Evaluatie van ruimtelijke geheugenvermindering in een muismodel van traumatische hersenletsel met behulp van een radiaal waterdierdool
Summary
Hier presenteren we een protocol voor een muisspecifieke test van cognitie die geen zwem nodig heeft. Deze test kan gebruikt worden om succesvol gecontroleerde corticale impact-geïnduceerde traumatische hersenletselmuizen te onderscheiden van sham-controles.
Abstract
Ondanks de recente toename van het gebruik van muismodellen in wetenschappelijk onderzoek, blijven de onderzoekers cognitieve taken die oorspronkelijk werden ontworpen en gevalideerd voor het gebruik van ratten, gebruiken. De röntgenproef van het radiale waterloop (RWT) van ruimtelijk geheugen (speciaal ontworpen voor muizen die geen zwemmen vereist) is eerder aangetoond om succesvol te onderscheiden tussen gecontroleerde corticale impact geïnduceerde TBI muizen en sham controles. Hier wordt een gedetailleerd protocol voor deze taak gepresenteerd. Het RWT-doolhof onderscheidt zich van de natuurlijke neiging van muizen om open gebieden te voorkomen ten behoeve van de kanten van een apparaat (thigmotaxis). De muren van het doolhof zijn bekleed met negen ontsnappingsgaten geplaatst boven de vloer van het apparaat, en muizen worden getraind om visuele aanwijzingen te gebruiken om het ontsnappingsgat dat uit het doolhof leidt te lokaliseren. Het doolhof is gevuld met een centimeter koud water, voldoende om te ontsnappen, maar niet diep genoeg om de muis te zwemmen. De acquisitieperiode duurt slechts vier trainingenDagen met een test van geheugenretentie op dag vijf en een langdurige geheugentest op dag 12. De resultaten die hier worden gerapporteerd suggereren dat het RWT labyrint een haalbaar alternatief is voor rat-valideerde, zwemgebaseerde cognitieve tests in de beoordeling van ruimtelijk Geheugentekorten in muismodellen van TBI.
Introduction
Geheugeneffecten behoren tot de meest voorkomende symptomen die door patiënten zijn gemeld bij traumatische hersenletsel (TBI) 1 , 2 . Een nauwkeurige identificatie en beoordeling van analoge geheugendefecten in diermodellen van TBI zijn daarom van essentieel belang voor ons begrip van deze voorwaarde en het beheer daarvan. Hier presenteren wij een protocol voor het testen van ruimtelijk geheugen in een muismodel van TBI met behulp van een Radial Water Tread (RWT) labyrint. Dit toestel werd eerder getoond om cognitieve tekorten in muismodellen van gecontroleerde corticale impact (CCI) geïnduceerde TBI 3 te beoordelen en is een mogelijk alternatief voor rat-validated, zwemgebaseerde testen van cognitie.
De groeiende diversiteit en beschikbaarheid van transgene muismodellen heeft geleid tot een recente toename van het gebruik van muizen boven ratten in wetenschappelijk onderzoek 4 . Ondanks deze verschuiving blijven onderzoekers vertrouwen op gedrag aEn cognitieve taken die oorspronkelijk werden ontworpen en gevalideerd voor ratgebruik. De meest voorkomende testen die momenteel worden gebruikt om cognitie in muizen te beoordelen, het Morris Water Maze (MWM) en het circulaire doolhof Barnes, werden speciaal ontworpen om te profiteren van instinct gedrag in ratten 5 , 6 . Gezien de genetische, neuroethologische en cognitieve verschillen die tussen deze twee soorten 4 bestaan , is het niet verrassend dat muizen consequent onderpresteren op deze taken 7 , 8 .
Soortafhankelijke verschillen in testvermogen zijn vooral van toepassing op zwemgebaseerde cognitieve tests, zoals de MWM. Terwijl zowel ratten als muizen zware zwemmers zijn, hebben onderzoekers verschillende muisstammen geïdentificeerd die opmerkelijk slecht presteren op zwemgebonden cognitieve taken 9 , 10 , </Sup> 11 , 12 , 13 . Zelfs bij wilde dieren, ratten meestal beter dan muizen 7 , 8 . Terwijl dit zou kunnen worden geïnterpreteerd als een soortspecifiek verschil in ruimtelijk geheugen, bleken analoge follow-up testen met behulp van een droogland doolhof geen speciesafhankelijke verschillen in cognitieve prestaties 8 . Een aantal factoren die niet verband houden met cognitie, kunnen rekening houden met deze bevinding, met inbegrip van soortenafhankelijke verschillen in zwemvermogen of zoekstrategie. Faktoranalyse van muisspecifieke zoekstrategieën in de MWM laat zien dat noncognitieve factoren (in het bijzonder thigomotaxis en passiviteit [ dwz drijvende]) een belangrijker rol in MWM-prestaties kunnen spelen dan ruimtelijk leren 14 .
Hier demonstreert we het gebruik van een cognitieve test die ontworpen is om te kapitaliseren op de inStinctueel gedrag van muizen, en die geen zwem nodig heeft, om ruimtelijke geheugenvermindering in een muismodel van CCI geïnduceerde TBI te meten. Terwijl het RWT labyrint ( Figuur 1 A-B ) werd opgevat als een nieuwe hybride van het MWM en Barnes circulaire doolhof, werd het specifiek ontworpen om het thigmotactische gedrag instinctueel te gebruiken voor muizen 15 , 16 . Het apparaat bestaat uit een 32 mm diameter gegalvaniseerde stalen buis waarin negen evenwijdig verdeelde uitgangsgaten verveeld zijn. De gaten zijn 2-1 / 4 centimeter boven de vloer van de badkuip en zijn afmeting om in de algemeen beschikbare 1-1 / 2 inch ABS DWV SPG x SJ-trapadapters te passen. Acht van de uitgangen zijn van buiten afgedekt en verblind tot een diepte van 1 inch met rubberen stopjes. De negende is verbonden door een 90 ° acrylonitril-butadieenstyreen (ABS) -leugel tot een ondoorzichtige plastic doos, waaruit de muis makkelijk verwijderd kan worden na het testen. In de loop van eenKorte verwervingsperiode, de muis is getraind om de unieke visuele signalen te gebruiken die het labyrint voegen om deze ontsnappingsdoos te vinden. Tijdens het testen wordt het doolhof gevuld met een duim koud water (12-14 ° C), voldoende genoeg om ontsnappen te bevorderen, maar niet zo diep dat de muis moet zwemmen.
Het RWT-labyrint is een goedkoop alternatief voor lage kosten, met weinig onderhoud voor de MWM, en is succesvol gebruikt in 15-jarige en transgene muizen 15 , 17 , 18 , 19 en CCI-geïnduceerde muismodellen van TBI 3 . Het hier beschreven protocol staat voor een eenvoudige en effectieve methode voor het meten van ruimtelijke geheugenstoornis die geen training voor voorwonden vereist, en kan gemakkelijk worden aangepast aan de specifieke behoeften van een onderzoekslaboratorium.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het hier gepresenteerde RWT labyrintprotocol onderscheidt zich succesvol tussen CCI-geïnduceerde TBI muizen en sham controls, en vertegenwoordigt een haalbaar, muis-centraal alternatief voor het MWM en Barnes circulaire labyrint. Terwijl de hier beschreven resultaten alleen spreken over het gebruik van het RWT-labyrint in een TBI-muismodel, is dit apparaat succesvol gebruikt in oudere en transgene modellen, waarbij stress-geïnduceerde noncompliance als gevolg van zwemgebaseerde tests gemaakt met behulp van de MWM onpr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd ondersteund door het Instituut voor Proefprojecten voor Oplossingen voor de Vertalen van Gezondheidswetenschappen (UL1TR000423), het Centrum van de Universiteit van Washington voor Menselijke Ontwikkeling en Handicap, en de Core en Brain Imaging Core van de Universiteit van Washington. Wij willen graag Dr Warren Ladiges erkennen voor zijn rol in de ontwikkeling en verspreiding van het originele Radial Water Tread labyrint ontwerp en protocol dat hier wordt gepresenteerd. We danken Toby Cole ook voor zijn hulp bij dit project.
Materials
| 35 Gal. Hot Dipped Steel Round Tub | Home Depot | Internet #206638142 | Needed: 1 |
| 1-1/2 in. ABS DWV SPG x SJ Trap Adapter | Home Depot | Internet #100344703, Store SKU #188956 | Needed: 9 |
| 1-3/4 in. x 1-7/16 in. Black Rubber Stopper | Home Depot | Internet #100114974 Store SKU #755844 | Needed: 8 |
| 1-1/2 in. ABS DWV 90 Degree Hub x Hub Elbow | Home Depot | Internet #100346663 Store SKU #188603 | Needed: 1 |
| HDX 10 Gal. Storage Tote |
Home Depot | Internet #202523587 Store SKU #258804 Store SO SKU #258804 | Needed: 1 |
| Impact One Stereotaxic Impactor for CCI | Leica Biosystems | 39463920 | Needed: 1 |
| Vernier Stereotaxic w/ Manual Fine Drive Stereotaxic Instrument for Small Animals | Leica Biosystems | 39463001 | Needed: 1 |
References
- Levin, H. Neurobehavioral outcome of closed head injury: Implications for clinical trials. J. Neurotrauma. 12 (4), 601-610 (1995).
- Schretlen, D., Shapiro, A. A quantitative review of the effects of traumatic brain injury on cognitive functioning. Int Rev Psychiatry. 15 (4), 341-349 (2003).
- Cline, M. M., et al. Novel application of a radial water tread maze can distinguish cognitive deficits in mice with traumatic brain injury. Brain Res. 1657, 140-147 (2017).
- Ellenbroek, B., Youn, J. Rodent models in neuroscience research: Is it a rat race?. Dis. Model. Mech. 9 (10), 1079-1087 (2016).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J. Neurosci Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
- Barnes, C. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. J. Comp. Physiol. Psych. 93 (1), 74-104 (1979).
- Frick, K., Stillner, E., Berger-Sweeney, J. Mice are not little rats: Species differences in a one-day water maze task. Neuroreport. 11 (16), 3461-3465 (2000).
- Whishaw, I., Tomie, J. Of Mice and Mazes: Similarities Between Mice and Rats on Dry Land But Not Water Mazes. Physiol Behav. 60 (5), 1191-1197 (1995).
- Francis, D., Zaharia, M., Shanks, N., Anisman, H. Stress-induced disturbances in Morris water-maze performance: Interstrain variability. Physiol Behav. 58 (1), 57-65 (1995).
- Wahlsten, D., Rustay, N., Metten, P., Crabbe, J. In search of a better mouse test. Trends Neurosci. 26 (3), 132-136 (2003).
- Crawley, , et al. Behavioral phenotypes of inbred mouse strains: implications and recommendations for molecular studies. Psychopharmacology. (Berl). 132 (2), 107-124 (1997).
- Wahlsten, D., et al. Different data from different labs: lessons from studies of gene-environment interaction. J. Neurobiol. 54 (1), 283-311 (2002).
- Rogers, D. C., et al. Use of SHIRPA and discriminant analysis to characterise marked differences in the behavioural phenotype of six inbred mouse strains. Behav Brain Res. 105 (2), 207-217 (1999).
- Wolfer, D. P., Stagljar-Bozicevic, M., Errington, M. L., Lipp, H. Spatial Memory and Learning in Transgenic Mice: Fact or Artifact?. Physiology. 13 (3), 118-123 (1998).
- Koopmans, G., Blokland, A., Vannieuwenhuijzen, P., Prickaerts, J. Assessment of spatial learning abilities of mice in a new circular maze. Physiol Behav. 79 (4-5), 683-693 (2003).
- Deacon, R., Rawlins, N. Learning impairments of hippocampal-lesioned mice in a paddling pool. Behav Neurosci. 116 (3), 472-478 (2002).
- Pettan-Brewer, C., et al. A novel radial water tread maze tracks age-related cognitive decline in mice. Pathobiol Aging Age Relat Dis. 3, 1-4 (2013).
- Wiley, J., Pettan-Brewer, C., Ladiges, W. Phenylbutyric acid reduces amyloid plaques and rescues cognitive behavior in AD transgenic mice. Aging Cell. 10 (3), 418-428 (2011).
- Enns, L., et al. Disruption of Protein Kinase A in Mice Enhances Healthy Aging. PLoS ONE. 4 (6), (2009).
- Ivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puolivali, J. Hypothermia in mice tested in Morris water maze. Behav Brain Res. 141 (2), 207-213 (2003).
- Shultz, S. R., et al. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor is neuroprotective in experimental traumatic brain injury. J Neurotrauma. 31 (10), 976-983 (2014).
