הערכה של תפקוד הזיכרון בפילסוקרפיין-עכברים מבוססי אפילפסיה
Summary
מאמר זה מציג הליכים ניסיוניים להערכת ליקויי זיכרון בעכברים אפילפסיה הנגרמת על ידי pilocarpine. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי ללמוד את המנגנונים הפתופיזיטיביים של התדרדרות קוגניטיבית הקשורה לאפילפסיה, שהיא אחת הנפוצות ביותר במחלת התחלואה באפילפסיה.
Abstract
ליקוי קוגניטיבי הוא אחד הנפוצים ביותר בתחלואה במחלת האונה הטמפורלית. כדי ללכוד אפילפסיה-הידרדרות קוגניטיבית הקשורים במודל בעל חיים של אפילפסיה, יצרנו מטופל הטיפול בעכברים כרוניים. אנו מציגים פרוטוקול לשלוש בדיקות התנהגותיות שונות באמצעות עכברים אלה: מיקום אובייקט הרומן (NL), זיהוי אובייקט הרומן (NO), ובדיקות הפרדת תבניות (PS) להערכת למידה וזיכרון עבור מקומות, אובייקטים והקשרים, בהתאמה. אנו מסבירים כיצד להגדיר את המנגנון התנהגותי ולספק הליכים ניסיוניים לבדיקות ה-NL, NO, ו-PS בעקבות מבחן שדה פתוח המודד את הפעילויות הlocomotor בסיס של בעלי החיים. אנו מתארים גם את היתרונות הטכניים של המבחנים NL, NO, ו-PS ביחס לבדיקות התנהגותיות אחרות להערכת תפקוד הזיכרון בעכברים אפילפסיה. בסופו של דבר, אנו דנים בסיבות אפשריות ופתרונות לעכברים אפילפטי שאינם מצליחים ליצור קשר טוב עם האובייקטים במהלך הפעלות ההיכרות, שהוא צעד קריטי לבדיקות זיכרון מוצלחות. לפיכך, פרוטוקול זה מספק מידע מפורט אודות אופן ההערכת ליקויי זיכרון המשויכים לאפילפסיה באמצעות עכברים. בדיקות ה-NL, NO ו-PS הן פשוטות ויעילות, המתאימות להערכת סוגים שונים של זיכרון בעכברי אפילפסיה.
Introduction
אפילפסיה היא הפרעה כרונית המאופיינת התקפים חוזרים ספונטנית1,2,3. מכיוון התקפים חוזרים יכולים לגרום ליקויים מבניים ופונקציונליים במוח1,2,3, פעילות תפיסה נורמלית יכול לתרום לתפקוד הקוגניטיבי, שהוא אחד הנפוצים ביותר אפילפסיה הקשורים התחלואה4,5,6. בניגוד לאירועים תפיסה כרונית, אשר ארעי ורגעי, ליקויים קוגניטיביים יכולים להימשך ברחבי החולים אפילפסיה ‘ חייהם, הידרדרות איכות החיים שלהם. לכן, חשוב להבין את המנגנונים הפתופסולוגיים של אפילפסיה-הידרדרות קוגניטיבית הקשורים.
מודלים שונים של בעלי חיים ניסיוניים של אפילפסיה שימשו כדי להדגים את הלמידה ואת ליקויי זיכרון הקשורים אפילפסיה כרונית7,8,9,10,11,12. לדוגמה, מבוך המים של מוריס, התניה הקשר הקשרית, לוח החורים, מיקום האובייקט הרומן (NL), ובדיקות זיהוי אובייקט הרומן (NO) השתמשו לעתים קרובות כדי להעריך את תפקוד הזיכרון באפילפסיה של האונה הטמפורלית (TLE). בגלל ההיפוקמפוס הוא אחד האזורים העיקריים שבו TLE מראה פתולוגיה, בדיקות התנהגותיות שיכולים להעריך פונקציית זיכרון תלויי ההיפוקמפוס הם לעתים קרובות מעדיפים בחירה. עם זאת, בהינתן כי התקפים יכולים לגרום היפוקאמאל נוירוגנזה ולתרום אפילפסיה הקשורים לירידה קוגניטיבית10, תבניות התנהגותיות עבור בדיקות הפונקציה של היילוד הילוד (כלומר, דפוס הפרדה מרחבית, PS)8,13 יכול גם לספק מידע חשוב על המנגנונים הסלולריים של ליקויי זיכרון באפילפסיה.
במאמר זה, אנו מדגימים סוללה של בדיקות זיכרון, NL, NO ו-PS, עבור עכברים אפילפסיה. הבדיקות פשוטות ונגישות בקלות ואינן דורשות מערכת מתוחכמת.
Protocol
Representative Results
Discussion
עבודה זו מתארת הליכים ניסיוניים להערכת תפקוד קוגניטיבי בעכברים עם אפילפסיה כרונית. תבניות התנהגות שונות רבות משמשות להערכת פונקציות הלמידה והזיכרון בעכברים18. מבוך המים של מוריס, הזרוע הרדיאלי מבוך, Y-מבוך, מיזוג הפחד ההקשריים, ובדיקות מבוססות האובייקט הם המבחנים התנהגותיים ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנחנו מודים לד ר ג’אי-מין לי. על התמיכה הטכנית שלו עבודה זו נתמכת על ידי הקרן הלאומית למחקר של קוריאה (NRF) מענקים ממומן על ידי ממשלת קוריאה (NRF-2019R1A2C1003958, NRF-2019R1A2C1003958 A08000167).
Materials
| 1 ml syringe | Sung-shim | Use with the 26 or 30 gauge needle | |
| 70% Ethanol | Duksan | UN1170 | Spray to clean the box and objects |
| black curtain | For avoiding unnecessary visual cues | ||
| Cresyl violet | Sigma | C5042 | For Cresyl violet staining |
| cryotome | Leica | E21040041 | For tissue sectioning |
| double-sided sticky tape | For the firm placement of the objects | ||
| DPX mounting medium | Sigma | 06522 | |
| ethanol series | Duksan | UN1170 | Make 100%, 95%, 90%, 80%, 70% ethanol solutions |
| floor plate with narrow grid patterns | Leehyo-bio | Behavioral experiment equipment, plate size: 42.5 x 42.5 x 0.5 cm, grid size: 2.75 x 2.75 cm | |
| floor plate with wide grid patterns | Leehyo-bio | Behavioral experiment equipment, plate size: 42.5 x 42.5 x 0.5 cm, grid size: 5.5 x 5.5 cm | |
| illuminometer | TES Electrical Electronic Corp. | 1334A | For the measurement of the room lighting (60 Lux) |
| Intensive care unit | Thermocare | #W-1 | |
| ketamine hydrochloride | Yuhan | 7003 | Use to anesthetize the mouse for transcardial perfusion |
| LED lamp | Lungo | P13A-0422-WW-04 | Lighting for the behavioral test room |
| objects | Rubber doll, 50 ml plastic tube, glass Coplin jar, plastic T-flask, glass bottle | ||
| open field box | Leehyo-bio | Behavioral experiment equipment, size: 44 x 44 x 31 cm | |
| paper towel | Yuhan-Kimberly | 47201 | Use to dry open field box and objects |
| paraformaldehyde | Merck Millipore | 104005 | Make 4% solution |
| pilocarpine hydrochloride | Sigma | P6503 | |
| ruler | Use to locate the objects in the open field box | ||
| scopolamine methyl nitrate | Sigma | S2250 | Make 10X stock |
| Smart system 3.0 | Panlab | Video tracking system | |
| stopwatch | Junso | JS-307 | For the measurement of explorative activities of mice |
| sucrose | Sigma | S9378 | For cryoprotection of tissue sections |
| terbutaline hemisulfate salt | Sigma | T2528 | Make 10X stock |
| video camera (CCD camera) | Vision | VCE56HQ-12 | Place the camera directly overhead of the open field box |
| xylazine (Rompun) | Bayer korea | KR10381 | Use to anesthetize the mouse for transcardial perfusion |
| xylene | Duksan | UN1307 | For Cresyl violet staining |
Riferimenti
- Chang, B. S., Lowenstein, D. H. Mechanisms of disease – Epilepsy. New England Journal of Medicine. 349 (13), 1257-1266 (2003).
- Scharfman, H. E. The neurobiology of epilepsy. Current Neurology and Neuroscience Report. 7 (4), 348-354 (2007).
- Rakhade, S. N., Jensen, F. E. Epileptogenesis in the immature brain: emerging mechanisms. Nature Reviews in Neurology. 5 (7), 380-391 (2009).
- Breuer, L. E., et al. Cognitive deterioration in adult epilepsy: Does accelerated cognitive ageing exist. Neuroscience and Biobehavior Reviews. 64, 1-11 (2016).
- Leeman-Markowski, B. A., Schachter, S. C. Treatment of Cognitive Deficits in Epilepsy. Neurology Clinics. 34 (1), 183-204 (2016).
- Helmstaedter, C., Elger, C. E. Chronic temporal lobe epilepsy: a neurodevelopmental or progressively dementing disease. Brain. 132, 2822-2830 (2009).
- Groticke, I., Hoffmann, K., Loscher, W. Behavioral alterations in the pilocarpine model of temporal lobe epilepsy in mice. Experimental Neurology. 207 (2), 329-349 (2007).
- Long, Q., et al. Intranasal MSC-derived A1-exosomes ease inflammation, and prevent abnormal neurogenesis and memory dysfunction after status epilepticus. Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 114 (17), 3536-3545 (2017).
- Lima, I. V. A., et al. Postictal alterations induced by intrahippocampal injection of pilocarpine in C57BL/6 mice. Epilepsy & Behavior. 64, 83-89 (2016).
- Cho, K. O., et al. Aberrant hippocampal neurogenesis contributes to epilepsy and associated cognitive decline. Nature Communication. 6, 6606 (2015).
- Zhou, Q., et al. Adenosine A1 Receptors Play an Important Protective Role Against Cognitive Impairment and Long-Term Potentiation Inhibition in a Pentylenetetrazol Mouse Model of Epilepsy. Molecular Neurobiology. 55 (4), 3316-3327 (2018).
- Jiang, Y., et al. Ketogenic diet attenuates spatial and item memory impairment in pentylenetetrazol-kindled rats. Brain Research. 1646, 451-458 (2016).
- Zhuo, J. M., et al. Young adult born neurons enhance hippocampal dependent performance via influences on bilateral networks. Elife. 5, 22429 (2016).
- Kim, J. E., Cho, K. O. The Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy and EEG Monitoring Using Radiotelemetry System in Mice. Journal of Visualized Experiments. (132), e56831 (2018).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. Journal of Visualized Experiments. (65), e3564 (2012).
- Muller, C. J., Groticke, I., Bankstahl, M., Loscher, W. Behavioral and cognitive alterations, spontaneous seizures, and neuropathology developing after a pilocarpine-induced status epilepticus in C57BL/6 mice. Experimental Neurology. 219 (1), 284-297 (2009).
- Brandt, C., Gastens, A. M., Sun, M., Hausknecht, M., Loscher, W. Treatment with valproate after status epilepticus: effect on neuronal damage, epileptogenesis, and behavioral alterations in rats. Neuropharmacology. 51 (4), 789-804 (2006).
- Wolf, A., Bauer, B., Abner, E. L., Ashkenazy-Frolinger, T., Hartz, A. M. A Comprehensive Behavioral Test Battery to Assess Learning and Memory in 129S6/Tg2576 Mice. PLoS One. 11 (1), 0147733 (2016).
- Lueptow, L. M. Novel Object Recognition Test for the Investigation of Learning and Memory in Mice. Journal of Visualized Experiments. (126), e55718 (2017).
- Antunes, M., Biala, G. The novel object recognition memory: neurobiology, test procedure, and its modifications. Cognitive Processing. 13 (2), 93-110 (2012).
- van Goethem, N. P., van Hagen, B. T. J., Prickaerts, J. Assessing spatial pattern separation in rodents using the object pattern separation task. Nature Protocols. 13 (8), 1763-1792 (2018).
- Leger, M., et al. Object recognition test in mice. Nature Protocols. 8 (12), 2531-2537 (2013).
- Moscovitch, M., Cabeza, R., Winocur, G., Nadel, L. Episodic Memory and Beyond: The Hippocampus and Neocortex in Transformation. Annual Reviews in Psychology. 67, 105-134 (2016).
- Eichenbaum, H. A cortical-hippocampal system for declarative memory. Nature Reviews Neuroscience. 1 (1), 41-50 (2000).
- Brown, M. W., Aggleton, J. P. Recognition memory: What are the roles of the perirhinal cortex and hippocampus. Nature Reviews Neuroscience. 2 (1), 51-61 (2001).
- Winters, B. D., Forwood, S. E., Cowell, R. A., Saksida, L. M., Bussey, T. J. Double dissociation between the effects of peri-postrhinal cortex and hippocampal lesions on tests of object recognition and spatial memory: Heterogeneity of function within the temporal lobe. Journal of Neuroscience. 24 (26), 5901-5908 (2004).
- Winters, B. D., Bussey, T. J. Transient inactivation of perirhinal cortex disrupts encoding, retrieval, and consolidation of object recognition memory. Journal of Neuroscience. 25 (1), 52-61 (2005).
- Bermudez-Rattoni, F., Okuda, S., Roozendaal, B., McGaugh, J. L. Insular cortex is involved in consolidation of object recognition memory. Learning & Memory. 12 (5), 447-449 (2005).
- Akirav, I., Maroun, M. Ventromedial prefrontal cortex is obligatory for consolidation and reconsolidation of object recognition memory. Cerebral Cortex. 16 (12), 1759-1765 (2006).
- Cohen, S. J., Stackman, R. W. Assessing rodent hippocampal involvement in the novel object recognition task. A review. Behavior Brain Research. 285, 105-117 (2015).
- Cohen, S. J., et al. The Rodent Hippocampus Is Essential for Nonspatial Object Memory. Current Biology. 23 (17), 1685-1690 (2013).
- Broadbent, N. J., Gaskin, S., Squire, L. R., Clark, R. E. Object recognition memory and the rodent hippocampus. Learning and Memory. 17 (1), 5-11 (2010).
- Tuscher, J. J., Taxier, L. R., Fortress, A. M., Frick, K. M. Chemogenetic inactivation of the dorsal hippocampus and medial prefrontal cortex, individually and concurrently, impairs object recognition and spatial memory consolidation in female mice. Neurobiology of Learning and Memory. 156, 103-116 (2018).
- de Lima, M. N., Luft, T., Roesler, R., Schroder, N. Temporary inactivation reveals an essential role of the dorsal hippocampus in consolidation of object recognition memory. Neuroscience Letters. 405 (1-2), 142-146 (2006).
- Hammond, R. S., Tull, L. E., Stackman, R. W. On the delay-dependent involvement of the hippocampus in object recognition memory. Neurobiology of Learning and Memory. 82 (1), 26-34 (2004).
- Clark, R. E., Zola, S. M., Squire, L. R. Impaired recognition memory in rats after damage to the hippocampus. Journal of Neuroscience. 20 (23), 8853-8860 (2000).
- Stackman, R. W., Cohen, S. J., Lora, J. C., Rios, L. M. Temporary inactivation reveals that the CA1 region of the mouse dorsal hippocampus plays an equivalent role in the retrieval of long-term object memory and spatial memory. Neurobiology of Learning and Memory. 133, 118-128 (2016).
- Mumby, D. G., Gaskin, S., Glenn, M. J., Schramek, T. E., Lehmann, H. Hippocampal damage and exploratory preferences in rats: memory for objects, places, and contexts. Learning & Memory. 9 (2), 49-57 (2002).
- Jeong, K. H., Lee, K. E., Kim, S. Y., Cho, K. O. Upregulation of Kruppel-Like Factor 6 in the Mouse Hippocampus after Pilocarpine-Induced Status Epilepticus. Neuroscienze. 186, 170-178 (2011).
- Kim, J. E., Cho, K. O. The Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy and EEG Monitoring Using Radiotelemetry System in Mice. Journal of Visualized Experiments. (132), e56831 (2018).
- Jiang, Y., et al. Abnormal hippocampal functional network and related memory impairment in pilocarpine-treated rats. Epilepsia. 59 (9), 1785-1795 (2018).
- Wang, L., Liu, Y. H., Huang, Y. G., Chen, L. W. Time-course of neuronal death in the mouse pilocarpine model of chronic epilepsy using Fluoro-Jade C staining. Brain Research. 1241, 157-167 (2008).
- Detour, J., Schroeder, H., Desor, D., Nehlig, A. A 5-month period of epilepsy impairs spatial memory, decreases anxiety, but spares object recognition in the lithium-pilocarpine model in adult rats. Epilepsia. 46 (4), 499-508 (2005).
- Benini, R., Longo, D., Biagini, G., Avoli, M. Perirhinal Cortex Hyperexcitability in Pilocarpine-Treated Epileptic Rats. Hippocampus. 21 (7), 702-713 (2011).
- Yassa, M. A., Stark, C. E. Pattern separation in the hippocampus. Trends in Neurosciences. 34 (10), 515-525 (2011).
- Goncalves, J. T., Schafer, S. T., Gage, F. H. Adult Neurogenesis in the Hippocampus: From Stem Cells to Behavior. Cell. 167 (4), 897-914 (2016).
- Sahay, A., et al. Increasing adult hippocampal neurogenesis is sufficient to improve pattern separation. Nature. 472 (7344), 466-539 (2011).
