Motor und Hippokampus-Dependent Spatial Learning und Referenz-Gedächtnis-Bewertung in einem transgenen Mausmodell der Alzheimer-Krankheit mit Schlaganfall
Summary
Um die komorbiden Alzheimer-Krankheit (AD) und Schlaganfall Zustand in einem neuen Modell zu untersuchen, werden drei Verhalten Aufgaben beschrieben, die sowohl die Motorsteuerung und kognitive Verhalten beurteilen. Zu diesen Aufgaben gehören die Strahl zu Fuß Aufgabe, Zylinder Aufgabe und Morris-Wasserlabyrinth.
Abstract
Alzheimer-Krankheit (AD) ist eine entkräftende neurodegenerative Erkrankung, die in der Neurodegeneration und Gedächtnisverlust führt. Während Alter ein wichtiger Risikofaktor für AD ist, hat Schlaganfall auch als Risikofaktor und einem Erschwerend in Verbindung gebracht. Die Komorbidität von Schlaganfall und AD führt zu einer verschlechterten krankheitsbedingten Motorsteuerung und AD im Zusammenhang mit kognitiven Defizite, wenn zu jeder Bedingung allein verglichen. Um die kombinierte Bedingung für einen Schlaganfall und AD, eine neue transgene Rattenmodell von AD, mit einer mutierten Form von Amyloid-Precursor-Protein (ein Schlüsselprotein beteiligt an der Entwicklung von AD) integriert in seine DNA-Modell, ist eine kleine einseitige Striatum Schlaganfall gegeben.
Für ein Modell mit der Kombination von Schlaganfall und AD, Verhaltenstests, die krankheitsbedingten Motorsteuerung, Fortbewegung und AD im Zusammenhang mit kognitiven Funktion beurteilen müssen umgesetzt werden. Der Zylinder Aufgabe umfasst eine kosteneffiziente, Mehrzweckgerät, das spontane forelimb Motor Verwendung bewertet. In dieser Aufgabe wird eine Ratte in einem zylindrischen Gerät gestellt, wo die Ratte spontan hinten und berühren die Wand des Zylinders mit seiner forelimbs. Diese Kontakte sind forelimb Motor Verwendung in Betracht gezogen und während der Videoanalyse nach dem Test quantifiziert. Eine weitere kosteneffiziente Umsetzung motorische Aufgabe ist der Strahl-walk Aufgabe, die forelimb Kontrolle, hindlimb Steuerung und Fortbewegung beurteilt. Diese Aufgabe umfasst eine Ratte zu Fuß über einen Holzbalken so dass für die Beurteilung der Extremitäten Motorsteuerung durch die Analyse von forelimb rutscht, hindlimb rutscht und fällt. Beurteilung von Lernen und Gedächtnis ist mit Morris-Wasserlabyrinth für dieses Verhaltensparadigma abgeschlossen. Das Protokoll beginnt mit räumlichen Lernen, wobei die Ratte eine stationäre versteckte Plattform lokalisiert. Nach dem räumlichen Lernen wird die Plattform entfernt und sowohl kurzfristige und langfristigen räumlichen Referenzspeicher bewertet wird. Alle drei dieser Aufgaben sind empfindlich auf Unterschiede im Verhalten und innerhalb von 28 Tagen nach diesem Modell fertiggestellt, dieses para machenDIGM zeiteffizient und kostengünstig.
Introduction
Alzheimer-Krankheit (AD) ist die häufigste Form der Demenz bei älteren Menschen und eine schwächende neurodegenerative Erkrankung. Histopathologisch AD präsentiert sich als Amyloid-Plaques, Neurofibrillen und neuronalen Verlust. Amyloid – Plaques bestehen hauptsächlich aus Amyloid – beta-Peptid (A & bgr;) , die durch eine veränderte proteolytische Spaltung des Amyloid – Vorläuferprotein (APP) durch β-Sekretase und γ-Sekretase – Enzyme 1,2,3 hergestellt wurde. Das Spaltprodukt, Aß, Ablagerungen im Gehirn zu schaffen pathologischen Amyloid-Plaques und hat toxische Wirkungen auf das Gehirn, die zu den charakteristischen Lernstörungen und Gedächtnisverlust führen kann. Alle diese Schritte werden zusammen als "Amyloid – Kaskaden – Hypothese" 3,4 bezeichnet. Während diese Hypothese wichtig ist, wenn AD zu untersuchen, haben andere zelluläre Veränderungen worden, um diese Plaque-Formationen vorangehen gefunden, die von der ursprünglichen Amyloid-Kaskaden-Weg abkommt. Diese anderenzelluläre Veränderungen gedacht werden , um frühzeitig Gedächtnisverlust beitragen, in AD Lernen vor 3,5,6 zur Plaquebildung beteiligt Beeinträchtigungen und anderen kognitiven Störungen.
Mit AD immer häufiger werden, Risikofaktoren für AD Entwicklung werden immer ein äußerst wichtiger Fokus der Forschung. Obwohl das Alter der Hauptrisikofaktor für die sporadische Formen von AD ist, haben andere Risikofaktoren identifiziert wurden, einschließlich Schlaganfall 7,8. Schlaganfall ist nicht nur ein Risikofaktor, es kann aber auch bereits Demenzen verschlimmern. Zum Beispiel klinisch hat die Progression von AD bei Patienten schlechter zu sein gezeigt , die zuvor Schlaganfall 9 erlebt hatte. Darüber hinaus erhöhte die APP – Expression und Aß – Akkumulation in experimentellen Tiermodellen von Aß Toxizität kombiniert mit fokaler zerebraler Ischämie 10,11 gefunden. Da es diese wichtige Wechselwirkung zwischen Schlaganfall und AD ist, ist es wichtig, dass diese beiden Pathologien weiter erforscht werdenzusammen in komorbiden Modelle zum besseren Verständnis der Pathophysiologie und in beiden Bedingungen impliziert Verhaltensweisen.
Um Komorbiditäten, ein geeignetes Modell zu untersuchen hatte, in dem ein Schlaganfall entwickelt werden könnte mit Aß interagieren AD-ähnliche Pathologie zu erzeugen. Zum ersten Mal wird ein APP21 transgenen Ratte, die ein mutiertes humanes APP-Gen in seiner DNA inkorporiert hat wurde verwendet, ein geeignetes Modell von AD zu erreichen. Die Mutationen sind der schwedische Doppel Missense und einzelne Missense – Mutationen Indiana, die beide in familiäre Formen der AD 4,8,12 in Verbindung gebracht. In Abwesenheit eines zusätzlichen Beleidigung, diese Rattenmodell Alter ohne die charakteristischen Aß – Plaques oder neurofibrillären Tangles Entwicklung 12. Daher wird in dem Bestreben AD-ähnliche Verhaltens Pathologie zu induzieren, ein kleiner Hub in die rechte Striatum 9 eingeführt , die kleinen subkortikalen Hübe häufig in Demenz – Patienten nachzuahmen. Der Hub in der APP21 transgenen rat verkörpert die co-morbiden Zustand und ermöglicht Untersuchung von verschiedenen Arten von Verhaltensänderungen in beiden Krankheitszuständen in Verbindung gebracht. Insbesondere ist diese Induktion von AD-ähnliche Pathologie und kognitive Defizite in der erwachsenen Ratte ermöglicht es uns, die frühesten molekularen und kognitiven Veränderungen vorangehenden AD untersuchen.
Da das Ziel, die ersten Anzeichen von Verhaltensänderungen zu bestimmen, und da sowohl Schlaganfall und AD sehr deutliche Verhaltens Pathologien haben, wenn die komorbiden Modell studieren, benötigen Verhalten Aufgaben eine Vielzahl von Verhaltens Phänotypen zu bewerten. Es gibt eine Batterie von relativ empfindlichen Tests, die getan werden kann, motorische und kognitive Verhalten in Nagetiermodellen zu analysieren, die eine Vielzahl von Paradigmen und Geräte beinhalten. Um speziell forelimb und hindlimb Motorik, der Zylinder Aufgabe und Strahl zu Fuß Aufgabe wurden analysieren umgesetzt motorische Defizite erkennen und Fortbewegung in diesem Modell zu überwachen. Andere sensible Aufgaben entwickelt, um speziell zu bewerten Fein forelimb Motorik (dh die Treppe Aufgabe und einzelne Pellet Erreichen Aufgabe) erfordern Nahrungsentzug 11,13,14. Um eine der bekannten Wirkungen von Nahrungsentzug auf Krankheit Pathologien 15,16,17, vermeiden haben diese Tests wurden für diese Studie als ungeeignet. Der Zylinder Aufgabe beurteilt die spontane Nutzung der forelimbs Ratte in einer neuen Umgebung während der Aufzucht und kann mit einseitigen Hub 10,18 Asymmetrie zwischen forelimbs bei Ratten erkennen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Aufgabe besteht darin , dass die Vorrichtung für andere Aufgaben Verhalten wie die Porsolt gezwungen swim Aufgabe 19 verwendet werden. Im Gegensatz kann der Strahl-walk Aufgabe der Zylinder Aufgabe, auch die Analyse von hindlimb und forelimb Motorsteuerung, zusätzlich 10,14 bis locmotion. Beam-Walking enthält eine Bewegungskomponente, eine Balance Komponente und qualifizierte Fußplazierung. Beide Tests sind kostengünstig, unkompliziert und zeiteffizient und erläutern die Auswirkungen des Schlaganfalls und AD auf d ifferences in Extremität Funktion.
Abgesehen von Veränderungen in der Motorfunktion beinhaltet AD Gedächtnisdefiziten, die in frühen Stadien der Krankheitsfortschritt darstellen kann. Als AD-ähnliche Erkrankungen in einem Nagetiermodell Adressierung, ist es entscheidend , dass Hippocampus – abhängigen Lernen und Gedächtnis zu beurteilen, da der Hippocampus weitgehend in AD 2 betroffen eine wichtige Gehirnstruktur ist. Der Hippocampus ist eine wesentliche Gehirnregion für räumliches Lernen und Gedächtnis und seine Funktion können verschiedene Labyrinth Paradigmen bei Nagern getestet werden. Eine der meist verbreiteten Labyrinth Aufgaben für Nagetiermodellen verschiedener Krankheiten ist der Morris – Wasserlabyrinth 20. Der Morris-Wasserlabyrinth nutzt räumliche Hinweise, die Ratte zu unterstützen, in eine stationäre versteckte Plattform Ortung und testet räumlichen Referenzspeicher, wenn die Plattform entfernt wird. Ein wertvoller Vorteil des Wasserlabyrinth ist jedoch, dass sie sehr anpassungsfähig ist abhängig von der vorgeschlagenen Forschungsfrage 20.
Zelt "> Zum ersten Mal können die beschriebenen Techniken verwendet wurden, motorische und kognitive Funktion in einem neuartigen komorbiden Rattenmodell für Schlaganfall und AD zu beurteilen. wurde kleine Striche in einem APP21 transgenen Rattenmodell. Co-Morbidität erreicht Beteiligung durch Induktion Vasokonstriktion der Blutgefäße im Striatum einen kleinen Schlaganfall in APP21 transgenen Ratten zu erzeugen. Diese Hubmodell als Co-morbiden Zustand in einer alternativen Rattenmodell von AD 11. Fortschritt in diesem Roman APP21 transgenen Rattenmodell war gut etabliert bestimmt wurde produzieren können (Parkinson-Krankheit dh) ein translational wertvolles Modell. Während die Verhaltens beschriebenen Aufgaben werden mit einem komorbiden Schlaganfall und AD Rattenmodell, diese Aufgaben weiter zu anderen Modellen von Schlaganfall oder Modelle von anderen neurologischen Erkrankungen angewendet werden. die allgemeine Methodik wird auf diese anderen Krankheitszuständen beschrieben breit anwendbar sein, aber das Verhalten Fristen und Paradigmen können Veränderungen auf der Grundlage der vorgeschlagenen res erfordernearch Frage und Modell. Neben anpassungsfähig zu sein, sind die beschriebenen Aufgaben wirksam in minor Defizite zeigen, aber auch kosten- und zeiteffizient ist.Protocol
Representative Results
Discussion
Die Kombination von Schlaganfall und Alzheimer-Krankheit führt zu sehr deutliche Verhaltens Pathologien, die sowohl motorische und kognitive Funktion in Abhängigkeit von der Schwere der jeweiligen Zustand beeinflussen können. Somit ist es notwendig, die Verwendung einer Vielzahl von Verhaltens Aufgaben zu machen, die einzelnen Beiträge dieser Bedingungen zu bestimmen, sowie einen Einblick in die kombinierten und potentiell interaktive Effekte in der co-morbiden Zustand geben. Die präsentierten Daten zeigen drei kos…
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 |
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