Summary
En las enfermedades y trastornos del movimiento de Parkinson en general, los ensayos de comportamiento sensibles y fiables son esenciales para probar nuevas terapias potenciales. A continuación, describimos una batería manejable de pruebas sensoriomotoras de ratones que son sensibles a los diferentes grados de lesión en el sistema nigroestriatal y útil para los estudios preclínicos.
Abstract
Medidas de resultado de comportamiento sensible y fiable son esenciales para la evaluación de tratamientos terapéuticos potenciales en ensayos preclínicos para muchas enfermedades neurodegenerativas. En la enfermedad de Parkinson, sensoriomotora prueba sensible a diversos grados de disfunción nigrostriatal son fundamentales para probar la eficacia de terapias potenciales. Existen medidas sensoriomotoras fiables y bastante elegante para ratas, sin embargo muchas de estas pruebas miden sensoriomotora asimetría en la rata y no son totalmente apropiados para los modelos de ratón genéticos más recientes de PD. Hemos preparado una serie de pruebas sensoriomotoras inspirados en los tests sensibles en ratas y adaptado para los ratones. La batería de pruebas de relieve en este estudio se elige para: a) su sensibilidad en una amplia variedad de modelos de ratón de la EP, b) su facilidad en la aplicación en un estudio, y c) su bajo costo. Estas pruebas han demostrado ser útiles en la caracterización de nuevos modelos genéticos de ratón de la EP, así como en la prueba de boterencial terapias modificadoras de la enfermedad.
Introduction
La enfermedad de Parkinson (EP) es una enfermedad neurodegenerativa debilitante que se caracteriza principalmente por la pérdida progresiva de las neuronas dopaminérgicas en la sustancia nigra y el desarrollo de las inclusiones de cuerpos de Lewy en los sistemas central y periférico. Los pacientes que sufren de deficiencias sensoriomotor, incluyendo bradicinesia, temblor, rigidez, inestabilidad postural y que empeora con el tiempo. Aunque raras, las formas familiares de la enfermedad descubierto en los últimos 15 años han llevado a la identificación de nuevas dianas importantes para posibles terapias que modifican la enfermedad. Las mutaciones en los genes que codifican la alfa-sinucleína, parkin, DJ-1, LRRK2 y ATP13A2 entre otros marcan el desarrollo de una nueva "generación" de los modelos animales de PD, modelos genéticos de ratón.
Existen medidas no inducidas por drogas comportamiento excelente para el 6-hidroxidopamina (6-OHDA) modelo de rata unilateral estudiado ampliamente de la EP. Estos incluyen pruebas para la extremidad de uso de la asimetría, el movimientoiniciación, negligencia somatosensorial, capacidades que alcanzan, y más recientemente vocalizaciones ultrasónicas 1-6. Estas pruebas son sensibles a diversos grados de pérdida de neuronas de dopamina nigroestriatal y se han utilizado ampliamente para evaluar la eficacia de varios tipos de potencial terapéutica 7-11. Sin embargo, con los modelos genéticos de ratón no hay un consenso claro sobre las mejores pruebas sensoriomotoras de utilizar o cuantos de usar. Esto es problemático, al caracterizar un nuevo modelo de ratón genético, en estudios preclínicos, y cuando se trata de hacer comparaciones entre modelos. Durante la última década hemos trabajado para elaborar una serie de pruebas sensoriomotoras para los ratones similares a lo que se ha utilizado con éxito en ratas. Las pruebas que se describen en este artículo se han utilizado para ayudar a caracterizar numerosos modelos genéticos de ratón de la PD y se utilizan actualmente en los estudios preclínicos de prueba novedosa potencial terapéutica 12.
Las pruebas más comunes que utilizand para evaluar la función motora en ratones son la actividad en el campo abierto y la prueba de rotarod de coordinación 13. Aunque ambos de estos ensayos son automatizado, relativamente fácil de usar y proporcionar información sobre la función sensomotora, a menudo carecen de la sensibilidad necesaria para detectar alteraciones sutiles en el sistema de la dopamina nigroestriatal. Por ejemplo, parkin ratones deficientes con alteraciones sutiles en la función de la dopamina no muestran alteraciones en la rotarod pero hacen deficiencias motoras visualización en un ensayo de la viga difícil 14. Además, los ratones tratados con dosis moderadas de la neurotoxina 1-metil-4-fenil-1, 2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP) no muestran deficiencias en el cilindro giratorio, pero no tienen alteraciones significativas en la marcha y pérdidas de valor en un invertida prueba de la red 15. Por lo tanto, los estudios que utilizan sólo el rodillo giratorio para la evaluación fenotípica pueden pasar por alto alteraciones más sutiles. Un enfoque óptimo, en nuestra opinión, a la caracterización conductual es la que incluye un battery de pruebas que son sensibles a diferentes aspectos de la función sensorial y motora, y los cambios sutiles en la función de los ganglios basales 13-15. A continuación se describe la forma de medir y analizar la función sensoriomotora en ratones utilizando un desafiante recorrido del haz de prueba, una prueba de la actividad espontánea en el cilindro, y una respuesta a la prueba de los estímulos sensoriales.
Protocol
De manera óptima los ratones deben ser probados durante su ciclo activo (oscuro). Los ratones en el laboratorio se mantuvieron en un ciclo de luz / oscuridad inversa que nos permite probar convenientemente los ratones durante su período activo (y la nuestra). Las pruebas no se inicia hasta que al menos una hora en el ciclo de oscuridad. Sin embargo, no siempre es posible para un investigador para mantener una habitación separada del ratón con un ciclo de luz de marcha atrás. En ese caso, las tres pruebas se pueden realizar durante el ciclo de luz, pero tenga en cuenta que el tiempo para recorrer en la viga, el número de pasos y partes posteriores en el cilindro, y el contacto y los tiempos de eliminación puede ser más largo en las pruebas durante este tiempo.
Las tres pruebas que se describen a continuación pueden ser realizadas por un experimentador, pero para aquellos que no son tan experimentados manipular y trabajar con ratones o tienen poca o ninguna experiencia en la medición de comportamiento en ratones a continuación pueden ser necesarios un experimentador adicional. En este caso, el segundo experimentador puede ayudar conel ensayo de la viga desafiante poniendo ratones en el haz y el otro investigador registra el juicio o en la prueba de eliminación adhesiva el segundo experimentador puede funcionar el contador de tiempo, mientras que los otros lugares de la etiqueta en el hocico y coloca el ratón en la jaula.
1. Desafiando Procedimiento Traversal Beam
- Invertir 3 jaulas limpias ratón sobre una mesa o en una estación de jaula cambiante ratón. Línea de las jaulas de manera uniforme para que puedan apoyar la longitud de la viga (1 metro).
- Monte las cuatro secciones de la viga de la mayor cantidad de la sección más estrecha y el lugar en la parte superior de las jaulas invertidas ratón.
- Coloque el homecage de los ratones que va a probar en su lado y en el extremo de la viga de manera que el extremo más estrecho de la viga conduce a la derecha en la homecage.
- Coge el primer ratón por la base de la cola y apoyar sus patas traseras, con la palma de su mano. Coloque el ratón en el extremo ancho de la viga y dejar de lado su cola y quitar su Han.d.
- Deje que el ratón oler y moverse con el fin de estar mejor orientados al aparato, si el ratón se gira suavemente redirigir a la dirección deseada.
- Levante la homecage (incluso si tiene compañeros de jaula en él) lo mantiene en la misma posición en su lado y lo acercan a la prueba ratón. Como el ratón prueba empiece a tratar de entrar en el homecage moverlo hacia atrás para que el ratón no entra, pero da un paso hacia adelante. Continúe haciendo esto hasta el fondo de la viga. Al final permite que el ratón para entrar en el homecage. Realice el mismo procedimiento para cada ratón en la jaula. Este es el primer ensayo "asistida".
- El rayo se debe limpiar a fondo entre las jaulas con un desinfectante proporcionada por el cuidado de los animales o el personal veterinario. Dentro de una jaula que es importante limpiar la orina o heces fecales de la viga antes de ejecutar la próxima ratón porque este va a distraer la próxima ratón.
- Una vez que todos los ratones en la jaula se han ido a través de un ensayo asistida a continuaciónrecoger el primer ratón de nuevo y colóquelo en el extremo ancho de la viga. Si es necesario, con la mano suavemente orientar el ratón en la dirección deseada y toque suavemente el trasero para animar a que se mueva a lo largo de la longitud de la viga en su homecage. Si el ratón deja de oler o bajar el rayo corrige el ratón con la mano o recogerlo y colocarlo en la misma sección donde se fue. Haga que su mano cerca para guiar el ratón hasta el final de la viga. Usted quiere tratar de minimizar el ratón detenerse y explorar, mientras que en el haz. Cuanto más esto se hace durante el entrenamiento, menos el ratón tiende a hacerlo durante la prueba.
- El proceso termina cuando el ratón coloca una de sus patas delanteras en el homecage. La próxima ratón podrá recibir su juicio 2 ª. Los ratones recibieron un total de 5 ensayos en el primer día de entrenamiento, alternando entre los ratones de manera que cada ratón tiene un intervalo entre ensayos de ~ 30 segundos o más. Típicamente por los últimos ratones ensayos se atravesar la longitud de lahaz, por su propia cuenta, sin necesidad de corregir.
- 24 horas más tarde el día 2 de entrenamiento puede comenzar. El día 2 los ratones reciben 5 pruebas más en el mismo haz de set-up como en el día 1. Los ratones no deberían necesitar ninguna ayuda, pero puede ser necesario corregir o tocado en la parte trasera para evitar la detención o explorar.
- 24 horas más tarde, el día de la prueba real puede comenzar. Para el día de la prueba, el haz está configurado de una manera similar a los anteriores 2 días de entrenamiento. Sin embargo, ahora una rejilla de malla que corresponde a la anchura de cada haz se coloca en la parte superior de cada sección de la viga. Una cámara de vídeo se utiliza para registrar todos los ensayos de recorrido de haz y puede ser realizada por uno o varios experimentadores.
- Marque una tarjeta con la información esencial experimento (fecha, mouse #, # juicio, etc.) Coloque la tarjeta en la parte delantera de la cámara y grabe durante 2-3 segundos para que quede claro que el ratón se está probando y lo que prueba que se encuentra.
- El ratón se coloca en la parte superior de la superficie de la rejilla en la sección más ancha de la viga y registró unas se mueve a lo largo de la viga. La grabación debe estar lo suficientemente cerca para que toda la longitud del cuerpo del ratón es visible en la cámara. Si es demasiado entonces se desliza son difíciles de ver y si está demasiado cerca y luego movimientos de las extremidades se pueden perder. La cámara debe colocarse de modo que la red se encuentra en el centro de la mirilla.
- En el día de prueba todos los ratones reciben 5 ensayos en la viga de reja de superficie.
2. Análisis de Video Beam
- Los vídeos se pueden ver directamente desde la cámara o conectar a un televisor o una computadora para una vista de la pantalla más grande. Cintas de video deben ser calificados por un investigador ciego a genotipo y condición de tratamiento en el experimento.
- Errores de cada ensayo se anotó como el vídeo se reproduce a cámara lenta. Los resbalones o errores se cuentan cuando el ratón se enfrenta y seguir adelante. Un deslizamiento a través o fuera de la red se considera un error cuando la extremidad se desliza más allá de 0,5 cm por debajo de la superficie de la rejilla (hasta la mitad). Los resbaloneshecho después de un ratón se detiene o orienta su cabeza hacia un lado no se consideran errores. Si el ratón no se mueve hacia adelante y una extremidad o extremidades desliza repetidamente a través de la red que no se considera un error. En la sección estrecha de la viga de la base de las patas traseras puede ser en la parte superior de la rejilla y los dedos de los pies colgando de un lado, esto no se considera un error.
- Los pasos también se cuentan a cámara lenta. La extremidad posterior frente a la cámara se utiliza para realizar el seguimiento del número de pasos. Contar comienza cuando el ratón se abre paso hacia delante y termina cuando el ratón coloca su pata delantera en el homecage.
- Tiempo para recorrer se obtuvo usando un cronómetro y se realiza en tiempo real. El temporizador se pone en marcha cuando el ratón comienza a moverse hacia delante y termina cuando se colocó la primera pata en el homecage.
3. Actividad espontánea en el Procedimiento de Cilindro
- Invertir 3 jaulas limpias ratón sobre una mesa o en una estación de jaula cambiante ratón. Organizar dos jaulas al lado de correoach otro ~ 18 cm entre sí de manera que la parte frontal de las jaulas se enfrenta el investigador. La jaula restante se coloca detrás de los otros dos jaulas y servirá para apoyar el espejo.
- Colocar la pieza de vidrio en la parte superior de las jaulas 2 y la posición que por lo que el vidrio está siendo apoyado por el borde exterior de los primeros 2 jaulas.
- Coloque el cilindro en la parte superior del vidrio y el espejo en un ángulo por debajo de la copa, que se inclina en la 3 ª jaula en la parte trasera. El ángulo puede variar entre 30 ° - 45 °, pero es más importante la visión desde el espejo tiene que incluir todo el diámetro del cilindro.
- Ajuste la videocámara en frente del espejo y ajustar tanto el espejo y la cámara de vídeo hasta que pueda ver todo el diámetro de la parte inferior del cilindro.
- Ajuste el temporizador de 3 min y rotula una tarjeta con los datos experimentales importantes (fecha, mouse #, etc.) VideoRecord la etiqueta de 2-3 segundos.
- Coloque el ratón en el registro del cilindro y de prensa y el temporizador. Record el ratón durante tres minutos. Es importante que la zona de pruebas es tranquilo, ya que los ruidos fuertes y la conversación pueden distraer el ratón y potencialmente causar un comportamiento de congelación.
- Durante el 3 min utilizar un contador de mano para contar el número de partes posteriores del ratón hace que mientras que en el cilindro. Un trasera se define como un movimiento vertical con ambos miembros delanteros del piso de manera que el ratón está de pie sólo en sus extremidades posteriores. Al final de 3 min quitar el ratón y colocarlo de nuevo en su homecage.
- Limpiar el cilindro y el vidrio con un desinfectante proporcionada por el cuidado de los animales o el personal veterinario. Dejar que la solución de limpieza se seque antes de colocar el ratón en el siguiente cilindro.
4. Análisis de la actividad espontánea
- Los vídeos se pueden ver directamente desde la cámara o conectar a un televisor o una computadora para una vista de la pantalla más grande. Los videos deben ser marcados por un experimentador ciego genotipo y condición de tratamiento en el experimento.
- Pasos miembro anterior se cuentan como el video se reproduce a cámara lenta. Un paso extremidad anterior se cuenta cuando un animal se mueve tanto extremidades anteriores secuencialmente a través del piso del cilindro en un movimiento consecutivo. Un movimiento de la extremidad anterior no se cuenta si el tiempo entre el movimiento de una extremidad anterior y la otra extremidad anterior es más largo de 5 seg. Pasos miembro posterior se cuentan en la misma manera que las etapas extremidades anteriores.
- El tiempo dedicado preparación se mide usando un cronómetro y reproducir el vídeo en tiempo real. Combates Grooming en el hocico, vibrisas, y el cuerpo se miden.
5. Remoción Adhesivo
- Coloque el ratón en su homecage en la sala de pruebas o en una estación de cambio de jaula del ratón.
- Retire la bandeja del alimentador de la jaula y coloque la tapa de la jaula. Permitir a los ratones / ratón a habitúan a la sala de pruebas y la jaula sin el alimentador durante 1 hora.
- Para la prueba de usar una jaula limpia para colocar compañeros de jaula para el ratón de prueba es el único en el homecage.Retire ~ 3/4 de la ropa de cama y colocarla en la jaula limpia con los compañeros de jaula.
- En el pescuezo homecage el ratón prueba con el fin de frenar y con un par de pinzas pequeñas coloque una etiqueta adhesiva en el hocico del ratón. Presione suavemente la etiqueta en el hocico con la pinza y suelte el ratón. Coloque la tapa de la caja y empezar un cronómetro. Cuando el ratón se hace un intento de eliminar la etiqueta con sus patas delanteras registran el tiempo. Si el ratón se pone en contacto, pero no quita la etiqueta y luego mantener el temporizador va hasta que no se retire y registrar ese tiempo también (de contacto y tiempo de eliminación).
- Si el ratón no está en contacto o retire el adhesivo dentro de 60 segundos, entonces el juicio se terminó y la etiqueta se quita manualmente por el experimentador.
- Coloque el mouse de prueba en la jaula limpia y retire la próxima ratón y colocarlo en el homecage e iniciar las pruebas. Todos los ratones reciben 3 ensayos. Es importante para alternar entre los ratones en lugar de hacer todos los tres ensayos en losun ratón al mismo tiempo. Ensayos en los que la etiqueta se cae o no es seguro en el hocico no se cuentan.
Representative Results
Discussion
En el presente estudio se muestra cómo realizar y analizar tres pruebas útiles de la función sensoriomotora en ratones. Estos incluyen el haz desafiante, la actividad espontánea en el cilindro, y la respuesta a los estímulos sensoriales (eliminación de adhesivo). Estas pruebas fueron escogidos por las siguientes razones 1) y otros han encontrado que son muy sensibles a los diversos grados de disfunción dopaminérgica nigroestriatal en modelos de ratón genéticos 14,16-18, 2) sólo se requiere un corto período de entrenamiento de la viga y la dirección para la respuesta a los estímulos sensoriales de las pruebas y una vez formados los ensayos se pueden realizar en una sesión de pruebas, y 3) el precio de los equipos necesarios para realizar las pruebas es bastante bajo en comparación con la compra de más equipo automatizado como el rotarod y abierto cámaras de campo.
El ensayo de la viga difícil no sólo es útil en la detección de rendimiento del motor y los déficits de coordinación en los modelos genéticos de ratón de la PD, pero también es útil in descubrir deficiencias en ratones 1-metil-4-fenil-1, 2,3,6-tetrahidro-piridina-tratados y 6-hidroxidopamina-tratada y norepinefrina ratones deficientes 19, 23-25. Además, nos encontramos con el haz de desafío a ser menos influenciado por el peso corporal en comparación con otras pruebas de rendimiento del motor y la coordinación (rotarod y prueba de polo). Esto es especialmente útil cuando se trabaja con ratones machos de edad que pueden pesar hasta 50 gramos +. Similar a la viga, alteraciones en la actividad espontánea se observan fiable en parkin nocaut, PQ311X, Thy1-Asyn, Pitx3-afaquia, y LRRK2 ratones 14, 16-18, 26. La prueba de eliminación de adhesivo también es sensible a la manipulación genética incluyendo parkin nocaut, parkin Q311X, Thy1-Asyn y DJ-1 knockout mutaciones en ratones 14,16, 17, 22. En el ratón 6-hidroxidopamina tratado con la eliminación unilateral de la prueba de adhesivo se lleva a cabo en una manera similar a cómo se hace típicamente con ratas 1,2. La etiqueta adhesiva que se coloca en cada pata delantera utilizandose graba una pinza y el tiempo para quitar la etiqueta. Hemos encontrado que los ratones 6-hyrdoxydopamine tratadas con retirar la etiqueta de la extremidad no afectada antes de retirar la etiqueta de la extremidad afectada 19.
Esta batería de pruebas es fácil de implementar en el envejecimiento de los estudios que utilizan tratamientos crónicos, pero también es fácil de usar en los estudios farmacológicos. Una vez que los animales son entrenados y listos para probar una estación de prueba para cada ensayo se puede configurar. Después los animales se ejecutan en el mismo orden en cada prueba. El fármaco de interés puede ser administrado y una vez que se alcanza el pico de concentración de fármaco deseada cada ratón se puede probar en la viga y luego se trasladó al cilindro durante tres minutos y luego a la prueba de retirada de adhesivo. Encontramos que esta estrategia funcione bien al probar diferentes agonistas de la dopamina en los ratones 18, 21. Tanto el haz de pruebas de eliminación de adhesivos y son susceptibles de repetición de la prueba, sin embargo, la actividad espontánea en el cilindro se ve afectada por Testi repetidang resultando en reducción de la actividad en el tiempo 16. Dependiendo de qué tan robusta que el déficit está en el ratón aún puede ser capaz de detectar diferencias con pruebas repetidas en el cilindro 16. En general, se observa la habituación y la reducción de la actividad tan pronto como la segunda exposición al cilindro sin embargo, nos encontramos con que podemos conseguir los niveles de actividad suficientes cuando se ejecute la prueba de actividad espontánea inmediatamente después de viga transversal en los estudios farmacológicos 18,21. El número de sesiones de la prueba de actividad espontánea para incluir en un estudio será dependiente de cepa de ratón (algunos son definitivamente más activos que otros) y la duración del tratamiento. En nuestros estudios farmacológicos en ratones con una mezcla de C57BL / 6 x DBA fondo que mide la actividad entre las 02.04 horas y las sesiones de prueba fueron separados en una semana 21.
Los ensayos de vigas y el cilindro no se requiere el análisis post-pruebas de comportamientos videorecorded. Para este aspecto del análisis sees particularmente importante contar con evaluadores que son ciegos a las condiciones experimentales. Cuando entrenamos nuevos calificadores en el laboratorio tenemos el comportamiento puntaje persona en cintas de vídeo previamente analizados por un experto evaluador del laboratorio. Los criterios se explican y se muestran a la nueva evaluador y entonces la persona comienza a anotar las cintas previamente analizadas por su propia cuenta. Los resultados se comparan con las calificaciones del perito. La persona no se le permite a los nuevos datos de la tasa hasta que estén dentro de 95 a 98% de precisión del experto. Todos los datos son luego aleatoriamente lugar a comprobar la precisión de un experto evaluador.
La batería de pruebas que se describen en este estudio está diseñado para evaluar la función sensoriomotora en ratones. Sin embargo, cada vez que la caracterización de un nuevo modelo de ratón de la enfermedad, siempre es importante hacer un examen básico de los animales también. El peso corporal y la temperatura deben ser controlados durante toda la prueba y los comportamientos anormales deben tenerse en cuenta, como la eliminación de las vibrisas o clasping del extremidades posteriores al cogerlo por la cola. Evaluaciones neurológicas básicas se describen en detalle en otra 27-29.
Disclosures
No tenemos conflicto de intereses.
Acknowledgments
Este trabajo está financiado por el NIH / NINDS NS07722-01 y el centro de la familia de Gardner para la Enfermedad de Parkinson y Trastornos del Movimiento.
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) |
References
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