نموذج الماوس إشعال الناجمة عن بينتيلينيتيترازولي
Summary
توضح هذه المقالة طريقة لإشعال المواد الكيميائية مع بينتيلينيتيترازولي هذا البروتوكول ويقدم نموذجا ماوس من الصرع. يمكن أيضا استخدام هذا البروتوكول للتحقيق في التعرض للاستيلاء على الاستقراء والمرضية بعد نوبات الصرع في الفئران.
Abstract
بينتيلينيتيترازولي (بتز) خصم مستقبلات GABA A. حقن داخل من بتز في حيوان يدفع مصادرة حادة، شديدة بجرعة عالية، بينما استخدمت حقن متسلسلة من جرعة سوبكونفولسيفي لتطوير مادة كيميائية إشعال، نموذج لصرع. يدفع حقن جرعة منخفضة وحيدة من بتز نوبة خفيفة دون تشنج. بيد المتكررة حقن جرعة منخفضة من بتز انخفاض عتبة تثير نوبة التشنجية. أخيرا، الحث المستمر الإدارة جرعة منخفضة من بتز الاستيلاء منشط بهلوانية شديدة. هذا الأسلوب بسيطة وقابلة للتطبيق على نطاق واسع للتحقيق في الفسيولوجيا المرضية للصرع، الذي يعرف بأنه أمراض مزمنة التي تتضمن نوبات متكررة. هذه المادة الكيميائية إشعال البروتوكول تسبب النوبات المتكررة في الحيوانات. مع هذا الأسلوب، قدرت التأثر بوساطة بتز المضبوطات أو درجة تفاقم نوبات الصرع. وأدت هذه المزايا لاستخدام هذا الأسلوب لفحص العقاقير المضادة للصرع والجينات المتعلقة بالصرع. وبالإضافة إلى ذلك، استخدمت هذا الأسلوب للتحقيق في الأضرار العصبية بعد نوبات الصرع لأن تظهر أيضا التغييرات النسيجي لوحظت في أدمغة مرضى الصرع في أدمغة الحيوانات اوقدت الكيميائية. وهكذا، هذا البروتوكول مفيد لسهولة إنتاج نماذج حيوانية للصرع.
Introduction
الصرع هو اضطراب عصبي مزمنة التي تتسم بالنوبات المتكررة، ويؤثر على ما يقرب من 1 في المائة شعب. لا يمكن توضيح الآليات الكامنة من جيل ابيليبتوجينيسيس وضبطها في مرضى الصرع تماما في الدراسات السريرية. ولذلك، مطلوب نموذج حيوان مناسب لدراسة الصرع1.
وقد استخدمت مجموعة متنوعة من نماذج حيوانية للصرع للتحقيق في علم وظائف الأعضاء الصرع وتحديد العقاقير المضادة للصرع2،3. بين هذه النماذج، تحريض الاستيلاء الدوائي طريقة شائعة تستخدم لتوليد نموذج حيوان للتحقيق في علم الأمراض الصرع4. هذا الأسلوب غير مكلفة وبسيطة. قطب كهربائي بوساطة إشعال أيضا طريقة شائعة استخدام، ولكن تكاليف هذا الإجراء أعلى، والأسلوب يتطلب المهارات الكهربائية والعمليات الجراحية للحث على مضبوطات المتكررة5.
التعريفي الدوائية مفيد أيضا لأنه يتم التحكم في توقيت وعدد المضبوطات بسهولة. كما تستخدم نماذج الماوس الوراثية التي يحمل مضبوطات عفوية في الدراسة للصرع. ومع ذلك، قد يكون التنبؤ متى وكيف في كثير من الأحيان المضبوطات تنشأ في هذه النماذج الوراثية المستحيل6. مطلوب نظام رصد مراقبة سلوك الفئران المعدلة وراثيا6الصرع.
حمض كينك وبيلوكاربيني وبينتيلينيتيترازولي (بتز) تستخدم على نطاق واسع كالمخدرات الذي يحفز الاستيلاء على7. حمض كينك مؤثر على مستقبلات الغلوتامات، و pilocarpine ينشط مستقبلات اتروبين. بتز حمض غاما أمينوبوتيريك (GABA)-خصم مستقبلات8. يمنع بتز وظيفة الاشتباكات العصبية المثبطة، مما يؤدي إلى زيادة نشاط الخلايا العصبية. هذه اللائحة يسبب النوبات المعممة في الحيوانات9. حقنه واحدة من حمض كينك وبيلوكاربيني يمكن أن يستحث مضبوطات الحادة، لا سيما مركز epilepticus (جنوب شرق)10،11 وكينك حمض-أو بيلوكاربيني-بوساطة سراج الدين يعزز مضبوطات عفوية والمتكررة المزمنة12 , 13-بينت تسجيلات اليكترونسيفالوجرافيك (EEG) وتحليل السلوك الالتزام بعفوية النوبات المتكررة بعد12،حقنه واحدة13شهر. حقنه واحدة لجرعة التشنجية من بتز يستحث أيضا الاستيلاء على حدة. ومع ذلك، المضبوطات عفوية المزمنة بعد حقنه واحدة من بتز صعبة لتعزيز. الإدارة المزمن من بتز مطلوب للحث على مضبوطات المتكررة14. في أي من الطريقتين، يتم توليد النوبات المتكررة قادرة على حمل علم أمراض أكثر مشابهة للصرع البشرية من جيل مضبوطات الحادة. في حالة بتز، يستحضر كل حقن من الاستيلاء، ويصبح أشد شدة الاستيلاء بطريقة تدريجية مع كل حقن. وأخيراً، يدفع حقنه بتز جرعة منخفضة وحيدة الاستيلاء منشط بهلوانية شديدة. في هذه المرحلة، يستحضر كل حقن مضبوطات الحادة. وباﻹضافة إلى ذلك، الكمون الاستيلاء والمدة أيضا تغيير على مدى الحقن. زمن الوصول للاستيلاء على منشط غالباً ما يصبح أقصر في المرحلة الأخيرة من إشعال15. وعلاوة على ذلك، تفاقم الاستيلاء يرافقه مدة حجز مطول16. التحقيق الآلية الجزيئية تنظيم شدة الاستيلاء، الكمون، ومدة مفيد لفحص العقاقير المضادة للصرع17،،من1819.
المضبوطات هي عادة الناجمة عن إدارة منهجية واحدة من بتز، والانتعاش سريع جداً، في غضون 30 دقيقة4،5. وهكذا، عدد المضبوطات يمكن التحكم أكثر في نموذج إشعال بتز. بيد أن رصد EEG أوضحت أن المسامير المعمم قد يعتبر ما يصل إلى 12 ساعة بعد وساطة بتز مصادرة20. ولذلك، ينبغي أن تظل الحيوانات يفضل أن يكون ذلك تحت المراقبة 24 ساعة بعد الاستيلاء على رمعيه أو منشط21 لتحليل أكثر دقة آليات إشعال.
إدارة العقاقير المضادة للصرع، مثل اثوسوكسيميدي، فالبرويت، الفينوباربيتال، فيجاباترين وريتيجابيني3، قبل أو بعد حقن بتز يخفف من تفاقم الاستيلاء على شدة3،22، 23. وبالمثل، أظهرت الفئران خروج المغلوب أن نقص الجينات متورطة في تفاقم مصادرة، مثل مصفوفة أية-924، 22 صندوق الأجيال القادمة25 ونيوريتين26، يحمل الاستيلاء على انخفاض حدة عقب حقنات متعددة بتز. وباﻹضافة إلى ذلك، مراقبة تغييرات نسيجية بعد نوبات الصرع ممكن مع هذا الأسلوب. في المرضى الذين يعانون من الصرع الفص الصدغي، هناك نموذجي تغييرات نسيجية في الدماغ، مثل الألياف المطحلب تنتشر الخلايا العصبية، أستروجليوسيس3027،28، الحبيبية الشاذ العصبية الهجرة29 الوفاة في قرن آمون31،32والتصلب هيبوكامبال33. ولوحظت تغييرات مماثلة في الحيوانات النموذجية الصرع. بين الأساليب المتاحة، تأجيج الكيميائية بتز بوساطة طريقة جيدة واستنساخه وغير مكلفة لإنتاج نموذج حيوان من الصرع. في طراز SE بيلوكاربيني بوساطة، الاستيلاء على التحكم صعب ويموت العديد من الفئران أو تفشل في وضع سراج الدين34. وفي المقابل، الوفيات وشدة الاستيلاء أكثر السيطرة عليها في نموذج بتز. بالإضافة إلى ذلك، بتز أقل تكلفة من حمض كينك، والمهارات في مجال جراحة الدماغ الماوس غير مطلوبة لإدارة المخدرات.
Protocol
Representative Results
Discussion
نقدم هنا، بروتوكول متاحة على نطاق واسع لإنشاء نموذج الحيوان الدوائي للصرع. بوساطة بتز إشعال الكيميائية لها تاريخ طويل وهو نموذج مقبولة عموما لدراسة باثولوجيا التشريح المرضى والخلوي للصرع41. نموذج إشعال الكيميائية من الصرع وقد استعرضت سابقا سوزداك ويانسن، 199542. ا?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيده هذا العمل جزئيا أرقام المنح JSPS كاكينهي 24700349، 24659093، 25293239، JP18H02536، و 17 ك 07086، أرقام المنح يأمرون كاكينهي 25110737 و 23110525، JP18ek0109311 عدد المنح أوسطي، ومؤسسة البحوث الطبية سينشين واليابان مؤسسة أبحاث الصرع.
Materials
| Pentylenetetrazole | Sigma-Aldrich | P6500 | |
| Sodium chloride | MANAC | 7647-14-5 | |
| Mouse | CLEA Japan | C57Bl/6NJcl, postnatal 8 week, male | |
| Syringe (1mL) | Terumo | SS-01T | |
| Needle(27G x 3/4") (0.40 x 19 mm) | Terumo | NN-2719S | |
| Weighing scale | Mettler | PE2000 | This item is a discontinued product. Almost equivalent to FX-2000i with FXi-12-JA from A&D company. |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| Sodium hydroxide | nacalai tesque | 31511-05 | |
| Peristatic pump | ATTO | SJ1211 | |
| Sucrose | nacalai tesque | 30404-45 | |
| Microtome | Yamato | REM-700 | This item is a discontinued product. Almost equivalent to REM-710 |
| Microtome blade | Feather | S35 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X-100 | |
| anti-synaptoporin antibody | Synaptic systems | 102 002 | |
| anti-ZnT3 antibody | Synaptic systems | 197 002 | |
| anti-doublecortin | Santa Cruz | sc-8066 | This item is a discontinued product. We did not test equivalent product (sc-271390). |
| Contextual fear discrimination test apparatus | O'hara | ||
| Three chamber test apparatus | Muromachi |
Referenzen
- Löscher, W., Brandt, C. Prevention or Modification of Epileptogenesis after Brain Insults: Experimental Approaches and Translational Research. Pharmacological Reviews. 62 (4), 668-700 (2010).
- Loscher, W. Animal Models of Seizures and Epilepsy: Past, Present, and Future Role for the Discovery of Antiseizure Drugs. Neurochem Res. , (2017).
- Löscher, W. Critical review of current animal models of seizures and epilepsy used in the discovery and development of new antiepileptic drugs. Seizure. 20 (5), 359-368 (2011).
- Kandratavicius, L., et al. Animal models of epilepsy: use and limitations. Neuropsychiatr Dis Treat. 10, 1693-1705 (2014).
- Pitkänen, A., Schwartzkroin, P. A., Moshé, S. L. . Models of Seizures and Epilepsy. , xvii (2006).
- Yang, Y., Frankel, W. N. Genetic approaches to studying mouse models of human seizure disorders. Adv Exp Med Biol. 548, 1-11 (2004).
- Leite, J. P., Garcia-Cairasco, N., Cavalheiro, E. A. New insights from the use of pilocarpine and kainate models. Epilepsy Res. 50 (1-2), 93-103 (2002).
- Squires, R. F., Saederup, E., Crawley, J. N., Skolnick, P., Paul, S. M. Convulsant potencies of tetrazoles are highly correlated with actions on GABA/benzodiazepine/picrotoxin receptor complexes in brain. Life Sci. 35 (14), 1439-1444 (1984).
- Tourov, A., et al. Spike morphology in PTZ-induced generalized and cobalt-induced partial experimental epilepsy. Funct Neurol. 11 (5), 237-245 (1996).
- Furtado Mde, A., Braga, G. K., Oliveira, J. A., Del Vecchio, F., Garcia-Cairasco, N. Behavioral, morphologic, and electroencephalographic evaluation of seizures induced by intrahippocampal microinjection of pilocarpine. Epilepsia. 43, 37-39 (2002).
- Hosford, D. A. Animal models of nonconvulsive status epilepticus. J Clin Neurophysiol. 16 (4), 306-313 (1999).
- Medina-Ceja, L., Pardo-Pena, K., Ventura-Mejia, C. Evaluation of behavioral parameters and mortality in a model of temporal lobe epilepsy induced by intracerebroventricular pilocarpine administration. Neuroreport. , (2014).
- Bragin, A., Azizyan, A., Almajano, J., Wilson, C. L., Engel, J. Analysis of chronic seizure onsets after intrahippocampal kainic acid injection in freely moving rats. Epilepsia. 46 (10), 1592-1598 (2005).
- Schmidt, J. Changes in seizure susceptibility in rats following chronic administration of pentylenetetrazol. Biomed Biochim Acta. 46 (4), 267-270 (1987).
- Angelatou, F., Pagonopoulou, O., Kostopoulos, G. Changes in seizure latency correlate with alterations in A1 adenosine receptor binding during daily repeated pentylentetrazol-induced convulsions in different mouse brain areas. Neuroscience Letters. 132 (2), 203-206 (1991).
- Löscher, W. Animal models of epilepsy for the development of antiepileptogenic and disease-modifying drugs. A comparison of the pharmacology of kindling and post-status epilepticus models of temporal lobe epilepsy. Epilepsy Research. 50 (1), 105-123 (2002).
- Ilhan, A., Iraz, M., Kamisli, S., Yigitoglu, R. Pentylenetetrazol-induced kindling seizure attenuated by Ginkgo biloba extract (EGb 761) in mice. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 30 (8), 1504-1510 (2006).
- Emami, S., Kebriaeezadeh, A., Ahangar, N., Khorasani, R. Imidazolylchromanone oxime ethers as potential anticonvulsant agents: Anticonvulsive evaluation in PTZ-kindling model of epilepsy and SAR study. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 21 (2), 655-659 (2011).
- Klitgaard, H. Levetiracetam: The Preclinical Profile of a New Class of Antiepileptic Drugs?. Epilepsia. 42, 13-18 (2001).
- Kellinghaus, C., et al. Dissociation between in vitro and in vivo epileptogenicity in a rat model of cortical dysplasia. Epileptic Disord. 9 (1), 11-19 (2007).
- Koutroumanidou, E., et al. Increased seizure latency and decreased severity of pentylenetetrazol-induced seizures in mice after essential oil administration. Epilepsy Res Treat. 2013, 532657 (2013).
- Krall, R. L., Penry, J. K., White, B. G., Kupferberg, H. J., Swinyard, E. A. Antiepileptic drug development: II. Anticonvulsant drug screening. Epilepsia. 19 (4), 409-428 (1978).
- White, H. S. Preclinical development of antiepileptic drugs: past, present, and future directions. Epilepsia. 44, 2-8 (2003).
- Mizoguchi, H., et al. Matrix metalloproteinase-9 contributes to kindled seizure development in pentylenetetrazole-treated mice by converting pro-BDNF to mature BDNF in the hippocampus. J Neurosci. 31 (36), 12963-12971 (2011).
- Lee, C. H., Umemori, H. Suppression of epileptogenesis-associated changes in response to seizures in FGF22-deficient mice. Front Cell Neurosci. 7, 43 (2013).
- Shimada, T., Yoshida, T., Yamagata, K. Neuritin Mediates Activity-Dependent Axonal Branch Formation in Part via FGF Signaling. J Neurosci. 36 (16), 4534-4548 (2016).
- Parent, J. M., et al. Dentate granule cell neurogenesis is increased by seizures and contributes to aberrant network reorganization in the adult rat hippocampus. J Neurosci. 17 (10), 3727-3738 (1997).
- Sutula, T., He, X. X., Cavazos, J., Scott, G. Synaptic reorganization in the hippocampus induced by abnormal functional activity. Science. 239 (4844), 1147-1150 (1988).
- Parent, J. M., Elliott, R. C., Pleasure, S. J., Barbaro, N. M., Lowenstein, D. H. Aberrant seizure-induced neurogenesis in experimental temporal lobe epilepsy. Ann Neurol. 59 (1), 81-91 (2006).
- Sofroniew, M. V. Molecular dissection of reactive astrogliosis and glial scar formation. Trends Neurosci. 32 (12), 638-647 (2009).
- Arzimanoglou, A., et al. Epilepsy and neuroprotection: an illustrated review. Epileptic Disord. 4 (3), 173-182 (2002).
- Represa, A., Niquet, J., Pollard, H., Ben-Ari, Y. Cell death, gliosis, and synaptic remodeling in the hippocampus of epileptic rats. Journal of Neurobiology. 26 (3), 413-425 (1995).
- Blumcke, I. Neuropathology of focal epilepsies: a critical review. Epilepsy Behav. 15 (1), 34-39 (2009).
- Buckmaster, P. S., Haney, M. M. Factors affecting outcomes of pilocarpine treatment in a mouse model of temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res. 102 (3), 153-159 (2012).
- Nokubo, M., et al. Age-dependent increase in the threshold for pentylenetetrazole induced maximal seizure in mice. Life Sci. 38 (22), 1999-2007 (1986).
- Ferraro, T. N., et al. Mapping Loci for Pentylenetetrazol-Induced Seizure Susceptibility in Mice. The Journal of Neuroscience. 19 (16), 6733-6739 (1999).
- Kosobud, A. E., Cross, S. J., Crabbe, J. C. Neural sensitivity to pentylenetetrazol convulsions in inbred and selectively bred mice. Brain Res. 592 (1-2), 122-128 (1992).
- Shimada, T., Takemiya, T., Sugiura, H., Yamagata, K. Role of Inflammatory Mediators in the Pathogenesis of Epilepsy. Mediators of Inflammation. 2014, 1-8 (2014).
- Itoh, K., et al. Magnetic resonance and biochemical studies during pentylenetetrazole-kindling development: the relationship between nitric oxide, neuronal nitric oxide synthase and seizures. Neurowissenschaften. 129 (3), 757-766 (2004).
- Racine, R. J. Modification of seizure activity by electrical stimulation. II. Motor seizure. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 32 (3), 281-294 (1972).
- Bialer, M., White, H. S. Key factors in the discovery and development of new antiepileptic drugs. Nat Rev Drug Discov. 9 (1), 68-82 (2010).
- Suzdak, P. D., Jansen, J. A. A review of the preclinical pharmacology of tiagabine: a potent and selective anticonvulsant GABA uptake inhibitor. Epilepsia. 36 (6), 612-626 (1995).
- Seyfried, T. N., Glaser, G. H. A review of mouse mutants as genetic models of epilepsy. Epilepsia. 26 (2), 143-150 (1985).
- Upton, N., Stratton, S. Recent developments from genetic mouse models of seizures. Current Opinion in Pharmacology. 3 (1), 19-26 (2003).
- Rao, M. S., Hattiangady, B., Reddy, D. S., Shetty, A. K. Hippocampal neurodegeneration, spontaneous seizures, and mossy fiber sprouting in the F344 rat model of temporal lobe epilepsy. J Neurosci Res. 83 (6), 1088-1105 (2006).
- Hellier, J. L., Patrylo, P. R., Buckmaster, P. S., Dudek, F. E. Recurrent spontaneous motor seizures after repeated low-dose systemic treatment with kainate: assessment of a rat model of temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res. 31 (1), 73-84 (1998).
- Turski, L., et al. Seizures produced by pilocarpine: neuropathological sequelae and activity of glutamate decarboxylase in the rat forebrain. Brain Res. 398 (1), 37-48 (1986).
- Itoh, K., Watanabe, M. Paradoxical facilitation of pentylenetetrazole-induced convulsion susceptibility in mice lacking neuronal nitric oxide synthase. Neurowissenschaften. 159 (2), 735-743 (2009).
- Deng, Y., Wang, M., Wang, W., Ma, C., He, N. Comparison and Effects of Acute Lamotrigine Treatment on Extracellular Excitatory Amino Acids in the Hippocampus of PTZ-Kindled Epileptic and PTZ-Induced Status Epilepticus Rats. Neurochemical Research. 38 (3), 504-511 (2013).
- Kupferberg, H. Animal models used in the screening of antiepileptic drugs. Epilepsia. 42, 7-12 (2001).
- Berg, A. T., Plioplys, S. Epilepsy and autism: is there a special relationship?. Epilepsy Behav. 23 (3), 193-198 (2012).
- Robinson, S. J. Childhood epilepsy and autism spectrum disorders: psychiatric problems, phenotypic expression, and anticonvulsants. Neuropsychol Rev. 22 (3), 271-279 (2012).
- Tuchman, R. Autism and Cognition Within Epilepsy: Social Matters. Epilepsy Curr. 15 (4), 202-205 (2015).
- Takechi, K., Suemaru, K., Kiyoi, T., Tanaka, A., Araki, H. The alpha4beta2 nicotinic acetylcholine receptor modulates autism-like behavioral and motor abnormalities in pentylenetetrazol-kindled mice. Eur J Pharmacol. 775, 57-66 (2016).
- Abdel-Zaher, A. O., Farghaly, H. S. M., Farrag, M. M. Y., Abdel-Rahman, M. S., Abdel-Wahab, B. A. A potential mechanism for the ameliorative effect of thymoquinone on pentylenetetrazole-induced kindling and cognitive impairments in mice. Biomed Pharmacother. 88, 553-561 (2017).
- Jia, F., et al. Effects of histamine H(3) antagonists and donepezil on learning and mnemonic deficits induced by pentylenetetrazol kindling in weanling mice. Neuropharmacology. 50 (3), 404-411 (2006).
- Pahuja, M., Mehla, J., Reeta, K. H., Tripathi, M., Gupta, Y. K. Effect of Anacyclus pyrethrum on pentylenetetrazole-induced kindling, spatial memory, oxidative stress and rho-kinase II expression in mice. Neurochem Res. 38 (3), 547-556 (2013).
