Motor og hippocampus Avhengig romfølelse og Reference Minne Vurdering i en transgen Rat Model of Alzheimers Disease med Stroke

Summary

For å undersøke komorbide Alzheimers sykdom (AD) og hjerneslag tilstand i en roman modell, er tre atferds oppgaver beskrevet som vurderer både motorisk kontroll og kognitive atferd. Disse oppgavene inkluderer strålen-walk oppgave, sylinder oppgave og Morris vann labyrint.

Abstract

Alzheimers sykdom (AD) er en svekkende nevrodegenerativ sykdom som resulterer i neurodegenerering og hukommelsestap. Mens alder er en viktig risikofaktor for Alzheimers, har hjerneslag også vært innblandet som en risikofaktor og en forverre faktor. Den komorbiditet av hjerneslag og AD resultater i forverret slag relaterte motorisk kontroll og AD-relatert kognitiv svikt i forhold til hver tilstand alene. For å modellere den kombinerte tilstand av slag og AD, en ny transgen rottemodell av AD, med en mutert form av amyloid forløper protein (en nøkkel protein som er involvert i utviklingen av AD) innlemmet i sitt DNA, er gitt en liten ensidig striatal slag.

For en modell med en kombinasjon av både slag og AD, må atferdstester som vurderer slag relaterte motorisk kontroll, bevegelse og AD-relaterte kognitiv funksjon gjennomføres. Sylinderen oppgaven innebærer en kostnadseffektiv, flerbruksapparat som vurderer spontan forbena motor bruk. I denne oppgave blir en rotte plassert i et sylindrisk apparat, hvor rotten vil spontant bak og i kontakt med veggen i sylinderen med sine forbena. Disse kontaktene er vurdert forbena motor bruk og kvantifisert under videoanalyse etter testing. En annen kostnadseffektiv motor oppgave implementert er stråle-walk oppgave, som vurderer forbena kontroll, bakben kontroll og bevegelse. Denne oppgaven innebærer en rotte gang over en trebjelke som åpner for vurdering av lem motorisk kontroll gjennom analyse av forbena slips, bakben slips og faller. Vurdering av læring og hukommelse er ferdig med Morris vann labyrint for atferds paradigme. Protokollen starter med romlig læring, der rotte lokaliserer en stasjonær skjult plattform. Etter romfølelse, er plattformen fjernet og både kortsiktig og langsiktig romreferanse minne vurderes. Alle tre av disse oppgavene er følsomme for atferdsforskjeller og fullført innen 28 dager for denne modellen, noe som gjør dette paraparadigmetidseffektive og kostnadseffektive.

Introduction

Alzheimers sykdom (AD) er den mest utbredte formen for demens hos eldre befolkning og en ødeleggende nevrodegenerativ sykdom. Histopathologically, presenterer AD seg som amyloid plakk, neurofibrillary floker og nevronale tap. Amyloid plakk består hovedsakelig av beta-amyloid peptid (Ap) som har blitt produsert gjennom en endret proteolytisk spalting av amyloid forløper protein (APP) med β-sekretase og y-sekretase enzymer ^1,2,3. Spalting produkt, Ap, innskudd i hjernen skape patologiske amyloid plakk og har toksiske effekter på hjernen som kan føre til de karakteristiske lærevansker og hukommelsestap. Alle disse trinnene sammen er referert til som "amyloidkaskadehypotesen" ^3,4. Mens denne hypotesen er viktig når etterforsker AD, har andre celleforandringer blitt funnet å gå foran disse plakett formasjoner som avviker fra den opprinnelige amyloid kaskade veien. disse andrecelleforandringer er tenkt å bidra til tidlig hukommelsestap, læring nedskrivninger og andre kognitive dysfunksjoner som er involvert i AD før plakk dannelse ^3,5,6.

Med AD stadig mer utbredt, er risikofaktorer for utvikling av AD å bli en svært viktig fokus for forskningen. Selv om alder er den viktigste risikofaktoren for sporadiske former for AD, har andre risikofaktorer er identifisert, inkludert hjerneslag ^7,8. Slag er ikke bare en risikofaktor, men det kan også forverre allerede er tilstede demens. For eksempel, klinisk, progresjon av AD har vist seg å være verre hos pasienter som tidligere hadde hatt slag ^ni. Videre har økt ekspresjon APP og Ap akkumulering blitt funnet i eksperimentelle dyremodeller av Ap toksisitet kombinert med induserte slag ^10,11. Siden det er dette viktig interaksjonen mellom slag og AD, er det vesentlig at disse to sykdommer bli ytterligere undersøktsammen i komorbide modeller for å bedre forstå patofysiologien og atferd innblandet i begge forhold.

For å undersøke komorbide tilstander, en passende modell måtte utvikles som et slag kunne samhandle med Ap for å produsere AD-lignende patologi. For første gang ble en APP21 transgen rotte som har en mutert humant APP-genet inkorporert i sitt DNA benyttes for å oppnå en passende modell for Alzheimers sykdom. Mutasjonene er den svenske dobbeltmissense og Indiana enkelt missense mutasjoner, som har både vært innblandet i familiære former av AD ^4,8,12. I fravær av en ekstra fornærmelse, dette rottemodell aldre uten å utvikle den karakteristiske Ap-plaketter eller neurofibrillær fiber floker ^12. Derfor, i et forsøk på å indusere AD-lignende adferds patologi, er en liten slaglengde innført i høyre striatum å etterligne de små subkortikal slag ofte er tilstede i demente ^9. Slaget i APP21 transgene rat legemliggjør ko-sykelig tilstand og gjør det mulig for undersøkelse av forskjellige typer av adferdsendringer innblandet i begge sykdomstilstander. Spesielt denne induksjon av AD-lignende patologi og kognitiv svikt i voksen rotte kan vi undersøke de tidligste molekylære og kognitive endringer foregå AD.

Siden målet er å finne ut de første tegn på atferdsendringer, og siden både slag og AD har svært forskjellige atferds patologi, når studere komorbid modell, atferd oppgaver må vurdere en rekke atferdsmessige fenotyper. Det er et batteri med forholdsvis følsomme tester som kan gjøres for å analysere motor og kognitive oppførsel i gnagermodeller som involverer en rekke paradigmer og utstyr. Å spesielt analysere forbena og bakbena motorisk funksjon, har sylinderen oppgaven og stråle-walk oppgave er gjennomført for å oppdage motoriske mangler og overvåke bevegelse i denne modellen. Andre sensitive oppgaver designet for å spesifikt vurdere fint forelimb motoriske ferdigheter (dvs. trapp oppgaven og enkelt pellet nådde oppgave) krever mat deprivasjon ^11,13,14. For å unngå en hvilken som helst av de kjente virkninger av mat deprivasjon på sykdoms patologier ^15,16,17, har disse forsøk vært ansett uegnet for denne studien. Sylinderen oppgave vurderer spontan bruk av rotte forbein under oppdrett i en roman miljø og kan oppdage asymmetri mellom forbein i rotter med unilateral slag ^10,18. En stor fordel for denne oppgave er at anordningen kan anvendes for andre atferds oppgaver, for eksempel den Porsolt tvunget svømme oppgave ^19. I motsetning til sylinderen oppgave, den stråle tur oppgave tillater også analyse av bakben og forbena motorisk kontroll, i tillegg til locmotion ^10,14. Beam gang inneholder en bevegelseskomponent, en balanse komponent og dyktig fot plassering. Begge disse testene er kostnadseffektiv, enkel og tidsbesparende og belyse effektene av hjerneslag og AD på d ifferences i lem funksjon.

Bortsett fra endringer i motorisk funksjon, innebærer AD hukommelsessvikt som kan presentere i tidlige stadier av sykdommen progresjon. Når adressering AD-lignende sykdommer i en gnager-modell, er det avgjørende at hippocampus avhengig læring og hukommelse vurderes fordi hippocampus er en viktig hjernestruktur i stor grad påvirkes i AD ^2. Hippocampus er en viktig hjerneregion for romlig læring og hukommelse, og dens funksjon kan testes ved bruk av forskjellige labyrint paradigmer i gnagere. En av de mest brukte labyrint oppgaver for gnagermodeller av ulike sykdommer er Morris vannet labyrint ^20. Morris vannlabyrint benytter romlige signaler for å hjelpe til rotte i å finne en stasjonær skjult plattform og tester romlig henvisning minne når plattformen er fjernet. En viktig fordel av vannet labyrint oppsettet er at det er svært tilpasningsdyktig, avhengig av den foreslåtte problemstilling ^20.

telt "> For første gang har de teknikkene som er beskrevet blitt brukt til å vurdere motorisk og kognitiv funksjon i en roman komorbid rottemodell for hjerneslag og AD. involverer små slag i en APP21 transgen rottemodellen. Komorbiditet ble oppnådd ved å fremkalle vasokonstriksjon av blodårene i striatum å produsere et lite slag i APP21 transgene rotter. denne slag modellen har blitt godt etablert som en komorbid tilstand i en alternativ rotte modell av AD ¹¹ Advancement. inn i denne romanen APP21 transgen rottemodellen var ment å produsere en mer translatorisk verdifull modell. Mens atferds oppgaver beskrives ved hjelp av en komorbid hjerneslag og AD rottemodellen, disse oppgavene kan bli ytterligere brukes på andre modeller av hjerneslag eller modeller av andre nevrologiske sykdommer (dvs. Parkinsons sykdom). Den generelle metodikk beskrevet vil være allment gjeldende for disse andre sykdomstilstander, men atferdstidslinjer og paradigmer kan kreve endring basert på de foreslåtte resEarch spørsmål og modell. I tillegg til å være tilpasningsdyktig, oppgavene som er beskrevet er effektive i å demonstrere mindre underskudd, og samtidig være kostnads- og tidsbesparende.

Protocol

Den aktuelle institusjonelle dyreetisk komité skal godkjenne alle de atferdsmessige prosedyrer før start eksperimentering. Alle dyr arbeidet som beskrives her ble godkjent av Western University Animal Bruk Subcommittee og følger den kanadiske Rådet for dyrestell retningslinjer. Disse dyreforsøk ble utført i løpet av den lette fasen. 1. Cylinder oppgave for Gross forbena Motor Assessment utstyr Setup Erverve en pleksiglass sylinder med et perforert lokk som vil imøtekomme størrelsen p…

Representative Results

De atferdsmessige oppgaver som er beskrevet ble anvendt for å demonstrere virkningene av slag i en APP21 transgen rotte-modell av Alzheimers sykdom. Kombinasjonen av hjerneslag og APP21 transgenet forventes å resultere i større motor underskudd i de berørte lemmer, samt økte hukommelsessvikt. Sylinderen oppgave bedømmes grov forbena motorisk funksjon og er representert som bruk av de berørte forbena. Videre ble den str?…

Discussion

Kombinasjonen av slag og Alzheimers sykdom resulterer i svært forskjellige adferds patologiske tilstander som kan påvirke både de motoriske og kognitive funksjon avhengig av alvorlighetsgraden av hver tilstand. Således er det nødvendig å gjøre bruk av en rekke forskjellige adferdsoppgaver for å bestemme de individuelle bidrag fra disse betingelser, såvel som å gi en viss innsikt i de kombinerte og potensielt interaktive effekter i co-sykelig tilstand. Dataene som presenteres viser tre kostnadseffektiv, tidsbes…

Materials

Cylinder	Western University	Plexiglas Cylinder Cylinder Diameter: 23 cm Cylinder Height: 40 cm Platform Height: 30 cm Mirror Length: 35 cm Mirror Width: 26.5 cm	This was made specifically by Western University Machine Services for our lab. Please contact your own chosen manufacturer to design this product.
Handheld Video Camera	JVC	GZ-E200
Video Camera Tripod	Slik	F163
AM/FM Clock Radio	Sylvania	SCR1388
White Board	Walmart	Width: 71.12 cm Height: 55.88 cm	These can be purchased at any store (i.e. Walmart, University bookstores)
Dry-erase Marker	Expo	Expo Dry-erase Original Marker	These can be purchased at any store (i.e. Walmart, University bookstores)
Wooden Beam	Rona	Plywood Width: 2 cm Length: 100cm
VWR General Purpose Laboratory Tape	VWR Intl.	89097-920
iMovie '11	Apple Inc.	Version 9.0.9 (1795)	This is the version used in this manuscript, but any other iMovie version or video editing software could be used.
Morris Water Maze Pool with Platform	Stoelting Co.	60136/60035	These are not the exact products used in the video, but these are essentially identical.
Platform Cue	–	–	The platform cue used was created using a small metal stand and white spherical foam ball. These can likely be purchased at any store with home improvement materials (i.e. Walmart, Rona etc.)
Mainstays 71" Floor Lamp	Walmart	HW-F0377SLV
ANY-Maze Behavioural Tracking Software	Stoelting Co.	60000	There are ANY-maze® bundles that include the camera with or without a computer and accessories.
Compact Video Camera	Logitech	V-U0023
Laptop	Hewlett-Packard	HP® Pavilion dv6 Notebook PC	Laptop Specifics: AMD A6-3420M APU with Radeon™ HD Graphics 1.50 GHz, 6.00 GB RAM, 64-bit operating system.
Americana Non-toxic Acrylic Paint	DecoArt	DAO67-9	This can be ordered on the DecoArt site or purchased in store at DecoArt® retailers.
Poster Board	Walmart	PA-1961