Morris Water Maze Test: Optimalisatie voor Mouse Strain en testomgeving
Summary
This manuscript describes a Morris water maze (MWM) protocol tailored for use with a commonly used mouse model of Alzheimer’s disease. The MWM is widely used in transgenic mouse models. Implementation of a procedure sensitive to the background strain of the mouse model is essential for detecting group differences.
Abstract
The Morris water maze (MWM) is a commonly used task to assess hippocampal-dependent spatial learning and memory in transgenic mouse models of disease, including neurocognitive disorders such as Alzheimer’s disease. However, the background strain of the mouse model used can have a substantial effect on the observed behavioral phenotype, with some strains exhibiting superior learning ability relative to others. To ensure differences between transgene negative and transgene positive mice can be detected, identification of a training procedure sensitive to the background strain is essential. Failure to tailor the MWM protocol to the background strain of the mouse model may lead to under- or over- training, thereby masking group differences in probe trials. Here, a MWM protocol tailored for use with the F1 FVB/N x 129S6 background is described. This is a frequently used background strain to study the age-dependent effects of mutant P301L tau (rTg(TauP301L)4510 mice) on the memory deficits associated with Alzheimer’s disease. Also described is a strategy to re-optimize, as dictated by the particular testing environment utilized.
Introduction
Transgene muismodellen zijn geweest bij het evalueren van de pathofysiologie van de ziekte van Alzheimer (AD), alsmede de mogelijke therapeutische interventies geweest. Cognitieve taken, zoals de Morris water maze (MWM), worden vaak in deze modellen om de moleculaire correlaten van geheugengebreken identificeren en werkzaamheid preklinische geneesmiddelen te beoordelen. Het is echter essentieel dat het dynamisch bereik van de cognitieve taak breed genoeg om subtiele behandelingseffecten te detecteren. Met muismodellen van AD, cognitieve tekorten zijn doorgaans leeftijdsafhankelijk, en muizen weer progressieve daling in de prestaties (bv 1). Toepassing van een gevoelige cognitieve taak kan detecteren van subtiele verschillen mogelijk vroeger in het leven van het dier, waardoor de kosten van het verouderen dieren verminderen. Bijvoorbeeld, vermindering van het aantal training proeven in de hippocampus-afhankelijke Barnes doolhof 15-5 verhoogde de moeilijkheid van de taak, waardoor het detection van tekorten in de 3xTg model op een jongere leeftijd dan eerder gemeld 2. Eerdere detectie van gebreken biedt niet alleen veel tijd en kostenbesparing, verhoogt ook de kans dat de onderliggende moleculaire veranderingen cognitieve defecten kunnen worden geïdentificeerd.
Eén factor die de gevoeligheid van cognitieve taken is de genetische achtergrond stam van het muismodel. Bijvoorbeeld, BALB / c-muizen vertonen superieure prestaties bij leren en geheugen taken vergeleken met andere stammen, zoals C57BL / 6 3. De F1 FVB / N x 129S6 achtergrond wordt gebruikt voor twee van de meest gebruikte modellen van AD, de Tg2576 en RTG (TauP301L) 4510 modellen. Deze stam vertoont een superieure leervermogen in de MWM ten opzichte van andere stammen, waaronder B6 / SJL muizen 4. Door deze superieure leervermogen, kan het gebruik van één sonde na uitgebreide training groepsverschillen van de te veel training maskeren. Bovendien, de sensitivity van probe studies, kunnen leeftijd afhankelijk zijn. We hebben eerder aangetoond dat eerder probe trials, met een beperkte verborgen platform training, gevoeliger zijn verschillen bij jonge Tg2576 vergeleken met jonge transgene nestgenoot-negatieve controles dan zijn probe trials ingevoegd uitgebreidere training 5. In tegenstelling, probe trials na uitgebreide training zijn gevoeliger bij oudere (20-25 maand) Tg2576 muizen in vergelijking met ouder littermates dan zijn eerdere sonde proeven 5. Door her probe trials gedurende training wordt de kans dat een gevoelige proef wordt geïdentificeerd verhoogd, vooral als longitudinale testen uitgevoerd en de gevoeligheid van een bepaalde probe trial leeftijdsafhankelijke. Figuur 1 toont de superieure prestaties van F1 FVB / N x 129S6 muizen onder het protocol geoptimaliseerd voor deze stam in vergelijking met muizen van de B6 / SJL achtergrond opgeleid in het kader van een protocol met meer uitgebreide training.
De MWM isalgemeen gedacht om betrouwbare maatregelen die reproduceerbaar in zowel tijd en laboratoria 6 zijn voorzien. Zo werd het primaire protocol oorspronkelijk door ons laboratorium Minnesota 1,7 succes uitgevoerd met ondergeschikte modificaties van West Virginia University 8. Ook gelijkwaardige impairment werden waargenomen in RTG (TauP301L) 4510 muizen ten opzichte van nestgenoten controleren of gehuisvest onder pathogeenvrije of conventionele omstandigheden 9. Echter, de testomgeving de gevoeligheid van de MWM taak beïnvloeden. Factoren zoals verlichting, ventilatieopeningen, temperatuurgradiënten en geluiden dragen allemaal bij aan omgevingsfactoren 4 die uiteindelijk de prestaties kunnen beïnvloeden. Wanneer onze Minnesota laboratorium vivarium werden verplaatst naar een nieuw gebouw, tot een vermindering van 38% wild-type prestatie werd waargenomen, het dynamisch bereik van de taak en het vermogen om transgene deficits detecteren aanzienlijk verminderen. Deze verandering in performance opgetreden ondanks het ontwerpen van de testkamer van dezelfde grootte en configuratie zijn, en dezelfde toegepaste visuele signalen. A "re-optimalisatie" van het oorspronkelijke protocol was nodig om het dynamisch bereik van de MWM taak in de nieuwe testomgeving verhogen.
Hier het oorspronkelijke protocol ontworpen voor gebruik met de F1 FVB / N x 129S6 achtergrond 5 wordt beschreven. Omdat sommige studies suggereren stress geassocieerd met slechte prestaties MWM 10 en pre-behandeling kan deze stress geïnduceerde tekorten verlichten uitvoering 11 werd een pre-behandeling protocol ontworpen om de muizen om de invoering en verwijdering van de pool vóór MWM test wennen . Na de pre-handling, muizen zichtbaar platform training, waarin een verhoogd platform is gemarkeerd met een vlag te ondergaan. Zichtbare platform training wordt gebruikt om muizen te identificeren met performance problemen met betrekking tot sensomotorische afwijkingen. Met behulp van uitsluitingscriteria in de prot beschrevenocol sectie, performance-incompetente muizen worden verwijderd uit de daaropvolgende onderzoeken van verborgen platform training en probe trials. Stoornissen in verborgen platform training en probe trials worden geïnterpreteerd als cognitieve tekorten omdat sensomotorische prestaties wordt meegenomen uit de data. Na voltooiing van zichtbare platform training, muizen beginnen verborgen platform training waarbij het platform is ondergedompeld in water en blijft in dezelfde positie ten opzichte van externe stimuli. Proeven waarbij het platform wordt verwijderd (probe trials) worden gestrooid door verborgen platform training om de invloed van additionele training evalueren. Omdat probe trials voorkomen aan het begin van elke dag, zodat er extra verborgen platform training, probe trials meet het vermogen van het dier om de locatie van het platform na een 20 uur vertraging herinneren, als een maat voor referentie geheugen 12. Tenslotte wijzen waarop deze oorspronkelijke protocol werd opnieuw geoptimaliseerd wanneer veranderingen in de testomgevingverstoord controle prestaties worden beschreven.
Protocol
Representative Results
Discussion
De MWM taak wordt wijd gebruikt om ruimtelijk leren en geheugen beoordelen. Echter, de robuustheid van deze taak beïnvloed door vele factoren en vereist optimalisatie voor zowel de achtergrond stam en testomgeving. Zoals getoond in figuur 4, dezelfde trainingsprotocol en toegepast visuele aanwijzingen die in twee verschillende testen kamers (equivalente omvang en layout) leverde aanzienlijk verschillend probe prestaties. Omdat veel functies van de testkamer kan bijdragen aan ruimtelijke signalen 4…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door het Nationaal Instituut voor de General Medical Sciences (Reed / Engler-Chiurazzi – U54GM104942), het Nationaal Instituut voor Neurologische Aandoeningen en Stroke (Ashe – R01NS33249, R01NS63249 en R01NS79374), Cobre (Engler-Chiurazzi – P20GM109098), de Alzheimer's Association (Reed – NIRG-12-242187), een WVU Faculty Research Senaat Grant (Reed), een WVU PSCOR subsidie (Reed), en de interne middelen van de WVU College of Medicine Dean's Office (Engler-Chiurazzi). De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en niet noodzakelijkerwijs de officiële standpunten van de NIH of Alzheimer's Association.
Materials
| Viewer Tracking software | Biobserve | This particular software is not a requirement – there are other tracking systems available | |
| Pre-handling pool | Dimensions approximately 1 foot wide x 2 feet long x 1.5 feet deep | ||
| Plastic beaker | 1 liter | ||
| Scoop | |||
| Small net | |||
| Stopwatch | |||
| White circular tub | |||
| Non-toxic white tempera paint | Any color can paint can be used; must completely cover the hidden platform | ||
| Platform | Color should contrast that of maze | ||
| Curtain rod | |||
| Curtains | |||
| Mouse performance tracking software | |||
| Circular tub | Uusally white in color; approximately 4 feet in diamater | ||
| Platform | Painted same color as the water |
References
- Ramsden, M., et al. Age-dependent neurofibrillary tangle formation, neuron loss, and memory impairment in a mouse model of human tauopathy (P301L). The Journal of Neuroscience. 25, 10637-10647 (2005).
- Attar, A., et al. A shortened barnes maze protocol reveals memory deficits at 4-months of age in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. PLoS One. 8, e80355 (2013).
- Johnson, J. M., Bailey, J. M., Johnson, J. E., Newland, M. C. Performance of BALB/c and C57BL/6 mice under an incremental repeated acquisition of behavioral chains procedure. Behavioural Processes. 84, 705-714 (2010).
- Crawley, J. N. . What’s wrong with my Mouse Behavioral phenotyping of transgenic and knockout mice. , 94-95 (2000).
- Westerman, M. A., et al. The relationship between abeta and memory in the Tg2576 mouse model of Alzheimer’s disease. The Journal of Neuroscience. 22, 1858-1867 (2002).
- D’Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the morris water maze in the study of learning and memory. Brain Research Reviews. 36, 60-90 (2001).
- Santa Cruz, K., et al. Tau suppression in a neurodegenerative mouse model improves memory function. Science. 309, 476-481 (2005).
- Hunsberger, H. C., et al. Effect size of memory deficits in mice with adult-onset P301L tau expression. Behavioural Brain Research. 272, 181-195 (2014).
- Yue, M., Hanna, A., Wilson, J., Roder, H., Janus, C. Sex difference in pathology and memory decline in rTg4510 mouse model of tauopathy. Neurobiology of Aging. 32, 590-603 (2011).
- Sandi, C. The role and mechanisms of action of glucocorticoid involvement in memory storage. Neural plasticity. 6, 41-52 (1998).
- Hölscher, C. C. impairs performance in spatial water maze learning tasks. Behavioural Brain Research. 100, 225-235 (1999).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 11, 47-60 (1984).
- Reed, M. N., Liu, P., Kotilinek, L. A., Ashe, K. H. Effect size of reference memory deficits in the morris water maze in Tg2576 mice. Behavioural Brain Research. 212, 115-120 (2010).
- Huang, Y., Zhou, W., Zhang, Y. Bright lighting conditions during testing increase thigmotaxis and impair water maze performance in BALB/c mice. Behavioral Brain Research. 226, 26-31 (2012).
- Ivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puolivali, J. Hypothermia in mice tested in Morris water maze. Behavioural Brain Research. 141, 207-213 (2003).
- Rubinow, M. J., Arseneau, L. M., Beverly, J. L., Juraska, J. M. Effect of estrous cycle on water maze acquisition depends on the temperature of the water. Behavioral Neuroscience. 118 (4), 863-868 (2004).
