fino a quando non lo rimuove e registrare quel tempo così (contatto e tempo di rimozione).
- Se il mouse non viene a contatto o rimuovere l'adesivo entro 60 sec poi il processo è terminato e l'adesivo viene rimosso manualmente dallo sperimentatore.
- Posizionare il mouse prova nella gabbia pulita e rimuovere la prossima mouse e posizionarlo nella homecage e iniziare la prova. Tutti i topi ricevono 3 prove. E 'importante alternare i topi invece di fare tutte e tre le prove inun topo in una sola volta. Processi in cui l'etichetta cade spento o non è sicuro sul muso non sono conteggiati.
Representative Results
Discussion
Nel presente studio si mostra come eseguire ed analizzare tre prove utili della funzione sensomotoria nei topi. Questi includono il fascio impegnativo, attività spontanea nel cilindro, e la risposta a stimoli sensoriali (rimozione adesivo). Questi test sono stati scelti per i seguenti motivi 1) e altri hanno trovato loro di essere molto sensibile a vari gradi di disfunzione dopaminergica nigrostriatal in modelli murini genetici 14,16-18, 2) è necessaria solo un breve periodo di formazione per il pestone ed il trattamento per la risposta a stimoli sensoriali prove e una volta addestrati i saggi possono essere eseguite in una sessione di test, e 3) il prezzo delle attrezzature necessarie per eseguire i test è piuttosto basso rispetto all'acquisto di attrezzature più automatizzata, ad esempio il rotarod e aperto camere di campo.
Il test beam impegnativo non è solo utile a rilevare le prestazioni del motore e deficit di coordinamento in modelli genetici murini di PD, ma è utile anche ion scoprendo menomazioni nei topi 1-metil-4-fenil-1 ,2,3,6-tetraidropiridina trattati e 6-idrossidopamina-trattato e noradrenalina topi deficienti 19, 23-25. Inoltre, troviamo il fascio impegnativo per essere meno influenzato dal peso corporeo rispetto ad altri test di prestazione del motore e di coordinamento (rotarod e test di palo). Ciò è particolarmente utile quando si lavora con i topi di sesso maschile di età che possono pesare fino a 50 grammi +. Simile alla trave, alterazioni dell'attività spontanea vengono osservati in modo affidabile Parkin knockout, PQ311X, Thy1-asyn, Pitx3-afachia, e LRRK2 topi 14, 16-18, 26. Il test di rimozione adesivo è anche sensibile alle manipolazioni genetiche tra Parkin knockout, parkin Q311X, Thy1-ASYN, e DJ-1 knockout mutazioni nei topi 14,16, 17, 22. Nel topo 6-idrossidopamina-trattato unilaterale il test di rimozione adesivo viene eseguita in modo simile a come è tipicamente fatto con i ratti 1,2. L'etichetta adesiva è posto su ogni zampa anteriore usandouna pinza e il tempo per rimuovere l'etichetta viene registrato. Abbiamo scoperto che i topi 6-hyrdoxydopamine-trattati potranno rimuovere l'etichetta dalla arto non interessato prima di rimuovere l'etichetta sulla parte colpita 19.
Questa batteria test è facile da implementare nell'invecchiamento studi utilizzando trattamenti cronici ma è anche facile da utilizzare in studi farmacologici. Una volta che gli animali sono addestrati e pronti per testare una stazione di prova per ciascun test può essere impostato. Gli animali vengono poi eseguite nello stesso ordine in ciascuna prova. Il farmaco di interesse può essere somministrata una volta e il picco di concentrazione farmaco desiderato viene raggiunto ogni topo può essere testato sulla trave e poi trasferito al cilindro per tre minuti e poi al test di rimozione dell'adesivo. Abbiamo trovato questa strategia per lavorare bene durante il test diversi agonisti della dopamina nei topi 18, 21. Sia il fascio e test di rimozione adesivi sono suscettibili di ripetute prove, tuttavia l'attività spontanea nel cilindro è influenzata da ripetute testing con conseguente ridotta attività nel tempo 16. A seconda di come robusto il deficit è nel topo si può ancora essere in grado di rilevare le differenze con ripetute prove nel cilindro 16. In generale, l'assuefazione e la ridotta attività si osserva appena la seconda esposizione al cilindro però, scopriamo che siamo in grado di ottenere i livelli di attività sufficienti quando si corre la prova di attività spontanea subito dopo l'attraversamento del fascio in studi farmacologici 18,21. Il numero di sessioni di test attività spontanea di includere in uno studio sarà dipendente ceppo di topo (alcuni sono decisamente più attivi di altri) e la durata del trattamento. Nei nostri studi farmacologici in mouse su un C57BL misto / 6 X sfondo DBA abbiamo misurato l'attività tra 2-4 volte e le sessioni di test sono stati separati di una settimana 21.
I test su fascio e cilindro hanno bisogno di analisi post-test di comportamenti videoregistrati. Per questo aspetto dell'analisi essaè particolarmente importante avere raters che sono cieco alle condizioni sperimentali. Quando ci alleniamo nuovi valutatori in laboratorio abbiamo il punteggio comportamento persona su videocassette precedentemente analizzati da un esperto valutatore dal laboratorio. I criteri sono spiegati e mostrati al nuovo rater e quindi la persona comincia a segnare i nastri precedentemente analizzati per conto proprio. I punteggi vengono poi confrontati con l'esperto 'rating. La persona non è consentito di nuovi dati sulla frequenza fino a quando sono entro 95-98% precisione dell'esperto. Tutti i dati sono poi casualmente spot-controllato per la precisione da un esperto valutatore.
La batteria di test descritti in questo studio è stato progettato per valutare la funzione sensomotoria nei topi. Tuttavia, ogni volta che caratterizzano un modello murino di malattia romanzo è sempre importante fare un esame di base dell'animale pure. Peso corporeo e la temperatura devono essere monitorati durante test ed eventuali comportamenti anomali da notare, come la rimozione di vibrisse o clasping di quelle posteriori quando viene raccolto per la coda. Valutazione neurologica di base sono descritte altrove in dettaglio 27-29.
Disclosures
Noi non abbiamo conflitti di interesse.
Acknowledgments
Questo lavoro è finanziato dal NIH / NINDS NS07722-01 e il Centro Famiglia di Gardner per la malattia di Parkinson e disturbi del movimento.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Challenging beam apparatus | Starks Plastics | Segment 1= 3.5 cm Segment 2= 2.5 cm Segment 3= 1.5 cm Segment 4= 0.5 cm |
Contact information: 11276 Sebring Dr. Forest Park ,OH 45240 USA Ph +1 (513) 541-4591 Fax +1 (513) 541-6773 |
| Cylinder | Starks Plastics | 15.5 cm diameter 12.7 cm height |
Contact information: 11276 Sebring Dr. Forest Park ,OH 45240 USA Ph +1 (513) 541-4591 Fax +1 (513) 541-6773 |
| Mesh Grid Wiring | Ace Hardware | 1 cm2 | |
| Mouse Cages | Ancare | 19 x 29 x 12.7 cm | |
| Glass | Ace Hardware | 19 cm2 | |
| Mirror | Ace Hardware | 18 x 13 cm | |
| Camcorder | Sony HDR-HC9 | ||
| MiniDV Tapes | Sony DVC premium | 90 min long play | |
| Labels | AveryColor Coding Labels | 6.35 mm diameter (1/4" Round) |
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