فحوصات حاسة الشم لنماذج من الماوس مرض الاعصاب
Summary
Impairment in olfactory function is a common feature in many neurodegenerative disorders including Parkinson, Alzheimer, and Huntington diseases. In the present article, we describe a set of tests for assessing olfaction discrimination and detection in mice that can be used to measure olfactory abilities in mouse models of neurodegenerative diseases.
Abstract
In many neurodegenerative diseases and particularly in Parkinson’s disease, deficits in olfaction are reported to occur early in the disease process and may be a useful behavioral marker for early detection. Earlier detection in neurodegenerative disease is a major goal in the field because this is when neuroprotective therapies have the best potential to be effective. Therefore, in preclinical studies testing novel neuroprotective strategies in rodent models of neurodegenerative disease, olfactory assessment could be highly useful in determining therapeutic potential of compounds and translation to the clinic. In the present study we describe a battery of olfactory assays that are useful in measuring olfactory function in mice. The tests presented in this study were chosen because they measure olfaction abilities in mice related to food odors, social odors, and non-social odors. These tests have proven useful in characterizing novel genetic mouse models of Parkinson’s disease as well as in testing potential disease-modifying therapies.
Introduction
ويرتبط ضعف حاسة الشم لعدد من الاضطرابات العصبية بما في ذلك مرض باركنسون (PD)، مرض الزهايمر، ومرض هنتنغتون 1. في PD، وتشمل ضعف حاسة الشم العجز في التعرف على الرائحة، والكشف، والتمييز وتوجد في ما يصل الى 70-95٪ من المرضى 2-5. يمكن لهذه العجوزات تسبق أعراض الكاردينال السيارات من PD بنسبة تصل إلى 4 سنوات، مشيرا إلى أن ضعف حاسة الشم قد يشير إلى المراحل الأولى من PD 6-10. وقد أدى حدوث العجز المبكر لحاسة الشم في PD إلى اهتماما كبيرا في ضعف حاسة الشم والآليات الكامنة المعنية. في الدراسات قبل السريرية في القوارض، يمكن أن ضعف حاسة الشم يكون قياس النتيجة حساسة للتنبؤ الإمكانات العلاجية استراتيجيات علاجية جديدة.
وقد تم تصميم العديد من الاختبارات وتستخدم على نطاق واسع لوصف العاهات الحسية في نماذج القوارض من PD وقسم التدريب والامتحاناتر الإمكانات العلاجية من العلاجات الجديدة 11-15. على الرغم من العجز في حاسة الشم هي موثقة جيدا في PD، وظيفة حاسة الشم لم يتم قياسها بشكل روتيني في كثير من النماذج. هذه النظرة تتغير ولكن مع اكتشاف أشكال الوراثية من PD وفكرة أكثر المقبولة التي PD هو اضطراب النظامية التي تؤثر أكثر من وظيفة الحسية فقط. حاليا، هناك العديد من الدراسات في نماذج الماوس الوراثية من PD والاضطرابات العصبية الأخرى التي تشمل الآن تحليل الشم في توصيف 16-24. ونظرا للاهتمام المتزايد من ضعف حاسة الشم في الاضطرابات العصبية، سعينا إلى تجميع مجموعة من الاختبارات حاسة الشم التي يمكن استخدامها لوصف نماذج جديدة من التنكس العصبي وكذلك اختبار العلاجات المعدلة للمرض المحتملة في الدراسات قبل السريرية. وقد استخدمت الاختبارات الموصوفة في هذه الدراسة في كل من توصيف والدراسات قبل السريرية 18،25.
الاختبارات HIGHLighted في هذه الدراسة ثبت أن لديها حساسية في الكشف عن ضعف حاسة الشم في الاستفادة كثيرا ألفا synuclein نموذج الفأر overexpressing من مرض باركنسون 18. وهي تشمل اختبار دفن بيليه 26،27، وهو نسخة معدلة من اختبار كتلة 23،24،28،29، واختبار التعود / إزالة التعود 30. من المهم أن نلاحظ أن هناك عدة تعديلات من الاختبارات الموصوفة في هذه الدراسة التي هي التدابير الحساسة من وظيفة حاسة الشم في الفئران، ومنها إبرازها في هذه الدراسة هي الاختبارات المعملية لديه خبرة أكثر مع واستخدامها بشكل روتيني.
Protocol
Representative Results
Discussion
كل من الاختبارات الموصوفة في هذه الدراسة قياس الجوانب المختلفة من وظيفة حاسة الشم في الفئران. يقيس الاختبار بيليه دفن الدافع الجانب الغذائي لالشم، واختبار قدرة جائع (الغذاء مقيدة، لا يحرم الطعام) الفئران للكشف عن قطعة قبولا من الحبوب المحلاة مدفونة تحت الفراش. يقيس اختبار كتلة أكثر من الجانب الاجتماعي من وظيفة حاسة الشم، واختبار قدرة الفئران على التمييز بين رائحة خاصة بهم وذلك من مناوع. اختبار التعود / إزالة التعود يقيم قدرة الماوس على التمييز بين الروائح المألوفة وغير ضارة الرواية،. باستخدام اختبارات متعددة المهم عندما تميز نموذج جديد لشذوذ في الدوافع الطعام أو الخوف يمكن أن يسهم في الاختلافات التي لوحظت في الفئران الطافرة مقارنة مع الضوابط. على سبيل المثال، إذا تم إجراء الاختبار فقط كتلة وانخفض استنشاق الكتلة التي لوحظ رائحة فأر آخر، فإنه من غير الواضح ما إذا كان هناك الرويحةأوري العجز أو تعزيز استجابة الخوف إلى مناوع التي قد تؤدي إلى تجنب تلك الكتلة. عندما يتم إجراء اختبارات متعددة والعجز ويلاحظ في جميع الاختبارات، وهو يدعم بقوة هذا التفسير من ضعف حاسة الشم. ومع ذلك، إذا لوحظت اختلافات في الاختبار ولكن ليس للآخرين واحد فقط ثم قد يكون هناك ضعف حاسة الشم أكثر دهاء ولكن سيكون من الضروري استبعاد التفسيرات الأخرى (أي، وتعزيز الخوف أو انخفاض الدافع الغذائي). وتشمل العوامل الهامة الإضافية أن نأخذ في الاعتبار عند اختبار الفئران وظيفة حاسة الشم سلالة الخلفية وجنس الفئران. سلالات خلفية وراثية مختلفة (أي C57BL / 6، DBA، وغيرها) يمكن أن يكون لها آثار عميقة على سلوك الماوس ولذلك فمن المستحسن أن تتكيف مع كل بروتوكول في الفئران wildtype من نفس الخلفية قبل تنفيذ التجربة بأكملها. ويوصى أيضا أن يتم اختبار الذكور وإناث الفئران بشكل منفصل عن بعضها البعض لأن النظام الشمي الذكور مرتفعلاي حساسية للإناث في الكشف ودقي وحاسة الشم من امرأة في ودقي يمكن أن تتداخل مع الأداء في جميع الاختبارات الثلاثة.
بعض الخطوات هي في غاية الأهمية لمتابعة عند اختبار الشم في الفئران. من المهم أن ندرك الروائح المجرب هو إدخال للحيوانات. ارتداء القفازات لإجراءات غير مطلوب تغيير أساسي ومتكررة من القفازات بين الحيوانات. هو دائما ممارسة جيدة لالمجرب عدم ارتداء الكولونيا أو العطور في أيام الاختبار الشم. في حين أن بعض أجزاء من الإجراء غير مرنة، وهناك أجزاء أخرى التي يمكن تعديلها وتكييفها دون التقليل من صحة أو حساسية الاختبار. على سبيل المثال، عدد من التجارب التعود يمكن أن يزيد أو ينقص تبعا لسلالة من الفئران التي يجري اختبارها ومدى السرعة التي روض للمنبهات. الحد الأكبر من هذه الاختبارات هو أنها كلها مدفوعة من قبل بعض شكل من أشكال التحفيز، سواء كان ذلك الطعام أو اجتماعية، مما يجعلمن الصعب يستبعد تماما التشوهات في الدافع كتفسير عندما لاحظت استجابة تغييرها. هذا يمكن التقليل من خلال تحليل معلمات إضافية، مثل النشاط خلال اختبار والوقت لنقترب المحفزات.
مرة واحدة يتقن، اختبارات يمكن استخدامها بسهولة في دراسة النمط الظاهري من نماذج الماوس جديدة من الأمراض العصبية التنكسية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تضمين الاختبارات التي لها أعلى سلطة في الدراسات قبل السريرية اختبار العلاجات المحتملة (للحصول على مثال انظر المرجع 25).
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This protocol follows any and all animal care and use guidelines and regulations set by IACUC at the University of Cincinnati. This work is funded by NIH/NINDS NS07722 and the Gardner Family Center for Parkinson’s Disease and Movement Disorders.
Materials
| Cap'n Crunch | Quaker Oats | 3E+10 | |
| Wooden Blocks | Lara’s Crafts | 10144 | |
| Flavor Extracts | Kroger | Almond: 011110664716 | |
| Anise: 011110615619 | |||
| Banana: 011110669919 | |||
| Coconut: 011110669889 | |||
| Lemon: 011110669957 | |||
| Orange: 0011110669964 | |||
| Tissue Cartridges | Sigma-Aldrich | Z672122-500EA | Manufactured by Simport no: M490-2 |
| Cotton Balls | Kroger | 1.1111E+10 | |
| Mouse Cages | Ancare | 19 x 29 x 12.7 cm | |
| Camcorder | Sony | HDR-HC9 | |
| MiniDV Tapes | Sony DVC premium | 2.7243E+10 | 60 minute long play |
References
- Hawkes, C. Olfaction in neurodegenerative disorder. Adv. Otorhinolaryngol. 63, 133-151 (2006).
- Ward, C., Hess, W., Calne, D. Olfactory impairment in Parkinson’s disease. Neurology. 33, 943-946 (1983).
- Doty, R., Stern, M., Pfeiffer, C., Gollomp, S., Hurtig, H. Bilateral olfactory dysfunction in early stage treated and untreated idiopathic Parkinson’s disease. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 55, 138-142 (1992).
- Doty, R., Deems, D., Stellar, S. Olfactory dysfunction in parkinsonism: a general deficit unrelated to neurologic signs, disease stage, or disease duration. Neurology. 38, 1237-1244 (1988).
- Tissingh, G., et al. Loss of olfaction in de novo and treated Parkinson’s disease: possible implications for early diagnosis. Movement Disorders. 16 (1), 41-46 (2001).
- Montgomery, E., Baker, K., Lyons, K., Koller, W. Abnormal performance on the PD test battery by asymptomatic first-degree relatives. Neurology. 52, 757-762 (1999).
- Berendse, H., et al. Subclinical dopaminergic dysfunction in asymptomatic Parkinson’s disease patients’ relatives with a decreased sense of smell. Ann. Neurol. 50 (1), 34-41 (2001).
- Ponsen, M., Stoffers, D., Booij, J., van Eck-Smit, B., Wolters, E., Berendse, H. Idiopathic hyposmia as a preclinical sign of Parkinson’s disease. Ann. Neurol. 56, 173-181 (2004).
- Langston, J. The Parkinson’s complex: parkinsonism is just the tip of the iceberg. Ann. Neurol. 59 (4), 591-596 (2006).
- Ross, G., et al. Association of olfactory dysfunction with risk for future Parkinson’s disease. Ann. Neurol. 63, 167-173 (2008).
- Fleming, S., et al. Early and progressive sensorimotor anomalies in mice overexpressing wild-type human alpha-synuclein. J. Neurosci. 24, 9434-9440 (2004).
- Fleming, S., Ekhator, O., Ghisays, V. Assessment of sensorimotor function in mouse models of Parkinson’s disease. J. Vis. Exp. , e50303 (2013).
- Schallert, T., Tillerson, J. L. Intervention strategies for degeneration of DA neurons in parkinsonism: Optimizing behavioral assessment of outcome. Central Nervous System Diseases. , 131-151 (2000).
- Whishaw, I., O’Connor, W., Dunnett, S. The contributions of motor cortex, nigrostriatal dopamine and caudate-putamen to skilled forelimb use in the rat. Brain. 109 (5), 805-843 (1986).
- Schwarting, R., Huston, J. The unilateral 6-hydroxydopamine lesion model in behavioral brain research. Analysis of functional deficits, recovery and treatments. Prog Neurobiol. 49 (3), 215-266 (1996).
- Glasl, L., et al. Pink1-deficiency in mice impairs gait, olfaction and serotonergic innervation of the olfactory bulb. Experimental Neurology. 235, 214-227 (2012).
- Kim, Y., Lussier, S., Rane, A., Choi, S., Andersen, J. Inducible dopaminergic glutathione depletion in an α-synuclein transgenic mouse model results in age-related olfactory dysfunction. Neuroscience. 172, 379-386 (2011).
- Fleming, S., Tetreault, N., Mulligan, C., Huston, C., Masliah, E., Chesselet, M. Olfactory deficits in mice overexpressing human wildtype alpha-synuclein. The European Journal of Neuroscience. 28 (2), 247-256 (2008).
- Nuber, S., et al. A progressive dopaminergic phenotype associated with neurotoxic conversion of α-synuclein in BAC-transgenic rats. Brain. 136 (2), 412-432 (2013).
- Macknin, J., Higuchi, M., Lee, V., Trojanowski, J., Doty, R. Olfactory dysfunction occurs in transgenic mice overexpressing human tau protein. Brain Res. 1000, 174-178 (2004).
- Lazic, S., et al. Olfactory abnormalities in Huntington’s disease: decreased plasticity in the primary olfactory cortex of R6/1 transgenic mice and reduced olfactory discrimination in patients. Brain Res. 1151, 219-226 (2007).
- Wesson, D., Wilson, D., Nixon, R. Should olfactory dysfunction be used as a biomarker of Alzheimer’s disease?. Expert Review of Neurotherapeutics. 10 (5), 633-635 (2010).
- Taylor, T., Caudle, W., Miller, G. VMAT2-deficient mice display nigral and extranigral pathology and motor and nonmotor symptoms of Parkinson’s disease. Parkinsons Dis. 2011, 124-165 (2011).
- Tillerson, J., Caudle, W., Parent, J., Gong, C., Schallert, T., Miller, G. Olfactory discrimination deficits in mice lacking the dopamine transporter or the D2 dopamine receptor. Behav. Brain Res. 172, 97-105 (2006).
- Fleming, S., et al. A pilot trial of the microtubule-interacting peptide (NAP) in mice overexpressing alpha-synuclein shows improvement in motor function and reduction of alpha-synuclein inclusions. Mol. Cell. Neurosci. 4, 597-606 (2011).
- Crawley, J. . What’s Wrong with My Mouse? Behavioral Phenotyping of Transgenic and Knockout Mice. , (2000).
- Nathan, B., Yost, J., Litherland, M., Struble, R., Switzer, P. Olfactory function in apoE knockout mice. Behav. Brain Res. 150, 1-7 (2004).
- Spinetta, M., et al. Alcohol-induced retrograde memory impairment in rats: prevention by caffeine. Psychopharmacology. 201 (3), 361-371 (2008).
- Bielsky, I., Hu, S., Szegda, K., Westphal, H., Young, L. Profound impairment in social recognition and reduction in anxiety-like behavior in vasopressin V1a receptor knockout mice. Neuropsychopharmacology. 29, 483-493 (2004).
