Motor e hipocampo aprendizagem espacial Dependente e Avaliação de Memória de Referência em um rato transgénico modelo da doença de Alzheimer com AVC

Summary

Para investigar a doença co-mórbida de Alzheimer (DA) ea condição acidente vascular cerebral em um novo modelo, três tarefas de comportamento estão descritos que avaliar tanto o controle motor e comportamentos cognitivos. Essas tarefas incluem a tarefa beam-pé, a tarefa cilindro e Morris labirinto de água.

Abstract

doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa debilitante que resulta em perda de memória e neurodegeneração. Enquanto a idade é um importante fator de risco para a DA, acidente vascular cerebral, também tem sido apontada como um fator de risco e um fator agravante. A co-morbidade do acidente vascular cerebral e AD resultados no controle motor relacionados com o acidente vascular cerebral piora e défices cognitivos relacionados com a AD quando comparado com cada condição sozinho. Para modelar a condição combinada de acidente vascular cerebral e AD, um novo modelo de rato transgénico de AD, com uma forma mutante da proteína precursora da amilóide (uma proteína chave envolvida no desenvolvimento de AD) incorporada no seu DNA, é dado um pequeno curso do estriado unilateral.

Para um modelo com a combinação de ambos acidente vascular cerebral e AD, testes comportamentais que avaliam o controle motor relacionados com o acidente vascular cerebral, locomoção e função cognitiva relacionada com a AD deve ser implementado. A tarefa cilindro envolve, um aparelho multiuso de custo eficiente que avalia o uso do motor forelimb espontânea. Nesta tarefa, um rato é colocado num dispositivo cilíndrico, onde o rato espontaneamente traseira e contacte a parede do cilindro com as suas patas dianteiras. Estes contactos são considerados de uso do motor dos membros anteriores e quantificados durante a análise de vídeo após o teste. Outra tarefa motora econômica implementada é a tarefa beam-pé, que avalia o controle do membro anterior, o controle dos membros posteriores e locomoção. Esta tarefa envolve uma caminhada de ratos através de uma viga de madeira que permite a avaliação do controle motor do membro através da análise das folhas de forelimb, deslizamentos dos membros posteriores e cai. Avaliação de aprendizagem e memória é completada com labirinto aquático de Morris para este paradigma comportamental. O protocolo começa com a aprendizagem espacial, em que o rato localiza uma plataforma escondida estacionária. Após a aprendizagem espacial, a plataforma é removida e tanto a curto prazo e da memória de referência espacial a longo prazo é avaliada. Todos os três destas tarefas são sensíveis às diferenças comportamentais e concluída no prazo de 28 dias para este modelo, tornando este parágrafotempo-eficiente digma e custo-eficiente.

Introduction

Doença de Alzheimer (AD) é a forma mais prevalente de demência na população idosa e uma doença neurodegenerativa debilitante. Histopatologicamente, AD apresenta-se como placas amilóides, emaranhados neurofibrilares e perda neuronal. As placas amilóides consistem principalmente de péptido beta-amilóide (Ap) que tenha sido produzida por meio de uma clivagem proteolítica alterada da proteína precursora de amilóide (APP) por β-secretase e enzimas y-secretase ^1,2,3. O produto de clivagem, Aâ, depósitos no cérebro criação de placas amilóides patológicas e tem efeitos tóxicos no cérebro que pode levar a dificuldades de aprendizagem característicos e a perda de memória. Todos estes passos em conjunto são referidos como o "hipótese amilóide cascata" ^3,4. Embora esta hipótese é importante quando se investiga AD, outras alterações celulares foram encontrados para preceder estas formações de placa que se desvia do caminho amilóide cascata originais. esses outrosalterações celulares são pensados ​​para contribuir para a perda de memória cedo, deficiências e outras disfunções cognitivas envolvidas na AD antes da formação de placas ^3,5,6 aprendizagem.

Com AD tornando cada vez mais prevalente, fatores de risco para o desenvolvimento de AD estão se tornando um foco extremamente importante da pesquisa. Embora a idade é o principal fator de risco para formas esporádicas de AD, outros fatores de risco foram identificados, incluindo acidente vascular cerebral ^7,8. Acidente vascular cerebral não só é um factor de risco, mas pode também exacerbar as demências já presentes. Por exemplo, clinicamente, a progressão da doença de Alzheimer foi mostrada para ser pior nos pacientes que tinham experimentado anteriormente derrame ^9. Além disso, o aumento da expressão de APP e a acumulação de Ap tem sido encontrada em modelos animais experimentais de toxicidade Ap combinado com acidente vascular cerebral induzido ^10,11. Uma vez que não é importante desta interacção entre acidente vascular cerebral e AD, é essencial que estas duas patologias ser mais pesquisadojuntos em modelos de co-mórbidas para melhor compreender a fisiopatologia e comportamentos implicado em ambas as condições.

Para investigar as condições co-mórbidas, um modelo adequado tiveram de ser desenvolvidos em que um acidente vascular cerebral poderia interagir com Ab para produzir patologia AD-like. Pela primeira vez, um rato transgénico APP21 que tem um gene de APP humana mutada incorporada no seu DNA foi usado para realizar um modelo apropriado de AD. As mutações são a missense dupla sueca e Indiana mutações única missense, que ambos têm sido implicados em formas familiares de AD ^4,8,12. Na ausência de um insulto adicional, este modelo de rato idades sem o desenvolvimento das placas de Ap característicos ou neurofibrilares emaranhados ^12. Por conseguinte, numa tentativa de induzir a patologia comportamental AD-like, um pequeno curso é introduzido no corpo estriado direito de imitar os pequenos derrames cerebrais subcorticais muitas vezes presentes em pacientes com demência ^9. O acidente vascular cerebral no ra transgênica APP21t incorpora a condição de co-mórbidas e permite a investigação de diversos tipos de alterações comportamentais implicados em ambas as condições de doença. Em particular, esta indução de déficits AD-como patologia e cognitivas no rato adulto permite-nos investigar as primeiras alterações moleculares e cognitivos anteriores AD.

Como o objetivo é determinar os primeiros sinais de mudanças comportamentais e uma vez que ambos acidente vascular cerebral e AD têm patologias comportamentais muito distintas, ao estudar o modelo de co-mórbidas, tarefas de comportamento precisa avaliar uma variedade de fenótipos comportamentais. Há uma bateria de testes relativamente sensíveis que podem ser feitas para analisar o comportamento motor e cognitivo em modelos de roedores que envolvem uma variedade de paradigmas e equipamentos. Para analisar especificamente a função forelimb e motor dos membros posteriores, a tarefa tarefa cilindro e feixe-pé foram implementadas para detectar déficits motores e monitorar a locomoção neste modelo. Outras tarefas sensíveis destinados a avaliar especificamente fina fohabilidade relimb motor (ou seja, a tarefa escadaria e única tarefa atingindo pellet) exigem privação alimentar ^11,13,14. Para evitar qualquer um dos efeitos conhecidos da privação alimentar sobre patologias de doença ^15,16,17, esses testes foram considerados inadequados para este estudo. A tarefa cilindro avalia o uso de membros anteriores espontânea da ratazana durante a criação de um ambiente novo e pode detectar assimetria entre os membros anteriores em ratos com AVC unilateral ^10,18. Uma grande vantagem para esta tarefa é que o aparelho pode ser utilizada para outras tarefas de comportamento, tais como o Porsolt forçado tarefa mergulho ^19. Ao contrário do que a tarefa de cilindro, a tarefa de feixe-pé também permite a análise de membro posterior e pata dianteira de controlo do motor, além de locmotion ^10,14. Feixe de passeio inclui um componente locomotor, um componente equilíbrio e colocação dos pés qualificado. Ambos os testes são custo-eficiente, simples e tempo-eficiente e elucidar os efeitos de acidente vascular cerebral e AD em d IFERENÇAS em funcionamento do membro.

Além de mudanças na função motora, AD envolve déficits de memória que podem apresentar em estágios iniciais da progressão da doença. Ao abordar patologias AD-like em um modelo de roedor, é fundamental que a aprendizagem dependente do hipocampo e memória é avaliada porque o hipocampo é uma estrutura do cérebro importante em grande parte afetada em ² AD. O hipocampo é uma região do cérebro essencial para a aprendizagem espacial e a memória e a sua função pode ser testado usando vários paradigmas de labirinto em roedores. Uma das tarefas de labirinto mais amplamente usados ​​para modelos de roedores de diferentes doenças é o labirinto aquático de Morris ^20. O labirinto de água de Morris utiliza pistas espaciais para auxiliar o rato em localizar uma plataforma oculta estacionária e testes de memória espacial de referência quando a plataforma é removida. Uma importante vantagem da configuração do labirinto de água é que é altamente adaptável dependendo da questão de pesquisa proposta ^20.

tenda "> Pela primeira vez, as técnicas descritas foram usadas para avaliar a função motora e cognitiva num modelo de rato co-mórbida romance de acidente vascular cerebral e AD. envolvendo pequenos acidentes vasculares cerebrais num modelo de rato transgénico APP21. A co-morbidade foi conseguida por indução vasoconstrição dos vasos sanguíneos no corpo estriado para produzir um pequeno acidente vascular cerebral em APP21 ratos transgênicos. este modelo acidente vascular cerebral tem sido bem estabelecida como condição co-mórbidas em um modelo de rato alternativo de ¹¹ AD. Avanço para este romance APP21 modelo de rato transgénico foi pretendido para produzir um modelo mais translationally valioso. Enquanto as tarefas comportamentais são descritos utilizando um modelo de acidente vascular cerebral e AD rato co-mórbidas, essas tarefas podem ser ainda aplicada a outros modelos de acidente vascular cerebral ou modelos de outras doenças neurológicas (ou seja, a doença de Parkinson). O general metodologia descrita será amplamente aplicável a estes outros estados de doença, mas os prazos de comportamento e paradigmas poderá implicar a alteração com base nos res propostaspergunta earch e modelo. Além de ser adaptável, as tarefas descritas são eficazes em demonstrar déficits menores, além de ser de custo e tempo-eficiente.

Protocol

O comitê de ética animal institucional adequado deve aprovar todos os procedimentos comportamentais antes de iniciar a experimentação. Todo o trabalho animal descrito aqui foi aprovada pela Western University Uso de Animais Subcomissão e segue o Canadian Council on Animal Care orientações. Estas experiências com animais foram realizadas durante a fase de luz. 1. Cilindro de Trabalho para Avaliação Membro Anterior Motor Gross Configuração de equipamento Adquirir um cilindro de Plex…

Representative Results

As tarefas comportamentais descritos foram utilizados para demonstrar os efeitos do acidente vascular cerebral em um modelo de rato transgénico APP21 de doença de Alzheimer. A combinação de acidente vascular cerebral e o transgene APP21 deverá resultar em maior déficit motor nos membros afetados, bem como o aumento déficits de memória. A tarefa cilindro avaliada função motora do membro anterior bruto e é representad…

Discussion

A combinação de acidente vascular cerebral e doença de Alzheimer resultados em patologias de comportamento muito distintos que podem afectar tanto a função motora e cognitiva, dependendo da gravidade de cada doença. Assim, é necessário fazer uso de uma variedade de tarefas comportamentais para determinar as contribuições individuais destas condições, bem como oferecer algumas informações sobre os efeitos combinados e potencialmente interactivos na condição de co-mórbida. Os dados apresentados demonstram…

Materials

Cylinder	Western University	Plexiglas Cylinder Cylinder Diameter: 23 cm Cylinder Height: 40 cm Platform Height: 30 cm Mirror Length: 35 cm Mirror Width: 26.5 cm	This was made specifically by Western University Machine Services for our lab. Please contact your own chosen manufacturer to design this product.
Handheld Video Camera	JVC	GZ-E200
Video Camera Tripod	Slik	F163
AM/FM Clock Radio	Sylvania	SCR1388
White Board	Walmart	Width: 71.12 cm Height: 55.88 cm	These can be purchased at any store (i.e. Walmart, University bookstores)
Dry-erase Marker	Expo	Expo Dry-erase Original Marker	These can be purchased at any store (i.e. Walmart, University bookstores)
Wooden Beam	Rona	Plywood Width: 2 cm Length: 100cm
VWR General Purpose Laboratory Tape	VWR Intl.	89097-920
iMovie '11	Apple Inc.	Version 9.0.9 (1795)	This is the version used in this manuscript, but any other iMovie version or video editing software could be used.
Morris Water Maze Pool with Platform	Stoelting Co.	60136/60035	These are not the exact products used in the video, but these are essentially identical.
Platform Cue	–	–	The platform cue used was created using a small metal stand and white spherical foam ball. These can likely be purchased at any store with home improvement materials (i.e. Walmart, Rona etc.)
Mainstays 71" Floor Lamp	Walmart	HW-F0377SLV
ANY-Maze Behavioural Tracking Software	Stoelting Co.	60000	There are ANY-maze® bundles that include the camera with or without a computer and accessories.
Compact Video Camera	Logitech	V-U0023
Laptop	Hewlett-Packard	HP® Pavilion dv6 Notebook PC	Laptop Specifics: AMD A6-3420M APU with Radeon™ HD Graphics 1.50 GHz, 6.00 GB RAM, 64-bit operating system.
Americana Non-toxic Acrylic Paint	DecoArt	DAO67-9	This can be ordered on the DecoArt site or purchased in store at DecoArt® retailers.
Poster Board	Walmart	PA-1961