Moteur et hippocampique apprentissage spatial et dépendante Référence évaluation de la mémoire dans un modèle de rat transgénique de la maladie d'Alzheimer avec des maladies

Summary

Pour étudier la maladie de co-morbide de la maladie d'Alzheimer (AD) et l'état de la course dans un modèle roman, trois tâches de comportement sont décrites qui permettent d'évaluer à la fois le contrôle moteur et comportements cognitifs. Ces tâches comprennent la tâche de faisceau à pied, tâche de cylindre et labyrinthe aquatique de Morris.

Abstract

La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative débilitante qui entraîne la neurodégénérescence et de la perte de mémoire. Bien que l'âge est un facteur de risque majeur pour AD, accident vasculaire cérébral a également été impliquée en tant que facteur de risque et un facteur aggravant de. La co-morbidité des accidents vasculaires cérébraux et AD résultats dans le contrôle moteur aggravé lié à l'AVC et les déficits cognitifs liés à la MA par rapport à chaque condition seul. Pour modéliser l'état combiné des accidents vasculaires cérébraux et AD, un nouveau modèle de rat transgénique de la MA, avec une forme mutée de la protéine précurseur de l'amyloïde (une protéine clé impliquée dans le développement de la MA) incorporé dans son ADN, est donné un petit coup striatum unilatérale.

Pour un modèle avec la combinaison de deux accidents vasculaires cérébraux et AD, des tests comportementaux qui évaluent le contrôle moteur lié à l'AVC, la locomotion et la fonction cognitive liée AD-doivent être mises en œuvre. La tâche de cylindre implique, un appareil multifonction rentable qui évalue forelimb spontanée utilisation du moteur. Dans cette tâche, un rat est placé dans un appareil cylindrique, où le rat spontanément arrière et contact avec la paroi du cylindre avec ses pattes avant. Ces contacts sont considérés comme forelimb l'utilisation du moteur et quantifiées lors de l'analyse vidéo après le test. Une autre tâche motrice rentable mise en œuvre est la tâche de faisceau de marche, qui évalue le contrôle de forelimb, le contrôle de hindlimb et de la locomotion. Cette tâche implique une marche de rat dans une poutre en bois permettant l'évaluation de la branche de commande de moteur à travers l'analyse des bulletins de forelimb, les bordereaux de membres postérieurs et les chutes. Évaluation de l'apprentissage et de la mémoire est complétée par labyrinthe aquatique de Morris pour ce paradigme comportemental. Le protocole débute par l'apprentissage spatial, de sorte que le rat localise une plate-forme stationnaire cachée. Après l'apprentissage spatial, la plate-forme est supprimée et à la fois à court terme et la mémoire de référence spatiale à long terme est évaluée. Tous les trois de ces tâches sont sensibles aux différences de comportement et complété dans les 28 jours pour ce modèle, ce qui en paratemps efficace digme et rentable.

Introduction

La maladie d'Alzheimer (MA) est la forme la plus répandue de démence dans la population âgée et une maladie neurodégénérative débilitante. Histopathologique, AD se présente sous forme de plaques amyloïdes, enchevêtrements neurofibrillaires et la perte neuronale. Les plaques amyloïdes sont principalement constitués de peptide bêta-amyloïde (Aß) , qui a été produit par un clivage protéolytique altérée de la protéine précurseur de l' amyloïde (APP) par β-sécrétase et les enzymes gamma-sécrétase ^1,2,3. Le produit de clivage, Aß, les dépôts dans le cerveau créant des plaques amyloïdes pathologiques et a des effets toxiques sur le cerveau qui peut conduire à des troubles d'apprentissage caractéristiques et la perte de mémoire. Toutes ces étapes ensemble sont appelés « l' hypothèse de la cascade amyloïde" ^3,4. Bien que cette hypothèse est importante lorsque l'enquête AD, d'autres changements cellulaires ont été trouvés pour précéder ces formations de la plaque qui s'écarte de la voie originale de la cascade amyloïde. ces autresles changements cellulaires sont considérés comme contribuant au début de la perte de mémoire, troubles et autres dysfonctionnements cognitifs impliqués dans AD avant la formation de la plaque ^3,5,6 apprentissage.

Avec AD de plus en plus répandue, les facteurs de risque de développer AD deviennent un objectif extrêmement important de la recherche. Bien que l' âge est le principal facteur de risque pour les formes sporadiques de AD, d' autres facteurs de risque ont été identifiés, y compris AVC ^7,8. L'AVC est non seulement un facteur de risque, mais il peut aussi exacerber les démences déjà présents. Par exemple, cliniquement, la progression de la MA a été montré pour être pire chez les patients qui avaient déjà eu des accidents vasculaires cérébraux ^9. En outre, l' augmentation de l' expression APP et de l' accumulation de Aß a été trouvé dans des modèles animaux expérimentaux de toxicité Aß combinée avec la course induite ^10,11. Comme il y a cette interaction importante entre l'AVC et AD, il est essentiel que ces deux pathologies encore être étudiéesainsi que dans les modèles de co-morbidité pour mieux comprendre la physiopathologie et les comportements impliqués dans les deux conditions.

Pour enquêter sur les conditions de co-morbidité, un modèle approprié devait être mis au point dans lequel un accident vasculaire cérébral pourrait interagir avec Aß pour produire AD comme pathologie. Pour la première fois, un rat transgénique APP21 qui a un gène APP humain muté incorporé dans son ADN a été utilisé pour réaliser un modèle approprié de la MA. Les mutations sont la double – sens suédois et Indiana mutations faux – sens unique, qui ont tous deux été impliqués dans les formes familiales de la MA ^4,8,12. En l'absence d'une insulte supplémentaire, ce modèle de rat âges sans développer les plaques Aß caractéristiques ou neurofibrillaire enchevêtrements ^12. Par conséquent, dans un effort pour induire la pathologie comportementale AD-like, un petit accident vasculaire cérébral est introduit dans le striatum droit d'imiter les petits coups subcorticaux souvent présents chez les patients atteints de démence ^9. La course dans le ra transgénique APP21t incarne la condition de co-morbide et permet étude de différents types de changements comportementaux impliqués dans les deux conditions de la maladie. En particulier, cette induction des déficits AD comme pathologie et cognitives chez le rat adulte nous permet étudions les changements moléculaires et cognitifs premiers AD précédentes.

Puisque le but est de déterminer les premiers signes de changements comportementaux et puisque les deux accidents vasculaires cérébraux et AD ont des pathologies comportementales très distinctes, lorsque l'on étudie le modèle de co-morbidité, les tâches de comportement doivent évaluer une variété de phénotypes comportementaux. Il y a une batterie de tests relativement sensibles qui peuvent être faites pour analyser le moteur et le comportement cognitif dans les modèles de rongeurs qui impliquent une variété de paradigmes et de l'équipement. Pour analyser spécifiquement la fonction forelimb et moteur hindlimb, la tâche de la tâche de cylindre et le faisceau de marche ont été mis en place pour détecter les déficits moteurs et surveiller la locomotion dans ce modèle. D'autres tâches sensibles conçues pour évaluer spécifiquement bien focompétences relimb du moteur ( à savoir la tâche d'escalier et unique tâche d' atteindre des pellets) exigent la privation de nourriture ^11,13,14. Pour éviter un des effets connus de la privation de nourriture sur les pathologies de la maladie ^15,16,17, ces tests ont été jugés impropres à cette étude. La tâche de cylindre évalue l'utilisation spontanée des forelimbs du rat pendant l' élevage dans un environnement nouveau et peut détecter l' asymétrie entre les forelimbs chez les rats ayant subi un AVC unilatéral ^10,18. Un avantage majeur de cette tâche est que l'appareil peut être utilisé pour d' autres tâches de comportement, tels que le Porsolt forcé tâche de natation ^19. Contrairement à ce que la tâche de cylindre, la tâche de faisceau de marche permet également l' analyse de la patte arrière et la patte avant le contrôle moteur, en plus de locmotion ^10,14. la marche du faisceau comprend une composante locomotrice, une composante de l'équilibre et le placement des pieds qualifiés. Ces deux tests sont rentables, simples, et le temps efficace et élucider les effets des accidents vasculaires cérébraux et AD sur d ifferences dans le fonctionnement du membre.

Mis à part les changements dans la fonction motrice, AD implique des déficits de mémoire qui peuvent présenter aux premiers stades de la progression de la maladie. Quand on aborde les pathologies AD-comme dans un modèle de rongeur, il est crucial que hippocampique apprentissage dépendant et de la mémoire est évaluée parce que l'hippocampe est une structure cérébrale importante largement affectée en l' an ^2. L'hippocampe est une région du cerveau essentielle pour l'apprentissage spatial et la mémoire et sa fonction peut être testée en utilisant divers paradigmes de labyrinthe chez les rongeurs. L' une des tâches de labyrinthe les plus largement utilisés pour les modèles de rongeurs de différentes maladies est l'eau labyrinthe Morris ^20. Le labyrinthe d'eau de Morris utilise des indices spatiaux pour aider le rat dans la localisation d'une plate-forme cachée stationnaire et teste la mémoire de référence spatiale lorsque la plate-forme est supprimée. Un avantage précieux de la configuration du labyrinthe aquatique est qu'il est très adaptable en fonction de la question de recherche proposé ^20.

tente "> Pour la première fois, les techniques décrites ont été utilisées pour évaluer le moteur et la fonction cognitive dans un modèle roman de rat co-morbide d'accident vasculaire cérébral et AD. impliquant de petits coups dans un modèle de rat transgénique APP21. Co-morbidité a été obtenue en induisant vasoconstriction des vaisseaux sanguins dans le striatum pour produire un petit accident vasculaire cérébral chez APP21 rats transgéniques. ce modèle de course a été bien établi comme condition de co-morbide dans un modèle de rat alternatif de AD ^11. avancement dans ce roman APP21 modèle de rat transgénique était destiné pour produire un modèle plus traductionnelle précieux. Alors que les tâches comportementales sont décrites au moyen d' un accident vasculaire cérébral et AD rat modèle de co-morbide, ces tâches peuvent encore être appliquées à d' autres modèles d'accident vasculaire cérébral ou de modèles d'autres maladies neurologiques (ie la maladie de Parkinson). Le général méthodologie décrite sera largement applicable à ces autres états pathologiques, mais les délais de comportement et des paradigmes peut nécessiter la modification sur la base des res proposéesquestion echerche et le modèle. En plus d'être adaptable, les tâches décrites sont efficaces pour démontrer des déficits mineurs, tout en étant le coût et le temps efficace.

Protocol

Le comité institutionnel approprié de l'éthique animale devrait approuver toutes les procédures de comportement avant de commencer l'expérimentation. Tous les travaux d'animal décrit ici a été approuvé par l'Université Western animale Sous-utilisation et suit le Conseil canadien sur les lignes directrices de protection des animaux. Ces expériences animales ont été réalisées au cours de la phase légère. 1. Cylindre Groupe d'évaluation brute forelimb Motor Configura…

Representative Results

Les tâches comportementales décrites ont été utilisés pour démontrer les effets d'un AVC dans un modèle de rat transgénique APP21 de la maladie d'Alzheimer. La combinaison d'accident vasculaire cérébral et le transgène APP21 devrait entraîner une plus grande déficit moteur dans les membres affectés, ainsi que l'augmentation des déficits de la mémoire. La tâche de cylindre évalué la fonction m…

Discussion

La combinaison de l'AVC et les résultats de la maladie d'Alzheimer dans les pathologies comportementales très distinctes qui peuvent affecter à la fois le moteur et la fonction cognitive en fonction de la gravité de chaque état. Ainsi, il est nécessaire de faire usage d'une variété de tâches comportementales pour déterminer les contributions individuelles de ces conditions, ainsi que de donner un aperçu des effets combinés et potentiellement interactifs dans la condition de co-morbide. Les donné…

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