La tâche comportementale de choix à trois chambres utilisant le poisson-zèbre comme système modèle
Summary
Nous présentons une chambre comportementale conçue pour évaluer les performances cognitives. Nous fournissons des données montrant qu’une fois acquis, le poisson-zèbre se souvient de la tâche 8 semaines plus tard. Nous montrons également que les poissons-zèbres hyperglycémiques ont modifié les performances cognitives, ce qui indique que ce paradigme est applicable aux études évaluant la cognition et la mémoire.
Abstract
Les maladies neurodégénératives dépendent de l’âge, sont débilitantes et incurables. Des rapports récents ont également corrélé l’hyperglycémie avec des changements dans la mémoire et / ou des troubles cognitifs. Nous avons modifié et développé une tâche cognitive de choix à trois chambres similaire à celle utilisée avec les rongeurs pour une utilisation avec le poisson-zèbre hyperglycémique. La chambre d’essai se compose d’une chambre de départ située au centre et de deux compartiments de choix de chaque côté, avec un banc de congénères utilisé comme récompense. Nous fournissons des données montrant qu’une fois acquis, le poisson-zèbre se souvient de la tâche au moins 8 semaines plus tard. Nos données indiquent que le poisson-zèbre répond de manière robuste à cette récompense, et nous avons identifié des déficits cognitifs chez les poissons hyperglycémiques après 4 semaines de traitement. Ce test comportemental peut également être applicable à d’autres études liées à la cognition et à la mémoire.
Introduction
Les maladies neurodégénératives dépendent de l’âge, sont débilitantes et incurables. La prévalence de ces maladies augmente, ce qui entraîne un besoin urgent d’améliorer et de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques. L’apparition et la présentation de chaque maladie sont uniques, car certaines affectent les régions du langage, du moteur et du cerveau autonome, tandis que d’autres provoquent des déficits d’apprentissage et des pertes de mémoire1. Plus particulièrement, les déficits cognitifs et/ou les déficiences sont les complications les plus répandues dans toutes les maladies neurodégénératives2. Dans l’espoir de faire la lumière sur les mécanismes sous-jacents impliqués dans ces maladies neurodégénératives, l’utilisation de nombreux systèmes modèles différents (y compris des organismes unicellulaires à la drosophiles aux vertébrés d’ordre supérieur tels que les rongeurs et les humains) a été utilisée; cependant, la majorité des maladies neurodégénératives restent incurables.
L’apprentissage et la mémoire sont des processus hautement conservés parmi les organismes, car les changements constants de l’environnement nécessitent une adaptation3. L’altération de la cognition et de la plasticité synaptique a été démontrée dans plusieurs modèles de rongeurs. Plus précisément, les tests comportementaux bien établis utilisent l’apprentissage associatif pour évaluer les changements cognitifs à la suite de diverses maladies et troubles induits par les déficiences4. De plus, l’inversion de la discrimination de contraste évalue les déficits cognitifs car elle implique des fonctions d’apprentissage et de mémoire d’ordre supérieur, et l’inversion dépend de l’inhibition d’une association précédemment apprise. La tâche de choix à trois chambres largement utilisée élucide les déficits possibles dans les voies d’apprentissage et de mémoire du système nerveux central5,6. Récemment, ce domaine s’est élargi pour inclure des modèles non mammifères, tels que le poisson-zèbre (Danio rerio), car plusieurs paradigmes ont été développés pour une gamme d’âges allant des larves aux adultes7,8.
Le poisson-zèbre offre un équilibre de complexité et de simplicité qui est avantageux pour l’évaluation des troubles cognitifs avec des techniques comportementales. Tout d’abord, les poissons-zèbres se prêtent à un dépistage comportemental à haut débit en raison de leur petite taille et de leur nature reproductrice prolifique. Deuxièmement, le poisson-zèbre possède une structure, le pallium latéral, qui est analogue à l’hippocampe des mammifères car il a des marqueurs neuronaux et des types de cellules similaires7. Les poissons-zèbres sont également capables d’acquérir et de mémoriser des informations spatiales9 et, comme les humains, sont diurnes10. Par conséquent, il n’est pas surprenant que les poissons-zèbres soient utilisés comme modèle pour les maladies neurodégénératives avec une fréquence croissante. Cependant, l’absence de tests comportementaux appropriés a rendu difficile l’application du modèle du poisson-zèbre pour les évaluations cognitives. Les travaux publiés utilisant des tests comportementaux spécifiques au poisson-zèbre comprennent les tâches d’apprentissage associatif11, le comportement anxieux12, la mémoire 13 , la reconnaissance d’objets14et la préférence de lieu conditionné15,16,17,18,19. Bien qu’il y ait eu de nombreux développements en ce qui concerne les tests comportementaux du poisson-zèbre, des homologues pour certains tests des fonctions cognitives chez les rongeurs n’ont pas encore été développés pour une utilisation avec le poisson-zèbre18.
En nous appuyant sur des études antérieures de notre laboratoire, nous avons modélisé / développé une tâche cognitive chez le poisson-zèbre basée sur la tâche de choix à trois chambres utilisée avec les rongeurs en utilisant l’interaction sociale comme récompense. De plus, nous avons développé l’aspect d’apprentissage associatif de la tâche comportementale et incorporé l’inversion de la discrimination de contraste dans l’espoir de développer davantage cette tâche comportementale pour évaluer les troubles cognitifs. Cela nous a permis d’examiner à la fois l’acquisition initiale de l’apprentissage de la discrimination et l’inhibition ultérieure de cet apprentissage dans la phase d’inversion. Dans la présente étude, nous démontrons que cette procédure a fourni une méthode fiable pour évaluer le fonctionnement cognitif chez le poisson-zèbre après une immersion dans le glucose pendant 4 ou 8 semaines.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bien qu’il y ait eu une croissance énorme de la quantité et de la variété de la recherche en neurosciences effectuée à l’aide de poissons-zèbres au cours des 15 dernières années24,les tests comportementaux manquent chez cette espèce par rapport aux systèmes de modèles de mammifères11,25,26. Ici, nous montrons qu’une tâche de choix à trois chambres développée pour une utilisation ave…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions Sabrina Jones pour son aide à adapter un paradigme de choix à trois chambres de rongeur au modèle du poisson-zèbre et Jeremy Popowitz et Allison Murk pour leur aide lors des journées de collecte du comportement, leur aide aux essais, aux soins aux animaux et à la mise en place des réservoirs. Un merci spécial également à James M. Forbes (ingénieur en mécanique) pour son aide dans la conception et la construction du réservoir à 3 chambres.
Financement : VPC et TLD ont reçu une subvention conjointe de soutien à la recherche du corps professoral (FRSG) de l’American University College of Arts and Sciences. CJR a reçu le soutien de l’American University College of Arts and Sciences Graduate Student Support.
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