A Tarefa Comportamental de Escolha de Três Câmaras usando zebrafish como um sistema modelo
Summary
Apresentamos uma câmara comportamental projetada para avaliar o desempenho cognitivo. Fornecemos dados mostrando que uma vez adquiridos, zebrafish se lembram da tarefa 8 semanas depois. Também mostramos que os zebrafish hiperglicêmicos alteraram o desempenho cognitivo, indicando que esse paradigma é aplicável a estudos que avaliam a cognição e a memória.
Abstract
As doenças neurodegenerativas são dependentes da idade, debilitantes e incuráveis. Relatórios recentes também correlacionaram a hiperglicemia com alterações na memória e/ou comprometimento cognitivo. Modificamos e desenvolvemos uma tarefa cognitiva de três câmaras semelhante à usada com roedores para uso com zebrafish hiperglicímico. A câmara de teste consiste em uma câmara de partida localizada centralmente e dois compartimentos de escolha de cada lado, com um cardume de conespecíficos usado como recompensa. Fornecemos dados mostrando que uma vez adquiridos, os zebrafish se lembram da tarefa pelo menos 8 semanas depois. Nossos dados indicam que os zebrafish respondem robustamente a esta recompensa, e identificamos déficits cognitivos em peixes hiperglicômicos após 4 semanas de tratamento. Este ensaio comportamental também pode ser aplicável a outros estudos relacionados à cognição e memória.
Introduction
As doenças neurodegenerativas são dependentes da idade, debilitantes e incuráveis. Essas doenças estão aumentando na prevalência, resultando em uma necessidade urgente de melhorar e desenvolver novas estratégias terapêuticas. O início e apresentação de cada doença é único, pois alguns afetam as regiões do cérebro, motor e autônomo, enquanto outras causam déficits de aprendizagem e perda de memória1. Mais notavelmente, déficits cognitivos e/ou prejuízos são as complicações mais prevalentes em todas as doenças neurodegenerativas2. Na esperança de lançar luz sobre os mecanismos subjacentes envolvidos nessas doenças neurodegenerativas, o uso de muitos sistemas de modelos diferentes (incluindo organismos unicelulares para Drosophila para vertebrados de maior ordem, como roedores e humanos) foram empregados; no entanto, a maioria das doenças neurodegenerativas permanece incurável.
A aprendizagem e a memória são processos altamente conservados entre os organismos, pois mudanças constantes no ambiente requerem adaptação3. O comprometimento tanto na cognição quanto na plasticidade sináptica tem sido demonstrado em vários modelos de roedores. Especificamente, ensaios comportamentais bem estabelecidos utilizam aprendizado associativo para avaliar alterações cognitivas após várias doenças e distúrbios induzidos por comprometimento4. Além disso, a reversão da discriminação por contraste avalia déficits cognitivos porque envolve funções de aprendizagem e memória de maior ordem, e a reversão depende da inibição de uma associação previamente aprendida. A tarefa de escolha de três câmaras amplamente utilizada elucida possíveis déficits nas vias de aprendizagem e memória do sistema nervoso central5,6. Recentemente, este campo expandiu-se para incluir modelos não-mamíferos, como o zebrafish (Danio rerio), já que vários paradigmas foram desenvolvidos para uma faixa etária, desde larvas até adultos7,8.
O zebrafish proporciona um equilíbrio de complexidade e simplicidade que é vantajoso para a avaliação de prejuízos cognitivos com técnicas comportamentais. Primeiro, os zebrafish são favoráveis à triagem comportamental de alto rendimento, dado seu pequeno tamanho e natureza reprodutiva prolífica. Em segundo lugar, os zebrafish possuem uma estrutura, o pálio lateral, que é análogo ao hipocampo mamífero, pois possui marcadores neuronais semelhantes e tiposcelulares 7. Os zebrafish também são capazes de adquirir e lembrar informações espaciais9 e, como os humanos, são diurnos10. Portanto, não é de surpreender que os zebrafish estejam sendo usados como modelo para doenças neurodegenerativas com frequência crescente. No entanto, a ausência de ensaios comportamentais adequados tem dificultado a aplicação do modelo de zebrafish para avaliações cognitivas. Os trabalhos publicados utilizando ensaios comportamentais específicos de zebrafish incluem tarefas de aprendizagem associativa11,comportamento de ansiedade12,memória13,reconhecimento deobjetos 14e preferência de local condicionado15,16,17,18,19. Embora tenha havido muitos desenvolvimentos em relação aos ensaios comportamentais dos zebrafish, as contrapartidas para alguns testes de funções cognitivas em roedores ainda não foram desenvolvidas para uso com zebrafish18.
Com base em estudos anteriores do nosso laboratório, modelamos/desenvolvemos uma tarefa cognitiva em zebrafish baseada na tarefa de escolha de três câmaras usada com roedores usando a interação social como recompensa. Além disso, expandimos o aspecto de aprendizagem associativa da tarefa comportamental e incorporamos a reversão da discriminação de contraste na esperança de desenvolver ainda mais essa tarefa comportamental para avaliar o comprometimento cognitivo. Isso nos permitiu examinar tanto a aquisição inicial da aprendizagem por discriminação quanto a subsequente inibição desse aprendizado na fase de reversão. No presente estudo, demonstramos que este procedimento forneceu um método confiável para avaliar o funcionamento cognitivo em zebrafish após a imersão da glicose por 4 ou 8 semanas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Embora tenha havido um enorme crescimento na quantidade e variedade de pesquisas de neurociência realizadas usando zebrafish nos últimos 15 anos24, faltam ensaios comportamentais nesta espécie em comparação com os sistemas de modelos mamíferos11,25,26. Aqui, mostramos que uma tarefa de escolha de três câmaras desenvolvida para uso com roedores pode ser adaptada para avaliar a aquisição e revers?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a Sabrina Jones por sua ajuda na adaptação de um paradigma de escolha de três câmaras para o modelo de zebrafish e Jeremy Popowitz e Allison Murk por sua ajuda em dias de coleta de comportamento, assistência com testes de execução, cuidados com animais e configuração de tanques. Agradecimentos especiais também a James M. Forbes (Engenheiro Mecânico) por sua ajuda com o projeto e construção do tanque de escolha de 3 câmaras.
Financiamento: VPC e TLD receberam uma bolsa conjunta de Apoio à Pesquisa da Faculdade (FRSG) da American University College of Arts and Sciences. A CJR recebeu apoio da American University College of Arts and Sciences Graduate Student Support.
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