L'attività comportamentale di scelta a tre camere utilizzando Zebrafish come sistema modello
Summary
Presentiamo una camera comportamentale progettata per valutare le prestazioni cognitive. Forniamo dati che dimostrano che una volta acquisiti, i pesci zebra ricordano l’attività 8 settimane dopo. Mostriamo anche che i pesci zebra iperglicemici hanno alterato le prestazioni cognitive, indicando che questo paradigma è applicabile agli studi che valutano la cognizione e la memoria.
Abstract
Le malattie neurodegenerative sono dipendenti dall’età, debilitanti e incurabili. Recenti rapporti hanno anche correlato l’iperglicemia con cambiamenti nella memoria e / o nel deterioramento cognitivo. Abbiamo modificato e sviluppato un compito cognitivo a scelta a tre camere simile a quello utilizzato con i roditori per l’uso con il pesce zebra iperglicemico. La camera di prova è composta da una camera di partenza posizionata centralmente e due scomparti scelti su entrambi i lati, con una secca di conspecifici utilizzati come ricompensa. Forniamo dati che dimostrano che una volta acquisiti, i pesci zebra ricordano l’attività almeno 8 settimane dopo. I nostri dati indicano che il pesce zebra risponde in modo robusto a questa ricompensa e abbiamo identificato deficit cognitivi nei pesci iperglicemici dopo 4 settimane di trattamento. Questo test comportamentale può anche essere applicabile ad altri studi relativi alla cognizione e alla memoria.
Introduction
Le malattie neurodegenerative sono dipendenti dall’età, debilitanti e incurabili. Queste malattie stanno aumentando in prevalenza, con conseguente urgente necessità di migliorare e sviluppare nuove strategie terapeutiche. L’insorgenza e la presentazione di ogni malattia è unica, poiché alcune influenzano le regioni del cervello del linguaggio, motorie e autonome, mentre altre causano deficit di apprendimento e perdita di memoria1. In particolare, i deficit cognitivi e / o la compromissione sono le complicanze più diffuse in tutte le malattie neurodegenerative2. Nella speranza di far luce sui meccanismi sottostanti coinvolti in queste malattie neurodegenerative, è stato impiegato l’uso di molti diversi sistemi modello (compresi organismi unicellulari a Drosophila a vertebrati di ordine superiore come roditori e umani); tuttavia, la maggior parte delle malattie neurodegenerative rimane incurabile.
L’apprendimento e la memoria sono processi altamente conservati tra gli organismi poiché i cambiamenti costanti nell’ambiente richiedono l’adattamento3. La compromissione sia della cognizione che della plasticità sinaptica è stata dimostrata in diversi modelli di roditori. In particolare, saggi comportamentali consolidati utilizzano l’apprendimento associativo per valutare i cambiamenti cognitivi a seguito di varie malattie e disturbi indotti da compromissione4. Inoltre, l’inversione della discriminazione del contrasto valuta i deficit cognitivi perché coinvolge funzioni di apprendimento e memoria di ordine superiore e l’inversione dipende dall’inibizione di un’associazione precedentemente appresa. Il compito di scelta a tre camere ampiamente utilizzato chiarisce i possibili deficit nei percorsi di apprendimento e memoria del sistema nervoso centrale5,6. Recentemente, questo campo si è ampliato per includere modelli non mammiferi, come il pesce zebra (Danio rerio), in quanto sono stati sviluppati diversi paradigmi per una gamma di età dalle larve agli adulti7,8.
Zebrafish fornisce un equilibrio di complessità e semplicità che è vantaggioso per la valutazione dei deficit cognitivi con tecniche comportamentali. In primo luogo, i pesci zebra sono suscettibili di screening comportamentale ad alto rendimento date le loro piccole dimensioni e la prolifica natura riproduttiva. In secondo luogo, il pesce zebra possiede una struttura, il pallio laterale, che è analogo all’ippocampo dei mammiferi in quanto ha marcatori neuronali e tipi di cellule simili7. I pesci zebra sono anche in grado di acquisire e ricordare informazioni spaziali9 e, come gli umani, sono diurni10. Pertanto, non sorprende che i pesci zebra vengano utilizzati come modello per le malattie neurodegenerative con frequenza crescente. Tuttavia, l’assenza di test comportamentali appropriati ha reso difficile l’applicazione del modello zebrafish per le valutazioni cognitive. Il lavoro pubblicato utilizzando saggi comportamentali specifici per zebrafish include compiti di apprendimento associativo11, comportamento ansioso12, memoria13, riconoscimento degli oggetti14e preferenza del luogo condizionato15,16,17,18,19. Sebbene ci siano stati molti sviluppi rispetto ai saggi comportamentali del pesce zebra, le controparti per alcuni test delle funzioni cognitive nei roditori devono ancora essere sviluppate per l’uso con zebrafish18.
Basandoci su studi precedenti del nostro laboratorio, abbiamo modellato / sviluppato un compito cognitivo nel pesce zebra basato sul compito di scelta a tre camere utilizzato con i roditori usando l’interazione sociale come ricompensa. Inoltre, abbiamo ampliato l’aspetto dell’apprendimento associativo del compito comportamentale e incorporato l’inversione della discriminazione del contrasto nella speranza di sviluppare ulteriormente questo compito comportamentale per valutare il deterioramento cognitivo. Questo ci ha permesso di esaminare sia l’acquisizione iniziale dell’apprendimento della discriminazione sia la successiva inibizione di tale apprendimento nella fase di inversione. Nel presente studio, dimostriamo che questa procedura ha fornito un metodo affidabile per valutare il funzionamento cognitivo nel pesce zebra dopo l’immersione in glucosio per 4 o 8 settimane.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sebbene ci sia stata un’enorme crescita della quantità e della varietà della ricerca neuroscientifica eseguita utilizzando il pesce zebra negli ultimi 15 anni24,mancano saggi comportamentali in questa specie rispetto ai sistemi modello di mammiferi11,25,26. Qui, mostriamo che un compito di scelta a tre camere sviluppato per l’uso con i roditori può essere adattato per valutare l’acquisizione e l’invers…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo Sabrina Jones per la sua assistenza nell’adattare un paradigma di scelta a tre camere dei roditori al modello di zebrafish e Jeremy Popowitz e Allison Murk per il loro aiuto nei giorni di raccolta del comportamento, l’assistenza con le prove in esecuzione, la cura degli animali e l’allestimento del serbatoio. Un ringraziamento speciale anche a James M. Forbes (Ingegnere Meccanico) per la sua assistenza nella progettazione e costruzione del serbatoio a 3 camere.
Finanziamento: VPC e TLD hanno ricevuto una sovvenzione congiunta di supporto alla ricerca della facoltà (FRSG) dall’American University College of Arts and Sciences. CJR ha ricevuto il supporto dell’American University College of Arts and Sciences Graduate Student Support.
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