Универсальный поведенческий метод исследования влияния гормонов щитовидной железы на функцию мозжечка

Гормон щитовидной железы (ТГ) незаменим для развития мозга¹. В частности, его роль в мозжечке имеет решающее значение, поскольку дефицит ТГ в раннем возрасте вызывает аберрантное развитие мозжечка ^1,2. Например, при врожденном гипотиреозе у пациентов наблюдается ряд неврологических нарушений, включая когнитивные и двигательные дефициты³. Чтобы раскрыть роль ТГ в функциональном развитии мозжечка, в некоторых исследованиях был ограничен дефицит ТГ специфическим для клеток мозжечка способом⁴. Однако, по сравнению с генерализованными мышами с врожденным гипотиреозом, у которых все ткани и клетки поражены дефицитом ТГ, такие мозжечково-специфические модели демонстрируют настолько тонкую атаксию, что обычные поведенческие тесты, такие как тесты ротарода, контакта ноги и балансирного пучка, едва обнаруживают различия. Таким образом, для полного изучения влияния ТГ на функцию мозжечка необходим новый инструмент оценки для обнаружения тонких изменений в моторной координации модельных мышей.

Тест ротарод является наиболее распространенным инструментом для оценки координации движений, первоначально разработанным Данхэмом и Мией⁵ , а затем примененным к ускоряющейся версии Джонсом и Робертсом⁶. Латентность падения от вращающегося стержня интерпретируется как тест на координацию движений, а его простота и лаконичность делают его широко используемым среди исследователей поведения, изучающих моторные^{функции.} Однако простота использования этого теста – палка о двух концах. Поскольку стержень вращается автоматически, мыши могут цепляться за вращающийся стержень и оставаться на нем, не двигаясь. Кроме того, мыши могут намереваться упасть, а не продолжать балансировать на вращающемся стержне. В любой ситуации валидность и надежность теста сомнительны для оценки «чистой моторной координации»⁷. Другими словами, он не точно нацелен на функцию мозжечка и включает в себя другие факторы, такие как мышечная сила для захвата.

Вместо традиционных инструментов для оценки координации движений здесь мы представляем новый поведенческий тест под названием «тест лестничного пучка», который недавно был разработан в нашей лаборатории. Тест на ходьбу по горизонтальной лестнице был разработан для оценки сложных двигательных способностей, связанных с мозжечком: прогнозирование прямой связи и интеграция движения⁸. Испытательное устройство состояло из четырех кусков оргстекла с отверстиями (рис. 1). Четыре пластины были соединены параллельно винтами и палочками, вставленными в отверстия на пластинах. Две внешние пластины использовались для стабилизации устройства, а две внутренние пластины использовались для проектирования различных видов лестничных перекладин (Рисунок 2C). Ширина перекладины регулировалась в зависимости от размера животного, чтобы свести к минимуму движение животных назад (рис. 2В). Расстояние от точки старта до цели составляло 110 см. Устройство располагалось на высоте 60 см над скамьей и под устройством устанавливалась подушка безопасности (рисунок 2А). Темная камера располагалась рядом с целью, чтобы мотивировать животных двигаться к цели (Рисунок 2А).

Мы изучили влияние ТГ на функциональное развитие мозжечка с использованием трансгенных мышей, экспрессирующих доминантно-негативный рецептор ТГ (TR) в клетках мозжечка Пуркинье (мыши Mf-1/FVB). В тестах с использованием ротародного и лестничного пучка мы наблюдали фенотип мозжечковой атаксии у мышей Mf-1/FVB; однако испытание с использованием лестничной балки позволило выявить более значительные различия, чем испытание с использованием ротарода (Рисунок 3). Кроме того, способность к моторному обучению может быть более тщательно оценена в тесте с лестничным лучом (рис. 3B, C). В качестве клеточного фона такого поведенческого фенотипа индукция долгосрочной депрессии (LTD) была ингибирована, и вместо этого долгосрочная потенциация (LTP) индуцировалась после LTD-индуктивной стимуляции в клетках Mf-1/FVB Purkinje⁹. LTD необходим для координации движений и моторного обучения в мозжечке¹⁰. Во многих исследованиях сообщалось о двигательном дефиците и ингибировании LTD у нокаутных или мутировавших мышей ключевых генов-регуляторов функции мозжечка, однако ни в одном исследовании никогда не сообщалось об индукции LTP после индуктивной стимуляции LTD^11,12. В совокупности это явление может быть уникальным для мышей с Mf-1/FVB или мышей с дефицитом TH-дефицита (то же явление наблюдалось у взрослых мышей с гипотиреозом), что позволяет предположить, что TH регулирует функцию мозжечка иначе, чем другие ключевые белки. Если это так, то вполне вероятно, что у мышей с аномальным действием TH мозжечковая атаксия не проявляется так же, как у других модельных мышей. Это еще раз подчеркивает необходимость специального метода оценки влияния ТГ на функцию мозжечка. В данной статье представлен новый протокол исследования влияния ТГ на функцию мозжечка с использованием недавно созданного теста на основе лестничного пучка.