뇌졸중과 알츠하이머 병의 유전자 변형 쥐 모델에서 모터 및 해마 종속 공간 학습 및 참조 메모리 평가
Summary
신규 모델의 병적 알츠하이머 병 (AD)과 입력 조건을 조사하기 위해, 세 가지 동작 태스크 모터 제어,인지 행동 모두를 평가하는 것이 기재되어있다. 이러한 작업은 빔 도보 작업, 실린더 작업 및 모리스 물 미로를 포함한다.
Abstract
(AD) 알츠하이머 병은 신경 퇴행 및 메모리 손실을 초래 쇠약 신경 퇴행성 질환이다. 나이가 AD의 주요한 위험 인자이지만, 뇌졸중 또한 위험 인자 및 악화 인자로서 연루되어왔다. 악화 스트로크 관련 모터 제어 및 AD 관련된인지 결핍 뇌졸중 및 AD 결과의 공동 이환율 단독 각 조건에 비해. 아밀로이드 전구체 단백질의 DNA에 통합 (AD의 개발에 참여 핵심 단백질)의 돌연변이 형태와 뇌졸중, AD, AD의 새로운 형질 전환 쥐 모델의 결합 상태를 모델링하기 위해, 작은 일방적 인 선조체 스트로크를 주어집니다.
뇌졸중 및 AD 둘의 조합을 가진 모델의 경우, 뇌졸중 관련 모터 제어, 운동 및 AD와 관련된인지 기능을 평가하는 행동 테스트를 구현해야합니다. 실린더 작업은 자발적 앞다리 모터 사용을 평가하는 비용 효율적이고, 범용 장치가 포함. 이 작업에서, 래트는 원통형 장치 내에 어디에 래트 것 자발적 후면 배치와 앞다리와 실린더의 벽을 접촉한다. 이 연락처는 앞다리 모터 사용으로 간주하고 테스트 후 비디오 분석에서 정량한다. 또 다른 구현 비용 효율적인 모터 태스크 앞다리 제어, 제어 및 뒷다리 운동을 평가 빔 도보 작업이다. 이 작업은 앞다리 전표, 뒷다리 전표와 폭포의 분석을 통해 사지 모터 제어의 평가를 허용 나무 빔을 가로 질러 쥐 산책을 포함한다. 학습과 기억의 평가는이 행동 패러다임에 대한 모리스 물 미로 완성된다. 이 프로토콜은 쥐가 고정 숨겨진 플랫폼의 위치를함으로써 공간 학습을 시작합니다. 공간 학습 후, 플랫폼 제거하고, 단기 및 장기 참조 메모리 공간 모두가 평가된다. 이러한 작업의 세이 항을 만들고, 행동의 차이에 민감하고이 모델을 28 일 이내에 완료됩니다다임 시간 효율적이고 비용 효율적인.
Introduction
알츠하이머 병 (AD)은 노인 인구에서 치매 및 쇠약 신경 퇴행성 질환의 가장 일반적인 형태입니다. 조직 병리학 적, AD는 아밀로이드 플라크, 신경 섬유 엉킴 및 신경 세포의 손실 자체를 선물한다. 아밀로이드 플라크는 β 및 γ 세 크레타 제 효소 크레타 1,2,3- 의한 아밀로이드 전구체 단백질 (APP)의 변형 된 단백질 분해 절단에 의해 제조 된 베타 – 아밀로이드 펩티드 (Aβ)로 주로 이루어져있다. 절단 제품은 Aβ는 뇌의 예금은 병적 인 아밀로이드 플라크를 생성하고 특성 학습 장애와 기억 상실로 이어질 수있는 뇌에 독성을 가지고있다. 함께 이러한 모든 단계는 "아밀로이드 캐스케이드 가설"3,4라고합니다. AD를 조사 할 때이 가설이 중요하지만, 다른 세포 변화는 원래 아밀로이드 캐스케이드 경로에서 벗어나있는이 플라크 형성을 선행하는 것으로 밝혀졌다. 이 다른세포 변화는 장애 전에 플라크 형성 -3,5,6-에 AD에 관련된 다른인지 기능 장애, 학습 초기 기억 상실에 기여할 것으로 생각된다.
AD가 점점 널리 사용되고으로 AD 현상의 위험 인자 연구의 초점 매우 중요 해지고있다. 연령은 AD의 산발적 인 형태의 주요 위험 인자이지만, 다른 위험 인자는 스트로크 7,8 포함 확인되었다. 스트로크는 위험 인자 아니지만, 이미 본 치매를 악화시킬 수있다. 예를 들어, 임상 적으로, AD의 진행 이전 스트로크 9를 겪은 환자에서 악화 될 것으로 나타났다. 또한, 증가 APP 발현과 Aβ의 축적을 유도 선 10, 11와 결합 Aβ 독성의 실험 동물 모델에서 발견되었다. 뇌졸중과 AD 사이의 중요한 상호 작용이 존재하기 때문에, 이들 두 가지 병리 더욱 연구하는 것이 중요함께 공동 병적 모델에서 더 나은 두 조건에 연루 병태 생리와 행동을 이해합니다.
병적 조건을 조사하기 위해, 적절한 모델이되는 스트로크 AD 같은 병리를 생성 Aβ와 상호 작용할 수있는 개발했다. 처음으로, 그 DNA에 통합 돌연변이 된 인간 APP 유전자를 갖는 형질 전환 쥐 APP21 AD의 적절한 모델을 달성하기 위해 사용되었다. 돌연변이는 모두 AD 4,8,12의 가족 형태로 연루되어 스웨덴 더블 과오와 인디애나 하나의 과오 돌연변이입니다. 추가 모독 없으면, 특성 Aβ 플라크 나 신경 섬유의 개발없이이 쥐 모델 연령 12 엉킴. 따라서, AD와 같은 병리 행동을 유도하기위한 노력으로, 작은 스트로크는 치매 환자 9 종종 본 피질 작은 스트로크를 모방 오른쪽 선조체로 도입된다. APP21 형질 전환 라의 스트로크t는 공동 병적 상태를 구현하고 두 질병 상태에 연루 행동 변화의 다양한 종류의 조사를 할 수 있습니다. 특히, 성인 쥐에서 AD-같은 병리인지 결손이 유도는 우리가 AD에 선행하는 최초의 분자인지 변화를 조사 할 수 있습니다.
목표는 병적 모델을 연구 할 때 스트로크 AD 모두 매우 뚜렷한 행동 병변이 있기 때문에 행동 변화의 첫 번째 표시를 결정하기 때문에, 동작 태스크 행동 표현형의 다양성을 평가할 필요가있다. 패러다임과 다양한 장비를 포함하는 설치류 모델에서 모터인지 행동을 분석 할 수있는 비교적 민감한 테스트 전지가있다. 구체적 앞다리와 뒷다리의 모터 기능을 분석하기 위해, 실린더 작업 및 빔 도보 태스크 모터 적자를 감지하고이 모델 식 이동을 모니터하기 위해 구현되었다. 특히 fo를 벌금을 평가하기위한 다른 민감한 작업relimb 모터 기술 (즉, 계단 작업 및 단일 펠릿에 도달하는 작업) 음식 부족 11,13,14이 필요합니다. 질병의 병리 15, 16, 17 음식 부족의 알려진 효과 중 하나를 방지하기 위해, 이러한 테스트는이 연구를 위해 적합하지 않은 것으로 간주되고있다. 실린더 작업은 새로운 환경에서 양육하는 동안 쥐의 앞다리의 자발적인 사용을 평가하고 일방적 인 행정 10,18와 쥐의 앞다리 사이의 비대칭를 검색 할 수 있습니다. 이 작업의 주요 이점은 장치가 예 Porsolt 강제 수영 태스크 (19)와 같은 다른 동작 작업에 이용 될 수 있다는 것이다. 실린더 작업과는 달리, 빔 걸음 작업도 10,14를 locmotion 외에도 뒷다리와 앞다리 모터 제어의 분석을 허용한다. 빔 산책는 전위의 구성 요소, 균형 성분과 숙련 된 발 배치를 포함한다. 이러한 검사는 모두 경제적 인 간단하고 시간 효율이고 D 스트로크와 AD의 영향을 밝히기 사지 기능에 ifferences.
이외에도 운동 기능의 변화에서, AD는 질병 진행의 초기 단계에 표시 할 수 있습니다 메모리 적자를 포함한다. 설치류 모델에서 AD 같은 병리를 해결하면, 해마 중요한 뇌 구조는 크게 2 AD의 영향을 받으므로 해마 의존적 학습 및 기억을 평가되는 것이 중요하다. 해마 설치류 다양한 미로 패러다임을 사용하여 테스트 할 수있는 공간 학습 및 기억과 기능에 필수적인 뇌 영역이다. 다른 질환의 설치류 모델의 대부분 널리 미로 작업 중 하나는 모리스 물 미로 (20)이다. 모리스 물 미로 고정 숨겨진 플랫폼을 찾는 데 래트를 돕기 위해 공간 큐를 이용하여 플랫폼이 제거 될 때 공간 참조 메모리를 테스트한다. 물 미로 설정의 중요한 장점은 제안 된 연구 문제 (20)에 따라 매우 융통성 있다는 것이다.
처음 텐트 ">에서 설명 된 기술은 스트로크와 AD의 신규 병적 쥐 모델에서 모터 및인지 기능을 평가하기 위해 사용되었다. APP21 형질 전환 생쥐 모델에서 작은 스트로크를 포함. 동반 질환을 유도하여 이루어졌다 선조체에서 혈관 수축을 APP21 형질 전환 쥐의 작은 스트로크를 생성한다.이 뇌졸중 모델 아니라 AD (11)의 대안적인 쥐 모델에서 병적 조건으로 설정되어있다. 선진화 APP21 형질 전환 생쥐 모델이 의도 된이 신규로 행동 태스크가 병적 스트로크 AD 쥐 모델을 사용하여 설명되지만 더욱 병진 유용한 모델을 생성한다. 이러한 작업은 또한 다른 스트로크 모델 또는 다른 신경 질환의 모델 (예, 파킨슨 씨병). 일반에 적용 할 수있다 설명 방법이 다른 질병 상태에 광범위하게 적용 할 수 있지만 행동 일정과 패러다임은 제안 입술을 기반으로 변경을 요구할 수있다earch 질문 모델입니다. 또한 비용 및 시간 절약하면서 적응 것에 더하여, 설명 된 작업은 작은 결손을 보여주는 효과적이다.Protocol
Representative Results
Discussion
모터와 각각의 증상의 중증도에 따라인지 기능 모두에 영향을 미칠 수있는 뚜렷한 행동 병리 뇌졸중 및 치매 결과의 조합. 따라서, 이러한 조건의 개별 기여도를 결정할뿐만 아니라, 병적 상태에서 결합 잠재적 상호 작용 효과에 대한 통찰력을 제공 할 행동의 다양한 작업을 활용하는 것이 필요하다. 제시된 데이터는 3 개의 비용 효율적인 스트로크 새로운 공동 병적 APP21 형질 전환 쥐 모델에서 ?…
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).
