Водный лабиринт Морриса Тест: Оптимизация для штамма мыши и тестирования окружающей среды
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
Трансгенные мышиные модели сыграли важную роль в оценке патофизиологии болезни Альцгеймера (AD), а также потенциал терапевтических вмешательств. Когнитивные задачи, такие как водном лабиринте Морриса (MWM), которые обычно используются с этими моделями, чтобы определить молекулярные корреляты дефицита памяти и оценить эффективность доклинических лекарств. Очень важно, однако, что динамический диапазон когнитивной задачи быть достаточно широким, чтобы обнаружить тонкие эффекты лечения. С мышиных моделях AD, когнитивные нарушения, как правило, зависит от возраста, и мыши имеют прогрессивные снижение производительности (например, 1). Использование чувствительной познавательной задачи может позволить обнаружение тонких различий ранее в жизни животного, тем самым снижая затраты, связанные со старением животных. Например, сокращение количества учебных испытаний в гиппокампа-зависимой Barnes лабиринт от 15 до 5 увеличили сложность задачи, в результате чего гetection дефицита в модели 3xTg в более раннем возрасте, чем сообщалось ранее 2. Раннее выявление дефицита не только обеспечивает значительную экономию времени и средств, это также увеличивает вероятность того, что молекулярные изменения, лежащие в основе когнитивных нарушений может быть идентифицирован.
Одним из факторов, влияющих на чувствительность познавательных задач генетический фон штамма модели мыши. Например, линии BALB / C мышей демонстрируют превосходную производительность в обучения и памяти задач по сравнению с другими штаммами, таких как C57BL / 6 3. F1 FVB / N х 129S6 фон для двух наиболее широко используемых моделей AD, в Tg2576 и РТГ (TauP301L) 4510 моделей. Этот штамм обладает превосходной способностью обучения в MWM по отношению к другим штаммов, в том числе B6 / SJL мышей 4. Из-за этой превосходной способности к обучению, использование одного зонда после длительной подготовки, может замаскировать группы различия, вытекающие из перетренированности. Кроме того, sensitivitу зондовых испытаниях может быть зависит от возраста. Ранее мы уже показали, что более ранние исследования зонд, после ограниченного обучения скрытой платформы, более чувствительны к различиям в молодой Tg2576 по сравнению с молодыми трансгенных отрицательным управления однопометными, чем зонд испытания, вставленные после более длительного обучения 5. В отличие от этого, зонд испытания следующие обширную подготовку более чувствительны в старшей (20-25 месяца) Tg2576 мышей по сравнению с более старыми, чем помета более ранние исследования зонд 5. По перемежая зонда испытания на протяжении обучения, вероятность того, что процесс чувствителен будут определены увеличивается, особенно если продольные тестирование проводится и чувствительность конкретного судебного разбирательства пробного зависит от возраста. Рисунок 1 показывает превосходные характеристики F1 FVB / N х 129S6 мышей согласно протоколу, оптимизированной для этого штамма, по сравнению с мышами В6 фоне / SJL обученного в рамках протокола с более длительной подготовки.
МВМ являетсяпо общему мнению, обеспечить надежные меры, которые воспроизводимы по времени, так и в лабораториях 6. Например, основной протокол первоначально использовался нашей лаборатории Миннесоты 1,7 был успешно реализован с незначительными изменениями в Университет Западной Вирджинии 8. Точно так же, эквивалентные уровни обесценения наблюдались в РТГ (TauP301L) 4510 мышей по сравнению с контрольными однопометными если расположен под патогена или обычных условиях 9. Тем не менее, среда тестирования может влиять на чувствительность задачи MWM. Такие факторы, как комнатного освещения, вентиляционные отверстия, температурных градиентов и шумов способствуют сигналы окружающей среды 4, что в конечном итоге может повлиять на производительность. Когда наша лаборатория Миннесота и террариумов были перемещены в новое здание, до снижения производительности дикого типа на 38% наблюдалось, значительно снижая динамический диапазон задания и способность обнаруживать дефицит трансгенов, связанных с. Это изменение в реrformance произошло, несмотря на проектировании комнату тестирования, чтобы быть эквивалентной размеру и конфигурации, и с использованием тех же прикладных визуальные подсказки. "Re-оптимизации" оригинального протокола требуется увеличить динамический диапазон задачи MWM в новой среде тестирования.
Вот оригинальный протокол специально для использования с F1 FvB / N х 129S6 фон 5 описывается. Поскольку некоторые исследования предполагают, стресс связан с низкой производительностью MWM 10 и предварительной обработки может облегчить эту вызванную стрессом дефицит в исполнении 11, протокол предварительно обработки был разработан, чтобы акклиматизироваться мышей к введения и удаления пула перед испытанием MWM , После предварительной обработки-мышей пройти обучение видимый платформы, в которой поднял платформа отмеченные флагом. Видимый тренировочная площадка используется для идентификации мышей с проблемами производительности, связанных с сенсомоторной аномалий. Использование критериев исключения, описанные в протраздел ocol, производительность некомпетентных мышей удаляются из последующих экзаменов скрытых учебных платформ и датчиков испытаний. Нарушения в скрытых учебных платформ и датчиков испытаний интерпретируются как когнитивного дефицита, поскольку производительность сенсорно раскладывается из данных. После завершения видимого обучения платформы, мыши начинают скрытый обучение платформы, где платформа погружен в воду и остается в том же положении по отношению к внешним сигналам. Испытания, в которых платформа удаляется (зонд испытания) перемежаются всей скрытой подготовки платформы для оценки влияния дополнительного обучения. Потому что зонд испытания происходят в начале каждого дня, перед дополнительной скрытой подготовки платформы, зонд испытания измерения способности животного, чтобы помнить расположение платформы следующем задержки 20 ч, считается мерой отсчета памяти 12. Наконец, способы, в которых этот оригинальный протокол повторно оптимизированы, когда изменения в тестовой среденарушается характеристики управления описаны.
Protocol
Representative Results
Discussion
Задача МВМ широко используется для оценки пространственного обучения и памяти. Тем не менее, надежность этой задачи может быть под влиянием многих факторов и требует оптимизации для фоновой деформации и среды тестирования. Как показано на рисунке 4, тот же протокол обучения и …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным институтом Общих медицинских наук (Рид / Энглер-Chiurazzi – U54GM104942), Национальный институт неврологических расстройств и инсульта (Эш – R01NS33249, R01NS63249 и R01NS79374), Кобре (Энглер-Chiurazzi – P20GM109098), Ассоциация Альцгеймера (Рид – NIRG-12-242187), WVU факультет Исследования Сенат Грант (Рид), грант WVU PSCOR (Рид), и внутренние средства от WVU Колледж Управления Медицина Дина (Энглер-Chiurazzi). Содержание исключительно ответственности авторов и не обязательно отражают официальную точку зрения NIH или ассоциации Альцгеймера.
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).
