En opptreden testbatteri for gjentatte vurdering av motoriske ferdigheter, humør og kognisjon i mus
Summary
En omfattende atferdsmessige testbatteri av motoriske ferdigheter, humør, inkludert sosialt samspill, depresjon og angst- og kognisjon er designet for gjentatte vurdering av neurodegeneration-relaterte atferdsendringer i mus.
Abstract
Farmakologiske og toksikologiske studier i neurodegeneration krever omfattende atferdsanalyse i mus fordi motor dysfunksjoner og dysfunksjoner i humør og kognisjon er vanlig og ofte delt symptomer i nevrodegenerative sykdommer. Vist her er en opptreden testbatteri for motor, humør og erkjennelse, som gjentatte ganger kan testes i en langtidsstudie. Dette batteriet vurderer total opptreden fenotypen i mus ved å undersøke hvert domene atferd med minst to uavhengige godt akseptert tester (dvs. Åpne-feltet testen og rotarod test for funksjon, sosial interaksjon test, opphøyet pluss labyrint test, og tvunget svømme test for emosjonelle funksjon, og Morris vann labyrint test og romanen objektet anerkjennelse test for kognitiv funksjon). Derfor er denne sensitive og omfattende testbatteri et kraftig verktøy for studiet av atferdsmessige veksling i neurodegeneration.
Introduction
Nevrodegenerative sykdommer kjennetegnet ødeleggende atferdsmessige symptomer, inkludert kognitiv svekkelse, humør dysfunksjoner som angst og depresjon eller motor dysfunksjon1. Patogenesen av ulike typer nevrodegenerative sykdommer er uklart2. Akkumulative studier indikerer at genetiske og miljømessige faktorer kan både bidra til patogenesen av nevrodegenerative sykdommer. Identifisere risikofaktor for neurodegeneration krever atferdsanalyse. Selv om hver nevrodegenerative sykdommer har sin signatur atferdsmessige symptom (f.eks Alzheimers sykdom [AD] er kjennetegnet med kognitiv svekkelse og Parkinsons sykdom [PD] med motor dysfunksjon). Med utviklingen av sykdommen manifestere pasienter lidelser av ulike atferdsmessige abnormiteter3. For eksempel viser Annonsen pasienter symptomer av humør dysfunksjon i avansert stadium4,5. PD pasienter kan fremgang i PD-relaterte demens og utvikle kognitiv svekkelse6. Basert på disse funksjonene, er atferdsanalyse neurodegeneration modeller vanligvis omfattende og gjentatt.
For å oppnå dette målet, ble et batteri som inneholder klassiske og brukte atferdsmessige tester med utmerket holdbarhet utviklet for atferdsdata analyser i motoren, humør og erkjennelse. Funksjonen motor kan testes ved den åpne-felt testen7,8 og akselererende rotarod test. Humør dysfunction, inkludert sosiale dysfunksjon, depresjon og angst, er mest sett i nevrodegenerative sykdommer5. Derfor inneholder dette batteriet en sosial interaksjon test for omgjengelighet9, forhøyet pluss labyrint test for angst10og tvunget svømme testen for depresjon11. Kognitiv svekkelse er en av de mest karakteristiske symptomene i nevrodegenerative sykdommer som Annonsen og frontotemporal lobar demens12. Kognitiv domener, inkludert kortsiktige minne og episodisk hukommelse, er utsatt for neurodegeneration13,14,15. Derfor er Morris vann labyrint testen for romlig læring og hukommelse16 og romanen objektet anerkjennelse test for kortsiktige minne17 inkludert i batteriet. Disse testene er kompatible med hverandre. Rekkefølgen av testene ble utformet å maksimere habituering og å minimalisere interferens, å ytterligere øke kompatibiliteten i batteriet. Siden hver funksjon er testet av minst to uavhengige tester som er forskjellige i prinsippet og metode, kan resultatene av hver test valideres ytterligere. Videre er protokoller av noen tester markert for gjentatte tester, tilrettelegge langtidsstudie utviklingen av nevrodegenerative sykdommer. Derfor studerer denne virkemåten testbatteri ulike underdomener av atferdsendringer sett i ulike stadier av neurodegeneration mens koste minimalt antall dyr. Dette batteriet er brukt i en langtidsstudie som evalueres atferdsendringer i unge voksne (3 måneder gammel) mannlige C57BL/6N mus etter åndedretts eksponering for silica nanopartikler, en sannhet med modifikasjoner som er en mulig risikofaktor for neurodegeneration18. Men oppføre andre stammer eller modeller, som alderen mus og genetisk manipulerte mus, seg annerledes enn unge C57BL/6N mus. Derfor kan forsiktig være nødvendig når du bruker batteriet i disse musene.
Protocol
Representative Results
Discussion
Atferdsanalyse mus er avgjørende for neurodegeneration forskning. Mens kognitiv funksjon er ofte mest utsatt domenet atferd påvirkes i nevrodegenerative sykdommer, er humør dysfunksjon, som depresjon og angst, ofte komorbide. Videre påvirker funksjon ofte tolkning av resultatene i noen tester som roman objektet anerkjennelse test, forhøyet pluss labyrint test og sosial interaksjon testen. Basert på disse tankene, kreves en omfattende atferdsmessige testbatteri for en total og nøyaktig vurdering av atferd.
<p c…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Dr. Cora SW Lai fra skolen av biomedisinsk vitenskapene, University of Hong Kong, for utlån av opphøyet pluss labyrint test, og avdeling i anestesiologi fra Universitetet i Hongkong for utlån rotarod test apparater.
Materials
| chambers in social interaction test | home made | (8 cm (L) x 6 cm (W) x 12 cm (H)), transparant with holes, plastic | |
| cylindrical tanks used in forced swimming test | home made | 30 cm height, 20 cm diameters, glass | |
| elevated plus maze | home made | open arms (30 x 5 x 0.5 cm) ,closed arms (30 x 5 x 16 cm), center platform (5 x 5 x 0.5 cm), 40 cm tall. Plastic, nontransparant | |
| IITC Roto-Rod Apparatus | IITC life science Inc. | 755, series 8 | |
| open field arena | home made | 60 cm (L) x 60 cm (W) x 40 cm (H), plastic, nontransparant | |
| water maze | home made | 120 cm in diameter, 60 cm deep, steel |
References
- Baquero, M., Martin, N. Depressive symptoms in neurodegenerative diseases. World Journal of Clinical Cases. 3 (8), 682-693 (2015).
- Brown, R. C., Lockwood, A. H., Sonawane, B. R. Neurodegenerative Diseases: An Overview of Environmental Risk Factors. Environmental Health Perspectives. 113 (9), 1250-1256 (2005).
- Bossy-Wetzel, E., Schwarzenbacher, R., Lipton, S. A. Molecular pathways to neurodegeneration. Nature Medicine. 10, S2-S9 (2004).
- Cummings, J. L., Diaz, C., Levy, M., Binetti, G., Litvan, I. I. Neuropsychiatric Syndromes in Neurodegenerative Disease: Frequency and Signficance. Seminars in Clinical Neuropsychiatry. 1 (4), 241-247 (1996).
- Levenson, R. W., Sturm, V. E., Haase, C. M. Emotional and behavioral symptoms in neurodegenerative disease: a model for studying the neural bases of psychopathology. Annual Review of Clinical Psychology. 10, 581-606 (2014).
- Kehagia, A. A., Barker, R. A., Robbins, T. W. Neuropsychological and clinical heterogeneity of cognitive impairment and dementia in patients with Parkinson’s disease. Lancet Neurology. 9 (12), 1200-1213 (2010).
- Gould, T. D., Dao, D. T., Kovacsics, C. E., Gould, T. D. The Open Field Test. Mood and Anxiety Related Phenotypes in Mice. , 1-20 (2009).
- Seibenhener, M. L., Wooten, M. C. Use of the Open Field Maze to measure locomotor and anxiety-like behavior in mice. Journal of Visualized Experiments. (96), e52434 (2015).
- Kaidanovich-Beilin, O., Lipina, T., Vukobradovic, I., Roder, J., Woodgett, J. R. Assessment of social interaction behaviors. Journal of Visualized Experiments. (48), e2473 (2011).
- Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nature Protocols. 2 (2), 322-328 (2007).
- Can, A., et al. The mouse forced swim test. Journal of Visualized Experiments. (59), e3638 (2012).
- Veerappan, C. S., Sleiman, S., Coppola, G. Epigenetics of Alzheimer’s disease and frontotemporal dementia. Neurotherapeutics. 10 (4), 709-721 (2013).
- Kirova, A. M., Bays, R. B., Lagalwar, S. Working memory and executive function decline across normal aging, mild cognitive impairment, and Alzheimer’s disease. Biomed Research International. 2015, 748212 (2015).
- Draganski, B., Lutti, A., Kherif, F. Impact of brain aging and neurodegeneration on cognition: evidence from MRI. Current Opinion in Neurology. 26 (6), 640-645 (2013).
- Schliebs, R., Arendt, T. The cholinergic system in aging and neuronal degeneration. Behavioural Brain Research. 221 (2), 555-563 (2011).
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nature Protocols. 1 (2), 848-858 (2006).
- Leger, M., et al. Object recognition test in mice. Nature Protocols. 8 (12), 2531-2537 (2013).
- You, R., et al. Silica nanoparticles induce neurodegeneration-like changes in behavior, neuropathology, and affect synapse through MAPK activation. Particle and Fibre Toxicology. 15 (1), 28 (2018).
- Housing Deacon, R. M. husbandry and handling of rodents for behavioral experiments. Nature Protocols. 1 (2), 936-946 (2006).
- Poon, D. C., et al. PKR deficiency alters E. coli-induced sickness behaviors but does not exacerbate neuroimmune responses or bacterial load. Journal of Neuroinflammation. 12, 212 (2015).
- O’Leary, T. P., Gunn, R. K., Brown, R. E. What are we measuring when we test strain differences in anxiety in mice?. Behavior Genetics. 43 (1), 34-50 (2013).
- Can, A., et al. The tail suspension test. Journal of Visualized Experiments. (59), e3769 (2012).
- Angoa-Perez, M., et al. Mice genetically depleted of brain serotonin do not display a depression-like behavioral phenotype. ACS Chemical Neuroscience. 5 (10), 908-919 (2014).
- Blazquez, G., Canete, T., Tobena, A., Gimenez-Llort, L., Fernandez-Teruel, A. Cognitive and emotional profiles of aged Alzheimer’s disease (3xTgAD) mice: effects of environmental enrichment and sexual dimorphism. Behavioural Brain Research. 268, 185-201 (2014).
- Gimenez-Llort, L., et al. Modeling behavioral and neuronal symptoms of Alzheimer’s disease in mice: a role for intraneuronal amyloid. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 31 (1), 125-147 (2007).
- Lad, H. V., et al. Behavioural battery testing: evaluation and behavioural outcomes in 8 inbred mouse strains. Physiology & Behavior. 99 (3), 301-316 (2010).
- Powell, T. R., Fernandes, C., Schalkwyk, L. C. Depression-Related Behavioral Tests. Current Protocols in Mouse Biology. 2 (2), 119-127 (2012).
- Paylor, R., Spencer, C. M., Yuva-Paylor, L. A., Pieke-Dahl, S. The use of behavioral test batteries, II: effect of test interval. Physiology & Behavior. 87 (1), 95-102 (2006).
- Lee, K. M., Coehlo, M., McGregor, H. A., Waltermire, R. S., Szumlinski, K. K. Binge alcohol drinking elicits persistent negative affect in mice. Behavioural Brain Research. 291, 385-398 (2015).
- Shiotsuki, H., et al. A rotarod test for evaluation of motor skill learning. Journal of Neuroscience Methods. 189 (2), 180-185 (2010).
