FASD bir hayvan Modelinde Terapötik Müdahale olarak tekerlek Koşu ve Çevre Karmaşıklık
Summary
Kardiyovasküler egzersiz ve karmaşık bir ortamda uyarıcı deneyimler kemirgen beyninin içinde nöroplastisitesi birden önlemlerle ilgili olumlu faydaları vardır. Bu makale tekerlek çalışan ve çevre karmaşıklığı birleştirir ve bu müdahalelerin sınırlamaları hitap edecek bir "superintervention" olarak bu müdahalelerin uygulanması görüşecek.
Abstract
(Yoğun hayvan araştırmalarında kullanılan örneğin tekerlek çalışan (WR)) Aerobik egzersiz gibi yetişkin nöron, anjiyogenez ve kemirgenler nörotrofik faktörlerin ifade oranları gibi beyinde nöroplastik potansiyelinin olumlu etkileri pek çok tedbir. Bu müdahale de kemirgenlerde teratojen (alkol, yani gelişimsel maruz kalma) ve yaşa bağlı nörodejenerasyon negatif etkilerinin davranışsal ve nöroanatomik yönlerini azaltmak için gösterilmiştir. Çevresel karmaşıklık (EC) kortikal ve subkortikal yapılarda çok sayıda nöroplastik fayda üretmek için gösterilmiştir ve yetişkin hipokampus çoğalmasını ve yeni hücrelerin hayatta kalmasını artırmak için tekerlek çalışan ile birleştiğinde olabilir. Bu iki müdahale kombinasyonu nörolojik bozuklukların kemirgen modellerinde bir dizi uygulanabilir sağlam "superintervention" (WR-AT) içerir. Biz WR / EC uygulanmasını ve onun kurucu görüşecekİnsanlarda alkol prenatal maruziyetin hayvan modeli kullanılarak sıçanlarda daha güçlü bir tedavi yöntemi olarak kullanım için buluşlar. Biz de prosedürlerin elemanları müdahaleler için kesinlikle gerekli ve hangilerinin deneycinin soru ya da tesislerine bağlı olarak değişebilir hangi tartışacağız.
Introduction
Farklı ortamlarda yetiştirilmesi uzun nörolojik wellness çeşitli önlemler değişikliklere neden olduğu bilinmektedir. Birçok çalışma, örneğin Diamond ve Rosenzweig (tarafından araştırma çığır ile başlayan karmaşık bir ortamda yetiştirilmesi yararlı etkilerinin (EC) bakmak 1, 2) ve Greenough (Örneğin, 3, 4). AT beyin 5, 6, 7 sinaptik ve hücresel değişikliklerle ilgili yadsınamaz olumlu etkilere sahip olduğu gösterilmiştir. AT da hipokamp 8, 9 ve görsel korteks 10, 11, ventral striatum, 12, 13 dahil olmak üzere, beyin bölgelerinin çok sayıda etkileyebilirBeyin çapında nöroimmün fonksiyonu olarak (14 gözden). AT dendritik plastisite 9, 13 ile dentat girus yetişkin doğumlu granül hücrelerinin hayatta kalma oranını artırabilir göstermiştir zaman özel ilgi hipokampus ile ilgili çalışmaların geliştirmiştir. Bu son nokta nedeniyle kardiyovasküler egzersiz, hem sağlıklı ve hasarlı beynin 15, 16, 17, 18 yetişkin nörogenezi teşvik belirten literatür büyüyen vücuda çok ilgi topladı. Tekerlek döndürme (WR) nörolojik bozukluklar ya da 17, 19, 20 yaşlanma kemirgen modellerinde yararlı olduğu gösterilmiştir isteğe kardiyovasküler aktivitesi şeklini uygulamak kolaydır. WR büyüme faktörlerinin ekspresyonunu etkilemektedir hem merkezi hem de çevresel sinir sistemi 21, 22, 23 ve.
Bir "superintervention" (WR-AT) içine (sonradan) WR ve EC birleştiren (yani, AT 30 gün takip WR 12 gün) bir hipokampal yetişkin nöron sağlam bir artış ve yeni hücrelerin çoğalması 8 artmış sağkalım sağlar FASD hayvan modelinde ayrı ayrı bileşenlerin elde edilmez etkisi (aşağıya bakınız). WR-EC iki bileşen beyin 13 içinde yapıların çeşitli bir dizi etkiler tarihinden bu müdahalenin uygulanması kolayca nörolojik hem gelişimsel ve sonradan hayat başlangıçlı modellerin kemirgen modellerinde uygulanabilir, (22 gözden WR, AK 24 gözden) bozukluğu (örneğin, yenidoğan alkol maruz kalma, yaşlanma, erken yaşam stresi).
nt "> ergen ve erken erişkin dönemlerinde (örneğin, doğum sonrası günler 30-72) 'de WR-EC Entegrasyonu fetal alkol spektrum bozuklukları sıçan modelinde (FASDs) olumsuz bazı etkileri iyileştirmek için 8 çalışmaların var koleksiyonu. gösterdi ki bu tür dendritik karmaşıklığı 25, serebellar gelişme 26, 27 ve nöroimmün tepki 28 yanı sıra bozulmuş öğrenme ve hafıza 29, 30 tezahürleri, 31 olarak nöroanatomik önlemler 9 ekran önemli açıkları yoluyla doğum sonrası gün (PD) alkol 4 maruz kemirgenler bazı yapılar artık SIG görürken. Bu zaman penceresi içinde alkol maruz kalmanın bile azaltılmış miktarda (yani 9 arasındaki PD 7) ergen ve erişkin sıçanlarda 32 öğrenme ve hafıza problemleri yol açabiliranlamlı nöroanatomik bozukluğu 27. Hipokampus bağımlı görevleri davranışsal bozukluklar yanında – – Bu açıkların çoğu bu WR-EC paradigma 8, 33 ya da tek başına WR 25, 31 maruz kaldıktan sonra hafifletilmiş edilmiştir. Yalnız WR yaygın olarak kullanılan bir müdahale olmasına rağmen, WR-EC birleşimi henüz WR 8 nispeten kısa vadeli faydalar sürdürme yeteneğine rağmen literatürde konu olmamışsa. Bu makalede, ergenlik döneminde WR-EC müdahale uygulanmasını görüşecek. Bu paradigma erken doğum sonrası alkol maruz kalma bağlamında kullanılmasına rağmen, beyin bozukluklarının modellerinde nöroplastisite için beyin potansiyelinin değerlendirilmesi için çeşitli kemirgen modellerine sokulabilir.Protocol
Representative Results
Discussion
Yukarıdaki protokol, yenidoğan alkol maruziyeti takiben nöroanatomik açıklarını kurtarmak için bir çare müdahale göstermiştir. Bu müdahale nedeniyle müdahale bileşenlerin her biri sağlamlığına diğer hayvan modelleri bir terapötik olarak kullanılabilir. WR şeklinde gönüllü kardiyovasküler aktivitesi birçok davranış sonuçları 38, 39 yarar ve (40 gözden) hipokampus gibi beyin bölgelerinde fonksiyonel plastik…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We would like to dedicate this work to the memory of late Dr. William T. Greenough, a great mentor, a colleague and a friend. This work was supported by NIH/NIAAA grant number AA009838 and NIH/NIGMS COBRE: The Delaware Center for Neuroscience research grant 1P20GM103653 to AYK. We are grateful to the former and current members of Klintsova lab.
Materials
| Female Time-pregnant Long Evans Rats | Envigo (Formerly: Harlan, Inc.) | Average litter size is 8-10 pups | |
| Black India Ink | Higgins (Chartpak, Inc.) | 44201 | |
| Syringes and Injection Needles | Becton, Dickinson and Company (BD) | Assorted | For injection of pawmarking ink, administration of milk-alcohol solution |
| Ear Punch | Kent Scientific Corporation | INS750076 | |
| Running Wheels | Wahmann Labs | Wahmann Running Wheel is discontinued. Substitute with One per cage | |
| EC Cage | Martin's Cages, Inc. | R-695 | |
| Small EC Toys | Assorted | ||
| Medium EC Toys | Assorted | Should be able to fit 1-2 rats inside of/ on top of object | |
| Large EC Toys | Assorted | Should be able to fit 3 or more rats inside of/on top of object |
References
- Diamond, M. C., et al. Increases in cortical depth and glia numbers in rats subjected to enriched environment. J Comp Neurol. 128 (1), 117-126 (1966).
- Rosenzweig, M. R., Bennett, E. L., Hebert, M., Morimoto, H. Social grouping cannot account for cerebral effects of enriched environments. Brain Res. 153 (3), 563-576 (1978).
- Greenough, W. T. Experiential modification of the developing brain. Am Sci. 63 (1), 37-46 (1975).
- Volkmar, F. R., Greenough, W. T. Rearing complexity affects branching of dendrites in the visual cortex of the rat. Science. 176 (4042), 1445-1447 (1972).
- Greenough, W. T., Volkmar, F. R., Juraska, J. M. Effects of rearing complexity on dendritic branching in frontolateral and temporal cortex of the rat. Exp Neurol. 41 (2), 371-378 (1973).
- Sampedro-Piquero, P., Zancada-Menendez, C., Begega, A. Housing condition-related changes involved in reversal learning and its c-Fos associated activity in the prefrontal cortex. Neuroscience. 307, 14-25 (2015).
- Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. III. Neuronal and glial nuclei, boutons, dendrites, and capillaries. Brain Res. 424 (2), 320-332 (1987).
- Hamilton, G. F., Boschen, K. E., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. Housing in environmental complexity following wheel running augments survival of newly generated hippocampal neurons in a rat model of binge alcohol exposure during the third trimester equivalent. Alcohol Clin Exp Res. 36 (7), 1196-1204 (2012).
- Kempermann, G., Kuhn, H. G., Gage, F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature. 386 (6624), 493-495 (1997).
- Juraska, J. M., Greenough, W. T., Elliott, C., Mack, K. J., Berkowitz, R. Plasticity in adult rat visual cortex: an examination of several cell populations after differential rearing. Behav Neural Biol. 29 (2), 157-167 (1980).
- Turner, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. I. Synaptic and neuronal density and synapses per neuron. Brain Res. 329 (1-2), 195-203 (1985).
- Brenes, J. C., Rodriguez, O., Fornaguera, J. Differential effect of environment enrichment and social isolation on depressive-like behavior, spontaneous activity and serotonin and norepinephrine concentration in prefrontal cortex and ventral striatum. Pharmacol Biochem Behav. 89 (1), 85-93 (2008).
- Kolb, B., Gorny, G., Soderpalm, A. H., Robinson, T. E. Environmental complexity has different effects on the structure of neurons in the prefrontal cortex versus the parietal cortex or nucleus accumbens. Synapse. 48 (3), 149-153 (2003).
- Singhal, G., Jaehne, E. J., Corrigan, F., Baune, B. T. Cellular and molecular mechanisms of immunomodulation in the brain through environmental enrichment. Front Cell Neurosci. 8, 97 (2014).
- Helfer, J. L., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. The effects of exercise on adolescent hippocampal neurogenesis in a rat model of binge alcohol exposure during the brain growth spurt. Brain Res. 1294, 1-11 (2009).
- van Praag, H., et al. Functional neurogenesis in the adult hippocampus. Nature. 415 (6875), 1030-1034 (2002).
- van Praag, H., Shubert, T., Zhao, C., Gage, F. H. Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice. J Neurosci. 25 (38), 8680-8685 (2005).
- Vivar, C., Peterson, B. D., van Praag, H. Running rewires the neuronal network of adult-born dentate granule cells. Neuroimage. 1 (131), 29-41 (2015).
- Mustroph, M. L., et al. Increased adult hippocampal neurogenesis is not necessary for wheel running to abolish conditioned place preference for cocaine in mice. Eur J Neurosci. 41 (2), 216-226 (2015).
- Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
- Carro, E., Nunez, A., Busiguina, S., Torres-Aleman, I. Circulating insulin-like growth factor I mediates effects of exercise on the brain. J Neurosci. 20 (8), 2926-2933 (2000).
- Cotman, C. W., Berchtold, N. C. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Trends Neurosci. 25 (6), 295-301 (2002).
- Praag, H., Fleshner, M., Schwartz, M. W., Mattson, M. P. Exercise, energy intake, glucose homeostasis, and the brain. J Neurosci. 34 (46), 15139-15149 (2014).
- van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H. Neural consequences of environmental enrichment. Nat Rev Neurosci. 1 (3), 191-198 (2000).
- Hamilton, G. F., Criss, K. J., Klintsova, A. Y. Voluntary exercise partially reverses neonatal alcohol-induced deficits in mPFC layer II/III dendritic morphology of male adolescent rats. Synapse. 69 (8), 405-415 (2015).
- Goodlett, C. R., Thomas, J. D., West, J. R. Long-term deficits in cerebellar growth and rotarod performance of rats following "binge-like" alcohol exposure during the neonatal brain growth spurt. Neurotoxicol Teratol. 13 (1), 69-74 (1991).
- Goodlett, C. R., Lundahl, K. R. Temporal determinants of neonatal alcohol-induced cerebellar damage and motor performance deficits. Pharmacol Biochem Behav. 55 (4), 531-540 (1996).
- Boschen, K., Ruggiero, M., Klintsova, A. Neonatal binge alcohol exposure increases microglial activation in the developing rat hippocampus. Neuroscience. 324, 355-366 (2016).
- Goodlett, C. R., Peterson, S. D. Sex differences in vulnerability to developmental spatial learning deficits induced by limited binge alcohol exposure in neonatal rats. Neurobiol Learn Mem. 64 (3), 265-275 (1995).
- Murawski, N. J., Klintsova, A. Y., Stanton, M. E. Neonatal alcohol exposure and the hippocampus in developing male rats: effects on behaviorally induced CA1 c-Fos expression, CA1 pyramidal cell number, and contextual fear conditioning. Neuroscience. 206, 89-99 (2012).
- Thomas, J. D., Sather, T. M., Whinery, L. A. Voluntary exercise influences behavioral development in rats exposed to alcohol during the neonatal brain growth spurt. Behav Neurosci. 122 (6), 1264-1273 (2008).
- Hamilton, G. F., et al. Neonatal alcohol exposure disrupts hippocampal neurogenesis and contextual fear conditioning in adult rats. Brain Res. 1412, 88-101 (2011).
- Hamilton, G. F., et al. Exercise and environment as an intervention for neonatal alcohol effects on hippocampal adult neurogenesis and learning. Neuroscience. 265, 274-290 (2014).
- Kelly, S. J., Lawrence, C. R., Nagy, L. E. . Alcohol: Methods and Protocols. , (2008).
- Helfer, J. L., et al. Binge-like postnatal alcohol exposure triggers cortical gliogenesis in adolescent rats. J Comp Neurol. 514 (3), 259-271 (2009).
- Hamilton, G. F. . Behavioral Interventions to Alleviate the Impact of Neonatal Alcohol Exposure on Cell Morphology in the Rodent Hippocampus and Medial Prefrontal Cortex. Doctor of Philosophy thesis. , (2012).
- Klintsova, A. Y., et al. Persistent impairment of hippocampal neurogenesis in young adult rats following early postnatal alcohol exposure. Alcohol Clin Exp Res. 31 (12), 2073-2082 (2007).
- Brockett, A. T., LaMarca, E. A., Gould, E. Physical exercise enhances cognitive flexibility as well as astrocytic and synaptic markers in the medial prefrontal cortex. PLoS One. 10 (5), e0124859 (2015).
- Creer, D. J., Romberg, C., Saksida, L. M., van Praag, H., Bussey, T. J. Running enhances spatial pattern separation in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (5), 2367-2372 (2010).
- Patten, A. R., et al. The benefits of exercise on structural and functional plasticity in the rodent hippocampus of different disease models. Brain Plast. 1 (1), 97-127 (2015).
- Van der Borght, K., et al. Physical exercise leads to rapid adaptations in hippocampal vasculature: temporal dynamics and relationship to cell proliferation and neurogenesis. Hippocampus. 19 (10), 928-936 (2009).
- Johansson, B. B., Belichenko, P. V. Neuronal plasticity and dendritic spines: effect of environmental enrichment on intact and postischemic rat brain. J Cereb Blood Flow Metab. 22 (1), 89-96 (2002).
- Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. II. Synaptic morphometry. Brain Res. 351 (2), 215-226 (1985).
- Pham, T. M., Winblad, B., Granholm, A. C., Mohammed, A. H. Environmental influences on brain neurotrophins in rats. Pharmacol Biochem Behav. 73 (1), 167-175 (2002).
- Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
- Patten, A. R., et al. The Benefits of Exercise on Structural and Functional Plasticity in the Rodent Hippocampus of Different Disease Models. Brain Plasticity. 1 (1), 97-127 (2015).
- Abou-Ismail, U. A. Are the effects of enrichment due to the presence of multiple items or a particular item in the cages of laboratory rat?. Appl Ani Behav Sci. 134 (1-2), 72-82 (2011).
- Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nat Neurosci. 9 (4), 526-533 (2006).
- Boschen, K. E., Hamilton, G. F., Delorme, J. E., Klintsova, A. Y. Activity and social behavior in a complex environment in rats neonatally exposed to alcohol. Alcohol. 48 (6), 533-541 (2014).
- Artola, A., et al. Long lasting modulation of the induction of LTD and LTP in rat hippocampal CA1 by behavioural stress and environmental enrichment. Eur J Neurosci. 23 (1), 261-272 (2006).
- Bergami, M., et al. A critical period for experience-dependent remodeling of adult-born neuron connectivity. Neuron. 85 (4), 710-717 (2015).
- Fréchette, M., Rennie, K., Pappas, B. A. Developmental forebrain cholinergic lesion and environmental enrichment: behaviour, CA1 cytoarchitecture and neurogenesis. Brain Res. 1252, 172-182 (2009).
- Rogers, J., et al. Dissociating the therapeutic effects of environmental enrichment and exercise in a mouse model of anxiety with cognitive impairment. Transl Psychiatry. 6, e794 (2016).
