Adfærdsmæssige Test batteri til gentagne vurdering af motoriske færdigheder, humør og kognition i mus
Summary
En omfattende adfærdsmæssige test batteri af motorik, humør – herunder social interaktion, depression og angst- og kognition er beregnet til gentagen vurdering af neurodegeneration-relaterede adfærdsmæssige ændringer i mus.
Abstract
Farmakologiske og toksikologiske undersøgelser i neurodegeneration kræver omfattende adfærdsanalyse i mus, fordi motor dysfunktioner og dysfunktioner i humør og kognition er almindelige og ofte fælles symptomer i neurodegenerative sygdomme. Vist her er et adfærdsmæssige test batteri til motor, humør og kognition, som gentagne gange kan testes i en langsgående undersøgelse. Dette batteri vurderer den samlede adfærdsmæssige fænotype i mus ved at undersøge hvert domæne adfærd med mindst to uafhængige godt anerkendte tests (dvs. åben-field test og rotarod test for motorik, sociale interaktion test, forhøjede plus maze test, og tvungne svømme test for emotionel funktion, og Morris vand maze test og roman objekt anerkendelse test for kognitiv funktion). Derfor, denne følsomme og omfattende test batteri er et kraftfuldt værktøj til studiet af adfærdsmæssige vekslen i neurodegeneration.
Introduction
Neurodegenerative sygdomme featured ødelæggende adfærdsmæssige symptomer, herunder kognitiv svækkelse, humør dysfunktioner som angst og depression eller motor dysfunktion1. Patogenesen af forskellige former for neurodegenerative sygdomme er uklart2. Akkumulerende undersøgelser tyder på, at genetiske og miljømæssige faktorer kan både bidrage til patogenesen af neurodegenerative sygdomme. At identificere risikofaktoren for neurodegeneration kræver adfærdsanalyse. Selv om hver type neurodegenerativ sygdom har sin underskrift adfærdsmæssige symptom (fx Alzheimers sygdom [AD] er featured med kognitiv svækkelse og Parkinsons sygdom [PD] med motor dysfunktion). Med progression af sygdommen manifestere patienterne komorbiditet af forskellige adfærdsmæssige abnormiteter3. For eksempel, viser AD patienter symptomer på humør dysfunktion i fremskredent stadium4,5. PD patienter kan udvikle sig til PD-relaterede demens og udvikle kognitiv forringelse6. Baseret på disse funktioner, er adfærdsanalyse i neurodegeneration modeller sædvanligvis omfattende og gentagne.
For at nå dette mål, var et batteri, der indeholder klassisk og udbredte adfærdsmæssige test med fremragende gyldighed designet til adfærdsmæssige analyser i motor, humør og kognition. Funktionen motor kan testes ved open-field test7,8 , og den accelererende rotarod test. Humør dysfunktion, herunder social dysfunktion, depression og angst, er hyppigst ses i neurodegenerative sygdomme5. Derfor indeholder dette batteri en social interaktion test for selskabelighed9, forhøjet plus maze test for angst10, og den tvungne svømme test for depression11. Kognitiv svækkelse er en af de mest karakteristiske symptomer i neurodegenerative sygdomme som AD og frontotemporal lobar demens12. Kognitive domæner, herunder korttidshukommelsen og episodisk hukommelse, er modtagelige for neurodegeneration13,14,15. Derfor, Morris vand maze test for fysisk læring og hukommelse16 og roman objekt anerkendelse test for kortsigtede hukommelse17 er inkluderet i batteriet. Disse tests er forenelige med hinanden. Rækkefølgen af prøverne var designet til at maksimere tilvænning og at minimere interferens, for at øge kompatibiliteten i batteriet. Da hver funktion er testet af mindst to uafhængige tests, der er forskellige i princip og metode, kan resultaterne af hver prøvning valideres yderligere. Derudover er protokoller af nogle tests fremhævet ved gentagne afprøvning, at lette den langsgående undersøgelse af udviklingen af neurodegenerative sygdomme. Derfor, denne adfærd test batteri undersøgelser forskellige underdomæner af adfærdsmæssige ændringer ses i forskellige stadier af neurodegeneration mens koster et minimalt antal dyr. Dette batteri har været brugt i en langsgående undersøgelse, som evalueres adfærdsændringer i unge voksne (3-måned-forhenværende) mandlige C57BL/6N mus efter respiratorisk eksponering for silica nanopartikler, en arbejdsskade, der er en potentiel risikofaktor i neurodegeneration18. Men andre stammer eller modeller, såsom alderen mus og genetisk manipulerede mus, kan opfører sig anderledes end unge C57BL/6N mus. Derfor kan forsigtighed være påkrævet ved brug af dette batteri i disse mus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Adfærdsmæssige analyse af mus er kritisk for neurodegeneration forskning. Mens kognitiv funktion er ofte den mest modtagelige adfærd påvirkes i neurodegenerative sygdomme, er humør dysfunktion, depression og angst, ofte komorbide. Derudover påvirker motorik ofte fortolkningen af resultaterne i nogle tests, såsom roman objekt anerkendelse test, forhøjet plus maze test og social interaktion test. Baseret på disse tanker, er en omfattende adfærdsmæssige test batteri påkrævet for en samlet og præcis vurdering a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takke Dr. Cora SW Lai fra skolen af biomedicinske videnskaber, universitetet i Hong Kong, for udlån forhøjet plus maze test og afdeling Anesthesiology fra Universitet i Hong Kong for udlån rotarod test apparater.
Materials
| chambers in social interaction test | home made | (8 cm (L) x 6 cm (W) x 12 cm (H)), transparant with holes, plastic | |
| cylindrical tanks used in forced swimming test | home made | 30 cm height, 20 cm diameters, glass | |
| elevated plus maze | home made | open arms (30 x 5 x 0.5 cm) ,closed arms (30 x 5 x 16 cm), center platform (5 x 5 x 0.5 cm), 40 cm tall. Plastic, nontransparant | |
| IITC Roto-Rod Apparatus | IITC life science Inc. | 755, series 8 | |
| open field arena | home made | 60 cm (L) x 60 cm (W) x 40 cm (H), plastic, nontransparant | |
| water maze | home made | 120 cm in diameter, 60 cm deep, steel |
References
- Baquero, M., Martin, N. Depressive symptoms in neurodegenerative diseases. World Journal of Clinical Cases. 3 (8), 682-693 (2015).
- Brown, R. C., Lockwood, A. H., Sonawane, B. R. Neurodegenerative Diseases: An Overview of Environmental Risk Factors. Environmental Health Perspectives. 113 (9), 1250-1256 (2005).
- Bossy-Wetzel, E., Schwarzenbacher, R., Lipton, S. A. Molecular pathways to neurodegeneration. Nature Medicine. 10, S2-S9 (2004).
- Cummings, J. L., Diaz, C., Levy, M., Binetti, G., Litvan, I. I. Neuropsychiatric Syndromes in Neurodegenerative Disease: Frequency and Signficance. Seminars in Clinical Neuropsychiatry. 1 (4), 241-247 (1996).
- Levenson, R. W., Sturm, V. E., Haase, C. M. Emotional and behavioral symptoms in neurodegenerative disease: a model for studying the neural bases of psychopathology. Annual Review of Clinical Psychology. 10, 581-606 (2014).
- Kehagia, A. A., Barker, R. A., Robbins, T. W. Neuropsychological and clinical heterogeneity of cognitive impairment and dementia in patients with Parkinson’s disease. Lancet Neurology. 9 (12), 1200-1213 (2010).
- Gould, T. D., Dao, D. T., Kovacsics, C. E., Gould, T. D. The Open Field Test. Mood and Anxiety Related Phenotypes in Mice. , 1-20 (2009).
- Seibenhener, M. L., Wooten, M. C. Use of the Open Field Maze to measure locomotor and anxiety-like behavior in mice. Journal of Visualized Experiments. (96), e52434 (2015).
- Kaidanovich-Beilin, O., Lipina, T., Vukobradovic, I., Roder, J., Woodgett, J. R. Assessment of social interaction behaviors. Journal of Visualized Experiments. (48), e2473 (2011).
- Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nature Protocols. 2 (2), 322-328 (2007).
- Can, A., et al. The mouse forced swim test. Journal of Visualized Experiments. (59), e3638 (2012).
- Veerappan, C. S., Sleiman, S., Coppola, G. Epigenetics of Alzheimer’s disease and frontotemporal dementia. Neurotherapeutics. 10 (4), 709-721 (2013).
- Kirova, A. M., Bays, R. B., Lagalwar, S. Working memory and executive function decline across normal aging, mild cognitive impairment, and Alzheimer’s disease. Biomed Research International. 2015, 748212 (2015).
- Draganski, B., Lutti, A., Kherif, F. Impact of brain aging and neurodegeneration on cognition: evidence from MRI. Current Opinion in Neurology. 26 (6), 640-645 (2013).
- Schliebs, R., Arendt, T. The cholinergic system in aging and neuronal degeneration. Behavioural Brain Research. 221 (2), 555-563 (2011).
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nature Protocols. 1 (2), 848-858 (2006).
- Leger, M., et al. Object recognition test in mice. Nature Protocols. 8 (12), 2531-2537 (2013).
- You, R., et al. Silica nanoparticles induce neurodegeneration-like changes in behavior, neuropathology, and affect synapse through MAPK activation. Particle and Fibre Toxicology. 15 (1), 28 (2018).
- Housing Deacon, R. M. husbandry and handling of rodents for behavioral experiments. Nature Protocols. 1 (2), 936-946 (2006).
- Poon, D. C., et al. PKR deficiency alters E. coli-induced sickness behaviors but does not exacerbate neuroimmune responses or bacterial load. Journal of Neuroinflammation. 12, 212 (2015).
- O’Leary, T. P., Gunn, R. K., Brown, R. E. What are we measuring when we test strain differences in anxiety in mice?. Behavior Genetics. 43 (1), 34-50 (2013).
- Can, A., et al. The tail suspension test. Journal of Visualized Experiments. (59), e3769 (2012).
- Angoa-Perez, M., et al. Mice genetically depleted of brain serotonin do not display a depression-like behavioral phenotype. ACS Chemical Neuroscience. 5 (10), 908-919 (2014).
- Blazquez, G., Canete, T., Tobena, A., Gimenez-Llort, L., Fernandez-Teruel, A. Cognitive and emotional profiles of aged Alzheimer’s disease (3xTgAD) mice: effects of environmental enrichment and sexual dimorphism. Behavioural Brain Research. 268, 185-201 (2014).
- Gimenez-Llort, L., et al. Modeling behavioral and neuronal symptoms of Alzheimer’s disease in mice: a role for intraneuronal amyloid. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 31 (1), 125-147 (2007).
- Lad, H. V., et al. Behavioural battery testing: evaluation and behavioural outcomes in 8 inbred mouse strains. Physiology & Behavior. 99 (3), 301-316 (2010).
- Powell, T. R., Fernandes, C., Schalkwyk, L. C. Depression-Related Behavioral Tests. Current Protocols in Mouse Biology. 2 (2), 119-127 (2012).
- Paylor, R., Spencer, C. M., Yuva-Paylor, L. A., Pieke-Dahl, S. The use of behavioral test batteries, II: effect of test interval. Physiology & Behavior. 87 (1), 95-102 (2006).
- Lee, K. M., Coehlo, M., McGregor, H. A., Waltermire, R. S., Szumlinski, K. K. Binge alcohol drinking elicits persistent negative affect in mice. Behavioural Brain Research. 291, 385-398 (2015).
- Shiotsuki, H., et al. A rotarod test for evaluation of motor skill learning. Journal of Neuroscience Methods. 189 (2), 180-185 (2010).
