Motore e ippocampale Dependent apprendimento spaziale e valutazione della memoria di riferimento in un transgenici ratto modello di malattia di Alzheimer con ictus
Summary
Per studiare la malattia di co-morbidità di Alzheimer (AD) e la condizione ictus in un nuovo modello, tre compiti di comportamento sono descritte che valutare sia il controllo del motore e comportamenti cognitivi. Queste attività includono il compito fascio-passeggiata, compito cilindro e labirinto d'acqua di Morris.
Abstract
La malattia di Alzheimer (AD) è una malattia neurodegenerativa invalidante che si traduce in perdita di neurodegenerazione e la memoria. Mentre l'età è un importante fattore di rischio per l'AD, il colpo è stato anche implicato come fattore di rischio e un fattore esacerbando. Il co-morbidità dei risultati ictus e AD in peggioramento di controllo del motore ictus-correlata e deficit cognitivi legati AD se confrontato con ogni condizione da solo. Per modellare la condizione combinato di ictus e AD, un romanzo transgenico modello di ratto di AD, con una forma mutata della proteina precursore dell'amiloide (una proteina chiave coinvolti nello sviluppo di AD) incorporato nel suo DNA, viene dato un piccolo ictus striato unilaterale.
Per un modello con la combinazione di entrambi ictus e AD, test comportamentali che valutano il controllo motore ictus-correlata, locomozione e la funzione cognitiva AD-correlati devono essere attuate. Il compito del cilindro coinvolge un apparato multifunzione conveniente che valuta l'uso del motore zampa anteriore spontanea. In questo compito, un ratto viene posto in un apparecchio cilindrica, dove il ratto spontaneamente posteriore e contattare la parete del cilindro con le sue zampe anteriori. Questi contatti sono considerati uso del motore degli arti anteriori e quantificati in sede di analisi video dopo il test. Un altro compito motorio economicamente efficiente implementato è il compito fascio-passeggiata, che valuta il controllo degli arti anteriori, il controllo degli arti posteriori e locomozione. Questo compito implica un topo a piedi attraverso una trave di legno che consenta la valutazione del controllo motorio degli arti attraverso l'analisi delle scivola zampa anteriore, scivola e cade arti posteriori. La valutazione dell'apprendimento e della memoria si completa con Morris water maze per questo paradigma comportamentale. Il protocollo inizia con l'apprendimento spaziale, per cui il ratto individua una piattaforma nascosta stazionaria. Dopo l'apprendimento spaziale, la piattaforma viene rimosso e sia a breve termine e la memoria di riferimento spaziale a lungo termine è valutata. Tutti e tre questi compiti sono sensibili alle differenze comportamentali e completato entro 28 giorni per questo modello, rendendo questo paratempo-efficiente paradigma ed economicamente efficiente.
Introduction
La malattia di Alzheimer (AD) è la forma più diffusa di demenza nella popolazione anziana e una malattia neurodegenerativa debilitante. Istopatologico, AD si presenta come placche amiloidi, grovigli neurofibrillari e la perdita neuronale. Placche amiloidi sono costituiti principalmente da peptide beta-amiloide (Ap) che è stato prodotto mediante un clivaggio proteolitico alterata della proteina precursore dell'amiloide (APP) di β-secretasi e enzimi gamma-secretasi 1,2,3. Il prodotto di scissione, Ap, i depositi nel cervello creando placche amiloidi patologiche ed ha effetti tossici sul cervello che può portare a dei disturbi di apprendimento caratteristici e perdita di memoria. Tutti questi passaggi insieme sono indicati come la "cascata amiloide ipotesi" 3,4. Anche se questa ipotesi è importante nell'ambito delle indagini dC, altri cambiamenti cellulari sono stati trovati a precedere queste formazioni placca che si allontana dal sentiero cascata amiloide originale. questi altricambiamenti cellulari sono pensati per contribuire alla perdita di memoria all'inizio, menomazioni e altre disfunzioni cognitive coinvolte nella DC prima di formazione della placca 3,5,6 apprendimento.
Con dC diventando sempre più diffuso, i fattori di rischio per lo sviluppo di AD stanno diventando una messa a fuoco estremamente importante della ricerca. Anche se l'età è il principale fattore di rischio per le forme sporadiche di AD, sono stati identificati altri fattori di rischio, tra cui ictus 7,8. Ictus non è solo un fattore di rischio, ma può anche esacerbare demenze già presenti. Ad esempio, clinicamente, la progressione della AD ha dimostrato di essere peggiore in pazienti che avevano precedentemente sperimentato ictus 9. Inoltre, un aumento dell'espressione di APP e l'accumulo di A? È stato trovato in modelli animali sperimentali di tossicità Ap combinato con ictus indotto 10,11. Poiché non vi è questo importante interazione tra ictus e AD, è essenziale che questi due patologie essere ulteriormente studiateinsieme a modelli di co-morbidità per capire meglio fisiopatologia e comportamenti implicati in entrambe le condizioni.
Per indagare le condizioni di co-morbidità, un modello adeguato doveva essere sviluppato in cui un ictus potrebbe interagire con Ap per la produzione di patologia AD-like. Per la prima volta, un topo transgenico APP21 che ha un gene umano APP mutato incorporato nel suo DNA è stato usato per realizzare un modello appropriato di AD. Le mutazioni sono il doppio missense svedese e Indiana mutazioni missense singolo, che sono stati entrambi implicati in forme familiari di AD 4,8,12. In assenza di un insulto in più, questo modello di ratto età senza sviluppare le caratteristiche placche Ap o neurofibrillari grovigli 12. Pertanto, nel tentativo di indurre patologia del comportamento AD-like, un piccolo tratto viene introdotto nello striato diritto di imitare i piccoli colpi sottocorticali spesso presenti in pazienti affetti da demenza 9. La corsa del ra transgenici APP21t incarna la condizione di co-morbidità e permette di indagine dei vari tipi di cambiamenti comportamentali coinvolti in entrambe le condizioni di malattia. In particolare, questo induzione di deficit AD-come patologia e cognitivi nel ratto adulto ci permette di indagare i primi cambiamenti molecolari e cognitivi precedenti dC.
Dal momento che l'obiettivo è quello di determinare i primi segni di cambiamenti comportamentali e poiché sia ictus e AD hanno patologie comportamentali molto diverse, quando si studia il modello di co-morbidità, i compiti di comportamento devono valutare una varietà di fenotipi comportamentali. Ci sono una serie di test relativamente sensibili che possono essere fatte per analizzare il motore e il comportamento cognitivo in modelli di roditori che implicano una serie di paradigmi e delle attrezzature. Per analizzare specificatamente la funzione zampa anteriore e motore degli arti posteriori, il compito compito cilindro e fascio-passeggiata sono state realizzate per individuare deficit motori e monitorare locomozione in questo modello. Altri compiti sensibili a valutare specificamente bene FOabilità relimb motore (cioè il compito scalinata e unico pellet compito di raggiungere) richiedono privazione di cibo 11,13,14. Al fine di evitare qualsiasi degli effetti noti di privazione di cibo sulle patologie malattia 15,16,17, questi test sono stati ritenuti non idonei per questo studio. Il compito del cilindro valuta l'uso spontaneo di arti anteriori del ratto durante l'allevamento in un ambiente nuovo e in grado di rilevare asimmetria tra arti anteriori nei ratti con ictus unilaterale 10,18. Un importante vantaggio di questo compito è che l'apparecchiatura può essere utilizzata per altre attività comportamentali, come la Porsolt forzata compito swim 19. Contrariamente al compito cilindro, il compito fascio piedi permette anche l'analisi di hindlimb e controllo motorio degli arti anteriori, oltre a locmotion 10,14. Bilanciere include un componente locomotore, un componente di equilibrio e il posizionamento del piede qualificato. Entrambi questi test sono economicamente efficiente, semplice, e in tempi rapidi e chiarire gli effetti di ictus e AD su d ifferences in arto funzionamento.
Oltre a cambiamenti nella funzione motoria, AD comporta deficit di memoria che possono presentare nelle prime fasi della progressione della malattia. Al momento di affrontare patologie AD-come in un modello di roditore, è fondamentale che l'apprendimento ippocampo dipendenti e la memoria è determinati, in quanto l'ippocampo è una importante struttura del cervello in gran parte influenzato in AD 2. L'ippocampo è una regione del cervello essenziale per l'apprendimento spaziale e la memoria e la sua funzione può essere testato con vari paradigmi labirinto nei roditori. Uno dei compiti labirinto per lo più ampiamente utilizzati per i modelli di roditori di diverse malattie è il labirinto d'acqua di Morris 20. La Morris water maze utilizza indizi spaziali per aiutare il topo nel localizzare una piattaforma nascosta fermo e test di memoria di riferimento spaziale quando la piattaforma viene rimosso. Un notevole vantaggio della configurazione water maze è che è altamente adattabile a seconda del proposto domanda di ricerca 20.
tenda "> Per la prima volta, le tecniche descritte sono stati utilizzati per valutare il motore e la funzione cognitiva in un modello di ratto di co-morbidità romanzo di ictus e AD. coinvolgendo piccoli colpi in un modello di topo transgenico APP21. Co-morbidità è stato raggiunto da indurre vasocostrizione dei vasi sanguigni nel corpo striato di produrre un piccolo ictus in APP21 topi transgenici. questo modello colpo è stato ben definito come una condizione di co-morbidità in un modello di ratto alternativo di aD 11. avanzamento in questo romanzo APP21 modello di ratto transgenico è stato destinato per la produzione di un modello più translationally prezioso. Mentre i compiti comportamentali sono descritti utilizzando un modello di ictus e aD rat co-morbidità, queste attività possono essere ulteriormente applicate ad altri modelli di ictus o modelli di altre malattie neurologiche (per esempio il morbo di Parkinson). Il generale metodologia descritta sarà ampiamente applicabile a questi altri stati di malattia, ma le scadenze di comportamento e paradigmi può richiedere modifiche in base alle proposte resdomanda earch e modello. Oltre ad essere adattabile, i compiti sono efficaci nel dimostrare deficit minori, pur essendo di costo e in tempi rapidi.Protocol
Representative Results
Discussion
La combinazione di ictus e di malattia di Alzheimer risultati nelle patologie comportamentali ben distinte che possono influenzare sia il motore e la funzione cognitiva in base alla gravità di ogni condizione. Pertanto, è necessario fare uso di una varietà di compiti comportamentali per determinare i singoli contributi di queste condizioni, così come dare qualche informazione sugli effetti combinati e potenzialmente interattivi nella condizione co-morbidità. I dati presentati dimostrano tre economicamente efficient…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was made possible with funding from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR) and the authors would like to thank CIHR for their funding support.
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 |
References
- Auld, D., Kornecook, T., Bastianetto, S., Quirion, R. Alzheimer’s disease and the basal forebrain cholinergic system: relations to β-amyloid peptides, cognition, and treatment strategies. Prog Neurobiol. 68 (3), 209245 (2002).
- Huang, Y., Mucke, L. Alzheimer Mechanisms and Therapeutic Strategies. Cell. 148 (6), (2012).
- Querfurth, H., LaFerla, F. Alzheimer’s disease. New Engl J Med. 362 (4), 329-344 (2010).
- Karran, E., Mercken, M., Strooper, B. The amyloid cascade hypothesis for Alzheimer’s disease: an appraisal for the development of therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 10 (9), 698-712 (2011).
- Akiyama, H., et al. Inflammation and Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging. 21 (3), (2000).
- Butterfield, D., Drake, J., Pocernich, C., Castegna, A. Evidence of oxidative damage in Alzheimer’s disease brain: central role for amyloid β-peptide. Trends Mol Med. 7 (12), 548554 (2001).
- Kalaria, R. The role of cerebral ischemia in Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging. 21 (2), 321-330 (2000).
- Selkoe, D. Alzheimer’s disease: genes, proteins, and therapy. Physiol Rev. 81 (2), 741-766 (2001).
- Snowdon, D. A., et al. Brain infarction and the clinical expression of alzheimer disease: The nun study. JAMA. 277 (10), 813 (1997).
- Clarke, J., et al. Overexpression of APP provides neuroprotection in the absence of functional benefit following middle cerebral artery occlusion in rats. Eur J Neurosci. 26 (7), 1845-1852 (2007).
- Whitehead, S., Hachinski, V., Cechetto, D. Interaction Between a Rat Model of Cerebral Ischemia and β-Amyloid Toxicity Inflammatory Responses. Stroke. 36 (1), 107-112 (2005).
- Agca, C., et al. Development of transgenic rats producing human β-amyloid precursor protein as a model for Alzheimer’s disease: Transgene and endogenous APP genes are regulated tissue-specifically. BMC Neuroscience. 9 (1), 28 (2008).
- Bayona, N. A., Gelb, A. W., Jiang, Z., Wilson, J. X., Urquhart, B. L., Cechetto, D. F. Propofol neuroprotection in cerebral ischemia and its effects on low-molecular-weight antioxidants and skilled motor tasks. Anesthesiology. 100 (5), 1151-1159 (2004).
- Langdon, K., Clarke, J., Corbett, D. Long-term exposure to high fat diet is bad for your brain: exacerbation of focal ischemic brain injury. Neuroscience. 182, 82-87 (2011).
- Brownlow, M., et al. Partial rescue of memory deficits induced by calorie restriction in a mouse model of tau deposition. Behav Brain Res. 271, 7988 (2014).
- Halagappa, V., et al. Intermittent fasting and caloric restriction ameliorate age-related behavioral deficits in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. Neurobiol Dis. 26 (1), (2007).
- Maalouf, M., Rho, J., Mattson, M. The neuroprotective properties of calorie restriction, the ketogenic diet, and ketone bodies. Behav Brain Res. 59 (2), (2008).
- Tillerson, J. L., et al. Forced limb-use effects on the behavioral and neurochemical effects of 6-hydroxydopamine. Neuroscience. 21 (12), 4427-4435 (2001).
- Sierksma, A., et al. Improvement of spatial memory function in APPswe/PS1dE9 mice after chronic inhibition of phosphodiesterase type 4D. Neuropharmacology. 77, (2013).
- D’Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Behav Brain Res. 36 (1), 60-90 (2001).
- Vorhees, C., Williams, M. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nat Protoc. 1 (2), 848-858 (2006).
