מבחן מוריס מים מבוך: אופטימיזציה לזני עכבר ובדיקת איכות סביבה
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
מודלים עכבר מהונדסים כבר סייעו בהערכת הפתופיזיולוגיה של מחלת אלצהיימר (AD), כמו גם את הפוטנציאל של התערבויות טיפוליות. משימות קוגניטיביות, כגון מבוך המים של מוריס (MWM), משמשות בדרך כלל עם מודלים אלה כדי לזהות את הקושרת המולקולרית של גירעונות זיכרון ועל מנת להעריך את היעילות של תרופות פרה-קליניות. זה חיוני, עם זאת, כי הטווח הדינמי של המשימה קוגניטיבית להיות רחב מספיק כדי לזהות השפעות טיפול עדינות. עם מודלים עכבר של הספירה, ליקויים קוגניטיביים הם בדרך כלל תלוי גיל, ועכברים להציג ירידות מתקדמות בביצועים (לדוגמא, 1). שימוש במשימה קוגניטיבית רגישה יכול לאפשר זיהוי של הבדלים דקים מוקדם יותר בחיים של בעלי החיים, ובכך להפחית את העלויות הכרוכות בבעלי החיים הזדקנות. לדוגמא, צמצום מספר ניסויי הכשרה ברנס בהיפוקמפוס תלוי מבוך 15-5 הגדיל את הקושי של המשימה, וכתוצאה מכך דetection של גירעונות במודל 3xTg בגיל צעיר יותר מאשר דווח בעבר 2. איתור מוקדם יותר של גירעונות מציע לא רק זמן ניכר וחיסכון בעלויות, זה גם מעלה את הסבירות שניתן לזהות השינויים המולקולריים שבבסיס ליקויים קוגניטיביים.
גורם אחד המשפיע על הרגישות של משימות קוגניטיביות הוא זן הרקע הגנטי של מודל העכבר. לדוגמא, עכברי BALB / ג להפגין ביצועים מעולים במשימות למידה וזיכרון בהשוואה לזנים אחרים, כגון C57BL / 6 3. FVB / N x 129S6 רקע F1 משמש לשני הדגמים המועסקים נרחב ביותר של הספירה, Tg2576 וRTG (TauP301L) 4510 דגמים. זן זה מציג יכולת למידה מעולה בMWM ביחס לזנים אחרים, כולל B6 / עכברי SJL 4. בגלל יכולת למידה מעולה זה, השימוש בבדיקה אחת לאחר הכשרה מקיפה עלולה להסוות הבדלים בין קבוצות כתוצאה מאימון יתר. בנוסף, sensitivity של ניסויי בדיקה עשוי להיות תלוי גיל. הראינו בעבר כי ניסויי בדיקה קודם לכן, לאחר אימון פלטפורמה נסתרת מוגבל, רגישים יותר להבדלים בTg2576 הצעיר בהשוואה לביקורות littermate צעירות transgene-שלילי מאשר ניסויי בדיקה מוכנסים לאחר הכשרה מקיפה יותר 5. לעומת זאת, ניסויי הבדיקה הבאים הכשרה מקיפה רגישים יותר במבוגרים (20-25 חודש) עכברי Tg2576 לעומת המלטה מבוגרת יותר הם ניסויי בדיקה קודם לכן 5. על ידי interspersing ניסויי בדיקה לאורך אימון, הסבירות שמשפט רגיש יזוהה הוא גדל, במיוחד אם בדיקות אורך מתבצעת ואת הרגישות של בדיקה בדיקה מסוימת היא תלוי גיל. איור 1 מציג את הביצועים מעולים של x F1 FVB / N עכברי 129S6 תחת הפרוטוקול מותאם לזן זה, בהשוואה לעכברים של רקע B6 / SJL התאמן תחת פרוטוקול עם הכשרה מקיפה יותר.
MWM הואבדרך כלל חשב לספק אמצעים אמין כי הם לשחזור פני הזמן ומעבדות 6. לדוגמא, הפרוטוקול העיקרי המשמש במקור על ידי 1,7 המעבדה מינסוטה יושם בהצלחה עם שינויים קלים באוניברסיטת מערב וירג'יניה 8. כמו כן, רמות שווה ערך לירידת הערך נצפו בRTG (TauP301L) 4510 עכברים ביחס לשליטה המלטה אם שוכנו בתנאי הפתוגן ללא או קונבנציונלי 9. עם זאת, סביבת הבדיקות יכולה להשפיע על הרגישות של משימת MWM. גורמים כגון תאורה בחדר, פתחי אוורור, טמפרטורה הדרגתיים, ורעשים כולם תורמים לרמזים סביבתיים 4 שיכולים להשפיע על ביצועי סופו של דבר. כאשר המעבדה מינסוטה והביבר הועברו לבניין חדש, עד לירידה של 38% בביצועי wild-type נצפה, צמצום משמעותי את הטווח הדינמי של המשימה ואת היכולת לזהות את גירעונות הקשורים transgene. שינוי בPE זהrformance התרחש למרות עיצוב חדר הבדיקות להיות בגודל שווה ותצורה, ובאמצעות אותו הרמזים חזותיים שימושיים. "מחדש אופטימיזציה" של הפרוטוקול המקורי נדרשה להגדיל את הטווח הדינמי של משימת MWM בסביבת הבדיקות החדשה.
הנה הפרוטוקול המקורי המותאם לשימוש עם F1 FVB / N x רקע 129S6 5 מתואר. בגלל כמה מחקרים מראים לחץ קשור לביצועים ירודים MWM 10 ולפני טיפול יכול להקל גירעון מתח מושרה זה בביצועים 11, פרוטוקול טרום טיפול נועד להסתגל העכברים להקדמה וההסרה של הבריכה לפני בדיקת MWM . בעקבות מראש טיפול, עכברים לעבור הכשרת פלטפורמה גלויה, שבו במה מוגבהת מסומנת בדגל. אימון פלטפורמה גלוי משמש לזיהוי עכברים עם בעיות ביצועים הקשורים להפרעות הסנסורית. תוך שימוש בקריטריונים שמתוארים בהדרת protסעיף ocol, עכברי ביצועים-פסול יוסרו מהבדיקות הבאות של ניסויי הכשרת פלטפורמה ובדיקה סמויים. ליקויים בניסויי אימוני פלטפורמה ובדיקה סמויים מתפרשים כליקויים קוגניטיביים, כי ביצועים הסנסורית הוא בחשבון את הנתונים. לאחר השלמת הכשרת פלטפורמה גלויה, עכברים להתחיל אימוני פלטפורמה נסתרים שבו הפלטפורמה היא שקועה במים ונשארה באותו המיקום היחסי לרמזים חיצוניים. ניסויים שבי הפלטפורמה מוסרת (ניסויי בדיקה) משובצים בכל אימון פלטפורמה נסתר כדי להעריך את ההשפעה של אימון נוסף. בגלל ניסויי בדיקה להתרחש בתחילתו של כל יום, לפני אימון פלטפורמה נסתר נוסף, ניסויי בדיקה מודדים את היכולת של בעלי החיים כדי לזכור את המיקום של הפלטפורמה לאחר עיכוב של 20 שעות, שנחשב למדד לזכרון התייחסות 12. לבסוף, דרכים שבהן פרוטוקול מקורי זה מחדש מותאם כאשר שינויים בסביבת הבדיקותביצועי שליטה שיבשו מתוארים.
Protocol
Representative Results
Discussion
משימת MWM נעשתה שימוש נרחב על מנת להעריך את למידה וזיכרון המרחביים. עם זאת, על חוסנו של משימה זו יכול להיות מושפע מגורמים רבים ודורש אופטימיזציה עבור שני מתח הרקע וסביבת בדיקות. כפי שניתן לראות באיור 4, באותו פרוטוקול אימון ומיושם רמזים חזותיים המשמשים בשני חד?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי למדעי רפואה כלליים (ריד / אנגלר-Chiurazzi – U54GM104942), המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ (אש – R01NS33249, R01NS63249 וR01NS79374), Cobre (אנגלר-Chiurazzi – P20GM109098), אלצהיימר האגוד (ריד – NIRG-12-242,187), WVU פקולטה מחקר הסנאט גרנט (ריד), מענק WVU PSCOR (ריד), וקרנות פנימיות ממכללת WVU של משרד דיקן הרפואה (אנגלר-Chiurazzi). התוכן הוא באחריות בלעדית של הכותבים ולא בהכרח מייצג את הדעות הרשמיות של NIH או אגודת אלצהיימר.
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).
