Geautomatiseerd, op lange termijn gedrags Assay voor cognitieve functiestoornissen bij meerdere genetische modellen de ziekte van Alzheimer, met behulp van IntelliCage
Summary
Dit witboek beschrijft een protocol voor cognitieve evaluaties voor genetische modellen de de ziekte van Alzheimer met behulp van het IntelliCage systeem, dat een hoge-doorvoer geautomatiseerde gedrags controlesysteem met Operante conditionering is.
Abstract
Meerdere factoren — zoals veroudering en genen — worden vaak geassocieerd met cognitieve achteruitgang. Genetisch gemodificeerde Muismodellen van cognitieve achteruitgang, zoals de ziekte van Alzheimer (AD), zijn een veelbelovend instrument ter verheldering van de onderliggende mechanismen en bevordering van de vooruitgang op therapeutische gebied geworden. Een belangrijke stap is de validerings- en karakterisering van verwachte gedrags afwijking in de modellen, in het geval van AD, cognitieve achteruitgang. De lange termijn gedrags onderzoeken van proefdieren te bestuderen van het effect van de veroudering van de aanzienlijke inspanningen van de vraag van onderzoekers. Het IntelliCage systeem is een high-throughput en kosteneffectieve testbatterij voor muizen die de noodzaak voor dagelijkse menselijke behandeling elimineert. Hier beschrijven we hoe het systeem wordt gebruikt in de lange termijn fenotypering van het model van een genetische ziekte van Alzheimer, specifiek gericht op de cognitieve functies. Het experiment heeft herhaalde batterij van tests die beoordelen van ruimtelijke leren en uitvoerende taken. Deze kosteneffectieve leeftijd-afhankelijke fenotypering laat ons de tijdelijke en/of permanente effecten van genen op verschillende cognitieve aspecten te kunnen identificeren.
Introduction
De ontwikkeling van diermodellen voor neuronale ziekte de afgelopen tien jaar heeft verstrekt een mechanistische begrip van hun basis en ter bevordering van de vooruitgang op therapeutische gebied1,2,3. Toepassing van een high-throughput gedrags testbatterij in genetische diermodellen is een heuristische onderzoekhulpmiddel te onderzoeken van de onderliggende mechanismen van ziekten bij de mens en de identificatie van drugs therapieën. Onderzoek test batterijen aangepast voor de lange termijn waarneming van veroudering en/of dementie modellen hebben traditioneel gedwongen laboratoria te consumeren van grote hoeveelheden van gespecialiseerde mankracht en tijd. Een huis-kooi controlesysteem zou een kostenefficiënte strategie aangezien het afbreuk doen aan de kosten van gedrags observatie door de mens. Sommige onderzoeksteams hebben geautomatiseerde visie gebaseerde tools die gedrags fenotypering van één individu in een kleine kooi4,5,6 helpenontwikkeld. Echter, dergelijke methoden beperken de sociale interactie, de grootte van testen omgevingen en de verscheidenheid van gedrags maatregelen waarin cognitieve functies. De IntelliCage is een tweede generatie home-kooi controlesysteem dat is ontworpen voor het uitvoeren van verschillende cognitieve taken in een sociaal huis kooi. Nog belangrijker is, deze methode kan elimineren dagelijks verwerken dat maakt ons voor het uitvoeren van langdurige gedrags monitoring met evaluatie van cognitieve functies, en het kan elimineren de behoefte aan gespecialiseerde praktische afhandeling, en zeer reproduceerbaar inschakelen data acquisitie7. Hier beschrijven we de lange termijn fenotypering en validatie in genetische Muismodellen van de ziekte van Alzheimer (AD) dat is gegenereerd onlangs8,9,10 met behulp van het geautomatiseerde toezicht op de home-kooi systeem. Een testbatterij, waaronder evaluaties van ruimtelijke leren en uitvoerende taken, werd herhaaldelijk uitgevoerd op meerdere punten van de leeftijd (9-12 en 14-17 maanden oud). Deze leeftijd-afhankelijke fenotypering konden we de effecten van de transiënte en/of permanente van genen op verschillende cognitieve aspecten te kunnen identificeren. We vonden dat sommige modellen van AD bleek zowel tijdelijke als permanente fenotypes van verschillende cognitieve aspecten in de lange termijn analyse met behulp van de geautomatiseerde huis-kooi monitoring systeem10getest. De geautomatiseerde studie met behulp van home-kooi monitoringsysteem is dus nuttig en rendabel voor de lange termijn gedrags fenotypering en validatie in verschillende modellen van cognitieve dysfunctie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit document wordt de methode met behulp van het geautomatiseerde systeem van het toezicht van de huis-kooi voor lange termijn cognitieve en gedragsmatige testen in genetisch gemodificeerde AD modellen beschreven. De meest kritische stap is de inplanting van de transponder in de juiste positie. Voordat u de implantatie, ervoor zorgen dat de verloopdatum van de transponder niet is verstreken. Het tweede belangrijke punt is om te controleren de werking van het systeem dagelijks, vooral naarmate een klein probleem kan vervo…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We bedanken Reiko Ando voor haar hulp bij fotograferen materialen. Dit onderzoek werd gesteund door de Grant-in-Aid voor verkennend onderzoek (JSPS KAKENHI Grant nummer 16K 15196).
Materials
| IntelliCage | TSE Systems | – | Parchased in 2011 or later |
| PC | Dell | Inspiron 580s | – |
| Display | Dell | SI75T-WL | – |
| ALPHA-dri | Shepherd Specialty Papers | – | Standard bedding |
| Aron Alpha (Krasy Glue) 2g | Toagosei (Krasy Glue) | #04612 | Cyanoacrylates for gluing magnet and blak arm |
| Handheld Transponder Reader | BTS-ID | R-560 | Transponder reader, which reads both Trovan and DataMars |
| Transponder | DataMars | T-VA, T-VAS, or another series | Basic package of transponders and implanters |
| Diamond Grip Plus | Ansel Microflex | DGP-INT-M | Experimental glove |
| Isoflurane | Pfizer | 1119701G1092 | – |
| Vaporizer for small animals | DS Pharma Biomedical | SF-B01 | Facemask included |
| Neo-Medrol | Pfizer | 006472-001 | Eye ointment |
| Ethanol (70%) | – | – | – |
| Excel | Microsoft | 00202-51382-15524-AA928 | For data analysis |
Referências
- Bryan, K. J., Lee, H., Perry, G., Smith, M. A., Casadesus, G. . Transgenic Mouse Models of Alzheimer’s Disease: Behavioral Testing and Considerations. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. , (2009).
- Nestler, E. J., Hyman, S. E. Animal models of neuropsychiatric disorders. Nature Neuroscience. 13 (10), 1161-1169 (2010).
- Crawley, J. N. Behavioral Phenotyping Strategies for Mutant Mice. Neuron. 57 (6), 809-818 (2008).
- Zarringhalam, K., Ka, M., et al. An open system for automatic home-cage behavioral analysis and its application to male and female mouse models of Huntington’s disease. Behavioural Brain Research. 229 (1), 216-225 (2012).
- Prusiner, S. B., Jackson, W. S., King, O. D., Lindquist, S. The power of automated high-resolution behavior analysis revealed by its application to mouse models of Huntington’s and prion diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (23), 13363-13383 (1998).
- Jhuang, H., Garrote, E., et al. Automated home-cage behavioural phenotyping of mice. Nature Communications. 1 (6), 1-9 (2010).
- Krackow, S., Vannoni, E., et al. Consistent behavioral phenotype differences between inbred mouse strains in the IntelliCage. Genes, brain, and behavior. 9 (7), 722-731 (2010).
- Nilsson, P., Saito, T., Saido, T. C. New mouse model of Alzheimer’s. ACS chemical. 5 (7), 499-502 (2014).
- Saito, T., Matsuba, Y., et al. Single App knock-in mouse models of Alzheimer’s disease. Nat Neurosci. 17 (5), 661-663 (2014).
- Masuda, A., Kobayashi, Y., Kogo, N., Saito, T., Saido, T. C., Itohara, S. Cognitive deficits in single App knock-in mouse models. Neurobiology of Learning and Memory. , (2016).
- Chan, R. C. K., Shum, D., Toulopoulou, T., Chen, E. Y. H. Assessment of executive functions: Review of instruments and identification of critical issues. Archives of Clinical Neuropsychology. 23 (2), 201-216 (2008).
- Jurado, M. B., Rosselli, M. The Elusive Nature of Executive Functions: A Review of our Current Understanding. Neuropsychology Review. 17 (3), 213-233 (2007).
- Diamond, A. Executive Functions. Annual Review of Psychology. 64 (1), 135-168 (2013).
- Kobayashi, Y., Sano, Y., et al. Genetic dissection of medial habenula-interpeduncular nucleus pathway function in mice. Frontiers in behavioral neuroscience. 7, 17 (2013).
- Robinson, O. J., Vytal, K., Cornwell, B. R., Grillon, C. The impact of anxiety upon cognition: perspectives from human threat of shock studies. Frontiers in human neuroscience. 7, 203 (2013).
- Robbins, T. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology. (3-4), 362-380 (2002).
- Asinof, S. K., Paine, T. A. The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents. Journal of Visualized Experiments. (90), e51574 (2014).
- Codita, A., Gumucio, A., et al. Impaired behavior of female tg-ArcSwe APP mice in the IntelliCage: A longitudinal study. Behavioural brain research. 215 (1), 83-94 (2010).
- Blumstein, D. T. Habituation and sensitization: new thoughts about old ideas. Animal Behaviour. 120, 255-262 (2016).
- Endo, T., Maekawa, F., et al. Automated test of behavioral flexibility in mice using a behavioral sequencing task in IntelliCage. Behavioural brain research. 221 (1), 172-181 (2011).
- Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -. P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
- Puścian, A., Łęski, S., Górkiewicz, T., Meyza, K., Lipp, H. -. P., Knapska, E. A novel automated behavioral test battery assessing cognitive rigidity in two genetic mouse models of autism. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 140 (2014).
- Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -. P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
- Harda, Z., Dzik, J. M., et al. Autophosphorylation of αCaMKII affects social interactions in mice. Genes, Brain and Behavior. , e12457 (2018).
- Aarts, E., Maroteaux, G., et al. The light spot test: Measuring anxiety in mice in an automated home-cage environment. Behavioural Brain Research. 294, 123-130 (2015).
- Safi, K., Neuhäusser-Wespy, F., et al. Mouse anxiety models and an example of an experimental setup using unconditioned avoidance in an automated system -IntelliCage. Cognition Brain & Behavior. 10 (4), 475-488 (2006).
- Dzik, J. M., Puścian, A., Mijakowska, Z., Radwanska, K., Łęski, S. PyMICE: APython library for analysis of IntelliCage data. Behavior Research Methods. 50 (2), 804-815 (2018).
