モーターと脳卒中とアルツハイマー病のトランスジェニックラットモデルにおける海馬依存性の空間学習とリファレンスメモリ評価
Summary
新規モデルにおける共病的なアルツハイマー病（AD）とストロークの状態を調べるために、3つの動作タスクは、モータ制御および認知行動の両方を評価することに記載されています。これらのタスクは、ビーム歩行タスク、シリンダータスクとモリス水迷路を含みます。
Abstract
アルツハイマー病（AD）は、神経変性および記憶喪失を生じる衰弱性の神経変性疾患です。年齢は、ADの主要な危険因子ですが、ストロークも危険因子と増悪因子として関与しています。脳卒中およびAD悪化脳卒中関連のモータ制御をもたらし、AD関連認知障害の併存疾患単独の各条件と比較した場合。脳卒中およびADを組み合わせた状態をモデル化するために、ADの新規なトランスジェニックラットモデルは、そのDNAに組み込まれたアミロイド前駆体タンパク質（ADの発症に関与する重要なタンパク質）の変異形で、小片側線条体のストロークが与えられます。
ストロークとADの両方を組み合わせたモデルでは、脳卒中に関連するモータ制御、歩行およびAD関連認知機能を評価する行動テストを実装する必要があります。シリンダータスクが自発前肢モータの使用を評価する、コスト効率の高い、多目的装置を含み、。このタスクでは、ラットを、ラットが自発的にリア意志円筒形装置、内に置かれ、その前肢とシリンダの壁に接触します。これらの接点は、前肢モータ使用とみなされ、試験後のビデオ分析の際に定量化されています。実装され、別のコスト効率の高いモータータスクは、前肢のコントロールを評価するビームウォークタスク、後肢の制御と運動です。このタスクは、前肢のスリップ、後肢スリップや落下の分析を通じて四肢モータ制御の評価を可能に木製の梁を横断ラットの歩行を伴います。学習と記憶の評価は、この行動パラダイムのためのモリス水迷路で完成されています。プロトコルは、ラットが静止隠されたプラットフォームの位置を特定することにより空間学習、で始まります。空間学習後、プラットフォームを除去し、短期および長期の空間参照記憶の両方が評価されます。これらのタスクのすべての3つは、このパラを作り、行動の違いに敏感で、このモデルのために28日以内に完了していますdigm時間効率とコスト効率の高いです。
Introduction
アルツハイマー病（AD）は、高齢者人口における認知症および衰弱性神経変性疾患の最も一般的な形態です。病理組織学的に、ADは、アミロイド斑、神経原線維変化およびニューロン損失としてそれ自身を示します。アミロイド斑は、βセクレターゼおよびγセクレターゼ酵素1,2,3によるアミロイド前駆体タンパク質（APP）の改変されたタンパク質分解切断を経て製造されたβ-アミロイドペプチド（Aβ）で主に構成されています。切断産物は、Aβは、脳内の堆積物は、病的なアミロイド斑を作成し、特性学習障害と記憶喪失につながる可能性が脳に毒性作用を有しています。これらの工程の全ては、一緒に「アミロイドカスケード仮説」3,4と呼ばれます。 ADを調査する際、この仮説は重要であるが、他の細胞の変化は、元のアミロイドカスケード経路から外れるこれらのプラーク形成に先行することが見出されています。これらの他細胞の変化は、減損前プラーク形成3,5,6にADに関与する他の認知機能障害、学習初期の記憶喪失に貢献すると考えられています。
ADは、ますます一般的になってでは、ADを発症する危険因子は、研究の非常に重要な焦点になってきています。年齢はADの散発的形態のための主要な危険因子であるが、他の危険因子は、脳卒中7,8を含む、同定されています。脳卒中は危険因子であるだけでなく、それはまた、既に存在する認知症を悪化させることができます。例えば、臨床的に、ADの進行は、以前に脳卒中9を経験した患者に悪いことが示されています。また、増加したAPP発現とAβの蓄積が誘導されたストローク10,11と組み合わせたAβ毒性の実験動物モデルにおいて見出されています。ストロークとADの間のこの重要な相互作用があるので、これら二つの病理をさらに調査することが必須です一緒に併発モデルでより良い両方の条件に関与病態生理や行動を理解します。
共同病的条件を調査するために、適切なモデルとは、ストロークがAD様病理を生成するためにAβと相互作用することができる開発する必要がありました。最初に、そのDNAに組み込まれた変異したヒトAPP遺伝子を有するAPP21トランスジェニックラットは、ADの適切なモデルを実現するために使用されました。変異は、両方のAD 4,8,12の家族型に関与しているスウェーデンの二重ミスセンスおよびインディアナ単一のミスセンス変異です。追加の侮辱が存在しない場合には、このラットモデルの年齢特性Aβ斑や神経原線維変化12を開発することなく。したがって、AD様行動の病態を誘導するための努力で、小さなストロークが認知症患者9中にしばしば存在する小さな皮質下のストロークを模倣するために、右線条体中に導入されます。 APP21トランスジェニックraのストロークtは合併条件を体現し、両方の疾患状態に関与する行動の変化の様々な種類の調査を可能にします。具体的には、成体ラットにおけるAD様病理および認知障害のこの誘導は、私たちは、ADの前最古の分子と認知変化を調査することができます。
目標が併存モデルを検討する際のストロークとADの両方が、非常に明確な行動病理を持っているので、行動の変化の最初の兆候を決定することですので、行動のタスクは、行動の表現型の多様性を評価する必要があります。パラダイムや機器の様々な関与齧歯類モデルでモーターと認知行動を分析するために行うことができ、比較的敏感な一連の試験があります。具体的に前肢と後肢の運動機能を分析するために、シリンダータスクとビーム徒歩タスクは、運動障害を検出し、このモデルで運動を監視するために実施されてきました。特に細かいFOを評価するために設計された他の敏感なタスクrelimbモータースキル（ すなわち階段タスクと単一ペレット到達タスク）絶食11,13,14が必要です。疾患の病理15,16,17上の絶食の既知の効果のいずれかを回避するために、これらのテストは、この研究には適さないとみなされてきました。シリンダータスクは、新しい環境で飼育中のラットの前肢の自発的な使用を評価し、一方的なストローク10,18とラットで前肢間の非対称性を検出することができます。このタスクの主な利点は、装置は、ポルソルト強制水泳タスク19などの他の動作タスクのために利用できることです。シリンダータスクに反して、ビームウォークタスクはまた、10,14を locmotionに加えて、後肢および前肢モータ制御の分析を可能にします。ビーム歩行運動部品、バランス成分および熟練した足の配置が含まれています。これらの試験の両方は、コスト効率の高い、簡単で、時間効率的であり、D上のストロークとADの影響を解明します四肢の機能でifferences。
別に運動機能の変化から、ADの疾患進行の早い段階で提示することができる記憶障害を含みます。齧歯類モデルにおけるAD様の病状に対処するとき、海馬が重要な脳の構造が大きくAD 2に影響があるため、海馬依存学習と記憶が評価されることが重要です。海馬は、齧歯類の様々な迷路パラダイムを用いて試験することができる空間学習および記憶と、その機能のために必須の脳領域です。異なる疾患のげっ歯類モデルの大部分は広く使用されている迷路タスクの1つは、モリス水迷路20です。モリス水迷路は、静止隠されたプラットフォームの位置を、ラットを支援する空間キューを利用し、プラットフォームが除去されると、空間参照記憶をテストします。水迷路セットアップの貴重な利点は、提案された研究の質問20に応じて高度に適応可能であるということです。
10トンは ">初めて、記載された技術は、脳卒中およびADの新規併存ラットモデルにおいて、モータと認知機能を評価するために使用されてきた。APP21トランスジェニックラットモデルで小さなストロークを含む。共同罹患率を誘導することによって達成されました線条体における血管の血管収縮がAPP21トランスジェニックラットの小さなストロークを生成する。この脳卒中モデルはよくAD 11の代替ラットモデルにおける共病的状態として確立されている。進歩をAPP21トランスジェニックラットモデルが意図されていたこの小説に行動タスクが併存ストロークとADのラットモデルを使用して説明されるが、より翻訳貴重なモデルを生成するために、これらのタスクは、さらに他の脳卒中のモデルまたは他の神経疾患のモデル（ すなわち 、パーキンソン病）。一般的に適用することができます記載された方法は、これらの他の疾患状態に広く適用されますが、行動のタイムラインとパラダイムが提案されている解像度に基づいて、変更を必要とするかもしれませんearchが質問とモデル。また、コストおよび時間効率的でありながら適応であることに加えて、説明されているタスクは、軽微な障害を示すのに有効です。Protocol
Representative Results
Discussion
モータと各状態の重症度に応じて、認知機能の両方に影響を与える可能性が非常に明確な行動病理における脳卒中およびアルツハイマー病の結果の組み合わせ。従って、これらの状態の個々の寄与を決定するだけでなく、共病的状態に合わせて、潜在的に相互作用効果にいくつかの洞察を与えるために行動様々なタスクを利用することが必要です。提示されたデータは、脳卒中を有する新規?…
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 |
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