Lav-bekostning gange analyse for opptreden bestemmelse av fenotype av musen modeller av nevromuskulær sykdommen
Summary
Footprint analyse er en lav-bekostning alternativ å digitalisert gange analyse planer for forskning kvantifisere bevegelse unormalt inne mus. På grunn av sin hastighet, enkelhet, og langsgående potensial, er det ideelt for atferds bestemmelse av fenotype av musemodeller.
Abstract
Måling av dyr bevegelse er et felles atferds verktøy som brukes for å beskrive fenotype av en gitt sykdom, skade, eller medikament modell. Den rimelige metoden for gange analyse demonstrert her er en enkel, men effektiv måling av gange unormalt i murine modeller. Fotavtrykk analyseres ved å male en mus føtter med ikke-giftig vaskbar maling og la motivet til å gå gjennom en tunnel på et ark. Utformingen av testing tunnelen utnytter naturlig mus atferd og deres affinitet for små mørke steder. Skrittlengde, stride bredde, og tå spredning av hver mus er lett måles ved hjelp av en linjal og en blyant. Dette er en veletablert og pålitelig metode, og det genererer flere beregninger som er analoge til digitale systemer. Denne tilnærmingen er følsom nok til å oppdage endringer i skrittlengde tidlig i fenotype presentasjon, og på grunn av sin ikke-invasiv tilnærming, tillater det for testing av grupper på tvers av livet-span eller fenotypiske presentasjon.
Introduction
Bevegelse krever kompleks nevrologisk og muskel koordinering, og underskudd i et enkelt aspekt av motor trasé kan produsere Observer gange unormalt1,2. Gange analyse er et kritisk verktøy for forskere testing mus modeller fordi det gir målbare atferdsdata om hvordan en gitt sykdom, skade, eller narkotika virkninger et dyrs bevegelse3. Men digitalisert gange analyse krever kjøp av en tredemølle, et kamera, og tilhørende programvare, som kan være uoverkommelig dyrt for forskere. Gange analyse brukes ofte periodevis å spore langsgående endringer i motorisk funksjon, derfor kan det være vanskelig å rettferdiggjøre utgiftene hvis sporadisk brukt4. Selv om digitalisert analyser kan gi mer detaljerte gange beregninger enn enkle fotavtrykk analyse, disse mer komplekse tiltak er ikke alltid nødvendig eller relevant for karakterisering av en atferdsdata fenotype5.
Her presenterer vi en rimelig manuell fotavtrykk analysemetode som en rask og følsom alternativ til digitalisert gange analyseprogrammer6,7. Manuell fotavtrykk analyse er blitt demonstrert for å påvise betydelige gange forskjeller i en rekke murine sykdoms modeller4,7,8,9,10,11 ,12,13,14,15,16,17, og i minst ett tilfelle, denne rimelige metoden identifisert endringer i gange som ble ikke oppdaget av et felles digitalisert gange analyse program12. Den totale kostnaden av materialer er nominell, og det kan lett tilpasses andre gnager forskning modeller.
Mens det er mange forskjellige gange beregninger som data kan trekkes, den metoden vi beskriver fokuserer på tre spesifikke beregninger: skrittlengde, stride bredde (aka “sporbredde”), og tå spredt. Det er viktig å merke seg at parametrene som skal vurderes bør fastsettes på en modell-by-modell basis. Denne metoden for gange analyse er ikke utformet for å måle kognitiv funksjon, og det er ikke anbefalt for studier som krever komplekse biomekaniske målinger av gange16.
Vi presenterer atferdsdata fra en kohort av pre-og post-symptomatisk mus modellering X-knyttet spinal og Bulbar muskel atrofi (SBMA), en nevromuskulær sykdom preget av motoriske Nevron degenerasjon og muskel atrofi. Disse musene utvikler progressive underskudd i gange som sammenfaller med utbruddet av andre sykdoms-spesifikke fenotyper. Dette demonstrerer gyldigheten og spesifisitet av denne metoden, og bekrefter at det kan sikkert diskriminere mellom berørte og ikke-rammede dyr.
De eksperimentelle musene i denne studien var 2,5 (pre-symptomatisk) og 9-måneders gammel (post-symptomatisk) BAC fxAR121 transgene mus på en C57BL/6 bakgrunn (nexpt= 12). Denne modellen ble generert i laboratoriet vårt og har blitt fullt karakterisert som en kraftig musemodell av SBMA9. Ikke-transgene littermates ble brukt som kontroller (nCTRL= 8). SBMA er en sex-begrenset sykdom som fullt manifesterer i menn bare, så mannlige mus ble brukt utelukkende for denne studien. Under planleggingen stadier, må forskerne ta hensyn til National Institutes of Health ‘ s betraktninger av sex som en biologisk variabel for å bestemme gruppe størrelser og sammensetning18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bruke lave kostnader gange analysemetoden beskrevet ovenfor, viser vi vellykket identifisering av flere parametre for gange dysfunksjon på post-symptomatisk aldre i BAC fxAR121 musemodell av SBMA. Reduksjoner i skrittlengde er konsistent med tidligere SBMA studier av musemodeller og menneskelige pasienter9. Vi viser også for første gang at det er betydelige forskjeller i tå i bakben i symptomatisk SBMA-mus sammenlignet med ikke-transgene littermate kontroller. Interessant, nedgang inne bakben …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å takke A.M. for dyr identifisering assistanse. Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra US National Institutes of Health (R01 7 RF1 AG057264 til A.R.L.S. og C.J.C. og R01 NS100023 til S.a. S) og muskuløse dystrofi Association (Basic Research Grant til A.R.L.S., Development Grant til C.J.C.).
Materials
| Caliper | n/a | n/a | must have markings down to 0.1 mm |
| Craft Glue | E6000 | n/a | |
| Footprint Paint (Tempera Paint) | Artmind | n/a | must be non-toxic |
| Round Barrel Paintbrushes | Symply Simmons | n/a | 0.5 cm diameter |
| Ruler | n/a | n/a | must have markings down to millimeters |
| Scoring Paper (Watercolor Pads) | Canson | n/a | cut to size |
| Tunnel and Goal Chamber | Interstate Plastics | n/a | cut to size |
References
- Clarke, K. A., Still, J. Development and consistency of gait in the mouse. Physiology & Behavior. 73 (1-2), 159-164 (2001).
- Mendes, C. S., et al. Quantification of gait parameters in freely walking rodents. BMC Biology. 13, 50 (2015).
- Carter, R. J., Morton, J., Dunnett, S. B. Motor coordination and balance in rodents. Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
- Tillerson, J. L., Caudle, W. M., Reveron, M. E., Miller, G. W. Exercise induces behavioral recovery and attenuates neurochemical deficits in rodent models of Parkinson’s disease. Neuroscience. 119 (3), 899-911 (2003).
- Pallier, P. N., Drew, C. J., Morton, A. J. The detection and measurement of locomotor deficits in a transgenic mouse model of Huntington’s disease are task- and protocol-dependent: influence of non-motor factors on locomotor function. Brain Research Bulletin. 78 (6), 347-355 (2009).
- Sugimoto, H., Kawakami, K. Low-cost Protocol of Footprint Analysis and Hanging Box Test for Mice Applied the Chronic Restraint Stress. Journal of Visualized Experiments. (143), (2019).
- Carter, R. J., et al. Characterization of progressive motor deficits in mice transgenic for the human Huntington’s disease mutation. Journal of Neuroscience. 19 (8), 3248-3257 (1999).
- Barlow, C., et al. Atm-deficient mice: a paradigm of ataxia telangiectasia. Cell. 86 (1), 159-171 (1996).
- Cortes, C. J., et al. Muscle expression of mutant androgen receptor accounts for systemic and motor neuron disease phenotypes in spinal and bulbar muscular atrophy. Neuron. 82 (2), 295-307 (2014).
- D’Hooge, R., et al. Neuromotor alterations and cerebellar deficits in aged arylsulfatase A-deficient transgenic mice. Neuroscience Letters. 273 (2), 93-96 (1999).
- Fernagut, P. O., Diguet, E., Labattu, B., Tison, F. A simple method to measure stride length as an index of nigrostriatal dysfunction in mice. Journal of Neuroscience Methods. 113 (2), 123-130 (2002).
- Guillot, T. S., Asress, S. A., Richardson, J. R., Glass, J. D., Miller, G. W. Treadmill gait analysis does not detect motor deficits in animal models of Parkinson’s disease or amyotrophic lateral sclerosis. Journal of Motor Behavior. 40 (6), 568-577 (2008).
- Harper, S. Q., et al. RNA interference improves motor and neuropathological abnormalities in a Huntington’s disease mouse model. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (16), 5820-5825 (2005).
- Lin, C. H., et al. Neurological abnormalities in a knock-in mouse model of Huntington’s disease. Human Molecular Genetics. 10 (2), 137-144 (2001).
- Sopher, B. L., et al. Androgen receptor YAC transgenic mice recapitulate SBMA motor neuronopathy and implicate VEGF164 in the motor neuron degeneration. Neuron. 41 (5), 687-699 (2004).
- Tillerson, J. L., Caudle, W. M., Reveron, M. E., Miller, G. W. Detection of behavioral impairments correlated to neurochemical deficits in mice treated with moderate doses of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine. Experimental Neurology. 178 (1), 80-90 (2002).
- Wheeler, V. C., et al. Early phenotypes that presage late-onset neurodegenerative disease allow testing of modifiers in Hdh CAG knock-in mice. Human Molecular Genetics. 11 (6), 633-640 (2002).
- Clayton, J. A., Collins, F. S. Policy: NIH to balance sex in cell and animal studies. Nature. 509 (7500), 282-283 (2014).
- Maricelli, J. W., Lu, Q. L., Lin, D. C., Rodgers, B. D. Trendelenburg-Like Gait, Instability and Altered Step Patterns in a Mouse Model for Limb Girdle Muscular Dystrophy 2i. PLoS One. 11 (9), e0161984 (2016).
- Castelhano-Carlos, M. J., Sousa, N., Ohl, F., Baumans, V. Identification methods in newborn C57BL/6 mice: a developmental and behavioural evaluation. Lab Animals. 44 (2), 88-103 (2010).
- Lakes, E. H., Allen, K. D. Gait analysis methods for rodent models of arthritic disorders: reviews and recommendations. Osteoarthritis Cartilage. 24 (11), 1837-1849 (2016).
