En enkel og rimelig analysen for å måle Ambulation i musen modeller av muskeldystrofi
Summary
Denne protokollen beskriver en fleksibel, lavkost system for å måle mus ambulation i åpne-feltet aktivitet analysen. Vi viser at en 6-minutters ambulation analysen basert på dette systemet oppdager en reduksjon i frivillig bevegelse i mdx mus, og nøyaktig skiller forbedring i en muskel-spesifikke redning av disse dyrene.
Abstract
Måle funksjonelle resultater i behandlingen av muskeldystrofi er en vesentlig del av prekliniske testing. Vurdering av frivillige ambulation i musen modeller er en ikke-invasiv og reproduserbar aktivitet analysen som er direkte analog til tiltak av pasientens ambulation for eksempel 6 minutters gange testen og relaterte mobilitet score. Mange vanlige metoder for testing musen ambulation hastighet og distanse er basert på åpne felttest, der et dyr er fri bevegelse innenfor en arena er målt over tid. En stor ulempe med dette er at kommersiell programvare og utstyr for høyoppløselig bevegelse sporing er dyrt og krever overføring mus til spesialiserte anlegg for testing. Her beskriver vi en rimelig, video-basert system for å måle musen ambulation som benytter gratis og åpen kildekode programvare. Bruker denne protokollen, viser vi at frivillige ambulation i dystrophin er null mdx musemodell for Duchenne muskeldystrofi (DMD) er redusert i forhold til vill-type mus aktivitet. I mdx mus uttrykke utrophin transgene, disse aktivitet underskudd er ikke observert og totale avstanden reist er utvisket fra vill-type mus. Denne metoden er effektiv for å måle endringer i frivillig ambulation tilknyttet dystrophic patologi, og tilbyr en allsidig plattform som lett kan tilpasses til ulike forskningsmiljøer.
Introduction
Pålitelig og reproduserbar målinger av muskler er kritisk for å vurdere effekten av potensielle terapi for DMD. DMD er en genetisk lidelse forårsaket av mutasjoner i genet dystrophin, fører til progressiv muskelsvakhet, tap av ambulation og eventuell cardiorespiratory feil. Den mest brukte dyr modellen av DMD er dystrophin null mdx musen. Et batteri av funksjonelle tester har dukket opp som rutinemessig analyser for evaluering av sykdomsprogresjon i mdx musen så vel som i lignende dyr modeller av andre dystrophies og myopathies. Brukte i vivo analyser inkluderer målinger av forlemen grep styrke, wire hengende tid, rotarod maksimalt, tid til utmattelse under tredemølle kjører og motor aktivitet sporing. Det har vært en betydelig innsats i feltet for å standardisere disse testene, med mål om å redusere variasjon mellom prekliniske studier og øke translasjonsforskning potensialet i therapeutics testet i mus1,2.
En viktig kategori prekliniske testing er måling av frivillige bevegelsen, en parameter som endres ofte i murine modeller av muskeldystrofi. Dette er vanligvis testet av analyser basert på åpen aktivitet avlytting og kan vurdere vannrett (walking) eller loddrett (bakside) bevegelser i løpet av minutter eller timer2,3,4. En rekke studier har vist frivillige bevegelsen endres i mdx mus, spesielt etter trening, og disse målingene har vist seg å være følsomme for narkotika behandling og sykdom progresjon. Ettall større begrensningen i å utføre disse analyser er behovet for spesialisert, høye kostnader utstyr. Her vises en rimelig metode som sporer musen ambulation bruker tilgjengelige ressurser.
6 minutters gange avstand er en beregning brukt som et klinisk vurdering verktøy i personer med Duchenne muskeldystrofi5,6. Modifikasjoner av dette tiltaket har blitt brukt til å vurdere resultatene i dyr modeller av Duchenne, inkludert mdx mus7 og Gylden Gjenerverve muskeldystrofi (GRMD) hundene8. I denne studien registrere vi frivillig åpne feltet bevegelse i 6 minutter etter en mild morsjon utfordring. Ambulation avstand ble deretter beregnet benytter ledig åpen kilde programvare for å måle horisontal bevegelse over tid.
Den største fordelen med denne metoden er at dyr kan testes i en rekke innstillinger uten spesialisert utstyr eller høye kostnader kommersiell programvare for analyse. Et viktig aspekt av denne analysen er at det kan utføres i en grunnleggende laboratorium uten å måtte flytte eller overføre mus av på vivarium til et spesialisert kjernen. Video-sporing protokollen beskrevet her kan er velegnet for vurdering av ambulation i relativt kort tid-perioder og oppdage aktivitet forskjeller mellom vill-type og mdx mus, samt avsløre funksjonell forbedring i en redning modell av DMD.
Protocol
Representative Results
Discussion
Åpen analysen gir en effektiv og ikke-invasiv måte å teste funksjon i musen modeller av hjertemuskelen sykdom, og varianter av denne analysen kan tjene som et verdifullt endepunktet mål for pre kliniske studier. Ettall større begrensningen med denne analysen er høye kostnader og begrenset tilgjengelighet av aktivitet overvåkingssystemer. I denne studien viser vi en lavkost system for åpen aktivitetsanalyse som kan generere lignende resultater til eksisterende kommersiell programvare og utstyr. Dette systemet kan …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av tilskudd fra National Institutes of Health [R01 AR048179 og R01 HL126204 R.C.W, T32 AR059033 og F32 AR069469to E.M.G] og muskeldystrofi Association USA [274143 og 416364 å R.C.W.].
Materials
| Video camera | Apple Inc. | ME553LL/A | For recording ambulation video, iPhone 5S Plus (or equivalent) |
| Kinovea software (version 0.8.15) | Kinovea Association | Open source video analysis software. Free download, PC compatible (Version 0.8.15, www.kinovea.org) | |
| iMovie (version 10.0.6) | Apple Inc. | Any similar software can be used to reduce video frame rate (optional) | |
| Roughneck 32 Gallon Black Round Trash Bin (Open field chamber) | Rubbermaid | # 1778013 | Any open field chamber system can be adapted for recording. This study uses a recording chamber constructed out of a tray on a platform, at the bottom of a large trash bin. |
| Avant White Plastic Tray 15"W x 10"D x 1.45"H (Open field chamber) | US Acrylic, LLC | Any open field chamber system can be adapted for recording. This study uses a recording chamber constructed out of a tray on a platform, at the bottom of a large trash bin. | |
| C57BL/6J | Jackson Laboratory | #000664 | Male 6 month mice |
| C57BL/10ScSn-Dmd/J (mdx) | Jackson Laboratory | #001801 | Male 6 month mice |
| mdx: utrophin-Tg (fiona) | Gift from from James Ervasti, with permission from Kay Davies | Male 6 month mice |
Riferimenti
- Nagaraju, K., Carlson, G., De Luca, A. Behavioral and locomotor measurements using open field animal activity monitoring system. TREAT-NMD SOP Number M2.1.002. 2. 2, (2010).
- Tatem, K. S., et al. Behavioral and locomotor measurements using an open field activity monitoring system for skeletal muscle diseases. J Vis Exp. (91), e51785 (2014).
- Kobayashi, Y. M., et al. Sarcolemma-localized nNOS is required to maintain activity after mild exercise. Nature. 456 (7221), 511-515 (2008).
- Belanto, J. J., et al. Microtubule binding distinguishes dystrophin from utrophin. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (15), 5723-5728 (2014).
- McDonald, C. M., et al. The 6-minute walk test in Duchenne/Becker muscular dystrophy: longitudinal observations. Muscle Nerve. 42 (6), 966-974 (2010).
- Mazzone, E., et al. Star Ambulatory Assessment, 6-minute walk test and timed items in ambulant boys with Duchenne muscular dystrophy. Neuromuscul Disord. 20 (11), 712-716 (2010).
- Kobayashi, Y. M., Rader, E. P., Crawford, R. W., Campbell, K. P. Endpoint measures in the mdx mouse relevant for muscular dystrophy pre-clinical studies. Neuromuscul Disord. 22 (1), 34-42 (2012).
- Acosta, A. R., et al. Use of the six-minute walk test to characterize golden retriever muscular dystrophy. Neuromuscul Disord. 26 (12), 865-872 (2016).
- Sousa, N., Almeida, O. F., Wotjak, C. T. A hitchhiker’s guide to behavioral analysis in laboratory rodents. Genes Brain Behav. 5, 5-24 (2006).
- Gibbs, E. M., et al. High levels of sarcospan are well tolerated and act as a sarcolemmal stabilizer to address skeletal muscle and pulmonary dysfunction in DMD. Hum Mol Genet. 25 (24), 5395-5406 (2016).
- Gillis, J. M. Multivariate evaluation of the functional recovery obtained by the overexpression of utrophin in skeletal muscles of the mdx mouse. Neuromuscul Disord. 12, S90-S94 (2002).
- Tinsley, J., et al. Expression of full-length utrophin prevents muscular dystrophy in mdx mice. Nat Med. 4 (12), 1441-1444 (1998).
- Song, Y., et al. Suite of clinically relevant functional assays to address therapeutic efficacy and disease mechanism in the dystrophic mdx mouse. J Appl Physiol. 122 (3), 593-602 (2017).
- Bolivar, V. J. Intrasession and intersession habituation in mice: from inbred strain variability to linkage analysis. Neurobiol Learn Mem. 92 (2), 206-214 (2009).
