Een gedrags testbatterij voor de herhaalde beoordeling van motorische vaardigheden, humeur en cognitie bij muizen
Summary
Een uitgebreide gedrags testbatterij van motorische vaardigheden, stemming — met inbegrip van sociale interactie, depressie en angst — en cognitie is ontworpen voor de herhaalde beoordeling van neurodegeneratie-gerelateerde gedragsveranderingen bij muizen.
Abstract
Farmacologische en toxicologische studies in neurodegeneratie vereisen uitgebreide gedragsanalyse in muizen omdat de dysfuncties van de motor en stoornissen in de stemming en cognitie gemeenschappelijk zijn en vaak gedeeld symptomen bij neurodegeneratieve ziekten. Hieronder is een gedragsmatige testbatterij voor motor, humeur en cognitie, die herhaaldelijk kan worden getest in een longitudinale studie. Deze batterij beoordeelt de algehele gedrags fenotype in muizen door het onderzoek van elk domein van gedrag met ten minste twee onafhankelijke goed aanvaarde tests (dat wil zeggen, open-veldtest en rotarod test voor motor functie, sociale interactie test, verhoogde plus doolhof test, en gedwongen zwemmen test voor emotionele functie, en Morris water maze test en roman object herkenningstest voor cognitieve functie). Daarom is deze gevoelige en uitgebreide testbatterij een krachtig hulpmiddel voor de studie van gedrags afwisseling in neurodegeneratie.
Introduction
Neurodegeneratieve ziekten gekenmerkt verwoestende gedrags symptomen, waaronder cognitieve stoornissen, stemming disfuncties zoals angst en depressie, of motor dysfunctie1. De pathogenese van verschillende soorten neurodegeneratieve ziekten is onduidelijk2. Accumulatieve studies blijkt dat genetische en omgevingsfactoren zowel tot de pathogenese van neurodegeneratieve ziekten bijdragen kunnen. Identificatie van de risicofactor van neurodegeneratie vereist gedragsanalyse. Hoewel elk type neurodegeneratieve ziekte haar handtekening gedrags symptoom heeft (bijvoorbeeld de ziekte van Alzheimer [AD] wordt gekenmerkt met cognitieve stoornissen en de ziekte van Parkinson [PD] met motorische dysfunctie). De patiënten manifesteren met de progressie van de ziekte, comorbiditeit van verschillende gedrags afwijkingen3. Bijvoorbeeld vertonen AD patiënten symptomen van een dysfunctie van de stemming in de vergevorderd stadium4,5. PD-patiënten kunnen vooruitgang in PD-gerelateerde dementie en cognitieve stoornissen6te ontwikkelen. Op basis van deze functies, is de gedragsanalyse in neurodegeneratie modellen meestal uitgebreide en herhaalde.
Om dit te bereiken, werd een batterij die klassieke en meest gebruikte gedrags proeven voorzien van een uitstekende geldigheid ontworpen voor gedrags analyses in motor, humeur en cognitie. De motor functie kan worden getest door de open-veld test7,8 en detest rotarod versnellen. Stemming dysfunctie, met inbegrip van sociale stoornissen, depressie en angst, worden meestal gezien in neurodegeneratieve ziekten5. Vandaar bevat deze batterij een test van de sociale interactie voor gezelligheid9, de verhoogde plus doolhof test voor angst10, en de gedwongen duik-test voor depressie11. Cognitieve stoornissen is een van de meest kenmerkende symptomen in neurodegeneratieve ziekten zoals AD en Frontotemporale dementie lobar12. Cognitieve domeinen, met inbegrip van korte-termijn geheugen en het episodische geheugen, zijn vatbaar voor neurodegeneratie13,14,15. De Morris water maze test voor ruimtelijke leren en geheugen,16 en de herkenningstest roman object voor korte-termijn geheugen17 zijn daarom opgenomen in de batterij. Deze tests zijn compatibel met elkaar. De volgorde van de tests is ontworpen om te maximaliseren van gewenning en om interferentie, om verdere verhoging de verenigbaarheid binnen de batterij te minimaliseren. Aangezien elke functie wordt getest door ten minste twee onafhankelijke tests die verschillen in principe en methode, kunnen de resultaten van elke test verder worden gevalideerd. Bovendien, de protocollen van sommige tests worden gemarkeerd voor herhaalde testen, vergemakkelijking van de longitudinale studie van de ontwikkeling van neurodegeneratieve ziekten. Dit gedrag testbatterij bestudeert daarom verschillende subdomeinen van gedragsveranderingen gezien in verschillende stadia van neurodegeneratie terwijl kost een minimum aantal dieren. Deze batterij is gebruikt in een longitudinale studie die de gedragsveranderingen bij jonge volwassenen (3-maand-oude) mannelijke C57BL/6N muizen na respiratoire blootstelling aan silica nanodeeltjes, een beroepsziekte gevaar dat een potentiële risico factor is geëvalueerd neurodegeneratie18. Echter mogelijk andere stammen of modellen, zoals veroudering van muizen en genetisch gemanipuleerd muizen, anders dan de jonge C57BL/6N muizen werken. Daarom, Let op eventueel bij het gebruik van deze batterij in deze muizen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gedragsanalyse van muizen is van cruciaal belang voor neurodegeneratie onderzoek. Terwijl cognitieve functie vaak het meest gevoelige domein van gedrag beïnvloed in neurodegeneratieve ziekten is, is stemming disfunctie, zoals depressie en angst, vaak comorbide. Bovendien, motor functie vaak van invloed is op de interpretatie van de resultaten in sommige tests, zoals de herkenningstest roman object, de verhoogde plus doolhof test en de sociale interactie-test. Op basis van deze gedachten, is een uitgebreide gedrags testb…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs bedanken Dr. Cora SW Lai van de School in de Biomedische Wetenschappen, de Universiteit van Hong Kong, voor leningen van de verhoogde plus doolhof test en de afdeling Anesthesiologie van de Universiteit van Hongkong voor de proefinrichting rotarod leningen.
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).
