신경 근육 질환의 마우스 모델의 행동 현상형에 대한 저렴한 걸음걸이 분석
Summary
발자국 분석은 쥐의 운동 이상을 정량화하는 연구자들을 위한 디지털화된 걸음걸이 분석 프로그램에 대한 저비용 대안입니다. 속도, 단순성 및 세로 전위로 인해 마우스 모델의 행동 자형화에 이상적입니다.
Abstract
동물 운동의 측정은 주어진 질병, 상해 또는 약물 모형의 표현형을 기술하기 위하여 이용된 일반적인 행동 공구입니다. 여기에서 입증된 저비용 보행 분석 방법은 뮤린 모델에서 걸음걸이 이상을 간단하고 효과적으로 측정한 것입니다. 발자국은 무독성 세척 가능한 페인트로 마우스 발을 페인팅하고 피사체가 종이에 터널을 통과할 수 있도록 하여 분석됩니다. 테스트 터널의 설계는 자연 마우스 동작과 작은 어두운 장소에 대한 선호도를 활용합니다. 각 마우스의 보폭, 보폭 및 발가락 스프레드는 눈금자와 연필을 사용하여 쉽게 측정할 수 있습니다. 이는 확립되고 신뢰할 수 있는 방법이며 디지털 시스템과 유사한 몇 가지 메트릭을 생성합니다. 이 접근법은 표현형 프리젠테이션 초기에 보폭의 변화를 감지할 수 있을 만큼 민감하며, 비침습적 접근법으로 인해 수명 또는 표현형 프레젠테이션 전반에 걸쳐 그룹 테스트를 수행할 수 있습니다.
Introduction
운동은 복잡한 신경및 근골격계 협응을 필요로 하며, 운동 경로의 단일 측면에서 적자는 관찰 가능한걸음걸이 이상을 생성할 수 있는 1,2. 걸음걸이 분석은 주어진 질병, 상해 또는 약물이 동물의 움직임에 미치는 영향에 대한 정량적 행동 데이터를 제공하기 때문에 마우스 모델을 테스트하는 연구자를위한 중요한 도구입니다3. 그러나 디지털 걸음걸이 분석에는 러닝머신, 카메라 및 관련 소프트웨어를 구입해야 하는데, 이는 연구자에게 엄청나게 비쌀 수 있습니다. 걸음걸이 분석은 종종 모터 기능의 세로 변화를 추적하기 위해 간헐적으로 사용되므로 산발적으로 사용하는 경우 지출을정당화하기 어려울 수 있습니다 4. 디지털화된 분석은 단순한 발자국 분석보다 더 상세한 걸음걸이 메트릭을 제공할 수 있지만, 이러한 보다 복잡한 측정값이항상 행동 표현형의 특성화에 항상 필요하거나 관련이 있는 것은 아닙니다 5.
여기서 우리는 디지털화 보행 분석 프로그램6,7에대한 빠르고 민감한 대안으로 저렴한 수동 풋 프린트 분석 방법을 제시한다. 수동 발자국 분석은 뮤린 질병 모델 4,7,8, 9,10,11의 다수에서 유의한 보행 차이를 검출하는 것으로 입증되었습니다. ,12,13,14,15,16,17, 적어도 하나의 경우, 이 저렴한 방법은 걸음걸이의 변화를 확인 일반적인 디지털 화된 걸음걸이 분석프로그램(12)에의해 검출되지 않았다. 재료의 총 비용은 명목이며, 다른 설치류 연구 모델에 쉽게 적용 할 수 있습니다.
데이터를 그릴 수 있는 다양한 걸음걸이 메트릭이 있지만, 설명하는 방법은 보폭 길이, 보폭 폭(일명 “트랙 너비”) 및 발가락 스프레드의 세 가지 특정 메트릭에 중점을 둡니다. 평가할 매개변수는 모델별로 결정해야 합니다. 이 보행 분석 방법은 인지 기능을 측정하도록 설계되지 않았으며 보행16의복잡한 생체 역학 측정이 필요한 연구에는 권장되지 않습니다.
우리는 운동 신경 변성 및 근육 위축을 특징으로 하는 신경 근육 질환인 X-연결된 척추 및 구근 근육 위축(SBMA)을 모델링하는 전및 후 증상 마우스 집단의 행동 데이터를 제시합니다. 이 마우스는 그밖 질병 특정 표현형의 개시와 일치하는 보행에 있는 진보적인 적자를 개발합니다. 이것은 이 방법의 타당성 및 특이성을 보여주고, 영향 받은 동물과 영향을 받지 않는 동물 사이에서 안정적으로 구별할 수 있다는 것을 확인합니다.
본 연구에서 실험마우스는 C57BL/6 배경상에서 2.5(전증상) 및 9개월된 BAC fxAR121 형질전환 마우스(nexpt=12)였다. 이 모델은 우리의 실험실에서 생성되었으며 SBMA 9의 강력한 마우스모델로 완전히 특징지어졌습니다. 비형질성 래쉬메이트는 대조군으로사용하였다(n ctrl=8). SBMA는 남성에서만 완전히 나타나는 성 제한 질병이므로 남성 마우스가 이 연구를 위해 독점적으로 사용되었습니다. 계획 단계 도중, 연구원은 그룹 규모 및 조성물18를결정하기 위하여 생물학 변수로 성의 국립 학회의 고려사항을 고려해야 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
위에서 설명한 저비용 보행 분석 방법을 사용하여, 우리는 SBMA의 BAC fxAR121 마우스 모델에서 증상 후 연령대에서 보행 기능 장애의 여러 매개 변수의 성공적인 식별을 보여줍니다. 보폭의 감소는 마우스 모델 및 인간 환자의 이전SBMA 연구와 일치9. 우리는 또한 비 형질전환 littermate 대조에 비해 증상 SBMA 마우스에서 뒷다리 발가락 확산에 상당한 차이가 있다는 것을 처음으로 보여?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 동물 식별 지원에 대한 오전에 감사드립니다. 이 작품은 미국 국립 보건원 (R01 7 RF1 AG057264에서 A.R.L.S. 및 C.J.C.와 R01 NS100023에서 A.R.L.S.에) 및 근 이영양증 협회 (A.R.L.S.에 대한 기본 연구 보조금, C.J.C.에 대한 개발 보조금)의 보조금에 의해 지원되었습니다.
Materials
| Caliper | n/a | n/a | must have markings down to 0.1 mm |
| Craft Glue | E6000 | n/a | |
| Footprint Paint (Tempera Paint) | Artmind | n/a | must be non-toxic |
| Round Barrel Paintbrushes | Symply Simmons | n/a | 0.5 cm diameter |
| Ruler | n/a | n/a | must have markings down to millimeters |
| Scoring Paper (Watercolor Pads) | Canson | n/a | cut to size |
| Tunnel and Goal Chamber | Interstate Plastics | n/a | cut to size |
Referências
- Clarke, K. A., Still, J. Development and consistency of gait in the mouse. Physiology & Behavior. 73 (1-2), 159-164 (2001).
- Mendes, C. S., et al. Quantification of gait parameters in freely walking rodents. BMC Biology. 13, 50 (2015).
- Carter, R. J., Morton, J., Dunnett, S. B. Motor coordination and balance in rodents. Current Protocols in Neuroscience. , (2001).
- Tillerson, J. L., Caudle, W. M., Reveron, M. E., Miller, G. W. Exercise induces behavioral recovery and attenuates neurochemical deficits in rodent models of Parkinson’s disease. Neurociência. 119 (3), 899-911 (2003).
- Pallier, P. N., Drew, C. J., Morton, A. J. The detection and measurement of locomotor deficits in a transgenic mouse model of Huntington’s disease are task- and protocol-dependent: influence of non-motor factors on locomotor function. Brain Research Bulletin. 78 (6), 347-355 (2009).
- Sugimoto, H., Kawakami, K. Low-cost Protocol of Footprint Analysis and Hanging Box Test for Mice Applied the Chronic Restraint Stress. Journal of Visualized Experiments. (143), (2019).
- Carter, R. J., et al. Characterization of progressive motor deficits in mice transgenic for the human Huntington’s disease mutation. Journal of Neuroscience. 19 (8), 3248-3257 (1999).
- Barlow, C., et al. Atm-deficient mice: a paradigm of ataxia telangiectasia. Cell. 86 (1), 159-171 (1996).
- Cortes, C. J., et al. Muscle expression of mutant androgen receptor accounts for systemic and motor neuron disease phenotypes in spinal and bulbar muscular atrophy. Neuron. 82 (2), 295-307 (2014).
- D’Hooge, R., et al. Neuromotor alterations and cerebellar deficits in aged arylsulfatase A-deficient transgenic mice. Neuroscience Letters. 273 (2), 93-96 (1999).
- Fernagut, P. O., Diguet, E., Labattu, B., Tison, F. A simple method to measure stride length as an index of nigrostriatal dysfunction in mice. Journal of Neuroscience Methods. 113 (2), 123-130 (2002).
- Guillot, T. S., Asress, S. A., Richardson, J. R., Glass, J. D., Miller, G. W. Treadmill gait analysis does not detect motor deficits in animal models of Parkinson’s disease or amyotrophic lateral sclerosis. Journal of Motor Behavior. 40 (6), 568-577 (2008).
- Harper, S. Q., et al. RNA interference improves motor and neuropathological abnormalities in a Huntington’s disease mouse model. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (16), 5820-5825 (2005).
- Lin, C. H., et al. Neurological abnormalities in a knock-in mouse model of Huntington’s disease. Human Molecular Genetics. 10 (2), 137-144 (2001).
- Sopher, B. L., et al. Androgen receptor YAC transgenic mice recapitulate SBMA motor neuronopathy and implicate VEGF164 in the motor neuron degeneration. Neuron. 41 (5), 687-699 (2004).
- Tillerson, J. L., Caudle, W. M., Reveron, M. E., Miller, G. W. Detection of behavioral impairments correlated to neurochemical deficits in mice treated with moderate doses of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine. Experimental Neurology. 178 (1), 80-90 (2002).
- Wheeler, V. C., et al. Early phenotypes that presage late-onset neurodegenerative disease allow testing of modifiers in Hdh CAG knock-in mice. Human Molecular Genetics. 11 (6), 633-640 (2002).
- Clayton, J. A., Collins, F. S. Policy: NIH to balance sex in cell and animal studies. Nature. 509 (7500), 282-283 (2014).
- Maricelli, J. W., Lu, Q. L., Lin, D. C., Rodgers, B. D. Trendelenburg-Like Gait, Instability and Altered Step Patterns in a Mouse Model for Limb Girdle Muscular Dystrophy 2i. PLoS One. 11 (9), e0161984 (2016).
- Castelhano-Carlos, M. J., Sousa, N., Ohl, F., Baumans, V. Identification methods in newborn C57BL/6 mice: a developmental and behavioural evaluation. Lab Animals. 44 (2), 88-103 (2010).
- Lakes, E. H., Allen, K. D. Gait analysis methods for rodent models of arthritic disorders: reviews and recommendations. Osteoarthritis Cartilage. 24 (11), 1837-1849 (2016).
