Una batería de pruebas de comportamiento para la evaluación repetida de la motricidad, humor y cognición en ratones
Summary
Una batería de pruebas de comportamiento integral de las habilidades motoras, estado de ánimo, incluyendo la interacción social, depresión y ansiedad — y cognición está diseñada para la evaluación repetida de cambios de comportamiento relacionados con la neurodegeneración en ratones.
Abstract
Estudios farmacológicos y toxicológicos en neurodegeneración requieren análisis integral del comportamiento en los ratones debido a trastornos motores y trastornos de ánimo y la cognición son comunes y compartieron a menudo los síntomas en enfermedades neurodegenerativas. Se muestra aquí es una batería de pruebas de comportamiento para el motor, estado de ánimo y la cognición, que puede ser repetidamente probada en un estudio longitudinal. Esta batería evalúa el fenotipo general comportamiento en ratones mediante el examen de cada dominio de la conducta con al menos dos pruebas bien aceptados independiente (es decir, prueba de campo abierto y prueba del rotarod para motricidad, prueba de interacción social, elevado más prueba del laberinto, y prueba de nado forzado para función emocional y prueba de laberinto de agua de Morris y prueba de reconocimiento de objeto nuevo para la función cognitiva). Por lo tanto, esta batería de pruebas sensibles e integral es una poderosa herramienta para el estudio del comportamiento alternancia en neurodegeneración.
Introduction
Enfermedades neurodegenerativas presentó síntomas conductuales devastadoras, incluyendo deterioro cognitivo, disfunciones del estado de ánimo tales como ansiedad y depresión o de disfunción del motor1. La patogenia de diversos tipos de enfermedades neurodegenerativas es claro2. Estudios acumulativos indican que factores genéticos y ambientales pueden tanto contribuir a la patogenesia de las enfermedades neurodegenerativas. Identificar el factor de riesgo de la neurodegeneración requiere de análisis de conducta. Aunque cada tipo de enfermedad neurodegenerativa tiene su síntoma conductual de la firma (por ejemplo, la enfermedad de Alzheimer [AD] se presenta con deterioro cognitivo y la enfermedad de Parkinson [EP] con disfunción motora). Con la progresión de la enfermedad, los pacientes manifiestan comorbilidad de diferentes anormalidades del comportamiento3. Por ejemplo, pacientes con EA muestran síntomas de la disfunción del estado de ánimo en la etapa avanzada4,5. Pacientes con EP pueden progresar a demencia relacionada con el PD y desarrollar deterioro cognitivo6. Basado en estas características, el análisis del comportamiento en modelos de neurodegeneración suele ser amplia y repetida.
Para lograr este objetivo, una batería que contiene pruebas de comportamiento clásicas y ampliamente utilizadas con excelente validez fue diseñada para análisis de comportamiento en el motor, el estado de ánimo y la cognición. La función motora puede comprobarse por la prueba de campo abierto7,8 y la aceleración rotarod. Disfunción del estado de ánimo, incluyendo la disfunción social, depresión y ansiedad, se ven más comúnmente en neurodegenerativas enfermedades5. Por lo tanto, esta batería incluye una interacción social sociabilidad9, el elevado más prueba de laberinto para ansiedad10y la prueba de nado forzado para depresión11. Deterioro cognitivo es uno de los síntomas más característicos en enfermedades neurodegenerativas, como AD y demencia lobar de frontotemporal12. Dominios cognitivos, memoria a corto plazo como memoria episódica, son susceptibles a la neurodegeneración13,14,15. Por lo tanto, la prueba del laberinto de agua Morris para el aprendizaje espacial y memoria16 y la prueba de reconocimiento de objeto novedoso para la memoria a corto plazo17 están incluidos en la batería. Estas pruebas son compatibles entre sí. El orden de las pruebas fue diseñado para maximizar la habituación y a minimizar la interferencia, para aumentar la compatibilidad de la batería. Puesto que cada función es probado por los menos dos pruebas independientes que son diferentes en principio y de método, pueden validarse aún más los resultados de cada prueba. Por otra parte, se destacan los protocolos de pruebas para prueba repetida, facilita el estudio longitudinal del desarrollo de enfermedades neurodegenerativas. Por lo tanto, esta batería de pruebas de comportamiento estudia diferentes subdominios de cambios en el comportamiento vistos en las distintas etapas de la neurodegeneración y costando un número mínimo de animales. Esta batería ha sido utilizada en un estudio longitudinal que evaluó los cambios del comportamiento en adultos (3 meses de edad) machos C57BL/6N ratones jóvenes después de la exposición respiratoria a nanopartículas de sílice, un peligro ocupacional que es un factor de riesgo potencial de neurodegeneración18. Sin embargo, otras cepas o modelos, como de ratones y manipulados genéticamente ratones, pueden comportarse de forma diferente que los jóvenes ratones C57BL/6N. Por lo tanto, cuidado puede ser necesario usar esta batería en estos ratones.
Protocol
Representative Results
Discussion
Análisis del comportamiento de los ratones son fundamental para la investigación de la neurodegeneración. Mientras que la función cognitiva es a menudo más susceptibles de dominio del comportamiento afectado en enfermedades neurodegenerativas, disfunción del estado de ánimo, como depresión y ansiedad, es a menudo comorbid. Por otra parte, la función motora afecta a menudo la interpretación de los resultados en algunas pruebas, como la prueba de reconocimiento de objetos nuevos, la elevada plus prueba de laberin…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen a Dr. Cora SW Lai de la escuela de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Hong Kong, para prestar el elevado además de prueba de laberinto y el Departamento de Anestesiología de la Universidad de Hong Kong para el préstamo del aparato de prueba del rotarod.
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 |
Referencias
- 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).
