تقييم وظيفة الذاكرة في الفئران الصرع التي يسببها بيلوكاربين
Summary
تعرض هذه المقالة إجراءات تجريبية لتقييم ضعف الذاكرة في فئران الصرع الناجمة عن البيلوكاربين. يمكن استخدام هذا البروتوكول لدراسة الآليات الفسيولوجية المرضية للتدهور المعرفي المرتبط بالصرع ، والتي تعد واحدة من أكثر الأمراض المصاحبة شيوعًا في الصرع.
Abstract
الضعف الإدراكي هو واحد من الأمراض المصاحبة الأكثر شيوعا في الصرع الفص الصدغي. وللحد من التدهور المعرفي المرتبط بالصرع في نموذج الحيوان للصرع، قمنا بتوليد فئران الصرع المزمنة التي عولجت بالبيلوكاربين. نحن نقدم بروتوكولا لثلاثة اختبارات سلوكية مختلفة باستخدام هذه الفئران الصرع: موقع الكائن رواية (NL)، التعرف على الكائن رواية (NO)، وفصل نمط (PS) اختبارات لتقييم التعلم والذاكرة للأماكن والكائنات والسياقات، على التوالي. نحن نشرح كيفية تعيين الجهاز السلوكي وتوفير الإجراءات التجريبية لاختبارات NL و NO و PS بعد اختبار ميداني مفتوح يقيس أنشطة الحيوانات الحركية القاعدية. كما أننا نصف المزايا التقنية لاختبارات NL و NO و PS فيما يتعلق بالاختبارات السلوكية الأخرى لتقييم وظيفة الذاكرة في الفئران الصرع. وأخيرا، فإننا نناقش الأسباب والحلول المحتملة للفئران الصرع فشل لجعل 30 ق من اتصال جيد مع الكائنات خلال جلسات التعرّف، وهي خطوة حاسمة لنجاح اختبارات الذاكرة. وبالتالي، يوفر هذا البروتوكول معلومات مفصلة حول كيفية تقييم ضعف الذاكرة المرتبطة بالصرع باستخدام الفئران. NL، NO، وPS الاختبارات هي بسيطة وفعالة الاختبارات التي هي مناسبة لتقييم أنواع مختلفة من الذاكرة في الفئران الصرع.
Introduction
الصرع هو اضطراب مزمن يتميز بالنوبات المتكررة العفوية1،2،3. لأن النوبات المتكررة يمكن أن تسبب تشوهات هيكلية ووظيفية في الدماغ1,2,3, يمكن أن يساهم نشاط النوبات غير الطبيعي في الخلل المعرفي ، والذي يعد واحدًا من أكثرالأمراضالمصاحبة للصرع 4،5،6. على عكس أحداث النوبات المزمنة ، والتي هي عابرة ولحظة ، يمكن أن تستمر العاهات الإدراكية طوال حياة مرضى الصرع ، مما يؤدي إلى تدهور نوعية حياتهم. لذلك ، من المهم فهم الآليات الفسيولوجية المرضية للتدهور المعرفي المرتبط بالصرع.
وقد استخدمت نماذج الحيوانات التجريبية المختلفة من الصرع لإثبات العجز في التعلم والذاكرة المرتبطة الصرع المزمن7،8،9،10،11،12. على سبيل المثال ، تم استخدام متاهة مياه موريس ، وتكييف الخوف السياقي ، ولوحة الثقب ، وموقع الكائن الجديد (NL) ، واختبارات التعرف على الكائن الجديدة (NO) في كثير من الأحيان لتقييم خلل الذاكرة في صرع الفص الصدغي (TLE). نظرًا لأن قرن آمون هو أحد المناطق الأساسية التي يظهر فيها TLE علم الأمراض ، فإن الاختبارات السلوكية التي يمكنها تقييم وظيفة الذاكرة المعتمدة على قرن آمون غالبًا ما يتم اختيارها بشكل تفضيلي. ومع ذلك، بالنظر إلى أن النوبات يمكن أن تحفز تكوين الأعصاب فرس النهر المنحرف والمساهمة في التدهور المعرفي المرتبطة بالصرع10، النماذج السلوكية لاختبار وظيفة الخلايا العصبية الوليدة (أي فصل النمط المكاني ، PS)8،13 يمكن أن توفر أيضًا معلومات قيمة حول الآليات الخلوية لضعف الذاكرة في الصرع.
في هذه المقالة، ونحن نظهر بطارية من اختبارات الذاكرة، NL، لا، وPS، للفئران الصرع. الاختبارات بسيطة ويمكن الوصول إليها بسهولة ولا تتطلب نظام متطور.
Protocol
Representative Results
Discussion
يصف هذا العمل الإجراءات التجريبية لتقييم الوظيفة المعرفية لدى الفئران المصابة بالصرع المزمن. يتم استخدام العديد من نماذج الاختبار السلوكي المختلفة لتقييم وظائف التعلم والذاكرة في الفئران18. متاهة المياه موريس، متاهة الذراع شعاعي، Y-متاهة، تكييف الخوف السياقي، والاختبارات ا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونشكر الدكتور جاي مين لي على دعمه التقني. تم دعم هذا العمل من خلال منح المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) الممولة من الحكومة الكورية (NRF-2019R1A2C1003958، NRF-2019K2A9A2A08000167).
Materials
| 1 ml syringe | Sung-shim | Use with the 26 or 30 gauge needle | |
| 70% Ethanol | Duksan | UN1170 | Spray to clean the box and objects |
| black curtain | For avoiding unnecessary visual cues | ||
| Cresyl violet | Sigma | C5042 | For Cresyl violet staining |
| cryotome | Leica | E21040041 | For tissue sectioning |
| double-sided sticky tape | For the firm placement of the objects | ||
| DPX mounting medium | Sigma | 06522 | |
| ethanol series | Duksan | UN1170 | Make 100%, 95%, 90%, 80%, 70% ethanol solutions |
| floor plate with narrow grid patterns | Leehyo-bio | Behavioral experiment equipment, plate size: 42.5 x 42.5 x 0.5 cm, grid size: 2.75 x 2.75 cm | |
| floor plate with wide grid patterns | Leehyo-bio | Behavioral experiment equipment, plate size: 42.5 x 42.5 x 0.5 cm, grid size: 5.5 x 5.5 cm | |
| illuminometer | TES Electrical Electronic Corp. | 1334A | For the measurement of the room lighting (60 Lux) |
| Intensive care unit | Thermocare | #W-1 | |
| ketamine hydrochloride | Yuhan | 7003 | Use to anesthetize the mouse for transcardial perfusion |
| LED lamp | Lungo | P13A-0422-WW-04 | Lighting for the behavioral test room |
| objects | Rubber doll, 50 ml plastic tube, glass Coplin jar, plastic T-flask, glass bottle | ||
| open field box | Leehyo-bio | Behavioral experiment equipment, size: 44 x 44 x 31 cm | |
| paper towel | Yuhan-Kimberly | 47201 | Use to dry open field box and objects |
| paraformaldehyde | Merck Millipore | 104005 | Make 4% solution |
| pilocarpine hydrochloride | Sigma | P6503 | |
| ruler | Use to locate the objects in the open field box | ||
| scopolamine methyl nitrate | Sigma | S2250 | Make 10X stock |
| Smart system 3.0 | Panlab | Video tracking system | |
| stopwatch | Junso | JS-307 | For the measurement of explorative activities of mice |
| sucrose | Sigma | S9378 | For cryoprotection of tissue sections |
| terbutaline hemisulfate salt | Sigma | T2528 | Make 10X stock |
| video camera (CCD camera) | Vision | VCE56HQ-12 | Place the camera directly overhead of the open field box |
| xylazine (Rompun) | Bayer korea | KR10381 | Use to anesthetize the mouse for transcardial perfusion |
| xylene | Duksan | UN1307 | For Cresyl violet staining |
References
- Chang, B. S., Lowenstein, D. H. Mechanisms of disease – Epilepsy. New England Journal of Medicine. 349 (13), 1257-1266 (2003).
- Scharfman, H. E. The neurobiology of epilepsy. Current Neurology and Neuroscience Report. 7 (4), 348-354 (2007).
- Rakhade, S. N., Jensen, F. E. Epileptogenesis in the immature brain: emerging mechanisms. Nature Reviews in Neurology. 5 (7), 380-391 (2009).
- Breuer, L. E., et al. Cognitive deterioration in adult epilepsy: Does accelerated cognitive ageing exist. Neuroscience and Biobehavior Reviews. 64, 1-11 (2016).
- Leeman-Markowski, B. A., Schachter, S. C. Treatment of Cognitive Deficits in Epilepsy. Neurology Clinics. 34 (1), 183-204 (2016).
- Helmstaedter, C., Elger, C. E. Chronic temporal lobe epilepsy: a neurodevelopmental or progressively dementing disease. Brain. 132, 2822-2830 (2009).
- Groticke, I., Hoffmann, K., Loscher, W. Behavioral alterations in the pilocarpine model of temporal lobe epilepsy in mice. Experimental Neurology. 207 (2), 329-349 (2007).
- Long, Q., et al. Intranasal MSC-derived A1-exosomes ease inflammation, and prevent abnormal neurogenesis and memory dysfunction after status epilepticus. Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 114 (17), 3536-3545 (2017).
- Lima, I. V. A., et al. Postictal alterations induced by intrahippocampal injection of pilocarpine in C57BL/6 mice. Epilepsy & Behavior. 64, 83-89 (2016).
- Cho, K. O., et al. Aberrant hippocampal neurogenesis contributes to epilepsy and associated cognitive decline. Nature Communication. 6, 6606 (2015).
- Zhou, Q., et al. Adenosine A1 Receptors Play an Important Protective Role Against Cognitive Impairment and Long-Term Potentiation Inhibition in a Pentylenetetrazol Mouse Model of Epilepsy. Molecular Neurobiology. 55 (4), 3316-3327 (2018).
- Jiang, Y., et al. Ketogenic diet attenuates spatial and item memory impairment in pentylenetetrazol-kindled rats. Brain Research. 1646, 451-458 (2016).
- Zhuo, J. M., et al. Young adult born neurons enhance hippocampal dependent performance via influences on bilateral networks. Elife. 5, 22429 (2016).
- Kim, J. E., Cho, K. O. The Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy and EEG Monitoring Using Radiotelemetry System in Mice. Journal of Visualized Experiments. (132), e56831 (2018).
- Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. Journal of Visualized Experiments. (65), e3564 (2012).
- Muller, C. J., Groticke, I., Bankstahl, M., Loscher, W. Behavioral and cognitive alterations, spontaneous seizures, and neuropathology developing after a pilocarpine-induced status epilepticus in C57BL/6 mice. Experimental Neurology. 219 (1), 284-297 (2009).
- Brandt, C., Gastens, A. M., Sun, M., Hausknecht, M., Loscher, W. Treatment with valproate after status epilepticus: effect on neuronal damage, epileptogenesis, and behavioral alterations in rats. Neuropharmacology. 51 (4), 789-804 (2006).
- Wolf, A., Bauer, B., Abner, E. L., Ashkenazy-Frolinger, T., Hartz, A. M. A Comprehensive Behavioral Test Battery to Assess Learning and Memory in 129S6/Tg2576 Mice. PLoS One. 11 (1), 0147733 (2016).
- Lueptow, L. M. Novel Object Recognition Test for the Investigation of Learning and Memory in Mice. Journal of Visualized Experiments. (126), e55718 (2017).
- Antunes, M., Biala, G. The novel object recognition memory: neurobiology, test procedure, and its modifications. Cognitive Processing. 13 (2), 93-110 (2012).
- van Goethem, N. P., van Hagen, B. T. J., Prickaerts, J. Assessing spatial pattern separation in rodents using the object pattern separation task. Nature Protocols. 13 (8), 1763-1792 (2018).
- Leger, M., et al. Object recognition test in mice. Nature Protocols. 8 (12), 2531-2537 (2013).
- Moscovitch, M., Cabeza, R., Winocur, G., Nadel, L. Episodic Memory and Beyond: The Hippocampus and Neocortex in Transformation. Annual Reviews in Psychology. 67, 105-134 (2016).
- Eichenbaum, H. A cortical-hippocampal system for declarative memory. Nature Reviews Neuroscience. 1 (1), 41-50 (2000).
- Brown, M. W., Aggleton, J. P. Recognition memory: What are the roles of the perirhinal cortex and hippocampus. Nature Reviews Neuroscience. 2 (1), 51-61 (2001).
- Winters, B. D., Forwood, S. E., Cowell, R. A., Saksida, L. M., Bussey, T. J. Double dissociation between the effects of peri-postrhinal cortex and hippocampal lesions on tests of object recognition and spatial memory: Heterogeneity of function within the temporal lobe. Journal of Neuroscience. 24 (26), 5901-5908 (2004).
- Winters, B. D., Bussey, T. J. Transient inactivation of perirhinal cortex disrupts encoding, retrieval, and consolidation of object recognition memory. Journal of Neuroscience. 25 (1), 52-61 (2005).
- Bermudez-Rattoni, F., Okuda, S., Roozendaal, B., McGaugh, J. L. Insular cortex is involved in consolidation of object recognition memory. Learning & Memory. 12 (5), 447-449 (2005).
- Akirav, I., Maroun, M. Ventromedial prefrontal cortex is obligatory for consolidation and reconsolidation of object recognition memory. Cerebral Cortex. 16 (12), 1759-1765 (2006).
- Cohen, S. J., Stackman, R. W. Assessing rodent hippocampal involvement in the novel object recognition task. A review. Behavior Brain Research. 285, 105-117 (2015).
- Cohen, S. J., et al. The Rodent Hippocampus Is Essential for Nonspatial Object Memory. Current Biology. 23 (17), 1685-1690 (2013).
- Broadbent, N. J., Gaskin, S., Squire, L. R., Clark, R. E. Object recognition memory and the rodent hippocampus. Learning and Memory. 17 (1), 5-11 (2010).
- Tuscher, J. J., Taxier, L. R., Fortress, A. M., Frick, K. M. Chemogenetic inactivation of the dorsal hippocampus and medial prefrontal cortex, individually and concurrently, impairs object recognition and spatial memory consolidation in female mice. Neurobiology of Learning and Memory. 156, 103-116 (2018).
- de Lima, M. N., Luft, T., Roesler, R., Schroder, N. Temporary inactivation reveals an essential role of the dorsal hippocampus in consolidation of object recognition memory. Neuroscience Letters. 405 (1-2), 142-146 (2006).
- Hammond, R. S., Tull, L. E., Stackman, R. W. On the delay-dependent involvement of the hippocampus in object recognition memory. Neurobiology of Learning and Memory. 82 (1), 26-34 (2004).
- Clark, R. E., Zola, S. M., Squire, L. R. Impaired recognition memory in rats after damage to the hippocampus. Journal of Neuroscience. 20 (23), 8853-8860 (2000).
- Stackman, R. W., Cohen, S. J., Lora, J. C., Rios, L. M. Temporary inactivation reveals that the CA1 region of the mouse dorsal hippocampus plays an equivalent role in the retrieval of long-term object memory and spatial memory. Neurobiology of Learning and Memory. 133, 118-128 (2016).
- Mumby, D. G., Gaskin, S., Glenn, M. J., Schramek, T. E., Lehmann, H. Hippocampal damage and exploratory preferences in rats: memory for objects, places, and contexts. Learning & Memory. 9 (2), 49-57 (2002).
- Jeong, K. H., Lee, K. E., Kim, S. Y., Cho, K. O. Upregulation of Kruppel-Like Factor 6 in the Mouse Hippocampus after Pilocarpine-Induced Status Epilepticus. Neuroscience. 186, 170-178 (2011).
- Kim, J. E., Cho, K. O. The Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy and EEG Monitoring Using Radiotelemetry System in Mice. Journal of Visualized Experiments. (132), e56831 (2018).
- Jiang, Y., et al. Abnormal hippocampal functional network and related memory impairment in pilocarpine-treated rats. Epilepsia. 59 (9), 1785-1795 (2018).
- Wang, L., Liu, Y. H., Huang, Y. G., Chen, L. W. Time-course of neuronal death in the mouse pilocarpine model of chronic epilepsy using Fluoro-Jade C staining. Brain Research. 1241, 157-167 (2008).
- Detour, J., Schroeder, H., Desor, D., Nehlig, A. A 5-month period of epilepsy impairs spatial memory, decreases anxiety, but spares object recognition in the lithium-pilocarpine model in adult rats. Epilepsia. 46 (4), 499-508 (2005).
- Benini, R., Longo, D., Biagini, G., Avoli, M. Perirhinal Cortex Hyperexcitability in Pilocarpine-Treated Epileptic Rats. Hippocampus. 21 (7), 702-713 (2011).
- Yassa, M. A., Stark, C. E. Pattern separation in the hippocampus. Trends in Neurosciences. 34 (10), 515-525 (2011).
- Goncalves, J. T., Schafer, S. T., Gage, F. H. Adult Neurogenesis in the Hippocampus: From Stem Cells to Behavior. Cell. 167 (4), 897-914 (2016).
- Sahay, A., et al. Increasing adult hippocampal neurogenesis is sufficient to improve pattern separation. Nature. 472 (7344), 466-539 (2011).
