Summary
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.
Abstract
Trastorno del Espectro Autista (TEA) es un trastorno del desarrollo neurológico de comportamiento definido caracterizado por una disminución de la interacción recíproca social, la comunicación anormal, y conductas repetitivas con interés restringido. Como el diagnóstico se basa en criterios clínicos, las modelos de roedores potencialmente relevantes de este trastorno heterogéneo idealmente deben recapitular estos diversos rasgos de comportamiento. El tf BTBR T + Itpr3 / J (BTBR) del ratón es un modelo animal establecido de la ASD, mostrando comportamientos repetitivos como el aumento de la preparación, así como la falta de flexibilidad cognitiva. Con respecto a la interacción social y el interés, la prueba de juego de menores se ha empleado en múltiples modelos de roedores de TEA. Aquí, se muestra que cuando los ratones BTBR son examinados en un recinto de la interacción social juvenil que contiene la ropa de cama de aserrín, muestran un movimiento de excavación sincrónica repetitivo. Este comportamiento motor repetitivo, denominado "inchworming", fue nombradodebido a la naturaleza de los movimientos estereotipados exhibidos por los ratones mientras se mueve horizontalmente a través de la planta. Ratones Inchworming deben utilizar sus delanteras y traseras-extremidades en sincronía para desplazar a la ropa de cama, la realización de un mínimo de un interior y un movimiento hacia el exterior. Aunque ambos (B6) ratones C56BL/6J BTBR y presentan este comportamiento, los ratones BTBR demuestran una duración significativamente más alta y la frecuencia de inchworming y una disminución de la latencia para iniciar inchworming cuando se coloca en un recinto camas. Llegamos a la conclusión de que este comportamiento recién descrito proporciona una medida de una estereotipia de motor repetitivo que se puede medir fácilmente en modelos animales de TEA.
Introduction
Aunque la fisiopatología de los trastornos del espectro autista (TEA) aún no está claro, el diagnóstico depende de la presencia de tres grandes categorías de síntomas: la reciprocidad social anormal, deficiencias en la comunicación y comportamientos repetitivos estereotipados / 1. La mayoría de los modelos de roedores son incapaces de reproducirse de forma simultánea los tres síntomas en un solo animal. Así, los modelos capaces de simular de forma fiable algunos o todos los aspectos de la enfermedad tienen un gran valor para el desarrollo de estrategias preventivas y terapéuticas eficaces. Un modelo que hace mostrar todos los tres aspectos de la CIA es el 1,2 ratón BTBR.
En combinación con las vocalizaciones ultrasónicas y ensayos de aproximación social, prueba de la interacción social juvenil se utiliza comúnmente para caracterizar modelos de ratón de ASD pediátrica; estos exámenes miden disminuyó y los comportamientos sociales anormales que representan las características principales de los TEA. Además de la prueba de interacción social juvenil, muchas otraslas pruebas se han utilizado para medir los comportamientos estereotipados en modelos animales de TEA. Por ejemplo, la prueba de enterramiento de esferas, que examina la tendencia de un animal para desplazar material de cama usando el hocico y patas delanteras en el esfuerzo para cubrir un objeto, se pensó para medir comportamientos estereotipados compulsivos que se producen en respuesta a estímulos aversivos 3,4. En consecuencia, las pruebas de excavación se han aplicado para cuantificar este comportamiento repetitivo en modelos animales de ASD y diferentes especies de roedores 3,5-7. Comportamientos de excavación se definen como acciones dirigidas obvias de la hocico o las patas para desplazar materiales de ropa de cama y se han planteado la hipótesis de ser un parámetro sensible de la conducta motora repetitiva 4.
Aquí, se presenta un nuevo tipo de excavación, que hemos denominado "inchworming", en la cepa BTBR de ratones. La caracterización de este nuevo comportamiento puede proporcionar una medida robusta de un comportamiento motor repetitivo que se puede usar para su posterior Vallidación de modelos de roedores tales como TEA, 'Enfermedad de Huntington o el comportamiento compulsivo obsesivo 8,9. Definimos "inchworming" como al menos un movimiento síncrono de las partes delanteras y traseras-extremidades hacia el interior seguido por un movimiento síncrono hacia el exterior que conduce al desplazamiento de material de cama. Esto difiere de un comportamiento de excavación típica de muchas maneras. En primer lugar, el comportamiento inchworming se observa por lo general como una combinación de episodios en lugar de un solo evento aislado. En contraste, la excavación puede ocurrir como un solo movimiento coordinado de ya sea la posterior o patas delanteras 3. Además, los movimientos inchworming tienden a ocurrir horizontalmente a través del suelo del recinto en oposición a las posiciones estacionarias que son característicos de la excavación de comportamientos. Por último, el comportamiento inchworming se describe a continuación se presenta con frecuencia en la cepa endogámica BTBR de ratones, pero rara vez se identifica en el control de la cepa B6, mientras que las conductas típicas de excavación son comunes en las cepas B6 y BTBR de ratones
Habida cuenta de que el enterramiento de mármol, la excavación, y el juego de menores han establecido el valor para medir el comportamiento anormal en modelos de ratón de la CIA, el comportamiento inchworming complementa estas medidas previamente definidas de comportamientos estereotipados. En particular, el comportamiento inchworming proporciona una medida útil de estereotipias de motor de orden inferior que se identifican comúnmente en TEA 8,11. Además, este nuevo procedimiento inchworming puede proporcionar a los investigadores una herramienta adicional de gran valor para el análisis de conductas motoras repetitivas relacionadas con trastornos del desarrollo como TEA.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Todos los procedimientos se llevaron a cabo de acuerdo con el Comité de Cuidado de Animales de Canadá y aprobados por la Universidad de Comité de Cuidado de Animales de Calgary.
1. Preparación de los animales
- Aislar los ratones durante la noche (12 h) antes de la prueba. Para ello, coloque todo el BTBR y ratones B6 (P35-P40) es necesario para el análisis experimental en jaulas por sí mismos, el día antes de la prueba.
- Coloque los ratones aislados en el comportamiento análisis habitación 30 min antes de la prueba para que los animales se habitúan a la novela medio ambiente.
2. Preparación del equipo
- Coloque los 30 x 30 cm caja de plexiglás con una tapa extraíble en la sala de pruebas. Coloque la caja sobre una mesa y coloque la cámara de vídeo a un ángulo de 45 ° con respecto a la parte inferior; esta ubicación de la cámara permitir la visualización de todo el piso del recinto y el ratón. Utilice una luz de fondo de infrarrojos para ayudar a minimizar el resplandor de la pared della caja.
- Utilice una cámara de video que posee una función de zoom de alta con capacidades de infrarrojos para optimizar el rodaje en un entorno de bajo lux. Enfoque la cámara en el recinto de la ampliación de la imagen para que los ratones se visualizan a lo largo de toda la caja.
- Cubra todo el piso de la caja con ropa de cama de aserrín (debe ser de aproximadamente 1 pulgada de profundidad).
3 Procedimiento de prueba
- Coloque un par intra-cepa de ratones (BTBR - BTBR o B6-B6) dentro del recinto de pruebas.
- Apague las luces en la sala de pruebas.
- Inicie la cámara de vídeo para grabar y salir de la habitación. Esto evitará influencia experimentador en el comportamiento de los ratones. Registre la actividad durante 11 minutos.
- Una vez que la grabación haya terminado, vuelva a entrar en la sala de pruebas y volver a los ratones a sus jaulas originales.
- Deseche la ropa de cama de aserrín, lavar el cuadro de la prueba entera con etanol al 70%, y colocar nueva ropa de cama de aserrín en el fondo de la pruebarecinto.
- Repetir todo el procedimiento para el resto de los pares dentro de la mancha y devolver los ratones a sus jaulas originales.
Nota: Para verificar la fiabilidad de los datos inchworming, el procedimiento se puede repetir en los días siguientes con diferentes BTBR-BTBR y combinaciones de pares B6-B6. Esto asegurará que el comportamiento observado no depende de la pareja específica en el recinto, pero el individuo inchworming.
4. Análisis de Datos
- Inchworming se define como el movimiento síncrono hacia adentro y hacia afuera de la de los animales hacia delante y patas traseras, con un mínimo de un co-ocurrencia hacia adentro y luego movimiento hacia el exterior posterior que desplaza efectivamente la ropa de cama. Ver manualmente y marcar cada video dos veces (una para cada ratón) para determinar la duración total, la frecuencia y la latencia para InchWorm en el vídeo 10 min. Manual de puntuación de inchworming duración, la frecuencia y la latencia se debe basar en el seguimientoing definiciones:
Duración Inchworming: Se define como el tiempo total de cada ratón gasta dedica a la conducta inchworming. Para puntuar este aspecto de inchworming, utilizar un temporizador que se puede arrancar y parar. Comience a contar cuando el ratón comienza a InchWorm y detener el temporizador cuando el ratón deja de inchworming. Cuando y si el ratón comienza a InchWorm de nuevo, volver a empezar y volver a detener el temporizador. Repetir el arranque y la parada del temporizador para la duración del período de observación de 10 min cada vez los inchworms ratón. Esto generará una duración de la partitura inchworming que es entre las 0:00 y las 10:00 min.
Inchworming Frecuencia: se define como el número de veces que el ratón se involucra en el comportamiento inchworming en el período de observación de 10 min. Un conteo solo se entrega cada vez que se inicia el ratón y paradas inchworming. La puntuación de frecuencia inchworming será un número entre 0 y ∞.
Latencia para Inchworm: Se define como el tiempo then los pases antes de la primera aparición de inchworming. Inicie el temporizador cuando empieza el video, este será el momento 0:00, y detener el cronómetro cuando los inchworms ratón por primera vez. Si el ratón no muestra el comportamiento inchworming la latencia a InchWorm será 10:00. Al analizar la latencia para InchWorm, se obtendrá una puntuación entre 0:01 y 10:00 min. Los ratones que no logran InchWorm para la duración del período de prueba deben ser retirados de la población de la muestra para asegurar que los resultados son pertinentes para una población de ratones que muestran el comportamiento inchworming. - Cálculo de la frecuencia total y la duración de inchworming para cada ratón en el vídeo. Calcular el tiempo requerido para el primer ratón en el par de InchWorm para la latencia a InchWorm para ese par específico de los ratones. Estos parámetros se basan en el trabajo metodológico anterior relacionada con conductas repetitivas de excavación en ratones 6.
- Calcular el promedio de duración, frecuencia,y la latencia para cavar para cada grupo experimental en el análisis (es decir, BTBR vs B6). Utilice un ANOVA o la prueba t para comparar datos entre cepas / grupos experimentales.
Nota: Cuando se ha completado el procedimiento en un segundo día, use un ANOVA de medidas repetidas para asegurarse de que no hubo efectos de los ensayos posteriores o efectos de emparejamiento.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
La versión modificada de la prueba juego juvenil se describe aquí se puede utilizar para observar y analizar el comportamiento de la novela de excavación repetitivo denominado inchworming. Inchworming se exhibe en mucha mayor medida por los ratones BTBR que los controles B6. En una sesión típica de 10 min, los ratones se BTBR mostrar el comportamiento inchworming distinta (sincrónica hacia el interior y hacia el exterior el movimiento de las patas en un esfuerzo para desplazar la ropa de cama de serrín) durante aproximadamente 5 min, o medio del período de observación. Por otra parte, la latencia para InchWorm es significativamente más corto para los ratones BTBR - por lo general comienzan inchworming dentro de los primeros 10 segundos del inicio de la sesión grabada. En contraste, los ratones de control (B6) tienen una latencia media de inchworm de 4 min y pasan muy pequeñas porciones de su tiempo en realidad que muestra el comportamiento. Estos resultados son similares a los datos de estudios anteriores sobre las conductas repetitivas de excavación en roedores 3,6.
Figure 1 representa el experimental adecuado establecido para los procedimientos de prueba. La figura 2 muestra la duración media inchworming (A), la frecuencia (B) y la latencia (C) para InchWorm para los ratones BTBR y la cepa B6 de control. Todos los parámetros fueron significativamente diferentes entre las cepas. En el experimento reportado aquí, la prueba inchworming se administró durante un período de prueba de 2 días, con combinaciones alternativas en el segundo día, y los resultados de cada día se compararon. No se encontraron diferencias significativas, lo que garantiza que los efectos no eran dependientes de cualquiera de los emparejamientos de ratón específicos o la repetición de la prueba. Finalmente, la Figura 3 contiene fotos fijas de diferentes ratones que participan en los dos componentes principales del comportamiento inchworming.
Figura 1. Equipamiento creado para el experimento inchworming. Equipamiento creado para el experimento inchworming. Una caja de plexiglás 30 cm del cubo se encuentra en una mesa delante de una cámara con zoom de infrarrojos colocada en un ángulo de 45 °. La parte inferior de la carcasa está cubierto completamente con una capa uniforme de al menos 1 pulgada de aserrín.
Figura 2. Duración media inchworming, la frecuencia y la latencia mostrada por pares de BTBR y ratones B6. El BTBR (n = 8) y B6 (n = 8) los ratones se ensayaron a P35-P40 durante un período de ensayo Dos día y anotó para inchworming comportamiento. A) La cepa BTBR muestra una duración media significativamente mayor de inchworming que la cepa de control B6 (p <0,001). B) Los ratones BTBR muestran una cantidaantly mayor frecuencia de inchworming en comparación con los controles B6 (p <0,001). C) No hubo una diferencia significativa en BTBR (n = 8) y B6 (n = 7) latencia para cavar con BTBR que muestra una marcada disminución en el tiempo que se llevó a mostrar el comportamiento en comparación con los controles B6 (p = 0,001).
Figura 3. Representación ilustrativa de diferentes ratones en ambos aspectos del comportamiento inchworming. El panel superior es un ejemplo de los ratones en la fase de extensión del comportamiento inchworming, mientras que el panel inferior es un ejemplo de los ratones en la fase de contracción del comportamiento inchworming . Inchworming se define como la sincrónica hacia adentro y síncrona movimiento hacia fuera del primer plano y las extremidades traseras del ratón para desplazar la ropa de cama.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Inchworming es una novela medida de comportamiento repetitivo que se puede utilizar para estudiar muchos trastornos que presentan estereotipias tales como TEA. Hay 4 pasos que son de importancia crítica para la generación de datos confiables inchworming del protocolo de interacción social juvenil modificación: 1) el período de aislamiento prolongado es esencial para la prueba inchworming y no debe ser retirado del protocolo o acortar. Este requisito es específico para las pruebas de inchworming en parejas descritas aquí. 2) La cámara de vídeo tiene que ser posicionado adecuadamente y centrado de manera que los ratones pueden ser visualizados totalmente a través de todo el recinto de plexiglás. 3) El recinto debe limpiarse a fondo entre los pares de pruebas para asegurar que los comportamientos actuales no están influenciados por los olores de la pareja antes de los ratones. 4) El material de cama para el gabinete debe ser suficiente (~ 1 pulgada de profundidad) y debe ser el aserrín; los ratones no muestran el comportamiento inchworming con poca / sin ropa de cama o cuandocolocado sobre otros materiales de cama.
Si bien no se describe aquí, hemos observado un comportamiento inchworming en ratones no aislados, alojados socialmente BTBR colocados solos (en lugar de dos en dos) en un recinto con cama similar. En estas condiciones, los ratones BTBR todavía inchworm, pero a una frecuencia más baja y la duración, lo que indica que el comportamiento inchworming es un comportamiento estereotipado posiblemente inducida por la ansiedad social (datos no mostrados). Sin embargo, dado que los estudios no han podido demostrar de manera fiable las diferencias en la ansiedad entre la BTBR y ratones de control B6, la ansiedad es probable una interacción con otros factores para inducir este comportamiento 12. Sin embargo, el enfoque de este artículo metodológico fue la modificación estandarizado para el protocolo de interacción social juvenil, porque provoca el comportamiento rápida y fiable, con diferencias dramáticas entre BTBR y ratones B6. Además, los datos se recogen de dos animales en una sola sesión, lo que aumenta el informarción adquirida en cada período de pruebas. En nuestro laboratorio, el comportamiento inchworming sólo se ha confirmado en el rango de edad de P35-P55. Aunque es posible que los ratones jóvenes y mayores mostrarán este comportamiento repetitivo, falta de identificación de inchworming a otras edades puede indicar que el comportamiento es específico de los ratones adolescentes y adultos jóvenes.
Los datos de este experimento indican claramente que la cepa de ratón BTBR se involucra en el comportamiento repetitivo inchworming más rápidamente, con más frecuencia y durante más tiempo que los controles B6. Por tanto, el comportamiento inchworming puede proporcionar a los investigadores una nueva medida de comportamientos repetitivos en otra ASD y modelos de enfermedad. Aunque todavía no está claro lo que impulsa este movimiento repetitivo de excavación, los ratones BTBR también muestran niveles más altos de auto-aseo y evitación social 1, 9. Como excavación es un rasgo regulado genéticamente innata en ratones, pruebas del comportamiento inchworming puede be de fácil aplicación a otras cepas y tiene el potencial de ser una herramienta valiosa para evaluar las estereotipias motoras y comportamientos compulsivos en otros modelos de la enfermedad.
Uno de los rasgos de comportamiento distintivos que caracterizan a ASD es un comportamiento repetitivo con intereses restringidos 9. Además de destacar una valiosa estereotipia del motor, este experimento se ha incrementado la validez del modelo de ratón BTBR de TEA mediante la demostración de un comportamiento repetitivo adicional similar a la presentación clínica de las estereotipias motoras en pacientes con CIA. Inchworming se muestra tanto en los ratones BTBR (ASD) y el control de ratones B6, si bien el comportamiento es relativamente rara en ratones B6. El comportamiento que más se parezca inchworming está cavando comportamientos en los roedores. Thomas et al. 4 sugiere que para los roedores, excavación sirve una variedad de funciones, incluyendo el almacenamiento de alimentos, la evasión de depredadores, y la protección de los ambientes aversivos. Como estas funciones no son necsario en el laboratorio, los ratones que muestran altos niveles de comportamiento de la excavación pueden satisfacer una necesidad compulsiva de comportamiento 4. Además, Silverman et al. 9 sugiere que el comportamiento de excavación se debe incorporar en el análisis de la prueba de interacción social de menores como una medida de la actividad no social.
En resumen, inchworming es un comportamiento altamente repetida significativamente más frecuente en los ratones BTBR (un modelo de TEA) en comparación con los ratones B6 (cepa de control). Aunque la etiología de la conducta es actualmente desconocido, puede ser un recurso valioso para los investigadores que examinan la compulsión y la repetición de modelos de roedores de muchas enfermedades. Las técnicas de procedimiento son simples y se pueden completar con facilidad en un periodo de tiempo de 24 horas. El análisis de datos es más compleja y requiere mucho tiempo, pero la grabación del procedimiento de prueba de vídeo permite al investigador para completar el análisis fuera de línea y de forma repetitiva para garantizar la coherencia entre los evaluadores yfiabilidad.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores agradecen la asistencia y asesoramiento técnico y logístico brindado por Rose Tobias, Younghee Ahn y David N. Ruskin. El trabajo aquí descrito fue financiado por la Fundación de Niños de Alberta el Hospital y el Instituto de Investigación del Hospital de Niños de Alberta.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 30 cm X 30 cm Plexiglas box with lid | Can be constructed | ||
| IR Camera | Survshop (Calgary, Alberta) | Sony CCD Camera DP955V- 30’ Infrared Armor Dome | Find a camera with high-resolution and zoom capabilities |
| DVR | Supercircuits (Austin, Texas) | BLACK Enterprise-Class 4-Channel H.264 security DVR with DVD Burner | High data capacity |
| Sawdust | Same as bedding material |
References
- 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).
