Analisi dell'andatura a basso costo per la fenotipizzazione comportamentale dei modelli murini delle malattie neuromuscolari
Summary
L’analisi dell’impronta è un’alternativa a basso costo ai programmi di analisi dell’andatura digitalizzata per i ricercatori che quantificano le anomalie di movimento nei topi. A causa della sua velocità, semplicità e potenziale longitudinale, è ideale per la fenotipizzazione comportamentale dei modelli murini.
Abstract
La misurazione della locomozione animale è uno strumento comportamentale comune utilizzato per descrivere il fenotipo di una determinata malattia, lesione o modello di farmaco. Il metodo a basso costo di analisi dell’andatura qui dimostrato è una misura semplice ma efficace delle anomalie dell’andatura nei modelli murini. Le impronte vengono analizzate dipingendo i piedi di un topo con vernice lavabile non tossica e permettendo al soggetto di camminare attraverso un tunnel su un foglio di carta. La progettazione del tunnel di prova sfrutta il comportamento naturale del mouse e la loro affinità per piccoli luoghi bui. La lunghezza del passo, la larghezza del passo e la diffusione dei piedi di ogni mouse sono facilmente misurabili utilizzando un righello e una matita. Si tratta di un metodo consolidato e affidabile e genera diverse metriche analoghe ai sistemi digitali. Questo approccio è abbastanza sensibile da rilevare cambiamenti nel passo all’inizio della presentazione del fenotipo, e a causa del suo approccio non invasivo, consente di testare i gruppi attraverso la durata della vita o la presentazione fenotipica.
Introduction
Locomotion richiede complessa coordinazione neurologica e muscolo-scheletrica, e deficit in un singolo aspetto delle vie motorie in grado di produrre anomalie di andatura osservabili1,2. L’analisi dell’andatura è uno strumento fondamentale per i ricercatori che testano modelli murini perché fornisce dati comportamentali quantificabili su come una determinata malattia, lesione o il farmaco influisce sul movimento di un animale3. Tuttavia, l’analisi dell’andatura digitalizzata richiede l’acquisto di un tapis roulant, una fotocamera e un software associato, che può essere proibitivo costoso per i ricercatori. L’analisi dell’andatura viene spesso utilizzata in modo intermittente per monitorare i cambiamenti longitudinali nella funzione motoria, quindi può essere difficile giustificare la spesa se sporadicamente utilizzato4. Anche se le analisi digitalizzate possono fornire metriche dell’andatura più dettagliate rispetto alla semplice analisi dell’impronta, queste misure più complesse non sono sempre necessarie o rilevanti per la caratterizzazione di un fenotipo comportamentale5.
Qui presentiamo un metodo di analisi manuale dell’impronta a basso costo come alternativa rapida e sensibile ai programmi di analisi dell’andatura digitalizzati6,7. L’analisi manuale dell’impronta è stata dimostrata per rilevare significative differenze di andatura in una moltitudine di modelli di malattia murina4,7,8,9,10,11 ,12,13,14,15,16,17, e in almeno un caso, questo metodo a basso costo ha identificato le modifiche dell’andatura che non sono stati rilevati da un comune programma di analisi dell’andatura digitalizzata12. Il costo totale dei materiali è nominale e può essere facilmente adattato ad altri modelli di ricerca sui roditori.
Mentre ci sono molte metriche di andatura diverse da cui i dati possono essere disegnati, il metodo che descriviamo si concentra su tre metriche specifiche: lunghezza del passo, larghezza del passo (noto anche come “larghezza traccia”), e la diffusione dei piedi. È importante notare che i parametri da valutare devono essere determinati in base al modello. Questo metodo di analisi dell’andatura non è progettato per misurare la funzione cognitiva, e non è raccomandato per studi che richiedono complesse misurazioni biomeccaniche dell’andatura16.
Presentiamo dati comportamentali provenienti da una coorte di topi pre e post-sintomatici che modellano l’atrofia muscolare X-linked (SBMA), una malattia neuromuscolare caratterizzata dalla degenerazione del motoneurone e dall’atrofia muscolare. Questi topi sviluppano deficit progressivi nell’andatura che coincidono con l’insorgenza di altri fenotipi specifici della malattia. Ciò dimostra la validità e la specificità di questo metodo e conferma che può distinguere in modo affidabile tra gli animali colpiti e quelli non affetti.
I topi sperimentali in questo studio erano topi transgenici BAC fxAR121 di 2,5 (pre-sintomatici) e 9 mesi (post-sintomatici) su uno sfondo C57BL/6 (nexptn. 12). Questo modello è stato generato nel nostro laboratorio ed è stato completamente caratterizzato come un potente modello di mouse di SBMA9. Le lettiere non transgeniche sono state usate come controlli (nctrln. 8). SBMA è una malattia a scambio limitata che si manifesta completamente solo nei maschi, quindi i topi maschi sono stati utilizzati esclusivamente per questo studio. Durante le fasi di pianificazione, i ricercatori devono prendere in considerazione le considerazioni del sesso da parte dei National Institutes of Health come variabile biologica per determinare le dimensioni del gruppo e la composizione18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Utilizzando il metodo di analisi dell’andatura a basso costo descritto in precedenza, mostriamo con successo l’identificazione di diversi parametri di disfunzione dell’andatura in età post-sintomatica nel modello murino BAC FXAR121 di SBMA. Le diminuzioni della lunghezza del passo sono coerenti con gli studi SBMA precedenti di modelli murini e pazienti umani9. Mostriamo anche per la prima volta che ci sono differenze significative nella diffusione delle zampe degli arti posteriori nei topi sintom…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare A.M. per l’assistenza all’identificazione degli animali. Questo lavoro è stato sostenuto dalle sovvenzioni degli Stati Uniti National Institutes of Health (R01 7 RF1 AG057264 ad A.R.L.S. e C.J.C. e R01 NS100023 ad A.R.L.S) e dalla Muscular Dystrophy Association (Basic Research Grant to A.R.L.S., Development Grant to C.J.C.).
Materials
| Caliper | n/a | n/a | must have markings down to 0.1 mm |
| Craft Glue | E6000 | n/a | |
| Footprint Paint (Tempera Paint) | Artmind | n/a | must be non-toxic |
| Round Barrel Paintbrushes | Symply Simmons | n/a | 0.5 cm diameter |
| Ruler | n/a | n/a | must have markings down to millimeters |
| Scoring Paper (Watercolor Pads) | Canson | n/a | cut to size |
| Tunnel and Goal Chamber | Interstate Plastics | n/a | cut to size |
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