אוטומטית, וזמינותו התנהגות לטווח ארוך עבור פונקציות קוגניטיביות במודלים גנטיות מרובות של מחלת אלצהיימר, באמצעות IntelliCage
Summary
מאמר זה מתאר פרוטוקול עבור הערכות קוגניטיביות של דגמים גנטיים של אלצהיימר באמצעות מערכת IntelliCage, אשר הוא מערכת התנהגותית תפוקה גבוהה אוטומטית ניטור עם התניה אופרנטית.
Abstract
גורמים רבים – כגון הזדקנות, גנים – קשורות לעתים קרובות ירידה קוגניטיבית. העכבר מהונדסים מודלים של ירידה קוגניטיבית, כגון מחלת אלצהיימר (AD), הפכו להיות כלי מבטיח להבהיר את המנגנונים שבבסיס ולקדם את התקדמות טיפולית. צעד חשוב הוא אימות אפיון חריגות התנהגותית הצפוי הדגמים, במקרה של AD, ירידה קוגניטיבית. החקירות התנהגות לטווח ארוך של חיות מעבדה כדי לחקור את ההשפעה של הזדקנות מאמצים ניכרים דרישה מן החוקרים. מערכת IntelliCage היא סוללה תפוקה גבוהה וחסכונית המבחן עבור עכברים מבטלת את הצורך טיפול אנושי מדי יום. כאן, אנו מתארים איך המערכת הוא מנוצל את phenotyping לטווח ארוך של מודל גנטי מחלת אלצהיימר, במיוחד התמקדות תפקודים קוגניטיביים. הניסוי מעסיקה הסוללה חוזרות ונשנות של בדיקות להעריך לימוד המרחבי, תפקודים ניהוליים. Phenotyping תלויי-גיל חסכונית זו מאפשרת לנו לזהות את ההשפעות חולף או קבוע של גנים על היבטים קוגניטיביים שונים.
Introduction
פיתוח מודלים בבעלי חיים עבור המחלה העצבית בעשור האחרון סיפק הבנה מכניסטית של בסיס שלהם, על מנת לקדם את התקדמות טיפולית1,2,3. היישום של סוללה בדיקה התנהגותית תפוקה גבוהה במודלים חייתיים גנטי הוא כלי מחקר האוריסטי לחקור את המנגנונים המשמשת כבסיס של מחלות האדם וזיהוי של טיפולים תרופתיים. מחקר בדיקת סוללות הותאם להשגחה לטווח ארוך של הזדקנות ו/או דמנציה מודלים באופן מסורתי אילצו מעבדות לצרוך וכמויות מיוחדים כוח אדם וזמן. מערכת ניטור הביתה כלוב יהיה אסטרטגיה חסכונית כמו זה יקטין את העלות של תצפיות התנהגותיות על ידי בני אדם. כמה צוותי המחקר פיתחו כלים אוטומטיים מבוססת על חזון לסייע phenotyping ההתנהגות של אדם יחיד בתוך כלוב קטן בבית4,5,6. עם זאת, שיטות כאלה להגביל את האינטראקציה החברתית בגודל של סביבות בדיקה, מגוון רחב של אמצעים התנהגותיים הכוללים תפקודים קוגניטיביים. IntelliCage הוא הבית-כלוב הדור השני ניטור מערכת המיועדת לביצוע משימות קוגניטיביות שונות בתוך כלוב הביתה חברתית. חשוב, בשיטה זו ניתן לשלול יומי מטפל, המאפשר לנו לבצע ניטור התנהגות לטווח ארוך עם הערכה של תפקודים קוגניטיביים, היא יכולה לסלק את הדרישות עבור טיפול מעשי מיוחדים, והיא לאפשר מאוד לשחזור נתוני הרכישה7. כאן, אנו מתארים לטווח ארוך phenotyping ובדיקת במודלים של העכבר גנטי של מחלת אלצהיימר (AD) אשר כבר שנוצר לאחרונה8,9,10 באמצעות ניטור הביתה כלוב אוטומטיות מערכת. סוללה בדיקה, שכללה הערכות של מרחבי למידה תפקודים ניהוליים, בוצעה שוב ושוב בנקודות גיל מרובים (9-12, בן 14 – 17 חודשים). Phenotyping תלויי-גיל זה מותר לנו לזהות את ההשפעות חולף או קבוע של גנים על היבטים קוגניטיביים שונים. מצאנו כי בדגמים מסוימים לספירה הראו פנוטיפים ארעי וקבוע של מספר היבטים קוגניטיביים נבדק בניתוח לטווח ארוך באמצעות אוטומטיות הביתה כלוב ניטור המערכת10. לפיכך, המחקר אוטומטית באמצעות מערכת ניטור כלוב הבית הוא מועיל וחסכוני עבור phenotyping התנהגות לטווח ארוך ואימות במודלים שונים של תפקוד קוגניטיבי.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מתאר את השיטה באמצעות מערכת ניטור אוטומטי כלוב בית עבור מבחני קוגניטיביים והתנהגותיים לטווח ארוך במודלים לספירה מהונדסים. השלב הקריטי ביותר הוא ההשתלה של המשיב התנוחה המתאימה. לפני ביצוע ההשתלה, להבטיח את תאריך התפוגה של המשיב לא עברה. הנקודה החשובה השנייה היא לבדוק את תפקודה של ה…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים רייקו אנדו על עזרתה בחומרים photographing. מחקר זה נתמך על ידי מענק הסיוע לצורך מחקר גישוש (JSPS KAKENHI גרנט מספר 16K 15196).
Materials
| IntelliCage | TSE Systems | – | Parchased in 2011 or later |
| PC | Dell | Inspiron 580s | – |
| Display | Dell | SI75T-WL | – |
| ALPHA-dri | Shepherd Specialty Papers | – | Standard bedding |
| Aron Alpha (Krasy Glue) 2g | Toagosei (Krasy Glue) | #04612 | Cyanoacrylates for gluing magnet and blak arm |
| Handheld Transponder Reader | BTS-ID | R-560 | Transponder reader, which reads both Trovan and DataMars |
| Transponder | DataMars | T-VA, T-VAS, or another series | Basic package of transponders and implanters |
| Diamond Grip Plus | Ansel Microflex | DGP-INT-M | Experimental glove |
| Isoflurane | Pfizer | 1119701G1092 | – |
| Vaporizer for small animals | DS Pharma Biomedical | SF-B01 | Facemask included |
| Neo-Medrol | Pfizer | 006472-001 | Eye ointment |
| Ethanol (70%) | – | – | – |
| Excel | Microsoft | 00202-51382-15524-AA928 | For data analysis |
Referências
- Bryan, K. J., Lee, H., Perry, G., Smith, M. A., Casadesus, G. . Transgenic Mouse Models of Alzheimer’s Disease: Behavioral Testing and Considerations. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. , (2009).
- Nestler, E. J., Hyman, S. E. Animal models of neuropsychiatric disorders. Nature Neuroscience. 13 (10), 1161-1169 (2010).
- Crawley, J. N. Behavioral Phenotyping Strategies for Mutant Mice. Neuron. 57 (6), 809-818 (2008).
- Zarringhalam, K., Ka, M., et al. An open system for automatic home-cage behavioral analysis and its application to male and female mouse models of Huntington’s disease. Behavioural Brain Research. 229 (1), 216-225 (2012).
- Prusiner, S. B., Jackson, W. S., King, O. D., Lindquist, S. The power of automated high-resolution behavior analysis revealed by its application to mouse models of Huntington’s and prion diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (23), 13363-13383 (1998).
- Jhuang, H., Garrote, E., et al. Automated home-cage behavioural phenotyping of mice. Nature Communications. 1 (6), 1-9 (2010).
- Krackow, S., Vannoni, E., et al. Consistent behavioral phenotype differences between inbred mouse strains in the IntelliCage. Genes, brain, and behavior. 9 (7), 722-731 (2010).
- Nilsson, P., Saito, T., Saido, T. C. New mouse model of Alzheimer’s. ACS chemical. 5 (7), 499-502 (2014).
- Saito, T., Matsuba, Y., et al. Single App knock-in mouse models of Alzheimer’s disease. Nat Neurosci. 17 (5), 661-663 (2014).
- Masuda, A., Kobayashi, Y., Kogo, N., Saito, T., Saido, T. C., Itohara, S. Cognitive deficits in single App knock-in mouse models. Neurobiology of Learning and Memory. , (2016).
- Chan, R. C. K., Shum, D., Toulopoulou, T., Chen, E. Y. H. Assessment of executive functions: Review of instruments and identification of critical issues. Archives of Clinical Neuropsychology. 23 (2), 201-216 (2008).
- Jurado, M. B., Rosselli, M. The Elusive Nature of Executive Functions: A Review of our Current Understanding. Neuropsychology Review. 17 (3), 213-233 (2007).
- Diamond, A. Executive Functions. Annual Review of Psychology. 64 (1), 135-168 (2013).
- Kobayashi, Y., Sano, Y., et al. Genetic dissection of medial habenula-interpeduncular nucleus pathway function in mice. Frontiers in behavioral neuroscience. 7, 17 (2013).
- Robinson, O. J., Vytal, K., Cornwell, B. R., Grillon, C. The impact of anxiety upon cognition: perspectives from human threat of shock studies. Frontiers in human neuroscience. 7, 203 (2013).
- Robbins, T. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology. (3-4), 362-380 (2002).
- Asinof, S. K., Paine, T. A. The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents. Journal of Visualized Experiments. (90), e51574 (2014).
- Codita, A., Gumucio, A., et al. Impaired behavior of female tg-ArcSwe APP mice in the IntelliCage: A longitudinal study. Behavioural brain research. 215 (1), 83-94 (2010).
- Blumstein, D. T. Habituation and sensitization: new thoughts about old ideas. Animal Behaviour. 120, 255-262 (2016).
- Endo, T., Maekawa, F., et al. Automated test of behavioral flexibility in mice using a behavioral sequencing task in IntelliCage. Behavioural brain research. 221 (1), 172-181 (2011).
- Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -. P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
- Puścian, A., Łęski, S., Górkiewicz, T., Meyza, K., Lipp, H. -. P., Knapska, E. A novel automated behavioral test battery assessing cognitive rigidity in two genetic mouse models of autism. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 140 (2014).
- Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -. P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
- Harda, Z., Dzik, J. M., et al. Autophosphorylation of αCaMKII affects social interactions in mice. Genes, Brain and Behavior. , e12457 (2018).
- Aarts, E., Maroteaux, G., et al. The light spot test: Measuring anxiety in mice in an automated home-cage environment. Behavioural Brain Research. 294, 123-130 (2015).
- Safi, K., Neuhäusser-Wespy, F., et al. Mouse anxiety models and an example of an experimental setup using unconditioned avoidance in an automated system -IntelliCage. Cognition Brain & Behavior. 10 (4), 475-488 (2006).
- Dzik, J. M., Puścian, A., Mijakowska, Z., Radwanska, K., Łęski, S. PyMICE: APython library for analysis of IntelliCage data. Behavior Research Methods. 50 (2), 804-815 (2018).
