Análisis de la gait de bajo costo para el fenotipado conductual de modelos de ratón de enfermedad neuromuscular
Summary
El análisis de huellas es una alternativa de bajo costo a los programas de análisis de marcha digitalizados para investigadores que cuantifican las anomalías del movimiento en ratones. Debido a su velocidad, simplicidad y potencial longitudinal, es ideal para la fenotipado conductual de modelos de ratón.
Abstract
La medición de la locomoción animal es una herramienta de comportamiento común utilizada para describir el fenotipo de una enfermedad, lesión o modelo de fármacos determinados. El método de bajo costo de análisis de marcha demostrado aquí es una medida simple pero efectiva de las anomalías de la marcha en los modelos murinos. Las huellas se analizan pintando los pies de un ratón con pintura lavable no tóxica y permitiendo que el sujeto camine a través de un túnel en una hoja de papel. El diseño del túnel de prueba aprovecha el comportamiento natural del ratón y su afinidad por pequeños lugares oscuros. La longitud de zancada, el ancho de zancada y la dispersión de los dedos de los dedos de cada ratón se miden fácilmente con una regla y un lápiz. Este es un método bien establecido y confiable, y genera varias métricas que son análogas a los sistemas digitales. Este enfoque es lo suficientemente sensible como para detectar cambios en la zancada al principio de la presentación de fenotipos, y debido a su enfoque no invasivo, permite realizar pruebas de grupos a lo largo de la vida útil o presentación fenotípica.
Introduction
La locomotora requiere una coordinación neurológica y musculoesquelética compleja, y los déficits en un solo aspecto de las vías motoras pueden producir anomalías observables de la marcha1,2. El análisis de gait es una herramienta crítica para los investigadores que prueban modelos de ratón porque proporciona datos de comportamiento cuantificables sobre cómo una determinada enfermedad, lesión o fármaco afecta el movimiento de un animal3. Sin embargo, el análisis digitalizado de la marcha requiere la compra de una cinta de correr, una cámara y software asociado, que puede ser prohibitivamente caro para los investigadores. El análisis de gait se utiliza a menudo intermitentemente para rastrear los cambios longitudinales en la función motora, por lo tanto, puede ser difícil justificar el gasto si se utiliza esporádicamente4. Aunque los análisis digitalizados pueden proporcionar métricas de marcha más detalladas que el simple análisis de huellas, estas medidas más complejas no siempre son necesarias o relevantes para la caracterización de un fenotipo conductual5.
Aquí presentamos un método de análisis manual de huellas de bajo costo como una alternativa rápida y sensible a los programas de análisis de marcha digitalizado6,7. Se ha demostrado que el análisis manual de la huella detecta diferencias significativas en la marcha en una multitud de modelos de enfermedad murina4,7,8,9,10,11 ,12,13,14,15,16,17, y en al menos un caso, este método de bajo costo identificó cambios en la marcha que no fueron detectados por un programa común de análisis de marcha digitalizado12. El costo total de los materiales es nominal, y se puede adaptar fácilmente a otros modelos de investigación de roedores.
Aunque hay muchas métricas de marcha diferentes a partir de las cuales se pueden extraer datos, el método que describimos se centra en tres métricas específicas: longitud de zancada, ancho de zancada (también llamado “ancho de pista”) y dispersión de los dedos de los dedos. Es importante tener en cuenta que los parámetros que deben evaluarse deben determinarse modelo por modelo. Este método de análisis de marcha no está diseñado para medir la función cognitiva, y no se recomienda para estudios que requieren mediciones biomecánicas complejas de la marcha16.
Presentamos datos de comportamiento de una cohorte de ratones pre y postsintomáticos que modelan la atrofia muscular espinal y bulbar ligada al X (SBMA), una enfermedad neuromuscular caracterizada por la degeneración de las neuronas motoras y la atrofia muscular. Estos ratones desarrollan déficits progresivos en la marcha que coinciden con la aparición de otros fenotipos específicos de la enfermedad. Esto demuestra la validez y especificidad de este método, y confirma que puede discriminar de forma fiable entre los animales afectados y los no afectados.
Los ratones experimentales en este estudio fueron 2.5 (presintomáticos) y 9-meses de edad (post-sintomático) bac fxAR121 ratones transgénicos sobre un fondo C57BL/6 (nexptn.o 12). Este modelo fue generado en nuestro laboratorio y se ha caracterizadoplenamente como un potente modelo de ratón de SBMA 9. Se utilizaron camadas no transgénicas como controles (nctrln.o 8). SBMA es una enfermedad limitada por sexo que se manifiesta completamente en los hombres solamente, por lo que los ratones machos se utilizaron exclusivamente para este estudio. Durante las etapas de planificación, los investigadores deben tener en cuenta las consideraciones de sexo de los Institutos Nacionales de Salud como variable biológica para determinar el tamaño del grupo y la composición18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Utilizando el método de análisis de marcha de bajo costo descrito anteriormente, mostramos una identificación exitosa de varios parámetros de la disfunción de la marcha a edades post-sintomáticas en el modelo de ratón BAC fxAR121 de SBMA. Las disminuciones en la longitud de zancada son consistentescon estudios anteriores de SBMA de modelos de ratón y pacientes humanos 9. También demostramos por primera vez que hay diferencias significativas en la propagación del dedo del pie en las extre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a A.M. por la asistencia para la identificación de animales. Este trabajo fue apoyado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos (R01 7 RF1 AG057264 a A.R.L.S. y C.J.C. y R01 NS100023 a A.R.L.S) y la Asociación de Distrofia Muscular (Beca de Investigación Básica a A.R.L.S., Subvención de Desarrollo a C.J.L.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 |
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