Motor en hippocampus Dependent Ruimtelijke Learning and Reference geheugen Assessment in een transgeen ratmodel van de ziekte van Alzheimer met Stroke
Summary
De co-morbide ziekte van Alzheimer (AD) en beroerte aandoening in een nieuw model te onderzoeken, zijn drie gedrag taken beschreven die zowel motorische controle en cognitieve gedrag te evalueren. Deze taken zijn onder andere de bundel-walk taak, cilinder taak en Morris water doolhof.
Abstract
ziekte van Alzheimer (AD) is een slopende neurodegeneratieve ziekte die leidt tot neurodegeneratie en geheugenverlies. Terwijl leeftijd is een belangrijke risicofactor voor AD is beroerte ook geïmpliceerd als risicofactor en een verergering factor. De co-morbiditeit van een beroerte en AD resulteert in een slechtere-takt-gerelateerde motorische controle en AD-gerelateerde cognitieve tekorten in vergelijking met alleen elke conditie. De gecombineerde toestand van beroerte en AD, een nieuw transgeen ratmodel van AD, met een gemuteerde vorm van amyloïde precursor eiwit (een belangrijk eiwit betrokken bij de ontwikkeling van AD) opgenomen in het DNA modelleren, krijgt een kleine eenzijdige striatale beroerte.
Voor een model met de combinatie van beroerte of AD moet gedragstesten dat beroertes motorbesturing, motoriek en AD-gerelateerde cognitieve functie getest worden geïmplementeerd. De cilinder taak betreft een kosten-efficiënte, multifunctionele apparaten die spontaan voorpoot motor gebruik beoordeelt. In deze opdracht wordt een rat geplaatst in een cilindrische inrichting, waarbij de rat spontaan achter en contact van de cilinder met zijn voorpoten. Deze contacten zijn voorpoot motor gebruik beschouwd en gekwantificeerd tijdens video-analyse na het testen. Een andere kostenefficiënte motorische taak uitgevoerd is de stralingshoek-walk taak, die voorpoot controle, achterbeen controle en motoriek beoordeelt. Deze taak omvat een rat lopen over een houten balk waardoor de beoordeling van de ledematen motorische controle door middel van analyse van de voorpoot slips, achterbeen uitglijden en vallen. Beoordeling van leren en geheugen wordt aangevuld met Morris water maze voor deze gedrags-paradigma. Het protocol begint met de ruimtelijke leren, waarbij de rat lokaliseert een stationair verborgen platform. Na ruimtelijke leren, wordt het platform verwijderd en zowel de korte termijn en lange termijn ruimtelijke referentie-geheugen wordt beoordeeld. Alle drie van deze taken zijn gevoelig voor gedrags verschillen en voltooid binnen 28 dagen voor dit model, waardoor dit liddigm tijd-efficiënt en kostenefficiënt.
Introduction
Ziekte van Alzheimer (AD) is de meest voorkomende vorm van dementie bij ouderen en een slopende neurodegeneratieve ziekte. Histopathologisch, AD presenteert zich als amyloïde plaques, tangles en neuronaal verlies. Amyloid plaques bestaan voornamelijk uit beta-amyloïde peptide (Aß) dat is geproduceerd door een veranderde proteolytische splitsing van amyloïde voorlopereiwit (APP) van β-secretase en γ-secretase enzymen 1,2,3. Het splitsingsproduct, Ap, afzettingen in de hersenen creëren pathologische amyloïde plaques en heeft toxische effecten op de hersenen die kan leiden tot de karakteristieke leerbeperkingen en geheugenverlies. Al deze stappen samen worden aangeduid als de "amyloïde cascade hypothese van" 3,4. Hoewel deze hypothese is van belang bij het onderzoeken van AD, zijn andere cellulaire veranderingen gevonden om deze plaque formaties die afwijkt van de oorspronkelijke amyloïde cascade route voorafgaan. deze anderecellulaire veranderingen worden verondersteld bij te dragen aan het begin van geheugenverlies, het leren van waardeverminderingen en andere cognitieve stoornissen die betrokken zijn bij AD voorafgaand aan de vorming van tandplak 3,5,6.
Met AD steeds voorkomende, zijn risicofactoren voor het ontwikkelen van AD steeds een zeer belangrijke focus van het onderzoek. Hoewel leeftijd is de belangrijkste risicofactor voor sporadische vormen van AD, hebben andere risicofactoren geïdentificeerd, waaronder beroerte 7,8. Beroerte is niet alleen een risicofactor, maar het kan ook verergeren reeds dementie. Bijvoorbeeld, klinisch, de progressie van AD is aangetoond slechter bij patiënten die eerder een beroerte hadden 9 zijn. Bovendien is toegenomen APP expressie en Aß accumulatie gevonden in experimentele diermodellen van Ap-toxiciteit in combinatie met geïnduceerde beroerte 10,11. Aangezien er deze belangrijke interactie tussen beroerte en AD, is het noodzakelijk dat deze twee pathologieën verder worden onderzochtsamen comorbide modellen beter te begrijpen en gedragingen pathofysiologie betrokken bij beide condities.
Om co-morbide omstandigheden te onderzoeken, een geschikt model moest worden ontwikkeld, waarbij een beroerte zou kunnen interageren met Ap AD-achtige pathologie te produceren. Voor het eerst een APP21 transgene rat die een gemuteerd menselijk APP-gen geïncorporeerd in het DNA werd gebruikt om een geschikt model van AD bereiken. De mutaties zijn de Zweedse dubbele missense en Indiana enkele missense mutaties, die beide zijn betrokken in familiale vormen van AD 4,8,12. Aangezien een extra belediging dit rattenmodel leeftijden zonder het ontwikkelen van de eigenschap Ap-plaques en neurofibrillaire klitten 12. Daarom is in een poging om AD-achtige behavioral pathologie induceren, een kleine slag wordt ingebracht in de rechter striatum de kleine subcorticale beroertes vaak aanwezig in dementie 9 nabootsen. De slag in de APP21 transgene rat belichaamt de comorbide aandoening en maakt onderzoek van verschillende soorten gedragsveranderingen betrokken bij beide ziektetoestanden. In het bijzonder, dit inductie van AD-achtige pathologie en cognitieve tekorten in de volwassen rat laat ons onderzoek naar de vroegste moleculaire en cognitieve veranderingen voorgaande AD.
Omdat het doel is om de eerste tekenen van gedragsveranderingen bepalen en aangezien beroerte of AD hebben zeer verschillende behavioral aandoeningen, bij het bestuderen van de co-morbide model, gedrag taken moeten verschillende gedrags- fenotype te kennen. Er zijn accu's met gevoelige tests die kunnen worden gedaan tot motorisch gedrag analyseren diermodellen die verschillende paradigma's en apparatuur worden gebruikt. Om specifiek te analyseren voorpoot en achterbeen motorische functie, hebben de cilinder taak en beam-walk taak geïmplementeerd om motorische beperkingen op te sporen en te controleren motoriek in dit model. Andere gevoelige taken ontworpen om specifiek te beoordelen fijne forelimb motorische vaardigheid (dwz de trap taak en enkele pellet bereiken taak) vereist het onthouden van voedsel 11,13,14. Één van de bekende effecten van het onthouden van voedsel op ziekte pathologieën 15,16,17 voorkomen, zijn deze testen zijn niet geschikt geacht voor deze studie. De cilinder taak beoordeelt de spontane gebruik van voorpoten van de rat tijdens de opfok in een nieuwe omgeving en kan asymmetrie tussen voorpoten bij ratten op te sporen met een enkelzijdige attaque 10,18. Een groot voordeel van deze taak is dat de inrichting kan worden gebruikt voor andere taken gedrag, zoals de Porsolt gedwongen zwemmen taak 19. Anders dan de cilinder taak het balkvormige lopen taak maakt analyse van het achterbeen en voorpoot motorbesturing, naast locmotion 10,14. Beam wandelen is voorzien van een bewegingsapparaat component, een evenwicht component en geschoolde voet plaatsing. Beide tests zijn kostenefficiënt, eenvoudig, en tijd-efficiënt en verhelderen van de gevolgen van een beroerte en AD op d ifferences in de ledematen functioneren.
Afgezien van veranderingen in de motorische functie, AD houdt tekorten geheugen dat in de vroege stadia van de progressie van de ziekte kunnen presenteren. Bij de aanpak van AD-achtige pathologieën in een knaagdier model, is het cruciaal dat de hippocampus afhankelijk leren en geheugen wordt beoordeeld omdat de hippocampus is een belangrijke hersenstructuur grotendeels beïnvloed in AD 2. De hippocampus is een essentieel hersengebied voor ruimtelijke leren en geheugen en zijn functie kan worden getest met behulp van verschillende doolhof paradigma in knaagdieren. Eén van de meest gebruikte doolhof taken voor knaagdieren modellen van verschillende ziekten is de Morris water maze 20. De Morris water maze maakt gebruik van spatial cues om de rat te helpen bij het lokaliseren van een stationair verborgen platform en test ruimtelijke referentie-geheugen wanneer het platform wordt verwijderd. Een groot voordeel van de water maze opstelling is dat het zeer flexibel afhankelijk van de voorgestelde vraagstelling 20.
tent "> Voor het eerst zijn de beschreven technieken gebruikt om motorische en cognitieve functie in een nieuwe comorbide ratmodel voor beroerte en AD beoordelen. van kleine slagen per APP21 transgeen ratmodel. Comorbiditeit werd bereikt door het induceren vasoconstrictie van bloedvaten in het striatum een kleine slag in APP21 transgene ratten te produceren. dit slagmodel is goed gevestigd als een comorbide aandoening in een alternatieve diermodel van AD 11 Advancement. in deze nieuwe APP21 transgeen ratmodel was bedoeld om een translationeel waardevol model te produceren. Terwijl de gedragstaken worden omschreven met een comorbide beroerte en AD ratmodel, deze taken kunnen verder worden toegepast op andere modellen van beroerte of modellen van andere neurologische aandoeningen (bijvoorbeeld ziekte van Parkinson). de algemene methodologie beschreven zullen op grote schaal toepassing op deze andere ziekten zijn, maar het gedrag van tijdlijnen en paradigma kan verandering nodig op basis van de voorgestelde research vraag en model. Naast het feit aanpasbare beschreven taken effectief in het aantonen van kleine tekorten, terwijl ook de kosten en tijdbesparend.Protocol
Representative Results
Discussion
De combinatie van een beroerte en de ziekte van Alzheimer resultaten in zeer verschillende behavioral pathologieën die zowel motorische en cognitieve functies, afhankelijk van de ernst van elke aandoening kunnen beïnvloeden. Derhalve is het noodzakelijk gebruik van een verscheidenheid van gedragstaken leveren aan de bijdrage van deze voorwaarden te bepalen, evenals geven een inzicht in de gecombineerde en mogelijk interactieve effecten in de comorbide aandoening. De gepresenteerde gegevens tonen drie kostenefficiënt,…
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).
