Nöromusküler hastalığın fare modellerinin davranışsal phenotyping için düşük maliyetli yürüyüş analizi
Summary
Ayak izi analizi farelerde hareket anomalilerini ölçerek araştırmacılar için dijıtleştirilmiş yürüyüş analiz programlarına düşük maliyetli bir alternatiftir. Hız, basitlik ve uzunlamasına potansiyel nedeniyle, fare modellerinin davranışsal fenotiplemeyi için idealdir.
Abstract
Hayvan lokomotif ölçümü, belirli bir hastalığın, yaralanmanın veya ilaç modelinin fenotipini tanımlamak için kullanılan ortak bir davranış aracıdır. Burada gösterilen yürüme analizinin düşük maliyetli yöntemi, duvar modellerinde yürüyüş anomalilerinin basit ama etkili bir ölçüsüdür. Ayak izleri toksik olmayan yıkanabilir boya ile bir fare ayakları boyama ve konu kağıt bir levha üzerinde bir tünelden yürümek izin tarafından analiz edilir. Test tünelinin tasarımı, doğal fare davranışından ve küçük karanlık yerlerin yakınlık avantajlarından yararlanır. Adım uzunluğu, adım genişliği, ve Toe Spread her fare kolayca bir cetvel ve bir kalem kullanılarak ölçülür. Bu iyi kurulmuş ve güvenilir bir yöntemdir ve dijital sistemlere benzer çeşitli ölçümler üretir. Bu yaklaşım, fenotip sunumunda erken dönemde yapılan değişiklikleri algılamak için yeterli hassastır ve non-invaziv yaklaşımı nedeniyle, yaşam açıklığı veya fenotipik sunum arasında grupların test edilmesini sağlar.
Introduction
Lokomotasyon karmaşık nörolojik ve kas-iskelet koordinasyonunu gerektirir, ve motor yollarının tek bir yönü içinde açıkları gözlemlenebilir yürüyüş anomalileri üretebilir1,2. Yürüyüş analizi, belirli bir hastalığın, yaralanmanın veya ilacın bir hayvanın hareketini3‘ ün nasıl etkilediği konusunda ölçülebilir davranış verileri sağladığı için, fare modellerini test ederek araştırmacılar için kritik bir araçtır. Ancak, sayısallaştırılmış yürüyüş analizi bir koşu bandı, bir kamera satın almak ve ilgili yazılım, hangi yasak araştırmacılar için pahalı olabilir gerektirir. Yürüme Analizi genellikle motor fonksiyonunda uzunlamasına değişiklikleri izlemek için zaman zaman kullanılır, dolayısıyla spor4kullanıldığında harcamalar haklı zor olabilir. Dijitalleştirilmiş analizler basit ayak izi analizinden daha ayrıntılı yürüyüş ölçümleri sağlayabilse de, bu daha karmaşık önlemler her zaman gerekli veya davranışsal fenotip5karakterizasyonu için uygun değildir.
Burada düşük maliyetli manuel ayak izi analizi yöntemi, sayısallaştırılmış yürüme Analizi programları6,7hızlı ve hassas bir alternatif olarak sunuyoruz. El ayak izi analizi, murine hastalığı modellerinin çok sayıda önemli yürüyüş farklılıkları algılamak için gösterildi4,7,8,9,10,11 ,12,13,14,15,16,17, ve en az bir durumda, bu düşük maliyetli Yöntem yürüyüş değişiklikleri tespit ortak dijıtleştirilmiş yürüme analizi programı tarafından algılanmadı12. Malzemelerin toplam maliyeti nominal, ve kolayca diğer kemirgen araştırma modelleri adapte edilebilir.
Veri çizilebilir birçok farklı yürüyüş ölçümleri olsa da, biz tarif yöntemi üç özel ölçümleri odaklanır: adım uzunluğu, adım genişliği (aka “parça genişliği”), ve Toe Spread. Değerlendirilecek parametreler modeli model temelinde belirlenmelidir dikkat etmek önemlidir. Bu yürüyüş analizi yöntemi, bilişsel işlevi ölçmek için tasarlanmamıştır ve yürüyüş16‘ nın kompleks biyomekanik ölçümleri gerektiren çalışmalar için önerilmez.
Motor nöron dejenerasyonu ve kas atrofisi ile karakterize nöromüsküler bir hastalık olan X-bağlantılı spinal ve bulbar kas atrofisi (SBMA) modelleme öncesi ve sonrası semptomatik farelerden oluşan bir kohort yoluyla davranış verilerini sunuyoruz. Bu fareler, diğer hastalığa özgü fenotiplerin başlangıcına denk gelen yürüme içinde Progressive açıkları geliştirir. Bu, bu yöntemin geçerliliğini ve özgüllüğünü gösterir ve etkilenen ve etkilenmeyen hayvanlar arasında güvenilir bir şekilde ayrımcılık yapılacağını doğrular.
Bu çalışmada deneysel fareler, C57BL/6 arka planda (nexpt= 12) 2,5 (önceden semptomatik) ve 9 aylık (sonrası SEMPTOMATIK) Bac fxAR121 transjenik fareler idi. Bu model bizim laboratuvarımızda oluşturulan ve tamamen SBMA9güçlü bir fare modeli olarak karakterize edilmiştir. Transgenik olmayan Littermates kontrol olarak kullanıldı (nCTRL= 8). SBMA, sadece erkeklerde tam olarak ortaya çıkmış seks sınırlı bir hastalıktır, bu nedenle erkek fareler bu çalışma için özel olarak kullanılmıştır. Planlama aşamalarında, araştırmacılar dikkate Grup boyutları ve kompozisyon18belirlemek için biyolojik bir değişken olarak cinsel sağlık ‘s hususlar Ulusal Enstitüleri almak gerekir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yukarıda açıklanan düşük maliyetli yürüyüş analizi yöntemini kullanarak, SBMA BAC fxAR121 fare modelinde Post-semptomatik yaşlarda yürüyüş disfonksiyon çeşitli parametrelerin başarılı bir şekilde tanımlanmasını göstermektedir. Adım uzunlukları azalma fare modelleri ve insan hastaları önceki SBMA çalışmaları ile tutarlı9. Ayrıca ilk kez, transgenik olmayan litre kontrollerine kıyasla semptomatik SBMA farelerinde arka ekstremite ayak yayında önemli farklar oldu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, hayvan tanımlama Yardımı için A.M. ‘e teşekkür etmek istiyor. Bu çalışma ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri (R01 7 RF1 AG057264 için A.R.L.S. ve C.J.C. ve R01 NS100023 A. R. L. S) ve kas distrofi Derneği (A.R.L.S. için temel araştırma Grant, C.J.C. geliştirme Grant) tarafından destekleniyordu.
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).
