السيارات والحصين التعلم المكاني تابع وتقييم الذاكرة المرجعي في الفئران المعدلة وراثيا نموذج من مرض الزهايمر مع السكتة الدماغية
Summary
للتحقيق في المرض المهووسين المشارك الزهايمر (AD) وحالة السكتة الدماغية في نموذج الرواية، وصفت ثلاث مهام السلوك التي تقيم كل من التحكم في المحركات والسلوكيات المعرفية. وتشمل هذه المهام مهمة شعاع المشي، مهمة اسطوانة وموريس متاهة مائية.
Abstract
مرض الزهايمر (م) هو مرض الاعصاب المنهكة التي تؤدي إلى تنكس عصبي وفقدان الذاكرة. في حين أن العمر هو عامل خطر رئيسي لم، كما تورطت السكتة الدماغية كعامل خطر وعامل يفاقم. شارك في الاعتلال من السكتة الدماغية وAD النتائج في تفاقم التحكم في المحركات ذات الصلة السكتة الدماغية والعجز المعرفي ذات الصلة م بالمقارنة مع كل حالة وحدها. لنموذج حالة جنبا إلى جنب من السكتة الدماغية وم، نموذج الفئران المعدلة وراثيا رواية م، مع شكل تحور من بروتين اميلويد السلائف (بروتين الرئيسيين المشاركين في تطوير م) تأسست في الحمض النووي، ونظرا لسكتة دماغية الجسم المخطط من جانب واحد صغير.
لنموذج مع الجمع بين كل من السكتة الدماغية وم، والاختبارات السلوكية التي تقيم التحكم في المحركات ذات الصلة السكتة الدماغية، والحركة والوظيفة المعرفية ذات الصلة م يجب أن تنفذ. وتنطوي مهمة الاسطوانة، جهاز متعدد الأغراض فعالة من حيث التكلفة التي تقيم استخدام محرك forelimb العفوي. في هذه المهمة، يتم وضع الفئران في جهاز أسطواني، حيث الفئران سوف الخلفي من تلقاء أنفسهم والاتصال جدار الاسطوانة مع الأمامية لها. وتعتبر هذه الاتصالات استخدام محرك forelimb وكميا خلال تحليل الفيديو بعد الاختبار. مهمة محرك آخر فعالة من حيث التكلفة تنفيذها هي مهمة شعاع المشي، الذي يقيم السيطرة forelimb، ومراقبة hindlimb والحركة. هذه المهمة ينطوي على المشي الفئران عبر شعاع خشبي يسمح لتقييم التحكم في المحركات الأطراف من خلال تحليل زلات forelimb، وقسائم hindlimb والسقوط. اكتمال تقييم التعلم والذاكرة مع موريس متاهة مائية لهذا النموذج السلوكي. يبدأ البروتوكول مع التعلم المكاني، حيث يقع على الفئران منصة ثابتة المخفية. بعد التعلم المكاني، تتم إزالة منصة ويتم تقييمه سواء على المدى القصير والذاكرة المرجعية المكانية على المدى الطويل. كل ثلاثة من هذه المهام هي حساسة إلى الاختلافات السلوكية وتكتمل في غضون 28 يوما لهذا النموذج، مما يجعل هذه الفقرةفي الوقت كفاءة digm وفعالة من حيث التكلفة.
Introduction
مرض الزهايمر (م) هو الشكل الأكثر شيوعا من الخرف في عدد السكان المسنين ومرض الاعصاب المنهكة. Histopathologically، ويعرض AD نفسها لويحات الأميلويد، التشابك الليفي العصبي وفقدان الخلايا العصبية. لويحات اميلويد تتكون أساسا من بيتا اميلويد الببتيد (Aβ) التي تم إنتاجها من خلال انشقاق بروتين تغير من بروتين اميلويد السلائف (APP) من قبل β-secretase والإنزيمات γ secretase 1،2،3. المنتج الانقسام، Aβ والودائع في الدماغ خلق ويحات الأميلويد المرضية ولها آثار سامة على الدماغ التي يمكن أن تؤدي إلى عاهات التعلم مميزة وفقدان الذاكرة. ويشار إلى جميع هذه الخطوات مجتمعة ب "فرضية اميلويد سلسلة" 3،4. في حين أن هذا فرضية مهمة عند التحقيق م، تم العثور على التغيرات الخلوية الأخرى أن تسبق هذه التشكيلات اللوحة التي شردت عن الأصلي مسار اميلويد تتالي. هذه الآخرويعتقد أن التغيرات الخلوية للمساهمة في فقدان الذاكرة في وقت مبكر، عاهات وغيرها من الاختلالات المعرفية تشارك في ميلادي قبل تشكيل لوحة 3،5،6 التعلم.
مع AD يزداد انتشارا، وعوامل الخطر لتطوير م أصبحت محورا مهما للغاية للبحث. على الرغم من أن العمر هو عامل الخطر الرئيسي لأشكال متفرقة من م، وقد تم تحديد عوامل الخطر الأخرى، بما في ذلك السكتة الدماغية 7،8. السكتة الدماغية هي ليس فقط عامل خطر، ولكن يمكن أيضا تفاقم الخرف الموجودة بالفعل. على سبيل المثال، سريريا، وقد تبين تطور م ليكون أسوأ في المرضى الذين عانوا سابقا السكتة الدماغية 9. وعلاوة على ذلك، تم العثور على زيادة التعبير APP وتراكم Aβ في النماذج الحيوانية التجريبية من سمية Aβ جنبا إلى جنب مع السكتة الدماغية التي يسببها 10،11. وبما أنه ليس هناك هذا التفاعل المهم بين السكتة الدماغية وم، فمن الضروري أن هذه الأمراض اثنين مزيد من بحثهامعا في النماذج المشارك المهووسين من أجل فهم أفضل الفيزيولوجيا المرضية والسلوكيات المتورطين في كل الظروف.
للتحقيق في ظروف وشارك في المهووسين، وكان نموذجا مناسبا لتطويرها فيه السكتة الدماغية يمكن أن تتفاعل مع Aβ لإنتاج مثل AD علم الأمراض. للمرة الأولى، تم استخدام الفئران المعدلة وراثيا APP21 له تحور الجين البشري APP إدراجها في الحمض النووي لتحقيق النموذج المناسب للم. الطفرات هي مغلطة مزدوجة السويدية وإنديانا الطفرات مغلطة واحدة، والتي على حد سواء تورطت بأشكال العائلية ميلادي 4،8،12. في غياب إهانة إضافية، وهذا نموذج الفئران الذين تتراوح أعمارهم دون تطوير لويحات Aβ مميزة أو الليفي العصبي التشابك 12. لذلك، في محاولة للحث على علم الأمراض السلوكية مثل الميلادي، هو عرض لسكتة دماغية صغيرة في المخطط المناسب لتحاكي ضربات تحت القشرية الصغيرة الحالية في كثير من الأحيان في المرضى الذين يعانون من الخرف 9. السكتة الدماغية في را المعدلة وراثيا APP21ر يجسد حالة المشارك المهووسين ويسمح التحقيق في أنواع مختلفة من التغيرات السلوكية المتورطين في كل من الحالات المرضية. على وجه الخصوص، وهذا تحريض العجز-AD مثل علم الأمراض والمعرفية في الفئران الكبار يسمح لنا التحقيق في أقرب التغيرات الجزيئية والمعرفية السابقة للميلاد.
لأن الهدف هو تحديد العلامات الأولى للتغيرات سلوكية ولأن كلا من السكتة الدماغية والإعلانية التي الأمراض السلوكية واضحة للغاية، عند دراسة نموذج المشارك المهووسين، تحتاج المهام السلوك لتقييم مجموعة متنوعة من الظواهر السلوكية. هناك مجموعة من الاختبارات الحساسة نسبيا الذي يمكن القيام به لتحليل الحركي والسلوك المعرفي في نماذج القوارض التي تنطوي على مجموعة متنوعة من النماذج والمعدات. لتحليل تحديدا forelimb والحركية hindlimb وظيفة، وقد تم تنفيذ هذه المهمة مهمة اسطوانة وشعاع المشي للكشف عن العجز الحركي ومراقبة الحركة في هذا النموذج. مهام حساسة أخرى مصممة لتقييم تحديدا غرامة فومهارة relimb الحركية (أي مهمة درج واحد بيليه مهمة الوصول) تتطلب الحرمان من الطعام 11،13،14. لتجنب أي آثار معروفة من الحرمان من الطعام على الأمراض مرض 15،16،17، وقد اعتبرت هذه الاختبارات غير مناسب لهذه الدراسة. مهمة اسطوانة بتقييم استخدام العفوي الأمامية الفئران خلال تربية في بيئة جديدة، ويمكن الكشف عن التباين بين الأطراف الأمامية في الفئران مع السكتة الدماغية من جانب واحد 10،18. ومن الفوائد الرئيسية لهذه المهمة هي أن جهاز يمكن استخدامها للقيام بمهام السلوك الأخرى، مثل Porsolt اضطر مهمة السباحة 19. وخلافا لهذه المهمة اسطوانة، كما يسمح مهمة شعاع المشي تحليل hindlimb والتحكم في المحركات forelimb، بالإضافة إلى locmotion 10،14. ويشمل شعاع المشي عنصرا الحركي، وهو عنصر التوازن ووضع القدم المهرة. كل من هذه الاختبارات هي فعالة من حيث التكلفة، واضحة، وكفاءة في استهلاك الوقت وتوضيح آثار السكتة الدماغية وم على د ifferences في سير أطرافهم.
وبصرف النظر عن التغيرات في الوظائف الحركية، AD ينطوي على العجز في الذاكرة التي يمكن أن تقدم في المراحل المبكرة من تطور المرض. عند معالجة أمراض مثل م في نموذج القوارض، فمن الأهمية بمكان أن الحصين التعلم تعتمد والذاكرة ويتم تقييم لأن الحصين بنية الدماغ المهم أثرت إلى حد كبير في 2 م. الحصين هو منطقة في الدماغ الأساسية للتعلم المكاني والذاكرة وظيفتها يمكن اختبارها باستخدام مختلف النماذج متاهة في القوارض. واحدة من المهام متاهة الغالب تستخدم على نطاق واسع لنماذج القوارض من الأمراض المختلفة هو الماء متاهة موريس 20. متاهة موريس المائية تستخدم الاشارات المكانية لمساعدة الفئران في العثور على منصة خفية الثابتة واختبارات الذاكرة المرجعية المكانية عند إزالة المنصة. وهناك ميزة ثمينة من الإعداد متاهة مائية هو أنه قابل للتكيف للغاية اعتمادا على مسألة البحث المقترح 20.
خيمة "> للمرة الأولى، وقد استخدمت تقنيات وصفها لتقييم السيارات وظيفة الادراك في المشارك المهووسين نموذج الفئران رواية من السكتة الدماغية وم. تشمل السكتات الدماغية الصغيرة في نموذج الفئران المعدلة وراثيا APP21. وقد تحقق المشارك الاعتلال عن طريق حفز تضيق الأوعية الأوعية الدموية في الجسم المخطط لإنتاج السكتة الدماغية الصغيرة في APP21 الفئران المعدلة وراثيا. وقد تم إنشاء هذا النموذج السكتة الدماغية فضلا عن حالة المشارك المهووسين في نموذج الفئران بديل من 11 م. تقدم في هذه الرواية كان المقصود APP21 نموذج الفئران المعدلة وراثيا لإنتاج نموذج أكثر قيمة translationally. وبينما وصف المهام السلوكية باستخدام السكتة الدماغية وم الفئران نموذج المشارك المهووسين، هذه المهام يمكن مواصلة تطبيقها على نماذج أخرى من السكتة الدماغية أو نماذج من الأمراض العصبية الأخرى (أي مرض الشلل الرعاش). الجنرال سوف المنهجية المبينة تكون قابلة للتطبيق على نطاق واسع لهذه الحالات المرضية الأخرى، ولكن الجداول الزمنية السلوك والنماذج قد تتطلب تغيير على أساس الدقة المقترحةالسؤال earch ونموذج. بالإضافة إلى كونها قابلة للتكيف، والمهام الموصوفة فعالة في إثبات العجز طفيفة، في حين يجري أيضا من حيث التكلفة وكفاءة في استهلاك الوقت.Protocol
Representative Results
Discussion
مزيج من السكتة الدماغية والنتائج مرض الزهايمر في الأمراض السلوكية واضحة للغاية التي يمكن أن تؤثر على كل من المحرك والوظائف المعرفية اعتمادا على شدة كل حالة. وبالتالي، فمن الضروري الاستفادة من مجموعة متنوعة من المهام السلوكية لتحديد المساهمات الفردية من هذه الشروط،…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was made possible with funding from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR) and the authors would like to thank CIHR for their funding support.
Materials
| Cylinder | Western University | Plexiglas Cylinder Cylinder Diameter: 23 cm Cylinder Height: 40 cm Platform Height: 30 cm Mirror Length: 35 cm Mirror Width: 26.5 cm |
This was made specifically by Western University Machine Services for our lab. Please contact your own chosen manufacturer to design this product. |
| Handheld Video Camera | JVC | GZ-E200 | |
| Video Camera Tripod | Slik | F163 | |
| AM/FM Clock Radio | Sylvania | SCR1388 | |
| White Board | Walmart | Width: 71.12 cm Height: 55.88 cm |
These can be purchased at any store (i.e. Walmart, University bookstores) |
| Dry-erase Marker | Expo | Expo Dry-erase Original Marker | These can be purchased at any store (i.e. Walmart, University bookstores) |
| Wooden Beam | Rona | Plywood Width: 2 cm Length: 100cm |
|
| VWR General Purpose Laboratory Tape | VWR Intl. | 89097-920 | |
| iMovie '11 | Apple Inc. | Version 9.0.9 (1795) | This is the version used in this manuscript, but any other iMovie version or video editing software could be used. |
| Morris Water Maze Pool with Platform | Stoelting Co. | 60136/60035 | These are not the exact products used in the video, but these are essentially identical. |
| Platform Cue | – | – | The platform cue used was created using a small metal stand and white spherical foam ball. These can likely be purchased at any store with home improvement materials (i.e. Walmart, Rona etc.) |
| Mainstays 71" Floor Lamp | Walmart | HW-F0377SLV | |
| ANY-Maze Behavioural Tracking Software | Stoelting Co. | 60000 | There are ANY-maze® bundles that include the camera with or without a computer and accessories. |
| Compact Video Camera | Logitech | V-U0023 | |
| Laptop | Hewlett-Packard | HP® Pavilion dv6 Notebook PC | Laptop Specifics: AMD A6-3420M APU with Radeon™ HD Graphics 1.50 GHz, 6.00 GB RAM, 64-bit operating system. |
| Americana Non-toxic Acrylic Paint | DecoArt | DAO67-9 | This can be ordered on the DecoArt site or purchased in store at DecoArt® retailers. |
| Poster Board | Walmart | PA-1961 |
References
- Auld, D., Kornecook, T., Bastianetto, S., Quirion, R. Alzheimer’s disease and the basal forebrain cholinergic system: relations to β-amyloid peptides, cognition, and treatment strategies. Prog Neurobiol. 68 (3), 209245 (2002).
- Huang, Y., Mucke, L. Alzheimer Mechanisms and Therapeutic Strategies. Cell. 148 (6), (2012).
- Querfurth, H., LaFerla, F. Alzheimer’s disease. New Engl J Med. 362 (4), 329-344 (2010).
- Karran, E., Mercken, M., Strooper, B. The amyloid cascade hypothesis for Alzheimer’s disease: an appraisal for the development of therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 10 (9), 698-712 (2011).
- Akiyama, H., et al. Inflammation and Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging. 21 (3), (2000).
- Butterfield, D., Drake, J., Pocernich, C., Castegna, A. Evidence of oxidative damage in Alzheimer’s disease brain: central role for amyloid β-peptide. Trends Mol Med. 7 (12), 548554 (2001).
- Kalaria, R. The role of cerebral ischemia in Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging. 21 (2), 321-330 (2000).
- Selkoe, D. Alzheimer’s disease: genes, proteins, and therapy. Physiol Rev. 81 (2), 741-766 (2001).
- Snowdon, D. A., et al. Brain infarction and the clinical expression of alzheimer disease: The nun study. JAMA. 277 (10), 813 (1997).
- Clarke, J., et al. Overexpression of APP provides neuroprotection in the absence of functional benefit following middle cerebral artery occlusion in rats. Eur J Neurosci. 26 (7), 1845-1852 (2007).
- Whitehead, S., Hachinski, V., Cechetto, D. Interaction Between a Rat Model of Cerebral Ischemia and β-Amyloid Toxicity Inflammatory Responses. Stroke. 36 (1), 107-112 (2005).
- Agca, C., et al. Development of transgenic rats producing human β-amyloid precursor protein as a model for Alzheimer’s disease: Transgene and endogenous APP genes are regulated tissue-specifically. BMC Neuroscience. 9 (1), 28 (2008).
- Bayona, N. A., Gelb, A. W., Jiang, Z., Wilson, J. X., Urquhart, B. L., Cechetto, D. F. Propofol neuroprotection in cerebral ischemia and its effects on low-molecular-weight antioxidants and skilled motor tasks. Anesthesiology. 100 (5), 1151-1159 (2004).
- Langdon, K., Clarke, J., Corbett, D. Long-term exposure to high fat diet is bad for your brain: exacerbation of focal ischemic brain injury. Neuroscience. 182, 82-87 (2011).
- Brownlow, M., et al. Partial rescue of memory deficits induced by calorie restriction in a mouse model of tau deposition. Behav Brain Res. 271, 7988 (2014).
- Halagappa, V., et al. Intermittent fasting and caloric restriction ameliorate age-related behavioral deficits in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. Neurobiol Dis. 26 (1), (2007).
- Maalouf, M., Rho, J., Mattson, M. The neuroprotective properties of calorie restriction, the ketogenic diet, and ketone bodies. Behav Brain Res. 59 (2), (2008).
- Tillerson, J. L., et al. Forced limb-use effects on the behavioral and neurochemical effects of 6-hydroxydopamine. Neuroscience. 21 (12), 4427-4435 (2001).
- Sierksma, A., et al. Improvement of spatial memory function in APPswe/PS1dE9 mice after chronic inhibition of phosphodiesterase type 4D. Neuropharmacology. 77, (2013).
- D’Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Behav Brain Res. 36 (1), 60-90 (2001).
- Vorhees, C., Williams, M. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nat Protoc. 1 (2), 848-858 (2006).
