Summary

Atferdsmessige vurderinger av spontane bevegelse i Murine MPTP-indusert Parkinson's sykdom modell

Published: January 07, 2019
doi:

Summary

Vi beskriver etableringen av en murine modell for Parkinsons sykdom MPTP og atferdsmessige vurderinger bruker sylinder og åpne feltet testene for å måle motorikk. Deretter bruker vi L-DOPA eksempel som viser hvordan du bruker denne modellen i studiet av PD narkotika.

Abstract

Parkinson’s sykdom er en vanlig nevrodegenerativ lidelse sykdom, forårsaker fenomenet risting, stivhet, treghet og demens. 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) kan føre til noen Parkinson-lignende symptomer ved å ødelegge dopaminergic nerveceller i substantia nigra av hjernen. Det er dermed brukt til å etablere PD modeller i ulike dyrestudier. Her, mus motta MPTP injeksjoner (20 mg/kg/dag) i syv dager og atferdsmessige testene utføres på den åttende dag. Denne modellen er tilpasset effektivt i studiet av PD. Atferdsmessige testene her inkluderer sylinder testen og åpne feltet testen. Sylinder eksperimentet brukes til å oppdage dyrenes evne til å løfte sin front paws når satt i et annet miljø. Som PD modell mus vise overordnede-musen buer ryggen-antall pote løfting nedgang. Denne testen er enkelt å utføre. Åpne feltet testen brukes til å oppdage hvor tid musene bruker på kjøre, gå og gjenværende immobile. Vi analysere dyrene bevegelser i åpne-feltet bruker programvare og hente data. Til slutt, vi bruker L-DOPA, en av mest vanlige PD narkotika, som et eksempel som viser hvordan du bruker denne modellen til studiet av PD narkotika. Våre resultater viser at MPTP nevrotoksisitet induserer motor underskudd som gjøres ved L-DOPA.

Introduction

Parkinson’s sykdom (PD), en av de vanligste sykdommene blant eldre personer, er en langsiktig nevrodegenerativ lidelse1. Pasienter vise alltid fenomenet risting, stivhet, treghet og demens som forverres over tid2. Andre symptomer inkludert sensoriske, er sove, og emosjonelle problemer også ofte observert2. Årsaken til PD er fortsatt uklart, men det er generelt antatt å involvere både genetiske og miljømessige faktorer, som har medført tap av dopaminergic nerveceller i substantia nigra3, og utvikling av Lewy organer og Lewy neurites i ulike regioner i den hjernen4.

Blant studier av PD, er 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)5 tilpasset mye gjengi noen PD symptomer i eksperimentelle modeller. I 1984 funnet Langston et al. først at injeksjoner av MPTP i ekorn aper resulterte i Parkinsonism6. Selv om MPTP gnager modellen ikke viser tilstedeværelse av Lewy etater, som er biomarkør av PD, forårsaker MPTP Parkinson-lignende symptomer ved å ødelegge dopaminergic nerveceller i substantia nigra av hjernen7. MPTP modellen tar mindre tid sammenlignet med andre narkotika modell for PD som de av 6-hydroxydopamine (6-OHDA)8 og 1-metyl-4-phenylpyridinium (MPP +)9, injeksjon av MPTP er enkelt å utføre. Mus motta MPTP injeksjoner (20-30 mg/kg/dag) for syv dager, og atferdsmessige testene utføres på åttende dag10.

Åpne feltet test11 ble først utviklet av Calvin S. Hall, en amerikansk12. I ulike studier, er ulike typer atferd testet. I forskning som fokuserer på Parkinsons sykdommer, atferd som bevegelse aktiviteter og hastigheten på bevegelse er testet for å se hvis dyrets muligheten til å flytte rundt påvirkes. Sammenlignet med andre metoder brukes til å teste etablering av PD dyr, åpne feltet testen er lett å gjennomføre fordi utstyret som trengs er enkel, og prototyper og data analyseprogramvare (f.eks MATLAB Excel) kan brukes enkelt samle og grafen den data. Variasjonskoeffisienten er også relativt liten13, som betyr at resultatet av åpen test er pålitelig. En annen fordel over andre metoder er at virkemåtene inkludert i dette eksperimentet er enkelt å skille; musene kan være kjører, gåing eller står stille. Vanligvis kan åpne feltet testen brukes på gnagere når forskeren må vurdere emnet mobilitet.

Sylinder testen kalles også asymmetrisk bruk av forelimbs test. Når denne testen ble først utviklet, ble det brukt til å teste asymmetrisk bruk rottas forelimbs14. Her bruker vi denne testen for å analysere dyrets evnen til å strekke ut og bruke begge sine forelimbs for å utforske nye omgivelser. Den substantia nigra og corpus striatum skades av MPTP i hjernen, dyret gjerne arch ryggen og blir mindre sannsynlig å strekke ut og utforske ukjent miljøet. Denne testen er lett å kjøre, og kan gi et foreløpig resultat. Men har denne testen høy interne variasjon, så det er vanligvis brukt med sammen med andre atferd eksperimenter.

L-DOPA, som er også levodopa eller L-3,4-dihydroxyphenylalanine, er en vanlig måte å behandle Parkinsons sykdom siden en årsak til PD er reduksjon av dopamin i den. L-DOPA er forløperen til dopamin. Men i motsetning til dopamin, det kan ta blod – hjerne barrieren, som betyr at det vil være mer effektiv i å øke konsentrasjonen av dopamin i hjernen området. Etter den krysser blod – hjerne barrieren, omdannes L-DOPA til dopamin av L-amino acid dekarboksylasehemmer15.

Her beskriver vi måling og analyse av funksjon i MPTP-indusert-PD modell mus med en sylinder test14 og en modifisert åpne feltet testen. Vi administrerer L-DOPA eksempel som viser hvordan du bruker denne modellen i studiet av PD narkotika. Våre resultater viser at MPTP induserer motor underskudd som gjøres ved L-DOPA.

Protocol

Denne studien ble utført i henhold til internasjonale, nasjonale og institu reglene vurderer dyreforsøk. Studien protokollen ble godkjent av dyreetikk Nankai University. 1. MPTP og L-DOPA administrasjon Merk: Ti-uke-gamle kvinnelige BALB/c mus ble levert av Institutt for zoologi, kinesiske vitenskapsakademi. Mus var ligger seks per bur under en 12t lys/mørke syklus (lys på på 08:00-20:00), en konstant temperatur på 21-22 ° C og en relativ luftfuktighet på 55% …

Representative Results

I sylinder testen, ble reduksjon av steiler mot veggen observert i mus (gruppe 2) behandlet med MPTP fra dag 1 dag 7 og saltvann på dag 8 sammenlignet med saltvann-behandlet mus (gruppe 1), mens en økning på steiler ble observert i mus (gruppe 3) behandlet med MP TP fra dag 1 dag 7 og L-DOPA på dag 8 mot mus (gruppe 2) behandlet med MPTP fra dag 1 dag 7 og saltvann på dag 8 (figur 1). <strong c…

Discussion

På grunn av ødeleggelse av dopaminergic nerveceller i substantia nigra av hjernen forårsaker MPTP Parkinson-lignende symptomer i mus7. L-DOPA er den mest foretrukne medikament for PD helt siden klinisk bruk, fordi det hjelper opprettholde normale daglige aktiviteter hos pasienter med PD, med effektiv undertrykkelse av motor unormalt inkludert akinesia og stivhet15. Mus behandlet med MPTP viste impairments i atferdsdata testene som sylinder test og åpne felttest, som kan…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vårt arbeid er finansiert av Tianjin Undergraduate treningsprogrammer for innovasjon og entreprenørskap (Grant nr. 63183004). Dette prosjektet ble igangsatt i staten nøkkel laboratorium av medisinske kjemiske biologi ved Nankai University. Forfatterne erklærer at det ikke er noen konflikter av interesser.

Materials

70% Ethanol Ruiboxing Company RBX-64175
Camera BASLER acA645-100gm
Cylinder test Made in-house at Nankai University N/A
Excel Microsoft N/A
Levodopa Sigma-Aldrich 72816
Matalb 2017a Mathworks N/A
Mice Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences Balb/c Adult female mice(10 weeks)
MPTP Yuanye Biological Technology Company Ltd., Shanghai S31504-500mg
Open field test Made in-house at Nankai University N/A
Syringe Solelybio S-xsgwz-w Irrigation
Syringe Jiangxi Fenglin Medical Application Co. hc3824 Intraperitoneal injection

Referências

  1. Dehay, B., Bourdenx, M., Gorry, P., Przedborski, S., Vila, M., Hunot, S., Singleton, A., Olanow, C. W., Merchant, K. M., Bezard, E. Targeting -synuclein for treatment of Parkinson’s disease: mechanistic and therapeutic considerations. Lancet Neurology. 14, 855-866 (2015).
  2. Weintraub, D., Comella, C., Horn, L., S, Parkinson’s disease – Part 1: Pathophysiology, symptoms, burden, diagnosis, and assessment. American Journal of Managed Care. 14, 40-48 (2008).
  3. Ismaiel, A. A., et al. Metformin, besides exhibiting strong in vivo anti-inflammatory properties, increases mptp-induced damage to the nigrostriatal dopaminergic system. Toxicology and Applied Pharmacology. , 19-30 (2016).
  4. Bayliss, J. A., et al. Ghrelin-AMPK signaling mediates the neuroprotective effects of calorie restriction in Parkinson’s disease. Journal of Neuroscience. 36, 3049-3063 (2016).
  5. Olanow, C. W., Stern, M. B., Sethi, K. The scientific and clinical basis for the treatment of Parkinson disease. Neurology. 72 (21 Supplement 4), (2009).
  6. Chiba, K., Trevor, A., Castagnoli, N. Metabolism of the neurotoxic tertiary amine, MPTP, by brain monoamine oxidase. Biochemical & Biophysical Research Communications. 120 (2), 574-578 (1984).
  7. Bakay, R. A., et al. Biochemical and behavioral correction of MPTP parkinson-like syndrome by fetal cell transplantation. Annals of the New York Academy of Sciences. 495 (1), 623-638 (2010).
  8. Kelly, P. H., Seviour, P. W., Iversen, S. D. Amphetamine and apomorphine responses in the rat following 6-OHDA lesions of the nucleus accumbenssepti and corpus striatum. Brain Research. 94 (3), 507-522 (1975).
  9. Langston, J. W., Irwin, I., Langston, E. B., Forno, L. S. 1-methyl-4-phenylpyridinium ion (MPP+): identification of a metabolite of MPTP, a toxin selective to the substantia nigra. Neuroscience Letters. 48 (1), 87-92 (1984).
  10. Katila, N., et al. Metformin lowers α-synuclein phosphorylation and upregulates neurotrophic factor in the MPTP mouse model of Parkinson’s disease. Neuropharmacology. 125, (2017).
  11. Goldberg, N. R. S., Haack, A. K., Lim, N. S., Janson, O. K., Meshul, C. K. Dopaminergic and behavioral correlates of progressive lesioning of the nigrostriatal pathway with MPTP. Neurociência. 180, 256-271 (2011).
  12. Schwarting, R. K., Sedelis, M., Hofele, K., Auburger, G. W., Huston, J. P. Strain-dependent recovery of open-field behavior and striatal dopamine deficiency in the mouse MPTP model of Parkinson’s disease. Neurotoxicity Research. 1 (1), 41 (1999).
  13. Shiguang, S., et al. The open field test as a method for ethology in Kunming mice: test-retest reliability. Chinese Journal of Behavioral Medicine and Brain Science. 19 (12), 1093-1095 (2010).
  14. Roome, R. B., Vanderluit, J. L. Paw-Dragging: a Novel, Sensitive Analysis of the Mouse Cylinder Test. Journal of Visualized Experiments. (98), e52701 (2015).
  15. Cotzias, G. C., Van Woert, M. H., Schiffer, L. M. Aromatic amino acids and modification of Parkinsonism. New England Journal of Medicine. 282, 31-33 (1967).
  16. Cassady, J. C., Johnson, R. E. Cognitive test anxiety and academic performance. Contemporary Educational Psychology. 27 (2), 270-295 (2002).
  17. Rogalewski, A., et al. Semaphorin 6A improves functional recovery in conjunction with motor training after cerebral ischemia. Plos One. 5 (5), 0010737 (2010).
  18. Chen, W., Qiao, D., Liu, X., Shi, K. Treadmill exercise improves motor dysfunction and hyperactivity of the corticostriatal glutamatergic pathway in rats with 6-ohda-induced parkinson’s disease. Neural Plasticity. 2017, 2583910 (2018).
  19. Colas-Zelin, D., et al. The imposition of, but not the propensity for, social subordination impairs exploratory behaviors and general cognitive abilities. Behavioural Brain Research. 232 (1), 294-305 (2012).
  20. Spurney, C., et al. Preclinical drug trials in the mdx mouse: Assessment of reliable and sensitive outcome measures. Muscle Nerve. 39, 591-602 (2009).
  21. Valle, F. P. Effects of strain, sex, and illumination on open-field behavior of rats. American Journal of Psychology. 83, 103-111 (1970).
  22. Tatem, K. S., et al. Behavioral and Locomotor Measurements Using an Open Field Activity Monitoring System for Skeletal Muscle Diseases. Journal of Visualized Experiments. (91), e51785 (2014).
check_url/pt/58653?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Jiang, P., Lang, Q., Yu, Q., Tang, X., Liu, Q., Li, X., Feng, X. Behavioral Assessments of Spontaneous Locomotion in a Murine MPTP-induced Parkinson’s Disease Model. J. Vis. Exp. (143), e58653, doi:10.3791/58653 (2019).

View Video