필로카핀 유도 간질 마우스에 있는 기억 기능의 평가
Summary
이 문서는 필로카핀 유도 간질 마우스에 있는 기억 손상을 평가하기 위한 실험적인 절차를 제출합니다. 이 프로토콜은 간질에 있는 일반적인 comorbidities의 한개인 간질 관련한 인식 쇠퇴의 병리생리학 기계장치를 공부하기 위하여 이용될 수 있습니다.
Abstract
인지 장애는 측두엽 간질에서 가장 흔한 동반기능 중 하나입니다. 간질의 동물 모델에서 간질 관련 인지 감소를 재현하기 위해, 우리는 필로카핀 처리 만성 간질 마우스를 생성했다. 우리는 이 간질 마우스를 사용하여 3개의 다른 행동 시험을 위한 프로토콜을 제시합니다: 새로운 객체 위치 (NL), 새로운 객체 인식 (NO), 및 패턴 분리 (PS) 시험은 장소, 객체 및 문맥에 대한 학습 및 기억을 각각 평가하기 위하여. 우리는 동물의 기저 운동 활동을 측정하는 개방 필드 테스트에 따라 행동 장치를 설정하고 NL, NO 및 PS 테스트에 대한 실험 절차를 제공하는 방법을 설명합니다. 우리는 또한 간질 마우스에 있는 기억 기능을 평가하기 위한 그밖 행동 시험에 관하여 NL, NO 및 PS 시험의 기술적인 이점을 기술합니다. 마지막으로, 우리는 성공적인 메모리 테스트를위한 중요한 단계인 친숙한 세션 동안 개체와 30 초의 좋은 접촉을하지 못하는 간질 마우스에 대한 가능한 원인과 해결책을 논의합니다. 따라서, 이 프로토콜은 마우스를 사용하여 간질 관련 기억 손상을 평가하는 방법에 대한 자세한 정보를 제공합니다. NL, NO 및 PS 시험은 간질 마우스에 있는 기억의 다른 종류의 평가에 적합한 간단하고 능률적인 분석입니다.
Introduction
간질은 자발적인 재발성발작을특징으로 하는 만성질환1,2,,3. 반복적 인 발작은 뇌의 구조적 및 기능적 이상을 일으킬 수 있기 때문에1,,2,,3,비정상적인 발작 활동은 가장 흔한 간질 관련 동반 작용 중 하나인 인지 기능 장애에 기여할 수 있습니다4,,5,,6. 일시적이고 일시적인 만성 발작 사건과는 달리, 인지 장애는 간질 환자의 삶 전반에 걸쳐 지속될 수 있으며 삶의 질을 악화시킬 수 있습니다. 따라서 간질과 관련된 인지 기능 저하의 병리 생리학적 메커니즘을 이해하는 것이 중요합니다.
간질의 다양한 실험 동물 모델은 만성 간질7,8,89,10,,9,11,,12와관련된 학습 및 기억 결핍을 입증하는 데 사용되어 왔다. 예를 들어, 모리스 물 미로, 상황별 공포 컨디셔닝, 홀 보드, 새로운 개체 위치 (NL), 및 새로운 개체 인식 (NO) 테스트는 자주 측두엽 간질에서 메모리 기능 장애를 평가하는 데 사용되었습니다 (TLE). 해마는 TLE가 병리학을 보여주는 1 차적인 지구의 한개이기 때문에, 해마 의존적인 기억 기능을 평가할 수 있는 행동 시험은 수시로 우선적으로 선택됩니다. 그러나, 발작이 비정상적인 해마 신경 발생을 유도하고 간질 관련 인지 감소에 기여할 수 있다는 점을 감안할때,신생아 신경 기능 (즉, 공간 패턴 분리, PS)8,,13은 또한 간질에서 기억 장애의 세포 메커니즘에 대한 귀중한 정보를 제공 할 수 있습니다.
이 문서에서는 간질 마우스에 대한 메모리 테스트, NL, NO 및 PS의 배터리를 보여 줍니다. 테스트는 간단하고 쉽게 접근할 수 있으며 정교한 시스템이 필요하지 않습니다.
Protocol
모든 실험 절차는 가톨릭대학교 윤리위원회의 승인을 받았으며, 국립과학수사연구원의 실험실동물 관리 및 이용안내(NIH 간행물 제80-23호)에 따라 실시되었다. 1. 새로운 개체 위치 테스트 (NL) 간질 C57BL/6 또는 필로카핀 주사 후 4-6주 후에 형질전환 마우스를 준비하십시오.참고: 급성 발작은 복강 내(IP) 필로카핀 주사에 의해 유도되었고, 이전 보고서14에…
Representative Results
인지 기능 평가를 위한 일반적인 실험 일정 및 설정은 그림 1에나와 있습니다. 필로카핀-유도 급성 발작의 도입 6주 후, 마우스는 시험 사이의 3일 휴식 기간에 의해 분리된 순서로 NL, NO 및 PS 시험을 실시하였다(도1A). NL 테스트의 경우 친숙한 세션(F1) 동안 두 개의 동일한 개체가 열린 필드에 배치되었고 다음 날 한 개체가 새 위치로 이동되었습니다. NO ?…
Discussion
이 작품은 만성 간질을 가진 마우스에 있는 인식 기능을 평가하기 위한 실험적인 절차를 기술합니다. 많은 다른 행동 시험 패러다임은 마우스18에있는 학습 그리고 기억 기능을 평가하기 위하여 이용됩니다. 모리스 물 미로, 방사형 팔 미로, Y-미로, 상황 공포 컨디셔닝 및 개체 기반 테스트는 가장 자주 사용되는 행동 테스트이며 신뢰할 수있는 결과를 제공합니다. 그 중에서도 NL…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
기술지원에 감사드린다. 이 작품은 한국 정부의 후원을 받은 국립연구재단(NRF)의 지원(NRF-2019R1A2C1003958, NRF-2019K2A9A2A08000167)에 의해 지원되었다.
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 |
References
- 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. 신경과학. 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).
Cite This Article
Park, K., Kim, J., Choi, I., Cho, K. Assessment of Memory Function in Pilocarpine-induced Epileptic Mice. J. Vis. Exp. (160), e60751, doi:10.3791/60751 (2020).