Motor og Hippocampal Afhængige Spatial læring og reference Memory Vurdering i en Transgene Rat Model af Alzheimers sygdom med Stroke

Summary

For at undersøge komorbide Alzheimers sygdom (AD) og slagtilfælde tilstand i et hidtil ukendt model, er tre opførsel opgaver beskrevet, at vurdere både motorstyring og kognitive adfærd. Disse opgaver omfatter strålen-walk opgave, cylinder opgave og Morris water maze.

Abstract

Alzheimers sygdom (AD) er en svækkende neurodegenerativ sygdom, der resulterer i neurodegeneration og hukommelsestab. Mens alder er en stor risikofaktor for AD, er slagtilfælde også været impliceret som en risikofaktor og en forværrer faktor. Den co-morbiditet af slagtilfælde og AD resultater i forværret slagtilfælde-relaterede motorstyring og AD-relaterede kognitive mangler i forhold til hver enkelt tilstand alene. At modellere den kombinerede tilstand for slagtilfælde og AD, en hidtil ukendt transgen rottemodel med AD, med en muteret form af amyloid precursor protein (et centralt protein involveret i udviklingen af ​​AD) inkorporeret i sit DNA, er givet en lille ensidig striatale slagtilfælde.

For en model med kombinationen af ​​både slagtilfælde og AD, skal adfærdstests der vurderer slagtilfælde-relateret motorstyring, bevægelse og AD-relateret kognitiv funktion implementeres. Cylinderen Opgaven indebærer en omkostningseffektiv, MP apparat, der vurderer spontan forben motor brug. I denne opgave er en rotte anbragt i et cylindrisk apparat, hvor rotten vil spontant bageste og kontakte cylindervæggen med sine forben. Disse kontakter betragtes forben motor brug og kvantificeres under video analyse efter test. En anden omkostningseffektiv motor opgave gennemført, er strålen-walk opgave, som vurderer forben kontrol, bagben kontrol og bevægelse. Denne opgave indebærer en rotte gå på tværs af en træbjælke giver mulighed for vurdering af lemmer motor kontrol gennem analyse af forben underkjoler, bagbenenes glider og falder. Vurdering af indlæring og hukommelse er afsluttet med Morris water maze for denne adfærdsmæssige paradigme. Protokollen begynder med rumlig indlæring, hvorved rotten lokaliserer en stationær skjult platform. Efter rumlig indlæring, er platformen fjernet og både kortsigtede og langsigtede rumlig henvisning hukommelse vurderes. Alle tre af disse opgaver er følsomme over for adfærdsmæssige forskelle og afsluttet inden for 28 dage for denne model, hvilket gør denne paraparadigme tid-effektiv og omkostningseffektiv.

Introduction

Alzheimers sygdom (AD) er den mest udbredte form for demens hos ældre befolkning og en svækkende neurodegenerativ sygdom. Histopatologisk, AD præsenterer sig selv som amyloide plaques, neurofibrillære sammenfiltringer og neuronalt tab. Amyloide plaques består primært af beta-amyloidpeptid (Ap), som er fremstillet gennem en ændret proteolytisk spaltning af amyloid precursor protein (APP) ved β-sekretase og y-sekretase enzymer ^1,2,3. Spaltningsproduktet, Ap, aflejringer i hjernen skaber patologiske amyloide plaques og har toksiske virkninger på hjernen, der kan føre til de karakteristiske læring svækkelser og hukommelsestab. Alle disse trin tilsammen benævnt "amyloid kaskade hypotese" ^3,4. Mens denne hypotese er vigtigt, når undersøger AD, er der fundet andre cellulære ændringer for at gå forud for disse plaquedannelser der strejfer fra den oprindelige amyloid cascade pathway. disse andrecellulære ændringer menes at bidrage til hurtig hukommelsestab, læring svækkelser og andre kognitive dysfunktioner involveret i AD før plaquedannelse ^3,5,6.

Med AD bliver mere og mere udbredt, er risikofaktorer for udvikling af AD blive en meget vigtig fokus for forskningen. Selvom alder er den vigtigste risikofaktor for sporadiske former for AD, har andre risikofaktorer er blevet identificeret, herunder slagtilfælde ^7,8. Slagtilfælde er ikke kun en risikofaktor, men det kan også forværre allerede tilstedeværende demenssygdomme. For eksempel klinisk, progressionen af AD er blevet vist at være værre i patienter, som tidligere havde haft flere slagtilfælde ^9. Desuden har forøget APP-ekspression og Ap akkumulering blevet fundet i eksperimentelle dyremodeller for Ap toksicitet kombineret med induceret slagtilfælde ^10,11. Da der er dette vigtigt samspil mellem slagtilfælde og AD, er det vigtigt, at disse to patologier yderligere forsketsammen i co-morbide modeller for bedre at forstå patofysiologi og adfærd impliceret i begge forhold.

For at undersøge følgesygdomme, en passende model måtte udvikles, hvor et slag kunne interagere med Ap at producere AD-lignende patologi. For første gang blev en APP21 transgene rotte, der har en muteret humant APP-gen inkorporeret i sit DNA anvendes til at opnå en passende model for AD. Mutationerne er det svenske dobbelt missense og Indiana enkelt missense-mutationer, som begge er blevet impliceret i familiær former af AD ^4,8,12. I mangel af en yderligere fornærmelse, denne rotte model aldre uden at udvikle de karakteristiske Ap plaques eller neurofibrillære tråde ^12. Derfor, i et forsøg på at inducere AD-lignende adfærdsmæssige patologi, er en lille streg indført i den højre striatum at efterligne de små subkortikale streger ofte til stede i demenspatienter ^9. Den slagtilfælde i APP21 transgene rat er indbegrebet af co-morbid tilstand og tillader undersøgelse af forskellige typer af adfærdsændringer impliceret i begge sygdomstilstande. Især denne induktion af AD-lignende patologi og kognitive mangler i voksne rotter giver os undersøge de tidligste molekylære og kognitive ændringer forud AD.

Da målet er at bestemme de første tegn på adfærdsændringer og da både slagtilfælde og AD har meget forskellige adfærdsmæssige patologier, når man studerer co-morbide model, adfærd opgaver nødt til at vurdere en række adfærdsmæssige fænotyper. Der er et batteri af relativt følsomme tests, der kan gøres for at analysere motor og kognitiv adfærd i gnaver modeller, der involverer en række forskellige paradigmer og udstyr. For specifikt analysere forben og bagben motorisk funktion, har cylinder opgave og stråle-walk opgave blevet gennemført for at opdage motoriske underskud og overvåge bevægelse i denne model. Andre følsomme opgaver designet til specifikt at vurdere fint forelimb motorik (dvs. trappen opgaven og enkelt pille nå opgave) kræver mad afsavn ^11,13,14. For at undgå enhver af de kendte virkninger af underernæring på sygdoms patologier ^15,16,17, har disse tests er fundet uegnet til denne undersøgelse. Cylinderen opgave vurderer den spontane brug af rottens forbenene under opdræt i en roman miljø og kan afsløre asymmetri mellem forbenene i rotter med ensidig slagtilfælde ^10,18. En stor fordel for denne opgave er, at apparatet kan anvendes til andre adfærdsmæssige opgaver, såsom Porsolt tvunget svømme opgave ^19. I modsætning til cylinderen opgave, strålen-walk opgave tillader også analyse af bagben og forben motorstyring, foruden locmotion ^10,14. Beam gå inkluderer en bevægeapparatet komponent, en balance komponent og dygtige fod placering. Begge disse tests er omkostningseffektive, ligetil, og tid-effektive og belyse effekten af ​​slagtilfælde og AD på d ifferences i lemmer funktion.

Bortset fra ændringer i motorisk funktion, AD involverer hukommelse underskud, der kan præsentere i tidlige stadier af sygdommen progression. Når adressering AD-lignende patologier i en gnaver-model, er det afgørende, at hippocampus afhængig indlæring og hukommelse vurderes, fordi hippocampus er et vigtigt hjernens struktur stort set påvirket i AD ^2. Hippocampus er et vigtigt område af hjernen for rumlig indlæring og hukommelse og dens funktion kan testes under anvendelse af forskellige labyrint paradigmer hos gnavere. En af de mest udbredte labyrint opgaver for gnavermodeller for forskellige sygdomme er Morris water maze ^20. Morris water maze udnytter rumlige informationer til at bistå rotten med at finde en stationær skjult platform og tester rumlig henvisning hukommelse, når platformen er fjernet. En værdifuld fordel af vandet labyrint setup er, at det er meget fleksibel, afhængigt af den foreslåede forskning spørgsmål ^20.

telt "> For første gang har de beskrevne teknikker blevet anvendt til at vurdere motorisk og kognitiv funktion hos en hidtil ukendt co-morbid rottemodel for slagtilfælde og AD. involvere små streger i en APP21 transgen rottemodel. Co-morbiditet blev opnået ved at inducere vasokonstriktion af blodkarrene i striatum at frembringe en lille streg i APP21 transgene rotter. denne slagtilfælde model er blevet veletableret som en co-morbid tilstand i en alternativ rottemodel for AD ^11. Advancement i denne roman APP21 transgen rottemodel blev bestemt at producere en mere translationelt værdifuld model. Mens de adfærdsmæssige opgaver er beskrevet ved anvendelse af et co-morbid slagtilfælde og AD rottemodel, disse opgaver kan yderligere anvendes på andre modeller af slagtilfælde eller modeller af andre neurologiske sygdomme (dvs. Parkinsons sygdom). Den generelle metoden vil være bredt anvendelig til disse andre sygdomstilstande, men adfærd tidslinjer og paradigmer kan kræve ændringer baseret på de foreslåede research spørgsmål og model. Ud over at være tilpasningsdygtige, de opgaver, der er beskrevet er effektive i at påvise mindre underskud, mens også omkostninger og tid-effektive.

Protocol

Den passende institutionelle dyreetik udvalg skal godkende alle de adfærdsmæssige procedurer før start eksperimenter. Alt dyr arbejde beskrives her blev godkendt af Western University Animal Brug underudvalg og følger den canadiske Rådet om Animal Care retningslinjer. Disse dyreforsøg blev udført i den lette fase. 1. Cylinder opgave for Gross forben Motor Assessment Opsætning af udstyr Erhverve en plexiglas cylinder med en perforeret låg, der vil rumme størrelsen af ​​rotte anve…

Representative Results

De adfærdsmæssige beskrevne opgaver blev anvendt til at demonstrere effekterne af slagtilfælde i en APP21 transgen rottemodel med Alzheimers sygdom. Kombinationen af ​​slagtilfælde og APP21 transgen forventes at resultere i større motor underskud i de angrebne lemmer, samt øgede hukommelse underskud. Cylinderen opgave vurderede brutto forben motorisk funktion og er repræsenteret som anvendelse af den påvirkede forb…

Discussion

Kombinationen af ​​slagtilfælde og Alzheimers sygdom resulterer i meget forskellige adfærdsmæssige patologier som kan påvirke både motoriske og kognitive funktion afhængigt af sværhedsgraden af ​​hver betingelse. Det er således nødvendigt at gøre brug af en række adfærdsmæssige opgaver at bestemme de individuelle bidrag af disse tilstande, samt give et indblik i de kombinerede og potentielt interaktive effekter i co-morbid tilstand. De præsenterede data demonstrerer tre omkostningseffektiv, tidsbes…

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