Vurdering av romlig minneverdigelse i en musemodell av traumatisk hjerneskade ved hjelp av en radial vanntrinn labyrint
Summary
Her presenterer vi en protokoll for en musespesifikk test av kognisjon som ikke krever svømming. Denne testen kan brukes til å klarere å skille kontrollerte kortikale slag-induserte traumatiske hjerneskade-mus fra skamkontroller.
Abstract
Til tross for den nylige økningen i bruk av musemodeller i vitenskapelig forskning, fortsetter forskere å bruke kognitive oppgaver som opprinnelig ble designet og validert for bruk av rotter. Rødtvannstesten (Radial Water Tread) (RWT) av romlig hukommelse (designet spesielt for mus og krever ingen svømming) har tidligere blitt vist for å skille mellom kontrollerte cortical impact-induserte TBI-mus og sham-kontroller. Her presenteres en detaljert protokoll for denne oppgaven. RWT labyrinten kapitaliserer på den naturlige tendensen til mus for å unngå åpne områder for å klemme sidene på et apparat (thigmotaxis). Veggene i labyrinten er foret med ni rømningshull plassert over apparatets gulv, og musene er utdannet til å bruke visuelle signaler for å finne rømningshullet som fører ut av labyrinten. Labyrinten er fylt med en tomme kaldt vann, tilstrekkelig til å motivere flukt, men ikke dyp nok til å kreve at musen svømmer. Oppkjøpsperioden tar bare fire treningDager med en test av minneoppbevaring på dag fem og en langtidsminnetest på dag 12. Resultatene som er rapportert her, tyder på at RWT labyrinten er et mulig alternativ til rotte-validerte, svømmebaserte kognitive tester i vurderingen av romlige Minneunderskudd i musemodeller av TBI.
Introduction
Minnehemming er blant de vanligste symptomene som rapporteres av pasienter som følger traumatisk hjerneskade (TBI) 1 , 2 . Nøyaktig identifisering og vurdering av analoge minneunderskudd i dyremodeller fra TBI er derfor avgjørende for vår forståelse av denne tilstanden og dens ledelse. Her presenterer vi en protokoll for å teste romlig minne i en musemodell av TBI ved hjelp av en Radial Water Tread (RWT) labyrint. Dette apparat ble tidligere vist å vurdere kognitiv svikt i musemodeller for kontrollert kortikale innvirkning (CCI) -indusert TBI 3, og representerer et potensielt alternativ til rotte-validert, bade-baserte tester av kognisjon.
Det voksende mangfoldet og tilgjengeligheten av transgene musemodeller har ført til en nylig økning i bruken av mus over rotter i vitenskapelig forskning 4 . Til tross for dette skiftet fortsetter forskerne å stole på atferdsmessig aNd kognitive oppgaver som ble opprinnelig designet og validert for råttabruk. De vanligste testene som for tiden brukes til å vurdere kognisjon hos mus, Morris Water Maze (MWM) og Barnes sirkelformede labyrint, ble spesielt utviklet for å kapitalisere på instinktuelle oppføringer funnet i rotter 5 , 6 . Med tanke på de genetiske, neuroetologiske og kognitive forskjellene som eksisterer mellom disse to artene 4 , er det ikke overraskende at musene konsekvent underperformer disse oppgavene 7 , 8 .
Arteravhengige forskjeller i testevnen er spesielt knyttet til svømmebaserte kognitive tester, som for eksempel MWM. Mens både rotter og mus er dyktige svømmere, har forskere identifisert flere musestammer som utfører bemerkelsesverdig dårlig på svømmebaserte kognitive oppgaver 9 , 10 , </Sup> 11 , 12 , 13 . Selv i villdyr-type dyr utgjør rotter generelt mus 7 , 8 . Selv om dette kunne tolkes som en artsspesifikk forskjell i romlig hukommelse, viste analog oppfølgingstesting ved hjelp av en tørrlands labyrint ingen arteravhengige forskjeller i kognitiv ytelse 8 . En rekke faktorer som ikke er relatert til kognisjon, kan utgjøre dette funnet, inkludert arteravhengige forskjeller i enten svømmemuligheter eller søkestrategi. Faktaanalyse av musespesifikke søkestrategier i MWM viser faktisk at ikke-kognitive faktorer (spesielt tigomotaks og passivitet [ dvs. flytende]) kan spille en mer betydelig rolle i MWM-ytelse enn romlig læring 14 .
Her demonstrerer vi bruken av en kognitiv test designet for å kapitalisere på innsatsenMuskels stinktuelle oppførsel, og som ikke krever svømming, for å måle romlig minneverdigelse i en musemodell av CCI-indusert TBI. Mens RWT labyrinten ( Figur 1 A-B ) ble oppfattet som en ny hybrid av MWM og Barnes sirkelformede labyrint, ble den spesielt utviklet for å utnytte den thigmotaktiske oppførselen instinktiv til mus 15 , 16 . Apparatet består av et 32-tommers galvanisert stålkar, hvor ni jevnt fordelte utgangshull har blitt kjedet. Hullene er sentrert 2-1 / 4 tommer over gulvet i karet og er dimensjonert for å passe til vanlige 1-1 / 2-tommers ABS DWV SPG x SJ-felleadaptere. Åtte av utgangene er utkapslet fra utsiden og blindet til en dybde på 1 tommer med gummipropper. Den niende er forbundet med en 90 ° akrylonitrilbutadienstyren (ABS) albue til en ugjennomsiktig plastkasse hvorfra musen lett kan fjernes etter testing. I løpet av aKort oppkjøpsperiode, musen er opplært til å bruke de unike visuelle signalene som ligger på labyrinten for å finne denne fluktboksen. Under testingen er labyrinten fylt med en tomme kaldt vann (12-14 ° C), tilstrekkelig aversive nok til å fremme flukt, men ikke dyp nok til at musen er nødvendig for å svømme.
RWT labyrinten representerer et billig, lavt vedlikeholdsalternativ til MWM, og har blitt brukt vellykket i alderen og transgene mus 15 , 17 , 18 , 19 og CCI-induserte musemodeller av TBI 3 . Protokollen som er skissert her representerer en enkel og effektiv metode for måling av romlig minneverdighet uten å kreve opplæringstrening, og det kan lett endres slik at det passer til et laboratoriums spesielle behov.
Protocol
Representative Results
Discussion
RWT labyrintprotokollen som presenteres her, skiller mellom CCI-induserte TBI-mus og sham-kontroller, og representerer et gjennomførbart, musekentrisk alternativ til MWM og Barnes sirkelformede labyrint. Mens resultatene som rapporteres her snakker bare om bruken av RWT-labyrinten i en TBI-musemodell, har dette apparatet blitt brukt vellykket i alderen og transgene modeller hvor stress-indusert ikke-compliance som følge av svømmebasert testing gjort ved hjelp av MWM upraktisk 15 , <…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen ble støttet av Institute of Translational Health Sciences pilotprosjektet mulighet (UL1TR000423), University of Washington senter for menneskelig utvikling og funksjonshemming, og University of Washington Animal Behavior Core and Brain Imaging Core. Vi vil gjerne anerkjenne Dr. Warren Ladiges for hans rolle i utviklingen og formidlingen av den originale Radial Water Tread labyrintdesign og protokoll presentert her. Vi takker også Toby Cole for hans hjelp med dette prosjektet.
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).
