Summary

Adfærdsmæssige vurderinger af spontan bevægelse i en Murine MPTP-induceret Parkinsons sygdom Model

Published: January 07, 2019
doi:

Summary

Vi beskriver etableringen af en murine model for Parkinsons sygdom ved hjælp af MPTP og adfærdsmæssige vurderinger ved hjælp af cylinder og open field test til at måle motorik. Vi derefter bruge L-DOPA som et eksempel til at vise, hvordan at anvende denne model i studiet af PD narkotika.

Abstract

Parkinsons sygdom (PD) er en fælles neurodegenerative lidelse sygdom, forårsager fænomenet med rysten, stivhed, langsomme bevægelse og demens. 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) kan føre til nogle Parkinsons-lignende symptomer ved at ødelægge dopaminerge neuroner i substantia nigra af hjernen. Det har således været brugt at etablere PD modeller i forskellige dyreforsøg. Her, mus modtage MPTP injektioner (20 mg/kg/dag) i syv dage og de adfærdsmæssige test er udført på den ottende dag. Denne model er tilpasset effektivt i studiet af PD. De adfærdsmæssige test her omfatter cylinder test og open field test. Cylinder eksperiment bruges til at opdage dyrenes evne til at løfte deres forreste ben når de sættes ind i et andet miljø. PD modelmus vise overordnede — musen buer ryggen — antallet af paw liftings fald. Denne test er nem at udføre. Friland-test bruges til at registrere mængden af tid, musene bruger på at køre, walking og resterende immobile. Vi analyserer dyrenes bevægelser på åben mark ved hjælp af software og hente data. Endelig, vi brug L-DOPA, en af mest anvendte almindeligt PD narkotika, som et eksempel til at vise, hvordan at anvende denne model til studiet af PD narkotika. Vores resultater viser, at MPTP neurotoksicitet inducerer motor underskud, hvilket kan afbødes af L-DOPA.

Introduction

Parkinsons sygdom (PD), en af de mest almindelige sygdomme blandt ældre individer, er en langsigtet neurodegenerative lidelse1. Patienter vise altid fænomenet med rysten, stivhed, langsomme bevægelse og demens, der forværres over tid2. Andre symptomer, herunder sensorisk, er søvn og følelsesmæssige problemer også almindeligt observeret2. Årsagen til PD er stadig uklart, men det menes, at inddrage både genetiske og miljømæssige faktorer, som inducerer tab af dopaminerge neuroner i substantia nigra3, og udvikling af Lewy organer og Lewy neurites i forskellige regioner af den hjernen4.

Blandt undersøgelserne af PD, er 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)5 tilpasset bredt i at genskabe nogle PD symptomer i eksperimentelle modeller. I 1984, først fandt Langston et al. , at injektioner af MPTP i egern aber resulterede i parkinsonisme6. Selvom MPTP gnaver model ikke vise tilstedeværelsen af Lewy organer, som er biomarkør for PD, forårsager MPTP Parkinsons-lignende symptomer ved at ødelægge dopaminerge neuroner i substantia nigra af hjernen7. Sammenlignet med andre stof model for PD som dem fremkaldt af 6-hydroxydopamine (6-OHDA)8 og 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP +)9, injektion af MPTP er let at udføre og MPTP model tager mindre tid. Mus modtage MPTP injektioner (20-30 mg/kg/dag) for syv dage, og de adfærdsmæssige test udføres på den ottende dag10.

Open field test11 blev først udviklet af Calvin S. Hall, en amerikansk12. I forskellige undersøgelser, er forskellige former for adfærd testet. I forskning, som fokuserer på Parkinsons sygdomme, adfærd som locomotion aktiviteter og hastighed af bevægelse er testet for at se om dyrets evne til at bevæge sig rundt er berørt. Sammenlignet med andre metoder, der anvendes til at teste oprettelse af PD dyr, open field test er nemme at udføre, fordi det nødvendige udstyr er enkel, og prototyping og data analyse software (fx, MATLAB, Excel) kan bruges til at let indsamle og graf den data. Variationskoefficienten er også relativt små13, hvilket betyder, at resultatet af open field test er pålidelige. En anden fordel i forhold til andre metoder er, at de adfærd, der er inkluderet i dette eksperiment er let at skelne; mus kan være enten kører, går eller står stille. Normalt kan open field test bruges på gnavere, når forskeren skal evaluere fagets mobilitet.

Cylinder test kaldes også test af asymmetriske brug af forbens. Når denne test blev først udviklet, blev det brugt til at teste den asymmetriske brug af rottens forbens14. Her bruger vi denne test til at analysere dyrets evne til at strække ud og bruge begge sine forbens for at udforske nye omgivelser. Når substantia nigra og corpus striatum er beskadiget af MPTP i hjernen, dyret har tendens til at bue ryggen og bliver mindre tilbøjelige til at strække ud og udforske det ukendte miljø. Denne test er let at udføre og kan give et foreløbigt resultat. Denne test har dog stor indre variation, så det er generelt bruges med sammen med andre adfærd eksperimenter.

Tage L-DOPA, som er også kendt som levodopa eller L-3,4-dihydroxyphenylalanine, er en fælles måde at behandle Parkinsons sygdom, da en af årsagerne til PD er fald på dopamin i den. L-DOPA er forstadiet til dopamin. Men i modsætning til dopamin, det kan krydse blod – hjerne barrieren, hvilket betyder at det vil være mere effektiv til at øge koncentrationen af dopamin i hjernen-området. Efter den krydser blod – hjerne barrieren, er L-DOPA omdannet til dopamin af L-amino syre decarboxylase15.

Her beskriver vi måling og analyse af motorik i MPTP-induceret-PD modelmus ved hjælp af en cylinder test14 og en modificeret open field test. Vi forvalter L-DOPA som et eksempel til at vise, hvordan at anvende denne model i studiet af PD narkotika. Vores resultater viser, at MPTP inducerer motor underskud, der kan mildnes af L-DOPA.

Protocol

Denne undersøgelse blev udført efter de internationale, nationale og institutionelle regler overvejer dyreforsøg. Undersøgelse-protokollen blev godkendt af Dyreetik Udvalget af Nankai Universitet. 1. MPTP og L-DOPA administration Bemærk: Ti-uge-forhenværende BALB/c hunmus blev leveret af Institute of Zoology, kinesiske Academy of Sciences. Mus var opstaldet seks pr. bur under en 12t lys/mørke cyklus (lyser oven på 08:00-20:00), en konstant temperatur på 21-22…

Representative Results

I cylinder test, blev faldet i stejler mod væggen observeret i mus (gruppe 2) behandlet med MPTP fra dag 1 til dag 7 og saltvand på dag 8 forhold til saltvand-behandlede mus (gruppe 1), mens en stigning på stejler blev observeret i mus (gruppe 3) behandlet med MP TP fra dag 1 til dag 7 og L-DOPA på dag 8 sammenlignet med mus (gruppe 2) behandlet med MPTP fra dag 1 til dag 7 og saltvand på dag 8 (figur 1). <p class="jove_content" fo:keep-together.with…

Discussion

På grund af ødelæggelsen af dopaminerge neuroner i substantia nigra af hjernen forårsager MPTP Parkinsons-lignende symptomer i mus7. L-DOPA er den mest foretrukne stof for PD lige siden sin kliniske anvendelse, fordi det hjælper med at opretholde normale daglige aktiviteter i patienter med PD, med effektiv undertrykkelse af motor abnormiteter herunder akinesi og stivhed15. Mus behandlet med MPTP viste funktionshæmninger i de adfærdsmæssige tests som cylinder test og…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vores arbejde er finansieret af Tianjin Undergraduate træningsprogrammer for Innovation og Entrepreneurship (Grant nr. 63183004). Dette projekt blev indledt i staten nøglen laboratorium af lægemidler kemisk biologi på Nankai Universitet. Forfatterne erklærer, at der ingen interessekonflikter.

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