Eine einfache und kostengünstige Test zur Messung der Gehfähigkeit in Mausmodellen der Muskeldystrophie
Summary
Dieses Protokoll beschreibt ein flexible und kostengünstige System zur Messung Maus Gehfähigkeit in ein offenes Feld Aktivität Assay. Wir zeigen, dass ein 6-minütige Gehfähigkeit Assay basiert auf diesem System eine Abnahme der Freiwillige Bewegung in Mdx Mäuse erkennt und Verbesserung der Muskel-spezifische Rettung dieser Tiere genau unterscheidet.
Abstract
Messung der funktionellen Ergebnisse bei der Behandlung von Muskeldystrophie ist ein wesentlicher Aspekt der präklinischen Erprobung. Die Beurteilung der freiwilligen Gehfähigkeit in Mausmodellen ist eine non-invasive und reproduzierbare Aktivität-Assay, der direkt analog zu Maßnahmen der Patient Gehfähigkeit wie der 6-Minuten Gehtest und im Zusammenhang mit Mobilität punktet. Viele gängige Methoden zum Testen der Maus Gehfähigkeit Geschwindigkeit und Distanz basieren auf dem offenen Feldtest, wo ein Tier Freizügigkeit innerhalb einer Arena im Laufe der Zeit gemessen wird. Ein großer Nachteil dieses Ansatzes ist, dass kommerzielle Software und Ausrüstung für hochauflösende Motion-tracking ist teuer und erfordern Mäuse an spezialisierten Einrichtungen zur Prüfung übertragen. Hier beschreiben wir eine kostengünstige, videobasierte System zur Messung Maus Gehfähigkeit, die freie und Open-Source-Software nutzt. Unter Verwendung dieses Protokolls, beweisen wir, dass freiwillige Gehfähigkeit im Mausmodell Dystrophin-Null Mdx für Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) im Vergleich zu Wildtyp Mausaktivität verringert wird. In Mdx Mäuse mit dem Ausdruck der Utrophin Transgen, diese Aktivität Defizite nicht eingehalten und die insgesamt zurückgelegte Strecke ist von Wildtyp Mäusen zu unterscheiden. Diese Methode ist effektiv für die Messung von Veränderungen im freiwilligen Gehfähigkeit dystrophischen Pathologie zugeordnet und bietet eine vielseitige Plattform, die leicht angepasst werden kann auf vielfältige Forschung Einstellungen.
Introduction
Zuverlässige und reproduzierbare Messungen der Muskelfunktion sind entscheidend für die Beurteilung der Wirksamkeit von möglichen Therapien für DMD. DMD ist eine genetische Störung verursacht durch Mutationen im Dystrophin-gen führt zu progressive Muskelschwäche, Verlust der Gehfähigkeit und schließlich zum kardiorespiratorische Versagen. Die am häufigsten verwendete Tiermodell der DMD ist das Dystrophin-Null Mdx -Maus. Eine Reihe von funktionalen Tests entstanden als routinemäßige Tests zur Bewertung der Progression der Erkrankung in der Mdx -Maus ebenso wie in ähnlichen Tiermodellen für andere Dystrophien und Myopathien. Häufig verwendete in-Vivo -Tests sind Messungen der Vordergliedmaße Griffstärke, Draht hängende Rotarod maximal, Zeit, Zeit bis zur Erschöpfung während Laufband laufen und motor Aktivitätsanzeige. Gab es erhebliche Anstrengungen auf dem Gebiet dieser Tests, mit dem Ziel der Reduzierung Variabilität zwischen präklinischen Studien und die Erhöhung der translationalen Potenzials Therapeutika in Mäuse1,2getestet zu standardisieren.
Eine wichtige Kategorie von präklinischen Tests ist die Messung der willkürliche Bewegungen, ein Parameter, der häufig in murinen Modellen der Muskeldystrophie geändert wird. Dies ist in der Regel von Assays basierend auf freiem Feld Aktivitätsüberwachung getestet und kann entweder Horizontal (zu Fuß) oder vertikal (Aufzucht) Bewegungen über einen Verlauf von Minuten oder Stunden2,3,4zu bewerten. Eine Reihe von Studien haben gezeigt, willkürliche Bewegungen in Mdx Mäuse, besonders nach dem Training, geändert werden und diese Messungen haben gezeigt, dass Medikament Behandlung und Krankheit fortschreiten werden. Eine große Einschränkung bei der Durchführung dieser Tests ist die Notwendigkeit einer speziellen, teuren Ausrüstung. Hier ist eine kostengünstige Methode, die Maus Gehfähigkeit mit leicht verfügbaren Ressourcen verfolgt präsentiert.
Der 6-Minuten-Gehstrecke ist eine Metrik, die gemeinhin als klinische Bewertungswerkzeug bei Patienten mit Duchenne-Muskeldystrophie-5,–6. Änderungen dieser Maßnahme wurden zur Ergebnisse in Tiermodellen der Duchenne, einschließlich Mdx Mäuse7 und golden Retriever Muskeldystrophie (GRMD) Hunde8bewerten. In dieser Studie erfassen wir Freiwillige Freiland-Bewegung in den 6 Minuten unmittelbar nach eine leichte Übung-Herausforderung. Gehfähigkeit Entfernung wurde dann anhand freien Opensource-Software horizontale Bewegungen im Laufe der Zeit zu messen.
Der wesentliche Vorteil dieser Methode ist, dass Tiere in einer Vielzahl von Einstellungen getestet werden können, ohne spezielle Ausrüstung oder kostenintensive kommerzielle Software für Analyse. Ein wichtiger Aspekt dieser Analyse ist, dass es in einer Labor-Umgebung ausgeführt werden kann, ohne sich verschieben oder Mäuse aus dem Vivarium in eine spezielle Kern-Anlage übertragen. Das hier beschriebene Video-Tracking-Protokoll kann eignet sich gut für die Beurteilung der Gehfähigkeit über relativ kurze Zeiträume und Aktivität Unterschiede zwischen Wildtyp und Mdx Mäuse zu erkennen, sowie funktionelle Verbesserung in einer Rettung zu offenbaren Modell des DMD.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Freiland-Test bietet eine effektive und nicht-invasive Weise Motorik in Mausmodellen der Muskelerkrankung zu testen, und Variationen des Assays können als wertvolle Endpunkt Maß für prä-klinischen Studien dienen. Eine große Einschränkung bei dieser Art von Test ist die hohen Kosten und begrenzten Zugänglichkeit der Activity monitoring-Systeme. In dieser Studie demonstrieren wir ein kostengünstiges System für Freiland Aktivitätsanalyse, die ähnliche Ergebnisse wie vorhandene kommerzielle Software und Gerät…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem National Institutes of Health [R01 AR048179 und R01 HL126204, R.C.W, T32 AR059033 und F32 AR069469to E.M.G] und die Muscular Dystrophy Association USA [274143 und 416364, R.C.W.].
Materials
| Video camera | Apple Inc. | ME553LL/A | For recording ambulation video, iPhone 5S Plus (or equivalent) |
| Kinovea software (version 0.8.15) | Kinovea Association | Open source video analysis software. Free download, PC compatible (Version 0.8.15, www.kinovea.org) | |
| iMovie (version 10.0.6) | Apple Inc. | Any similar software can be used to reduce video frame rate (optional) | |
| Roughneck 32 Gallon Black Round Trash Bin (Open field chamber) | Rubbermaid | # 1778013 | Any open field chamber system can be adapted for recording. This study uses a recording chamber constructed out of a tray on a platform, at the bottom of a large trash bin. |
| Avant White Plastic Tray 15"W x 10"D x 1.45"H (Open field chamber) | US Acrylic, LLC | Any open field chamber system can be adapted for recording. This study uses a recording chamber constructed out of a tray on a platform, at the bottom of a large trash bin. | |
| C57BL/6J | Jackson Laboratory | #000664 | Male 6 month mice |
| C57BL/10ScSn-Dmd/J (mdx) | Jackson Laboratory | #001801 | Male 6 month mice |
| mdx: utrophin-Tg (fiona) | Gift from from James Ervasti, with permission from Kay Davies | Male 6 month mice |
References
- Nagaraju, K., Carlson, G., De Luca, A. Behavioral and locomotor measurements using open field animal activity monitoring system. TREAT-NMD SOP Number M2.1.002. 2. 2, (2010).
- Tatem, K. S., et al. Behavioral and locomotor measurements using an open field activity monitoring system for skeletal muscle diseases. J Vis Exp. (91), e51785 (2014).
- Kobayashi, Y. M., et al. Sarcolemma-localized nNOS is required to maintain activity after mild exercise. Nature. 456 (7221), 511-515 (2008).
- Belanto, J. J., et al. Microtubule binding distinguishes dystrophin from utrophin. Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (15), 5723-5728 (2014).
- McDonald, C. M., et al. The 6-minute walk test in Duchenne/Becker muscular dystrophy: longitudinal observations. Muscle Nerve. 42 (6), 966-974 (2010).
- Mazzone, E., et al. Star Ambulatory Assessment, 6-minute walk test and timed items in ambulant boys with Duchenne muscular dystrophy. Neuromuscul Disord. 20 (11), 712-716 (2010).
- Kobayashi, Y. M., Rader, E. P., Crawford, R. W., Campbell, K. P. Endpoint measures in the mdx mouse relevant for muscular dystrophy pre-clinical studies. Neuromuscul Disord. 22 (1), 34-42 (2012).
- Acosta, A. R., et al. Use of the six-minute walk test to characterize golden retriever muscular dystrophy. Neuromuscul Disord. 26 (12), 865-872 (2016).
- Sousa, N., Almeida, O. F., Wotjak, C. T. A hitchhiker’s guide to behavioral analysis in laboratory rodents. Genes Brain Behav. 5, 5-24 (2006).
- Gibbs, E. M., et al. High levels of sarcospan are well tolerated and act as a sarcolemmal stabilizer to address skeletal muscle and pulmonary dysfunction in DMD. Hum Mol Genet. 25 (24), 5395-5406 (2016).
- Gillis, J. M. Multivariate evaluation of the functional recovery obtained by the overexpression of utrophin in skeletal muscles of the mdx mouse. Neuromuscul Disord. 12, S90-S94 (2002).
- Tinsley, J., et al. Expression of full-length utrophin prevents muscular dystrophy in mdx mice. Nat Med. 4 (12), 1441-1444 (1998).
- Song, Y., et al. Suite of clinically relevant functional assays to address therapeutic efficacy and disease mechanism in the dystrophic mdx mouse. J Appl Physiol. 122 (3), 593-602 (2017).
- Bolivar, V. J. Intrasession and intersession habituation in mice: from inbred strain variability to linkage analysis. Neurobiol Learn Mem. 92 (2), 206-214 (2009).
