Labyrinthe aquatique de Morris Test: Optimisation pour les souris de souche et environnement de test
Summary
This manuscript describes a Morris water maze (MWM) protocol tailored for use with a commonly used mouse model of Alzheimer’s disease. The MWM is widely used in transgenic mouse models. Implementation of a procedure sensitive to the background strain of the mouse model is essential for detecting group differences.
Abstract
The Morris water maze (MWM) is a commonly used task to assess hippocampal-dependent spatial learning and memory in transgenic mouse models of disease, including neurocognitive disorders such as Alzheimer’s disease. However, the background strain of the mouse model used can have a substantial effect on the observed behavioral phenotype, with some strains exhibiting superior learning ability relative to others. To ensure differences between transgene negative and transgene positive mice can be detected, identification of a training procedure sensitive to the background strain is essential. Failure to tailor the MWM protocol to the background strain of the mouse model may lead to under- or over- training, thereby masking group differences in probe trials. Here, a MWM protocol tailored for use with the F1 FVB/N x 129S6 background is described. This is a frequently used background strain to study the age-dependent effects of mutant P301L tau (rTg(TauP301L)4510 mice) on the memory deficits associated with Alzheimer’s disease. Also described is a strategy to re-optimize, as dictated by the particular testing environment utilized.
Introduction
Des modèles de souris transgéniques ont joué un rôle déterminant dans l'évaluation de la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer (MA), ainsi que la possibilité d'interventions thérapeutiques. Les tâches cognitives, telles que l'eau de Morris (MWM), sont couramment utilisés avec ces modèles pour identifier les corrélats moléculaires des déficits de mémoire et d'évaluer l'efficacité des médicaments pré-cliniques. Il est essentiel, cependant, que la plage dynamique de la tâche cognitive être suffisamment large pour détecter des effets subtils de traitement. Avec des modèles de souris de la MA, les déficits cognitifs sont généralement fonction de l'âge, et les souris affichent des baisses progressives de la performance (par exemple, 1). Utilisation d'une tâche cognitive sensible peut permettre la détection de différences subtiles plus tôt dans la vie de l'animal, ce qui réduit les coûts associés au vieillissement des animaux. Par exemple, réduire le nombre d'essais de formation dans les Barnes de l'hippocampe-dépendante labyrinthe de 15 à 5 augmenté la difficulté de la tâche, ce qui entraîne dans la dÉTECTION des déficits dans le modèle 3xTg à un âge plus précoce que précédemment rapporté 2. La détection précoce des déficits offre non seulement beaucoup de temps et des économies de coûts, elle augmente aussi la probabilité que les changements moléculaires qui sous-tendent les déficits cognitifs peuvent être identifiés.
Un facteur qui influe sur la sensibilité de tâches cognitives est la souche de fond génétique du modèle de la souris. Par exemple, des souris BALB / c présentent des performances supérieures dans les tâches d'apprentissage et de mémoire par rapport à d'autres souches, telles que la souris C57BL / 6 3. La F1 FVB / N x 129S6 fond est utilisé pour deux des modèles les plus utilisés de l'AD, Tg2576 et RTG (TauP301L) 4510 modèles. Cette souche présente la capacité d'apprentissage de qualité supérieure dans le MWM par rapport à d'autres souches, y compris B6 / souris SJL 4. En raison de cette capacité d'apprentissage de qualité supérieure, l'utilisation d'une seule sonde après une formation approfondie peut masquer des différences de groupe résultant de sur-entraînement. En outre, la sensibility des essais de sonde peut être liée à l'âge. Nous avons précédemment montré que les essais de sonde précédents, après une formation limitée de plate-forme cachée, sont plus sensibles à des différences de jeune Tg2576 par rapport aux jeunes transgènes négative contrôles même portée que sont les essais de sondes insérées après une formation plus approfondie 5. En revanche, les essais de sonde suivantes formation approfondie sont plus sensibles dans les vieux (20-25 mois) des souris Tg2576 par rapport à la même portée âgés de plus sont antérieures essais de sonde 5. En entremêlant les essais de la sonde à travers la formation, la probabilité qu'un procès sensible sera identifié est augmenté, en particulier si les tests longitudinale est effectuée et la sensibilité d'un essai de sonde particulière dépend de l'âge. La figure 1 montre la performance supérieure de F1 FVB / N x 129S6 souris dans le cadre du protocole optimisé pour cette souche que par rapport à des souris de l'arrière-plan B6 / SJL formés dans le cadre d'un protocole avec une formation plus poussée.
Le MWM estgénéralement pensé à fournir des mesures fiables qui sont reproductibles à travers le temps et les laboratoires 6. Par exemple, le principal protocole utilisé à l'origine par notre laboratoire 1,7 Minnesota a été mis en œuvre avec succès avec des modifications mineures à la West Virginia University 8. De même, des niveaux équivalents de dépréciation ont été observées dans RTG (TauP301L) 4510 souris par rapport au contrôle de la même portée si logé dans des conditions exemptes d'agents pathogènes ou conventionnelles 9. Cependant, l'environnement de test peut influencer la sensibilité de la tâche MWM. Des facteurs tels que l'éclairage de la pièce, bouches d'aération, des gradients de température, et les bruits contribuent tous aux signaux environnementaux 4 qui peuvent finir par influencer la performance. Lorsque notre laboratoire Minnesota et vivarium ont été déplacés vers un nouveau bâtiment, jusqu'à une réduction de 38% de la performance de type sauvage a été observée, ce qui réduit sensiblement la gamme dynamique de la tâche et la capacité de détecter les déficits liés transgènes. Ce changement de performance produite malgré la conception de la salle d'examen pour être de taille et de configuration équivalente, et en utilisant les mêmes repères visuels appliqués. Une «re-optimisation" du protocole original a été nécessaire pour augmenter la plage dynamique de la tâche MWM dans le nouvel environnement de test.
Ici, le protocole original adapté pour une utilisation avec la F1 FVB / N x 129S6 fond 5 est décrite. Parce que certaines études suggèrent le stress est associé à la performance de MWM pauvres 10 et pré-traitement peut atténuer ce déficit induite par le stress de la performance 11, un protocole pré-traitement a été conçu pour acclimater les souris à l'introduction et l'enlèvement de la piscine avant le test MWM . Après pré-traitement, les souris reçoivent une formation de la plate-forme visible, dans lequel une plate-forme surélevée est marqué avec un drapeau. La formation de la plate-forme visible est utilisé pour identifier des souris avec des problèmes de performance liés à des anomalies sensori-motrices. En utilisant des critères d'exclusion décrits dans la protsection ocol, souris de performance incompétent sont retirés examens ultérieurs de formation de la plate-forme et de la sonde essais cachés. Déficiences dans la formation de la plate-forme et de la sonde essais cachés sont interprétées comme des déficits cognitifs, car les performances sensori-moteur est pris en compte sur les données. Après l'achèvement de la formation de la plate-forme visible, les souris commencent caché formation de plate-forme où la plate-forme est immergé dans l'eau et reste dans la même position par rapport à des signaux externes. Essais dans lequel la plate-forme est éliminé (essais de sonde) sont intercalées dans la formation de la plate-forme cachée d'évaluer l'influence de la formation supplémentaire. Puisque les essais de la sonde se produisent au début de chaque jour, avant l'entraînement supplémentaire de plate-forme cachée, des essais de sonde mesurent la capacité de l'animal à se souvenir de l'emplacement de la plate-forme après un délai de 20 heures, considérée comme une mesure de la mémoire de référence 12. Enfin, façons dont ce protocole original a été ré-optimisées lorsque des changements dans l'environnement de testla performance de commande perturbé sont décrits.
Protocol
Representative Results
Discussion
La tâche MWM est largement utilisé pour évaluer l'apprentissage spatial et la mémoire. Cependant, la robustesse de cette tâche peut être influencée par de nombreux facteurs et nécessite une optimisation à la fois la souche de fond et de l'environnement de test. Comme le montre la figure 4, le même protocole de formation et appliqué repères visuels utilisés dans les deux chambres de tests différents (taille et l'agencement équivalent) a donné des performances de la sonde sensi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par l'Institut national des sciences médicales générales (Reed / Engler-Chiurazzi – U54GM104942), l'Institut national de Neurological Disorders and Stroke (Ashe – R01NS33249, R01NS63249 et R01NS79374), Cobre (Engler-Chiurazzi – P20GM109098), le Association Alzheimer (Reed – NIRG-12-242187), un WVU recherche Faculté Sénat Grant (Reed), une subvention WVU PSCOR (Reed), et des fonds internes du Collège WVU du Bureau de médecine Dean (Engler-Chiurazzi). Le contenu est de la seule responsabilité des auteurs et ne représentent pas nécessairement les vues officielles de l'Association NIH ou d'Alzheimer.
Materials
| Viewer Tracking software | Biobserve | This particular software is not a requirement – there are other tracking systems available | |
| Pre-handling pool | Dimensions approximately 1 foot wide x 2 feet long x 1.5 feet deep | ||
| Plastic beaker | 1 liter | ||
| Scoop | |||
| Small net | |||
| Stopwatch | |||
| White circular tub | |||
| Non-toxic white tempera paint | Any color can paint can be used; must completely cover the hidden platform | ||
| Platform | Color should contrast that of maze | ||
| Curtain rod | |||
| Curtains | |||
| Mouse performance tracking software | |||
| Circular tub | Uusally white in color; approximately 4 feet in diamater | ||
| Platform | Painted same color as the water |
References
- Ramsden, M., et al. Age-dependent neurofibrillary tangle formation, neuron loss, and memory impairment in a mouse model of human tauopathy (P301L). The Journal of Neuroscience. 25, 10637-10647 (2005).
- Attar, A., et al. A shortened barnes maze protocol reveals memory deficits at 4-months of age in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. PLoS One. 8, e80355 (2013).
- Johnson, J. M., Bailey, J. M., Johnson, J. E., Newland, M. C. Performance of BALB/c and C57BL/6 mice under an incremental repeated acquisition of behavioral chains procedure. Behavioural Processes. 84, 705-714 (2010).
- Crawley, J. N. . What’s wrong with my Mouse Behavioral phenotyping of transgenic and knockout mice. , 94-95 (2000).
- Westerman, M. A., et al. The relationship between abeta and memory in the Tg2576 mouse model of Alzheimer’s disease. The Journal of Neuroscience. 22, 1858-1867 (2002).
- D’Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the morris water maze in the study of learning and memory. Brain Research Reviews. 36, 60-90 (2001).
- Santa Cruz, K., et al. Tau suppression in a neurodegenerative mouse model improves memory function. Science. 309, 476-481 (2005).
- Hunsberger, H. C., et al. Effect size of memory deficits in mice with adult-onset P301L tau expression. Behavioural Brain Research. 272, 181-195 (2014).
- Yue, M., Hanna, A., Wilson, J., Roder, H., Janus, C. Sex difference in pathology and memory decline in rTg4510 mouse model of tauopathy. Neurobiology of Aging. 32, 590-603 (2011).
- Sandi, C. The role and mechanisms of action of glucocorticoid involvement in memory storage. Neural plasticity. 6, 41-52 (1998).
- Hölscher, C. C. impairs performance in spatial water maze learning tasks. Behavioural Brain Research. 100, 225-235 (1999).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 11, 47-60 (1984).
- Reed, M. N., Liu, P., Kotilinek, L. A., Ashe, K. H. Effect size of reference memory deficits in the morris water maze in Tg2576 mice. Behavioural Brain Research. 212, 115-120 (2010).
- Huang, Y., Zhou, W., Zhang, Y. Bright lighting conditions during testing increase thigmotaxis and impair water maze performance in BALB/c mice. Behavioral Brain Research. 226, 26-31 (2012).
- Ivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puolivali, J. Hypothermia in mice tested in Morris water maze. Behavioural Brain Research. 141, 207-213 (2003).
- Rubinow, M. J., Arseneau, L. M., Beverly, J. L., Juraska, J. M. Effect of estrous cycle on water maze acquisition depends on the temperature of the water. Behavioral Neuroscience. 118 (4), 863-868 (2004).
