Summary

Модель Pentylenetetrazole индуцированной растопку мыши

Published: June 12, 2018
doi:

Summary

Этот протокол описывает метод химического растопки с pentylenetetrazole и предоставляет мышиной модели эпилепсии. Этот протокол также может использоваться расследовать уязвимость захват индукционные и патогенеза после эпилептические припадки у мышей.

Abstract

Pentylenetetrazole (PTZ) является антагонистом ГАМК-А рецепторов. Внутрибрюшинной инъекции PTZ в животное индуцирует острый, тяжелой захват в высокой дозе, в то время как последовательные инъекции subconvulsive дозы были использованы для разработки химического, блоки розжига, модели эпилепсии. Однократное введение малых доз PTZ индуцирует мягкий захват без судорог. Однако повторяющихся низкой дозы инъекций PTZ снизить порог вызывают судорожного приступа. Наконец непрерывной низкодозированные управление PTZ индуцирует тяжелой тонизирующий клонические захват. Этот метод является простым и широко применяются для изучения патофизиологии эпилепсии, который определяется как хроническая болезнь, которая включает повторяющиеся приступы. Это химическое вещество, разжигания протокол вызывает повторяющиеся судороги в животных. С помощью этого метода оценкам уязвимости PTZ-опосредованной изъятий или степень обострение эпилептические припадки. Эти преимущества привели к использованию данного метода для проверки Средства противоэпилептические и генов, связанных с эпилепсией. Кроме того этот метод был использован расследовать нейрональных повреждения после эпилептических припадков, потому что гистологические изменения, наблюдаемые в мозг больных эпилепсией, также появляются в мозг химических возгорелся животных. Таким образом этот протокол является полезным для удобно производить Животные модели эпилепсии.

Introduction

Эпилепсия является хронические неврологические расстройства, которое характеризуется периодические приступы и затрагивает приблизительно 1% людей. Основных механизмов формирования epileptogenesis и изъятие у больных эпилепсией не выяснен в клинических исследованиях. Таким образом является подходящей моделью животных требуется для изучения эпилепсии1.

Разнообразие животных моделей эпилепсии были использованы для изучения физиологии эпилепсии и выявления анти-эпилептических наркотиков2,3. Среди этих моделей фармакологические захват индукции это общий метод, используемый для создания модели на животных для расследования случаев патологии эпилепсии4. Этот метод является недорогим и простым. Электрод опосредованной растопку также часто используемый метод, но расходы на этой процедуры, выше, и метод требует хирургического и электрические навыки, чтобы побудить повторяющиеся приступы5.

Фармакологических индукции также выгодно, потому что легко контролируются сроки и количество изъятий. Генетическая мыши модели, которые exhibit спонтанные судороги используются также в изучении эпилепсии. Однако предсказать, когда и как часто судороги возникают в этих генетических модели может быть невозможным6. Система мониторинга требуется соблюдать эпилептические поведение генетически измененных мышей6.

Каиновая кислота, пилокарпин и pentylenetetrazole (PTZ) широко используются как захват заставить наркотиков7. Каиновая кислота является агонистом рецепторов глутамата, а пилокарпин активирует холинергических рецепторов. PTZ-это гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК)-антагонист рецепторов8. PTZ подавляет функцию тормозящее синапсы, приводит к увеличению активности нейронов. Это положение вызывает обобщенных изъятий в животных9. Одной инъекции Каиновая кислоты и пилокарпин может вызвать острые приступы, особенно статус эпилептический (SE)10,11 и Каиновая кислота – или пилокарпин опосредованной SE способствует хронической спонтанной и периодические приступы12 , 13. Энцефалографические (ЭЭГ) записи и анализа поведения указали, что спонтанное периодические приступы наблюдаются через месяц после однократной инъекции12,13. Одной инъекции судорожными дозы PTZ также вызывает острый захват. Однако трудно содействовать хронический спонтанные судороги после однократной инъекции PTZ. Хронический управление PTZ требуется навести повторяющиеся приступы14. В любом методе поколение повторяющиеся приступы способен побудить больше похожи на что человека эпилепсии, чем поколение острые приступы патологии. В случае PTZ каждой инъекции вызывает захват, и захват тяжести становится более серьезным образом поэтапно с каждой инъекции. Наконец одной инъекции PTZ низких доз вызывает тяжелых тонизирующий клонические захват. В этой фазе каждый инъекций вызывает серьезные судороги. Кроме того Задержка захвата и продолжительность также изменить течение инъекции. Задержка захвата тоник часто становится короче на последнем этапе разжигания15. Кроме того захват обострения сопровождается длительной захват продолжительность16. Исследуя молекулярный механизм, регулирующий серьезность захват, задержка и продолжительность полезен для скрининга анти-эпилептических наркотиков17,18,19.

Приступы часто индуцированных единого системного управления PTZ, и восстановление очень быстро, в течение 30 мин4,5. Таким образом количество изъятий более управляема в модели PTZ-растопку. Однако ЭЭГ-мониторинг указал, что обобщенные пики могут рассматриваться до 12 ч после PTZ-опосредованной захвата20. Таким образом животные предпочтительно должен оставаться под наблюдением за 24 ч после миоклоническая или тонизирующим захват21 для более точного анализа механизмов растопку.

Администрация анти-эпилептических наркотиков, таких как этосуксимид, вальпроат, фенобарбитал, Вигабатрин и retigabine3, до или после инъекции PTZ снижает опасность обострения захват тяжести3,22, 23. Аналогичным образом было показано нокаут мышей, что отсутствие генов участвует в захват обострения, например матрицы металлопротеиназы-924, FGF-2225 и neuritin26, демонстрируют снижение захвата тяжести после нескольких PTZ инъекции. Кроме того наблюдая гистопатологические изменения после эпилептические припадки возможен с помощью этого метода. У больных с височной эпилепсией есть типичные гистологические изменения в головном мозге, например моховые волокна прорастают27,28, Аномальные гранул нейрон миграции29, astrogliosis30, нейрональные клетки смерть в гиппокампе31,32и33склероз гиппокампа. Аналогичные изменения наблюдаются в эпилептические модель животных. Среди доступных методов PTZ-опосредованной химических растопку является хорошим, воспроизводимые и недорогой способ получения животной модели эпилепсии. В модели пилокарпин опосредованной SE захват управления трудно и много мышей умрет или не развивать SE34. В отличие от этого смертности и тяжести захват более управляемой в модели PTZ. Кроме того PTZ является менее дорогостоящим, чем Каиновая кислоты, и для введения препарата не требуются навыки в хирургии мозга мыши.

Protocol

Все экспериментальные процедуры были утверждены животное уход и использование Комитета Токио Метрополитен института медицинских наук. Послеродовые 8 – рекомендуется 16-week-old мышей. Все инбредных деформации является приемлемым для эксперимента. Мышей C57Bl/6 более устойчивы к PTZ, тогда как ?…

Representative Results

Повторяющихся инъекций PTZ индуцирует увеличение тяжести изъятия. Шесть мышей C57BL/6 относились с PTZ, и еще 6 мышей были относиться с saline как в контрольной группе. PTZ доза была 35 мг/кг, и осуществлялось 10 инъекций. Оценка захват постепенно увеличилось с PTZ инъекции, в то время …

Discussion

Здесь мы представляем широко доступной протокол для создания фармакологических животной модели эпилепсии. PTZ-опосредованной химических растопку имеет долгую историю и является общепринятой моделью для изучения гистопатология и клеточной патологии эпилепсии41. Химическ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа частично поддерживается номера грантов JSP-страницы KAKENHI, 24700349, 24659093, 25293239, JP18H02536 и 17 K 07086, номера грантов МПКСНТ KAKENHI 25110737 и 23110525, AMED Грант номер JP18ek0109311 и СЕНЬШИН медицинский исследовательский фонд и Японии Фонд исследований эпилепсии.

Materials

Pentylenetetrazole Sigma-Aldrich P6500
Sodium chloride MANAC 7647-14-5
Mouse CLEA Japan C57Bl/6NJcl, postnatal 8 week, male
Syringe (1mL) Terumo SS-01T
Needle(27G x 3/4") (0.40 x 19 mm) Terumo NN-2719S
Weighing scale Mettler PE2000 This item is a discontinued product. Almost equivalent to FX-2000i with FXi-12-JA from A&D company.
Paraformaldehyde Sigma-Aldrich P6148
Sodium hydroxide nacalai tesque 31511-05
Peristatic pump ATTO SJ1211
Sucrose nacalai tesque 30404-45
Microtome Yamato REM-700 This item is a discontinued product. Almost equivalent to REM-710
Microtome blade Feather S35
Triton X-100 Sigma-Aldrich X-100
anti-synaptoporin antibody Synaptic systems 102 002
anti-ZnT3 antibody Synaptic systems 197 002
anti-doublecortin Santa Cruz sc-8066 This item is a discontinued product. We did not test equivalent product (sc-271390).
Contextual fear discrimination test apparatus O'hara
Three chamber test apparatus Muromachi

References

  1. Löscher, W., Brandt, C. Prevention or Modification of Epileptogenesis after Brain Insults: Experimental Approaches and Translational Research. Pharmacological Reviews. 62 (4), 668-700 (2010).
  2. Loscher, W. Animal Models of Seizures and Epilepsy: Past, Present, and Future Role for the Discovery of Antiseizure Drugs. Neurochem Res. , (2017).
  3. Löscher, W. Critical review of current animal models of seizures and epilepsy used in the discovery and development of new antiepileptic drugs. Seizure. 20 (5), 359-368 (2011).
  4. Kandratavicius, L., et al. Animal models of epilepsy: use and limitations. Neuropsychiatr Dis Treat. 10, 1693-1705 (2014).
  5. Pitkänen, A., Schwartzkroin, P. A., Moshé, S. L. . Models of Seizures and Epilepsy. , xvii (2006).
  6. Yang, Y., Frankel, W. N. Genetic approaches to studying mouse models of human seizure disorders. Adv Exp Med Biol. 548, 1-11 (2004).
  7. Leite, J. P., Garcia-Cairasco, N., Cavalheiro, E. A. New insights from the use of pilocarpine and kainate models. Epilepsy Res. 50 (1-2), 93-103 (2002).
  8. Squires, R. F., Saederup, E., Crawley, J. N., Skolnick, P., Paul, S. M. Convulsant potencies of tetrazoles are highly correlated with actions on GABA/benzodiazepine/picrotoxin receptor complexes in brain. Life Sci. 35 (14), 1439-1444 (1984).
  9. Tourov, A., et al. Spike morphology in PTZ-induced generalized and cobalt-induced partial experimental epilepsy. Funct Neurol. 11 (5), 237-245 (1996).
  10. Furtado Mde, A., Braga, G. K., Oliveira, J. A., Del Vecchio, F., Garcia-Cairasco, N. Behavioral, morphologic, and electroencephalographic evaluation of seizures induced by intrahippocampal microinjection of pilocarpine. Epilepsia. 43, 37-39 (2002).
  11. Hosford, D. A. Animal models of nonconvulsive status epilepticus. J Clin Neurophysiol. 16 (4), 306-313 (1999).
  12. Medina-Ceja, L., Pardo-Pena, K., Ventura-Mejia, C. Evaluation of behavioral parameters and mortality in a model of temporal lobe epilepsy induced by intracerebroventricular pilocarpine administration. Neuroreport. , (2014).
  13. Bragin, A., Azizyan, A., Almajano, J., Wilson, C. L., Engel, J. Analysis of chronic seizure onsets after intrahippocampal kainic acid injection in freely moving rats. Epilepsia. 46 (10), 1592-1598 (2005).
  14. Schmidt, J. Changes in seizure susceptibility in rats following chronic administration of pentylenetetrazol. Biomed Biochim Acta. 46 (4), 267-270 (1987).
  15. Angelatou, F., Pagonopoulou, O., Kostopoulos, G. Changes in seizure latency correlate with alterations in A1 adenosine receptor binding during daily repeated pentylentetrazol-induced convulsions in different mouse brain areas. Neuroscience Letters. 132 (2), 203-206 (1991).
  16. Löscher, W. Animal models of epilepsy for the development of antiepileptogenic and disease-modifying drugs. A comparison of the pharmacology of kindling and post-status epilepticus models of temporal lobe epilepsy. Epilepsy Research. 50 (1), 105-123 (2002).
  17. Ilhan, A., Iraz, M., Kamisli, S., Yigitoglu, R. Pentylenetetrazol-induced kindling seizure attenuated by Ginkgo biloba extract (EGb 761) in mice. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 30 (8), 1504-1510 (2006).
  18. Emami, S., Kebriaeezadeh, A., Ahangar, N., Khorasani, R. Imidazolylchromanone oxime ethers as potential anticonvulsant agents: Anticonvulsive evaluation in PTZ-kindling model of epilepsy and SAR study. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 21 (2), 655-659 (2011).
  19. Klitgaard, H. Levetiracetam: The Preclinical Profile of a New Class of Antiepileptic Drugs?. Epilepsia. 42, 13-18 (2001).
  20. Kellinghaus, C., et al. Dissociation between in vitro and in vivo epileptogenicity in a rat model of cortical dysplasia. Epileptic Disord. 9 (1), 11-19 (2007).
  21. Koutroumanidou, E., et al. Increased seizure latency and decreased severity of pentylenetetrazol-induced seizures in mice after essential oil administration. Epilepsy Res Treat. 2013, 532657 (2013).
  22. Krall, R. L., Penry, J. K., White, B. G., Kupferberg, H. J., Swinyard, E. A. Antiepileptic drug development: II. Anticonvulsant drug screening. Epilepsia. 19 (4), 409-428 (1978).
  23. White, H. S. Preclinical development of antiepileptic drugs: past, present, and future directions. Epilepsia. 44, 2-8 (2003).
  24. Mizoguchi, H., et al. Matrix metalloproteinase-9 contributes to kindled seizure development in pentylenetetrazole-treated mice by converting pro-BDNF to mature BDNF in the hippocampus. J Neurosci. 31 (36), 12963-12971 (2011).
  25. Lee, C. H., Umemori, H. Suppression of epileptogenesis-associated changes in response to seizures in FGF22-deficient mice. Front Cell Neurosci. 7, 43 (2013).
  26. Shimada, T., Yoshida, T., Yamagata, K. Neuritin Mediates Activity-Dependent Axonal Branch Formation in Part via FGF Signaling. J Neurosci. 36 (16), 4534-4548 (2016).
  27. Parent, J. M., et al. Dentate granule cell neurogenesis is increased by seizures and contributes to aberrant network reorganization in the adult rat hippocampus. J Neurosci. 17 (10), 3727-3738 (1997).
  28. Sutula, T., He, X. X., Cavazos, J., Scott, G. Synaptic reorganization in the hippocampus induced by abnormal functional activity. Science. 239 (4844), 1147-1150 (1988).
  29. Parent, J. M., Elliott, R. C., Pleasure, S. J., Barbaro, N. M., Lowenstein, D. H. Aberrant seizure-induced neurogenesis in experimental temporal lobe epilepsy. Ann Neurol. 59 (1), 81-91 (2006).
  30. Sofroniew, M. V. Molecular dissection of reactive astrogliosis and glial scar formation. Trends Neurosci. 32 (12), 638-647 (2009).
  31. Arzimanoglou, A., et al. Epilepsy and neuroprotection: an illustrated review. Epileptic Disord. 4 (3), 173-182 (2002).
  32. Represa, A., Niquet, J., Pollard, H., Ben-Ari, Y. Cell death, gliosis, and synaptic remodeling in the hippocampus of epileptic rats. Journal of Neurobiology. 26 (3), 413-425 (1995).
  33. Blumcke, I. Neuropathology of focal epilepsies: a critical review. Epilepsy Behav. 15 (1), 34-39 (2009).
  34. Buckmaster, P. S., Haney, M. M. Factors affecting outcomes of pilocarpine treatment in a mouse model of temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res. 102 (3), 153-159 (2012).
  35. Nokubo, M., et al. Age-dependent increase in the threshold for pentylenetetrazole induced maximal seizure in mice. Life Sci. 38 (22), 1999-2007 (1986).
  36. Ferraro, T. N., et al. Mapping Loci for Pentylenetetrazol-Induced Seizure Susceptibility in Mice. The Journal of Neuroscience. 19 (16), 6733-6739 (1999).
  37. Kosobud, A. E., Cross, S. J., Crabbe, J. C. Neural sensitivity to pentylenetetrazol convulsions in inbred and selectively bred mice. Brain Res. 592 (1-2), 122-128 (1992).
  38. Shimada, T., Takemiya, T., Sugiura, H., Yamagata, K. Role of Inflammatory Mediators in the Pathogenesis of Epilepsy. Mediators of Inflammation. 2014, 1-8 (2014).
  39. Itoh, K., et al. Magnetic resonance and biochemical studies during pentylenetetrazole-kindling development: the relationship between nitric oxide, neuronal nitric oxide synthase and seizures. 신경과학. 129 (3), 757-766 (2004).
  40. Racine, R. J. Modification of seizure activity by electrical stimulation. II. Motor seizure. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 32 (3), 281-294 (1972).
  41. Bialer, M., White, H. S. Key factors in the discovery and development of new antiepileptic drugs. Nat Rev Drug Discov. 9 (1), 68-82 (2010).
  42. Suzdak, P. D., Jansen, J. A. A review of the preclinical pharmacology of tiagabine: a potent and selective anticonvulsant GABA uptake inhibitor. Epilepsia. 36 (6), 612-626 (1995).
  43. Seyfried, T. N., Glaser, G. H. A review of mouse mutants as genetic models of epilepsy. Epilepsia. 26 (2), 143-150 (1985).
  44. Upton, N., Stratton, S. Recent developments from genetic mouse models of seizures. Current Opinion in Pharmacology. 3 (1), 19-26 (2003).
  45. Rao, M. S., Hattiangady, B., Reddy, D. S., Shetty, A. K. Hippocampal neurodegeneration, spontaneous seizures, and mossy fiber sprouting in the F344 rat model of temporal lobe epilepsy. J Neurosci Res. 83 (6), 1088-1105 (2006).
  46. Hellier, J. L., Patrylo, P. R., Buckmaster, P. S., Dudek, F. E. Recurrent spontaneous motor seizures after repeated low-dose systemic treatment with kainate: assessment of a rat model of temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res. 31 (1), 73-84 (1998).
  47. Turski, L., et al. Seizures produced by pilocarpine: neuropathological sequelae and activity of glutamate decarboxylase in the rat forebrain. Brain Res. 398 (1), 37-48 (1986).
  48. Itoh, K., Watanabe, M. Paradoxical facilitation of pentylenetetrazole-induced convulsion susceptibility in mice lacking neuronal nitric oxide synthase. 신경과학. 159 (2), 735-743 (2009).
  49. Deng, Y., Wang, M., Wang, W., Ma, C., He, N. Comparison and Effects of Acute Lamotrigine Treatment on Extracellular Excitatory Amino Acids in the Hippocampus of PTZ-Kindled Epileptic and PTZ-Induced Status Epilepticus Rats. Neurochemical Research. 38 (3), 504-511 (2013).
  50. Kupferberg, H. Animal models used in the screening of antiepileptic drugs. Epilepsia. 42, 7-12 (2001).
  51. Berg, A. T., Plioplys, S. Epilepsy and autism: is there a special relationship?. Epilepsy Behav. 23 (3), 193-198 (2012).
  52. Robinson, S. J. Childhood epilepsy and autism spectrum disorders: psychiatric problems, phenotypic expression, and anticonvulsants. Neuropsychol Rev. 22 (3), 271-279 (2012).
  53. Tuchman, R. Autism and Cognition Within Epilepsy: Social Matters. Epilepsy Curr. 15 (4), 202-205 (2015).
  54. Takechi, K., Suemaru, K., Kiyoi, T., Tanaka, A., Araki, H. The alpha4beta2 nicotinic acetylcholine receptor modulates autism-like behavioral and motor abnormalities in pentylenetetrazol-kindled mice. Eur J Pharmacol. 775, 57-66 (2016).
  55. Abdel-Zaher, A. O., Farghaly, H. S. M., Farrag, M. M. Y., Abdel-Rahman, M. S., Abdel-Wahab, B. A. A potential mechanism for the ameliorative effect of thymoquinone on pentylenetetrazole-induced kindling and cognitive impairments in mice. Biomed Pharmacother. 88, 553-561 (2017).
  56. Jia, F., et al. Effects of histamine H(3) antagonists and donepezil on learning and mnemonic deficits induced by pentylenetetrazol kindling in weanling mice. Neuropharmacology. 50 (3), 404-411 (2006).
  57. Pahuja, M., Mehla, J., Reeta, K. H., Tripathi, M., Gupta, Y. K. Effect of Anacyclus pyrethrum on pentylenetetrazole-induced kindling, spatial memory, oxidative stress and rho-kinase II expression in mice. Neurochem Res. 38 (3), 547-556 (2013).

Play Video

Cite This Article
Shimada, T., Yamagata, K. Pentylenetetrazole-Induced Kindling Mouse Model. J. Vis. Exp. (136), e56573, doi:10.3791/56573 (2018).

View Video