מנוע ולמידת מרחבית Dependent בהיפוקמפוס ופניית הערכת זיכרון במודל חולדה מהונדס של מחלת אלצהיימר עם שבץ
Summary
כדי לחקור את השיתוף חולני מחלת אלצהיימר (AD) ומצבו שבץ במודל רומן, שלוש משימות התנהגות מתוארות כי לאמוד הוא שליטה מוטורית והתנהגויות קוגניטיבית. משימות אלה כוללות את משימת קרן-הליכה, משימת גליל מבוך מים של מוריס.
Abstract
מחלת אלצהיימר (AD) היא מחלה ניוונית של מערכת העצבים מתישה גורמת להפסד ניווניות של מערכת העצבים והזיכרון. בעוד הגיל הוא גורם סיכון עיקרי למחלת אלצהיימר, שבץ גם היה מעורב כגורם סיכון וגורם בהחרפה. שיתוף התחלואה של תוצאות שבץ ומחלת אלצהיימר בשליטה מוטורית מחמרה קשור שבץ וגירעונות קוגניטיבית הקשורה לספירה כשמשווה כל תנאים לבד. כדי לדמות את המצב בשילוב של שבץ ומחלת אלצהיימר, מודל עכברוש מהונדס רומן של AD, עם טופס מוטציה של חלבון עמילואיד מבשר (חלבון מפתח המעורב בהתפתחות אלצהיימר) שולב DNA שלה, ניתן שבץ striatal חד-צדדי קטן.
עבור מודל עם השילוב של שניהם שבץ ומחלת אלצהיימר, בדיקות התנהגותיות כי להעריך שליטה מוטורית הקשורים שבץ, תנועה ותפקוד קוגניטיבית הקשורה לספירה חייבות להיות מיושמות. המשימה הגליל כרוך וחסכוני, מנגנון רב מעריך שימוש מנוע forelimb הספונטנית. במשימה זו, עכברוש מושם מנגנון גלילי, שם החולדה אחורית ספונטנית ולפנות הקיר של הגליל עם forelimbs שלה. מגעים אלה נחשבים לשימוש מנוע forelimb לכמת במהלך ניתוח וידאו לאחר בדיקה. משימה נוספת מנוע וחסכוני שיושמה היא משימת קרן-ההליכה, אשר מעריכה מלאת forelimb, בקרת hindlimb ו תנועה. משימה זו כרוכה הליכה עכברוש פני קורת עץ המאפשר הערכת שליטה מוטורית איבר באמצעות ניתוח של תלושי forelimb, תלושי hindlimb ונופל. הערכת למידה וזיכרון הושלמה עם מבוך המים של מוריס עבור הפרדיגמה התנהגותי זה. הפרוטוקול מתחיל עם למידה מרחבית, לפיה עכברוש מאתרת משטח חבוי נייח. לאחר למידה מרחבית, הפלטפורמה מוסרת ושניהם לטווח קצר וזיכרון התייחסות מרחבית לטווח ארוך נבחן. כל שלוש המשימות הללו הן רגישים להבדלים התנהגותיים להסתיים בתוך 28 ימים עבור דגם זה, מה שהופך פסק זוזמן יעיל digm וחסכוני.
Introduction
מחלת אלצהיימר (AD) היא הצורה השכיחה ביותר של דמנציה באוכלוסיית קשישים מחלה ניוונית של מערכת העצבים מתישה. Histopathologically, AD מציג את עצמו בתור פלאק עמילואיד, סבכים נוירו-פיברילריים ואת איבוד עצבי. הפלאק עמילואיד מורכב בעיקר של פפטיד בטא עמילואיד (Aβ) כי כבר מיוצר באמצעות מחשוף פרוטאוליטים שונה של חלבון מקדים עמילואיד (APP) על ידי β-secretase ואנזימים-secretase γ 1,2,3. המוצר מחשוף, Aβ, פיקדונות במוח יצירת פלאק עמילואיד פתולוגי ויש לו השפעה רעילה על המוח שיכולה להוביל ליקויי למידה מאפיין ואובדן זיכרון. כל הצעדים האלה יחד מכונים "השערת מפל עמילואיד" 3,4. בעוד השערה זו חשובה כאשר חוקרים לספירה, שינויים תאיים אחרים נמצאו להקדים תצורות פלאק אלה כי סוטה מן המסלול מפל עמילואיד המקורי. אחרים אלהשינויים הסלולר נחשבים לתרום אובדן זיכרון מוקדם, למידת ליקויים וחוסר תפקוד קוגניטיבי אחר המעורבים לספירה לפני פלאק היווצרות 3,5,6.
עם AD הופכת נפוצה יותר ויותר, גורמי סיכון להתפתחות אלצהיימר הופכים מוקד חשוב מאוד של מחקר. למרות הגיל הוא גורם הסיכון העיקרי עבור צורות ספוראדיות של AD, גורמי סיכון נוספים זוהו, כולל שבץ 7,8. שבץ מוחי הוא לא רק גורם סיכון, אבל זה גם יכול להחמיר כבר דמנציה הנוכחי. לדוגמא, קליני, את ההתקדמות של מחלת אלצהיימר הוכחה להיות גרוע בחולים שחוו בעבר שבץ 9. יתר על כן, הביטוי APP מוגברת הצטברות Aβ נמצאה במודלים של בעלי חיים ניסיוניים של רעילות Aβ בשילוב עם כתוצאה משבץ מוחי 10,11. מאז יש אינטראקציה חשובה זו בין שבץ ומחלת אלצהיימר, זה חיוני כי שתי פתולוגיות אלה להיחקר עודיחד במודלי שיתוף חולני כדי להבין טוב יותר פתופיזיולוגיה והתנהגויות מעורבות שני המצבים.
כדי לבדוק את מצב שיתוף חולני, מודל מתאים צריך להיות מפותח שבו שבץ יוכל להיות בקשר עם Aβ לייצר פתולוגיה AD-כמו. בפעם הראשונה, עכברוש מהונדס APP21 כי יש גן APP אנושי מוטציה שולב DNA שלה שמש להשיג מודל הולם של מחלת אלצהיימר. המוטציות הן missense הכפולה השבדית מוטציות missense היחיד אינדיאנה, אשר שניהם היו מעורבות בצורות משפחתיות של 4,8,12 לספירה. בהעדר עלבון נוסף, גילי מודל עכברוש זה מבלי לפתח פלאק Aβ המאפיין או neurofibrillary מסתבכים 12. לכן, במאמץ לגרום פתולוגיה התנהגותית AD-כמו, שבץ קטן מוחדר בסטריאטום הנכון כדי לחקות את משיכות קורטיקליים קטנים לעתים קרובות נוכח חולי דמנציה 9. השבץ ב ra המהונדס APP21t מגלמת את מצב השיתוף חולני ומאפשרת חקירה של סוגים שונים של שינויים התנהגותיים מעורבים בשני תנאי המחלה. בפרט, אינדוקציה זו של גירעונות AD-כמו פתולוגיה וקוגניטיביות בחולדה המבוגרת מאפשרת לנו לחקור את השינויים מולקולריים וקוגניטיביות המוקדמים שקדמו לספירה.
מאחר והמטרה היא לקבוע את הסימנים הראשונים של שינויים התנהגותיים ומאז הן שבץ ומחלת אלצהיימר יש פתולוגיות ברורים מאוד התנהגותית, כאשר לומדים את מודל השיתוף חולני, משימות התנהגות צריכות להעריך מגוון של פנוטיפים התנהגותיים. ישנם סדרת מבחנים רגישים יחסית שניתן לעשות כדי לנתח מנוע התנהגותי קוגנטיבי במודלים של מכרסמים שכוללים מגוון של פרדיגמות וציוד. כדי לנתח באופן ספציפי תפקוד מוטורי forelimb ו hindlimb, המשימה גליל משימת קרן-הליכה יושמה לזהות גירעונות מנוע ולפקח תנועה במודל זה. משימות רגישות אחרות שנועדו להעריך בסדר במיוחד FOמיומנות מוטורית relimb (כלומר את המשימה המדרגת משימה להגיע גלולה אחת) דורשים מזון קיפוח 11,13,14. למען הסר ספק של ההשפעות הידועות של מניעת מזון על פתולוגיות המחלה 15,16,17, בדיקות אלה הוכרזו מתאימים למחקר זה. המשימה הגליל מעריכה את השימוש הספונטני של forelimbs של החולדה במהלך גידול בסביבת רומן והוא יכול לזהות סימטריה בין forelimbs בחולדות עם שבץ חד-צדדי 10,18. יתרון עיקרי למשימה זו הוא כי המנגנון יכול להיות מנוצל למשימות התנהגות אחרות, כגון המשימה לשחות נאלץ Porsolt 19. בניגוד משימת הגליל, משימת קרן-ההליכה גם מאפשרת ניתוח של hindlimb ושליטה מוטורית forelimb, בנוסף locmotion 10,14. קרן הליכה הכוללת מרכיב של תנועה, מרכיב איזון והשמה רגל מיומן. שני המבחנים הללו הם וחסכוניים, פשוט, ונדרש זמן יעיל להבהיר את ההשפעות של שבץ ומחלת אלצהיימר על ד ifferences בתפקוד הגפיים.
מלבד שינויים בתפקוד מוטורי, AD מערבות פגמים בזיכרון שיכול להציג בשלבים הראשונים של התפתחות המחלה. כאשר פונים הפתולוגיות כמו AD במודל מכרסם, זה קריטי, כי למידה תלויה בהיפוקמפוס והזיכרון נבחנים כי ההיפוקמפוס הוא מבנה מוח חשוב מושפע במידה רבה של מחלת אלצהיימר 2. ההיפוקמפוס הוא אזור במוח חיוני למידה מרחבית וזיכרון ותפקודו ניתן לבדוק באמצעות פרדיגמות מבוך שונים במכרסמים. אחת המשימות במבוך בעיקר בשימוש נרחב עבור במודלים של מכרסמים של מחלות שונות הוא מבוך המים של מוריס 20. מבוך המים של מוריס מנצל רמזים מרחביים כדי לסייע החולדה באיתור פלטפורמה נסתרת נייחת ובחן זיכרון המרחבי התייחסות כאשר הפלטפורמה מוסרת. יתרון חשוב של התקנת מבוך מים הוא שזה מאוד להתאמה בהתאם לשאלת המחקר המוצע 20.
אוהל "> בפעם הראשונה, הטכניקות המתוארות שימשו להעריך מנוע ותפקוד קוגניטיבי במודל חולדה שיתוף חולנית הרומן של שבץ ומחלת אלצהיימר. מעורבים משיכות קטנות במודל חולדה מהונדס APP21. Co-תחלואה הושגה על ידי גרימת vasoconstriction של כלי הדם בסטריאטום לייצר שבץ קטן בחולדות APP21 מהונדסות. מודל שבץ זה כבר מבוסס היטב כתנאי שיתוף חולני במודל חולדה חלופי AD 11. לקידום לתוך הרומן הזה APP21 מודל עכברים מהונדס נועד כדי לייצר מודל יקר יותר translationally. בעוד המשימות התנהגותיות מתוארות באמצעות מודל שיתוף חולני שבץ ומחלת אלצהיימר חולדה, משימות אלה ניתן ליישם בהמשך מודלים של שבץ או מודלים אחרים של מחלות נוירולוגיות אחרות (כלומר מחלת פרקינסון). הגנרל המתודולוגיה המתוארת תהיה נרחב החלימה על מדינות מחלה אחרות אלה, אבל צירה זמן התנהגות ופרדיגמות עשויים לדרוש מבוסס שינוי על המיל המוצעשאלה ודגם earch. בנוסף להיות וישים, את המשימות המתוארות יעילות הוכחת גירעונות קטין, גם בעת היותו עלות וזמן יעיל.Protocol
Representative Results
Discussion
השילוב של שבץ ותוצאות מחלת אלצהיימר פתולוגיות התנהגותיות מאוד ברורות שיכול להשפיע הן מנוע ותפקוד קוגניטיבי בהתאם לחומרה של כל תנאי. לפיכך, יש צורך לעשות שימוש במגוון של משימות התנהגותיות כדי לקבוע את תרומות פרט של תנאים אלה, כמו גם לתת כמה תובנה בשילוב ואפשרות אינטר?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was made possible with funding from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR) and the authors would like to thank CIHR for their funding support.
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 |
References
- Auld, D., Kornecook, T., Bastianetto, S., Quirion, R. Alzheimer’s disease and the basal forebrain cholinergic system: relations to β-amyloid peptides, cognition, and treatment strategies. Prog Neurobiol. 68 (3), 209245 (2002).
- Huang, Y., Mucke, L. Alzheimer Mechanisms and Therapeutic Strategies. Cell. 148 (6), (2012).
- Querfurth, H., LaFerla, F. Alzheimer’s disease. New Engl J Med. 362 (4), 329-344 (2010).
- Karran, E., Mercken, M., Strooper, B. The amyloid cascade hypothesis for Alzheimer’s disease: an appraisal for the development of therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 10 (9), 698-712 (2011).
- Akiyama, H., et al. Inflammation and Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging. 21 (3), (2000).
- Butterfield, D., Drake, J., Pocernich, C., Castegna, A. Evidence of oxidative damage in Alzheimer’s disease brain: central role for amyloid β-peptide. Trends Mol Med. 7 (12), 548554 (2001).
- Kalaria, R. The role of cerebral ischemia in Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging. 21 (2), 321-330 (2000).
- Selkoe, D. Alzheimer’s disease: genes, proteins, and therapy. Physiol Rev. 81 (2), 741-766 (2001).
- Snowdon, D. A., et al. Brain infarction and the clinical expression of alzheimer disease: The nun study. JAMA. 277 (10), 813 (1997).
- Clarke, J., et al. Overexpression of APP provides neuroprotection in the absence of functional benefit following middle cerebral artery occlusion in rats. Eur J Neurosci. 26 (7), 1845-1852 (2007).
- Whitehead, S., Hachinski, V., Cechetto, D. Interaction Between a Rat Model of Cerebral Ischemia and β-Amyloid Toxicity Inflammatory Responses. Stroke. 36 (1), 107-112 (2005).
- Agca, C., et al. Development of transgenic rats producing human β-amyloid precursor protein as a model for Alzheimer’s disease: Transgene and endogenous APP genes are regulated tissue-specifically. BMC Neuroscience. 9 (1), 28 (2008).
- Bayona, N. A., Gelb, A. W., Jiang, Z., Wilson, J. X., Urquhart, B. L., Cechetto, D. F. Propofol neuroprotection in cerebral ischemia and its effects on low-molecular-weight antioxidants and skilled motor tasks. Anesthesiology. 100 (5), 1151-1159 (2004).
- Langdon, K., Clarke, J., Corbett, D. Long-term exposure to high fat diet is bad for your brain: exacerbation of focal ischemic brain injury. 신경과학. 182, 82-87 (2011).
- Brownlow, M., et al. Partial rescue of memory deficits induced by calorie restriction in a mouse model of tau deposition. Behav Brain Res. 271, 7988 (2014).
- Halagappa, V., et al. Intermittent fasting and caloric restriction ameliorate age-related behavioral deficits in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. Neurobiol Dis. 26 (1), (2007).
- Maalouf, M., Rho, J., Mattson, M. The neuroprotective properties of calorie restriction, the ketogenic diet, and ketone bodies. Behav Brain Res. 59 (2), (2008).
- Tillerson, J. L., et al. Forced limb-use effects on the behavioral and neurochemical effects of 6-hydroxydopamine. 신경과학. 21 (12), 4427-4435 (2001).
- Sierksma, A., et al. Improvement of spatial memory function in APPswe/PS1dE9 mice after chronic inhibition of phosphodiesterase type 4D. Neuropharmacology. 77, (2013).
- D’Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Behav Brain Res. 36 (1), 60-90 (2001).
- Vorhees, C., Williams, M. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nat Protoc. 1 (2), 848-858 (2006).
