Måling fremadskridende neurologisk handicap i en musemodel af multipel sklerose
Summary
An optimized testing protocol is presented in this paper for the Rotarod performance test, used for measuring progressive neurological disability in TMEV-infected mice.
Abstract
After intracerebral infection with the Theiler’s Murine Encephalomyelitis Virus (TMEV), susceptible SJL mice develop a chronic-progressive demyelinating disease, with clinical features similar to the progressive forms of multiple sclerosis (MS). The mice show progressive disability with loss of motor and sensory functions, which can be assessed with multiple apparatuses and protocols. Among them, the Rotarod performance test is a very common behavioral test, its advantage being that it provides objective measurements, but it is often used assuming that it is straightforward and simple. In contrast to visual scoring systems used in some models of MS, which are highly subjective, the Rotarod test generates an objective, measurable, continuous variable (i.e., length of time), allowing almost perfect inter-rater concordances. However, inter-laboratory reliability is only achieved if the various testing parameters are replicated. In this manuscript, recommendations of specific testing parameters, such as size, speed, and acceleration of the rod; amount of training given to the animals; and data processing, are presented for the Rotarod test.
Introduction
Theiler s Murine Encephalomyelitis Virus (TMEV) er en neurotropisk enkeltstrenget RNA-virus, som vedvarende inficerer murine centralnervesystemet (CNS). Hos modtagelige mus, infektion med TMEV forårsager en immun-medieret, kronisk-progressiv demyelinisationssygdom, kendt som TMEV-induceret demyeliniserende sygdom (TMEV-IDD). Eksperimentel infektion af mus tager et sygdomsforløb ligner den set i progressive former for multipel sclerose (MS). TMEV-IDD er karakteriseret ved to adskilte faser: den akutte fase og den kroniske fase. Den akutte fase er en mild, sædvanligvis subklinisk encephalitis 1,2. Den anden, kronisk fase, som begynder ca. en måned efter infektion, består af en langsomt fremadskridende invaliditet kendetegnet ved demyelinisering, inflammation og axonal skade 1,2. Svagheden hos mus er associeret med spasticitet og lejlighedsvis alvorlige toniske spasmer.
Fordi der er i øjeblikket ingen medications at afhjælpe den progressive handicap hos patienter, er forskerne særligt tiltrukket af TMEV-IDD, som repræsenterer en optimal dyremodel til overvågning af virkningen af sygdomsmodificerende lægemidler på sygdomsprogression. Men hos mus samt i MS-patienter, overvågning af progression af invaliditet kræver en kontinuerlig klinisk observation over længere tid. Hos mus, kan langsigtede overvågning for invaliditet progression opnås med rotarod performance test.
Rotarod performance test er en standard adfærdsmæssig test, der evaluerer motoriske-associerede funktioner såsom koordination, balance, og træthed hos gnavere. Musene er nødt til at holde balancen på en drejning stang, der roterer under konstant acceleration; den tidsforsinkelse at falde fra denne stang registreres. Dyr med neurologisk dysfunktion er ude af stand til at blive på den roterende stang, så længe kontrol, og de normalt falder fra, når omdrejningshastigheden overstiger deresmotor kapacitet. Jo mere neurologisk svækkelse dyrene har, jo før de falder stangen, og jo kortere tid latenstid er.
Fordelen ved rotarodtesten over traditionelle visuelle pointsystemer er, at det genererer en objektiv, målbar variabel tid latens-som i sidste ende kan bruges til statistiske analyser til at kvantificere effekten af behandlinger og eksperimentelle procedurer 3.
I Laboratoriet for Neuroimmunology (Loni) ved Dartmouth, mus udsat for en tilpasning protokol, hvor de bliver testet før TMEV infektion for at gøre dem bekendt med maskinen og vurdere deres normale "baseline" balance koordination og motorstyring 4, fem. Når basislinjen er etableret, og musene smittet med TMEV, afprøves de en eller to gange om ugen over en periode på flere måneder. Den egentlige test-protokollen holder et gennemsnit på 150 dage, således at en vurdering afnedgangen i balance, koordination, og motorisk kontrol over hele forløbet af demyeliniserende sygdom.
Flere hundrede TMEV-IDD og sham-behandlede mus er blevet testet hidtil for neurologisk dysfunktion i Dartmouth. Disse mus havde modtaget forskellige immunmodulerende behandlinger, men ingen farmakologisk middel har vist sig at være effektive til bedring af progression af invaliditet 6,7. Nærværende artikel og den tilhørende protokol beskriver, hvordan man karakterisere fremadskridende neurologisk svækkelse vises af TMEV-IDD mus. Især protokollen tilbyder anbefalinger fra specifikke test parametre menes at være generelt egnet til at studere neurologiske handicap i TMEV-IDD mus ved hjælp rotarodtesten. Denne procedure giver et referencegrundlag for at vurdere (1) relevansen af denne musemodel til progressiv MS og (2) dens anvendelighed til test terapier rettet mod behandling af progressive neurologiske sygdomme som multipel sklerose. Det er klart, atRotarod performance test og den nuværende optimerede parametre til forsøg og protokol er ikke kun nyttige til påvisning fremadskridende neurologisk invaliditet i TMEV-IDD musemodel, men er også nyttige til at afdække svækkelser i andre virusinducerede og / eller genetisk musemodeller for neurodegenerative sygdomme.
Protocol
Representative Results
Discussion
På trods af visse begrænsninger, rotarod performance test er et vigtigt redskab til at vurdere motorisk funktion og dysfunktion i TMEV-IDD samt effekten af farmakologiske interventioner om handicap progression i mus.
Rotarodtesten blev første gang beskrevet i 1957 som et værktøj til at måle neurologiske underskud i gnavere 11. Gnavere nødt til at gå på en roterende stang, med stigende omdrejningstal, og forsøge at undgå at falde til jorden. Latenstiden til at fald…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank the staff of the Center for Comparative Medicine and Research (CCMR) at Dartmouth for their expert care of the mice used for these studies. The authors also acknowledge Emily Clough for her excellent administrative support.
Materials
| Mice SJL/JCrHsd 4 to 6 week old | Envigo | #052 | |
| TMEV virus stock | |||
| Isoflurane vaporizer | Harvard Apparatus | #340471 | |
| Insulin Syringes U- 100 29g x 0.5cc | BD | #328203 | |
| Rotamex-5 4 Lane Rota-Rod for Mice with RS-232 and Software | Columbus Instruments | #0890M |
References
- Lipton, H. L. Theiler’s virus infection in mice: an unusual biphasic disease process leading to demyelination. Infect Immun. 11, 1147-1155 (1975).
- Pachner, A. R. . A Primer of Neuroimmunological Disease. , (2012).
- Rustay, N. R., Wahlsten, D., Crabbe, J. C. Assessment of genetic susceptibility to ethanol intoxication in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 100, 2917-2922 (2003).
- McGavern, D. B., Zoecklein, L., Drescher, K. M., Rodriguez, M. Quantitative assessment of neurologic deficits in a chronic progressive murine model of CNS demyelination. Exp Neurol. 158, 171-181 (1999).
- Zoecklein, L. J., et al. Direct comparison of demyelinating disease induced by the Daniel’s strain and BeAn strain of Theiler’s murine encephalomyelitis virus. Brain Pathol. 13, 291-308 (2003).
- Gilli, F., Li, L., Campbell, S. J., Anthony, D. C., Pachner, A. R. The effect of B-cell depletion in the Theiler’s model of multiple sclerosis. J Neurol Sci. 359, 40-47 (2015).
- Li, L., et al. The effect of FTY720 in the Theiler’s virus model of multiple sclerosis. J Neurol Sci. 308, 41-48 (2011).
- Homanics, G. E., Quinlan, J. J., Firestone, L. L. Pharmacologic and behavioral responses of inbred C57BL/6J and strain 129/SvJ mouse lines. Pharmacol Biochem Be. 63, 21-26 (1999).
- Balkaya, M., Krober, J. M., Rex, A., Endres, M. Assessing post-stroke behavior in mouse models of focal ischemia. J Cerebr Blood F Met. 33, 330-338 (2013).
- . . Columbus Instruments Rotamex-5 Manual. , 1-33 (2005).
- Dunham, N. W., Miya, T. S. A note on a simple apparatus for detecting neurological deficit in rats and mice. J Am Pharm Ass. 46, 208-209 (1957).
- Ulrich, R., Kalkuhl, A., Deschl, U., Baumgartner, W. Machine learning approach identifies new pathways associated with demyelination in a viral model of multiple sclerosis. J Cell Mol Med. 14, 434-448 (2010).
- Lynch, J. L., Gallus, N. J., Ericson, M. E., Beitz, A. J. Analysis of nociception, sex and peripheral nerve innervation in the TMEV animal model of multiple sclerosis. Pain. 136, 293-304 (2008).
- Pirko, I., Johnson, A. J., Lohrey, A. K., Chen, Y., Ying, J. Deep gray matter T2 hypointensity correlates with disability in a murine model of MS. J Neurol Sci. 282, 34-38 (2009).
- Oleszak, E. L., Chang, J. R., Friedman, H., Katsetos, C. D., Platsoucas, C. D. Theiler’s virus infection: a model for multiple sclerosis. Clin Microbiol Rev. 17, 174-207 (2004).
- McCarthy, D. P., Richards, M. H., Miller, S. D. Mouse models of multiple sclerosis: experimental autoimmune encephalomyelitis and Theiler’s virus-induced demyelinating disease. Methods Mol Biol. 900, 381-401 (2012).
- . International Mouse Phenotyping Resource of Standardised Screens Available from: https://www.mousephenotype.org/impress/protocol/158/1 (2016)
- Bohlen, M., Cameron, A., Metten, P., Crabbe, J. C., Wahlsten, D. Calibration of rotational acceleration for the rotarod test of rodent motor coordination. J Neurosci Methods. 178, 10-14 (2009).
- Hopkins, M. E., Bucci, D. J. Interpreting the effects of exercise on fear conditioning: the influence of time of day. Behav Neurosci. 124, 868-872 (2010).
