موريس المياه متاهة الاختبار: الأمثل للماوس الانفعال والبيئة اختبار
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
وكانت نماذج الماوس المعدلة وراثيا دورا أساسيا في تقييم الفيزيولوجيا المرضية لمرض الزهايمر (AD)، فضلا عن إمكانات التدخلات العلاجية. المهام الإدراكية، مثل المياه متاهة موريس (MWM)، وتستخدم عادة مع هذه النماذج لتحديد يرتبط الجزيئية من العجز في الذاكرة وتقييم فعالية الأدوية ما قبل السريرية. ومن الأهمية بمكان، مع ذلك، أن مجموعة ديناميكية من المهمة المعرفية أن تكون واسعة بما يكفي للكشف عن آثار العلاج خفية. مع نماذج الماوس من AD، العجز المعرفي وعادة ما تكون تعتمد على العمر، وعرض الفئران الانخفاض التدريجي في الأداء (على سبيل المثال، 1). استخدام المهمة المعرفية حساسة يمكن السماح الكشف عن الفروق الدقيقة في وقت سابق من حياة الحيوان، مما يقلل من التكاليف المرتبطة الحيوانات الشيخوخة. على سبيل المثال، والحد من عدد من التجارب التدريبية في بارنز تعتمد على الحصين المتاهة 15-5 زاد من صعوبة المهمة، مما أدى إلى دetection العجز في نموذج 3xTg في سن مبكرة مما ذكر سابقا (2). الكشف المبكر عن العجز لا يقدم سوى وقتا طويلا وفورات في التكاليف، لأنه يزيد أيضا من احتمال أن التغيرات الجزيئية الكامنة وراء العجز المعرفي يمكن تحديدها.
أحد العوامل التي تؤثر على حساسية المهام المعرفية هو من سلالة الخلفية الوراثية للنموذج الفأر. على سبيل المثال، الفئران BALB / ج يحمل الأداء المتفوق في مهام التعلم والذاكرة بالمقارنة مع السلالات الأخرى، مثل C57BL / 6 3. يتم استخدام F1 FVB / N س 129S6 الخلفية لاثنين من النماذج الأكثر استعمالا من AD، وTg2576 وRTG (TauP301L) 4510 النماذج. هذه السلالة يسلك القدرة على التعلم متفوقة في MWM نسبة إلى سلالات أخرى، بما في ذلك B6 / الفئران SJL 4. بسبب هذه القدرة على التعلم متفوقة، واستخدام مسبار واحد بعد تدريب مكثف قد يخفي اختلافات مجموعة الناتجة عن الإفراط في التدريب. بالإضافة إلى ذلك، الحساسيهذ المحاكمات التحقيق قد يكون تبعا للأعمار. لقد أظهرنا سابقا أن المحاكمات التحقيق في وقت سابق، بعد تقتصر التدريب منصة خفية، هي أكثر حساسية للاختلافات في الشباب Tg2576 بالمقارنة مع الشباب الضوابط littermate-التحوير سلبي من محاكمات التحقيق إدراجها بعد التدريب أكثر اتساعا 5. في المقابل، المحاكمات التحقيق بعد تدريب مكثف أكثر حساسية في السن (20-25 شهر) الفئران Tg2576 مقارنة تتزاحم أقدم من أقدم التجارب مسبار 5. بواسطة التبعثر المحاكمات التحقيق طوال التدريب، واحتمال أن سيتم تحديد محاكمة الحساسة يزداد، وخصوصا إذا تم إجراء الاختبار الطولي وحساسية محاكمة التحقيق معينة هي التي تعتمد على العمر. الشكل 1 يدل على الأداء المتفوق لF1 FVB / N س الفئران 129S6 بموجب البروتوكول الأمثل لهذه السلالة بالمقارنة مع الفئران من الخلفية B6 / SJL المدربين في إطار بروتوكول تعاون مع المزيد من التدريب المكثف.
وMWM هويعتقد عموما لتوفير تدابير الموثوق بها التي هي استنساخه عبر الوقت والمختبرات 6. على سبيل المثال، تم تنفيذ بروتوكول الأولية المستخدمة في الأصل لدينا 1،7 مختبر مينيسوتا بنجاح مع بعض التعديلات الطفيفة في جامعة وست فرجينيا 8. وبالمثل، وقد لوحظت مستويات مماثلة من انخفاض في RTG (TauP301L) 4510 الفئران بالنسبة للسيطرة على تتزاحم إذا مقرها في ظل ظروف خالية من مسببات الأمراض أو التقليدية 9. ومع ذلك، يمكن للبيئة الاختبار تؤثر على حساسية المهمة MWM. عوامل مثل إضاءة الغرفة، فتحات التهوية، التدرجات درجة الحرارة، والضوضاء تسهم جميعها في العظة البيئية 4 التي يمكن أن تؤثر في نهاية المطاف الأداء. عندما انتقل لدينا مينيسوتا المختبرات والحظيرة إلى مبنى جديد، وتصل إلى 38٪ تخفيض في البرية من نوع الأداء لوحظ، الحد بشكل كبير من مجموعة ديناميكية من المهمة والقدرة على الكشف عن العجز المتعلقة التحوير. هذا التغيير في المؤسسة العامةحدث rformance على الرغم من تصميم غرفة الاختبار أن يكون من حجم يعادل والتكوين، وباستخدام نفس الإشارات البصرية التطبيقية. وهناك حاجة إلى "إعادة الأمثل" للبروتوكول الأصلي لزيادة النطاق الديناميكي المهمة MWM في بيئة اختبار جديدة.
هنا البروتوكول الأصلي مصممة خصيصا للاستخدام مع F1 FVB / N X يوصف 129S6 الخلفية 5. لأن بعض الدراسات تشير إلى التوتر ويرتبط مع ضعف الأداء MWM 10 وقبل التعامل يمكن أن تخفف من هذا العجز الناجم عن الإجهاد في أداء 11، تم تصميم بروتوكول قبل مناولة ليتأقلم على الفئران لإدخال وإزالة التجمع قبل الاختبار MWM . التالي قبل المناولة والفئران تدريبا منصة مرئية، والتي وضعت على منصة مرتفعة مع العلم. يستخدم التدريب منصة مرئية للتعرف على الفئران مع مشاكل الأداء المتعلقة تشوهات الحسية. باستخدام معايير الاستبعاد هو موضح في بروتتتم إزالة القسم ocol، الأداء غير كفء الفئران من الفحوص اللاحقة خفية التجارب التدريب الأساسي والتحقيق. يتم تفسير ضعف في محاكمات التدريب الأساسي والتحقيق مخفية العجز المعرفي لأن عوامل الأداء الحسية من البيانات. بعد الانتهاء من التدريب منصة مرئية والفئران تبدأ التدريب منصة خفية حيث غمرت منصة في الماء ويبقى في نفس الموقف بالنسبة للمنبهات الخارجية. ويتخلل المحاكمات التي تتم إزالة منصة (المحاكمات التحقيق) في جميع أنحاء مخبأة التدريب منصة لتقييم تأثير التدريب الإضافي. لأن تحدث محاكمات التحقيق في بداية كل يوم، قبل إضافي التدريب منصة خفية، والمحاكمات التحقيق تقيس قدرة الحيوانات على تذكر مواقع للمنصة بعد تأخير 20 ساعة، والذي يعتبر مقياسا للذاكرة مرجعية 12. أخيرا، الطرق التي هذا البروتوكول الأصلي أعيد الأمثل عندما التغيرات في بيئة الاختبارووصف مراقبة الأداء تعطلت.
Protocol
Representative Results
Discussion
ويستخدم على نطاق واسع في مهمة MWM لتقييم التعلم المكاني والذاكرة. ومع ذلك، فإن متانة هذه المهمة يمكن أن تتأثر بعوامل كثيرة ويتطلب الأمثل لكل من سلالة الخلفية وبيئة الاختبار. كما هو مبين في الشكل (4)، وبروتوكول تدريب نفسه والتطبيقية الإشارات البصرية المستخدمة ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة (ريد / إنجلر-Chiurazzi – U54GM104942)، والمعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية (آش – R01NS33249، R01NS63249 وR01NS79374)، كوبر (إنجلر-Chiurazzi – P20GM109098)، و جمعية الزهايمر (ريد – NIRG-12-242187)، ووفو كلية البحوث في مجلس الشيوخ جرانت (ريد)، منحة وفو PSCOR (ريد)، والصناديق الداخلية من كلية وفو من مكتب الطب العميد (إنجلر-Chiurazzi). المحتوى هو فقط من مسؤولية الكتاب ولا تمثل بالضرورة وجهة النظر الرسمية للNIH أو جمعية الزهايمر.
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 |
Referências
- 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).
