تحليل مشية منخفضة التكلفة للنمط الفينومابي لنماذج الماوس من الأمراض العصبية العضلية
Summary
تحليل البصمة هو بديل منخفض التكلفة لبرامج تحليل المشية الرقمية للباحثين تحديد حجم تشوهات الحركة في الفئران. بسبب سرعتها، والبساطة، والإمكانات الطولية، وهو مثالي للنماذج الفينومية السلوكية لنماذج الماوس.
Abstract
قياس الحركة الحيوانية هو أداة سلوكية شائعة تستخدم لوصف النمط الظاهري لمرض معين، أو إصابة، أو نموذج المخدرات. طريقة منخفضة التكلفة لتحليل مشية أظهرت هنا هو مقياس بسيط ولكن فعال من تشوهات مشية في نماذج murine. يتم تحليل آثار الأقدام عن طريق طلاء أقدام الماوس بطلاء غير سام قابل للغسل والسماح للموضوع بالسير عبر نفق على ورقة. تصميم نفق الاختبار يستفيد من سلوك الماوس الطبيعي وتقاربها للأماكن المظلمة الصغيرة. يتم قياس طول الخطوة، وعرض خطوة، وانتشار اصبع القدم من كل ماوس بسهولة باستخدام مسطرة وقلم رصاص. هذا هو أسلوب راسخة وموثوق بها، وأنها تولد العديد من المقاييس التي هي مماثلة للنظم الرقمية. هذا النهج حساس بما فيه الكفاية للكشف عن التغيرات في خطوة في وقت مبكر من العرض العرضي النمط الظاهري، ونظرا لنهجها غير الغازية، فإنه يسمح لاختبار المجموعات عبر مدى الحياة أو العرض العرضي الفينوتي.
Introduction
تتطلب الحركة التنسيق العصبي والعضلي الهيكلي المعقد، ويمكن أن يؤدي العجز في جانب واحد من مسارات المحرك إلى تشوهات مشية يمكن ملاحظتها1،2. تحليل مشية هو أداة حاسمة للباحثين اختبار نماذج الماوس لأنه يوفر بيانات سلوكية قابلة للقياس الكمي حول كيفية تأثير مرض معين، أو إصابة، أو المخدرات على حركة الحيوان3. ومع ذلك، يتطلب تحليل المشية الرقمية شراء جهاز المشي، والكاميرا، والبرامج المرتبطة بها، والتي يمكن أن تكون باهظة التكلفة للباحثين. وغالبا ما يستخدم تحليل مشية بشكل متقطع لتتبع التغيرات الطولية في وظيفة المحرك، وبالتالي قد يكون من الصعب تبرير النفقات إذا استخدمت بشكل متقطع4. على الرغم من أن التحليلات الرقمية قد توفر مقاييس مشية أكثر تفصيلاً من تحليل البصمة البسيط، فإن هذه التدابير الأكثر تعقيداً ليست دائماً ضرورية أو ذات صلة بتوصيف النمط الظاهري السلوكي5.
هنا نقدم طريقة تحليل بصمة يدوية منخفضة التكلفة كبديل سريع وحساس لبرامج تحليل مشية رقمية6و7. وقد ثبت تحليل البصمة اليدوية للكشف عن اختلافات كبيرة مشية في العديد من نماذج مرض المورين4،7،8،9،10،11 ،12،13،14،15،16،17، وفي حالة واحدة على الأقل ، حددت هذه الطريقة منخفضة التكلفة التغييرات في مشية أن لم يتم الكشف عنها من قبل برنامج تحليل مشية رقمية مشتركة12. التكلفة الإجمالية للمواد اسمية، ويمكن تكييفها بسهولة مع نماذج أبحاث القوارض الأخرى.
في حين أن هناك العديد من مقاييس المشي المختلفة التي يمكن استخلاص البيانات منها، فإن الطريقة التي نصفها تركز على ثلاثة مقاييس محددة: طول الخطوة، وعرض الخطوة (المعروف أيضًا باسم “عرض المسار”)، وانتشار اصبع القدم. ومن المهم ملاحظة أن البارامترات التي يتعين تقييمها ينبغي أن تحدد على أساس كل نموذج على حدة. لم يتم تصميم هذه الطريقة لتحليل مشية لقياس الوظيفة المعرفية ، ولا ينصح للدراسات التي تتطلب قياسات حيوية ميكانيكية معقدة من مشية16.
نقدم بيانات سلوكية من مجموعة من الفئران قبل وبعد الأعراض النمذجة X-المرتبطة ضمور العضلات العمود الفقري وبولبار (SBMA)، وهو مرض عصبي عضلي يتميز بانحطاط الخلايا العصبية الحركية وضمور العضلات. هذه الفئران تطوير العجز التدريجي في مشية التي تتزامن مع ظهور الأنماط الظاهرية الأخرى الخاصة بالأمراض. وهذا يدل على صحة وخصوصية هذه الطريقة، ويؤكد أنه يمكن أن يميز بشكل موثوق بين الحيوانات المتأثرة وغير المتأثرة.
كانت الفئران التجريبية في هذه الدراسة 2.5 (قبل الأعراض) و 9 أشهر من العمر (بعد أعراض) BAC fxAR121 الفئران المعدلة وراثيا على خلفية C57BL/6 (نexpt= 12). تم إنشاء هذا النموذج في مختبرنا، وقد وصفت تماما كنموذج الماوس قوية من SBMA9. واستُخدمت القمامة غير المحورة وراثياً كضوابط (nctrl=8). SBMA هو مرض محدود الجنس الذي يتجلى تماما في الذكور فقط، لذلك تم استخدام الفئران الذكور حصرا لهذه الدراسة. خلال مراحل التخطيط، يجب على الباحثين أن يأخذوا في الاعتبار اعتبارات المعاهد الوطنية للصحة حول الجنس كمتغير بيولوجي لتحديد أحجام المجموعات وتكوينها18.
Protocol
Representative Results
Discussion
باستخدام طريقة تحليل مشية منخفضة التكلفة الموضحة أعلاه، نعرض التعرف الناجح على العديد من المعلمات من خلل المشية في العصور ما بعد الأعراض في نموذج الماوس BAC fxAR121 من SBMA. انخفاض في طول خطوة تتفق مع الدراسات السابقة SBMA من نماذج الماوس والمرضى الإنسان9. كما نبين لأول مرة أن هناك اخت?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويود أصحاب البلاغ أن يشكروا أ. م. على المساعدة في تحديد هوية الحيوانات. وقد تم دعم هذا العمل بمنح من المعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة (R01 7 RF1 AG057264 إلى A.R.L.S. و C.J.C. و R01 NS100023 إلى A.R.L.S) وجمعية ضمور العضلات (منحة البحوث الأساسية لA.R.L.S.، منحة التنمية إلى C.J.C.).
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 |
References
- 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. Neuroscience. 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).
