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Behavior

Beurteilung der Gedächtnisfunktion bei Pilocarpin-induzierten epileptischen Mäusen

Published: June 04, 2020
doi:
10.3791/60751
, , ,
1Department of Pharmacology, Department of Biomedicine & Health Sciences, Catholic Neuroscience Institute, Institute of Aging and Metabolic Diseases, College of Medicine,The Catholic University of Korea

Summary

Dieser Artikel stellt experimentelle Verfahren zur Beurteilung von Gedächtnisstörungen bei pilocarpine-induzierten epileptischen Mäusen vor. Dieses Protokoll kann verwendet werden, um die pathophysiologischen Mechanismen der Epilepsie-assoziierten kognitiven Abnahme zu studieren, die eine der häufigsten Komorbiditäten bei Epilepsie ist.

Abstract

Kognitive Beeinträchtigung ist eine der häufigsten Komorbiditäten bei der temporalen Lappenepilepsie. Um epilepsieassoziierte kognitive Abnahme in einem Tiermodell der Epilepsie zu rekapitulieren, haben wir pilocarpinebehandelte chronische epileptische Mäuse generiert. Wir präsentieren ein Protokoll für drei verschiedene Verhaltenstests mit diesen epileptischen Mäusen: neuartige Objektposition (NL), neuartige Objekterkennung (NO) und Mustertrennungstests (PS), um Lernen und Gedächtnis für Orte, Objekte bzw. Kontexte zu bewerten. Wir erklären, wie man die Verhaltensvorrichtungen einstellt und experimentelle Verfahren für die NL-, NO- und PS-Tests nach einem Offenen Feldtest durchführt, der die basalen Bewegungsaktivitäten der Tiere misst. Wir beschreiben auch die technischen Vorteile der NL-, NO- und PS-Tests im Vergleich zu anderen Verhaltenstests zur Beurteilung der Gedächtnisfunktion bei epileptischen Mäusen. Schließlich besprechen wir mögliche Ursachen und Lösungen für epileptische Mäuse, die während der Einarbeitungssitzungen keinen guten Kontakt zu den Objekten herstellen, was ein entscheidender Schritt für erfolgreiche Gedächtnistests ist. Daher bietet dieses Protokoll detaillierte Informationen darüber, wie Epilepsie-assoziierte Gedächtnisstörungen mit Mäusen bewertet werden können. Die NL-, NO- und PS-Tests sind einfache, effiziente Assays, die für die Bewertung verschiedener Arten von Gedächtnis bei epileptischen Mäusen geeignet sind.

Introduction

Epilepsie ist eine chronische Erkrankung, die durch spontane wiederkehrende Anfälle1,2,3gekennzeichnet ist. Da sich wiederholende Anfälle strukturelle und funktionelle Anomalien im Gehirn verursachen können1,2,3, abnormale Anfallsaktivität kann zu kognitiver Dysfunktion beitragen, Die eine der häufigsten Epilepsie-assoziierten Komorbiditäten4,5,6. Im Gegensatz zu den chronischen Anfallsereignissen, die vorübergehend und vorübergehend sind, können kognitive Beeinträchtigungen im Leben epileptischer Patienten fortbestehen und ihre Lebensqualität verschlechtern. Daher ist es wichtig, die pathophysiologischen Mechanismen des epilepsieassoziierten kognitiven Rückgangs zu verstehen.

Verschiedene experimentelle Tiermodelle der Epilepsie wurden verwendet, um die Lern- und Gedächtnisdefizite im Zusammenhang mit chronischer Epilepsie7,8,9,,10,11,12zu demonstrieren. Zum Beispiel wurden häufig das Morris-Wasserlabyrinth, die kontextuelle Angstkonditionierung, Das Hole-Board, die neue Objektposition (NL) und die Tests zur neuartigen Objekterkennung (NO) verwendet, um Gedächtnisfunktionsstörungen bei der temporalen Lappenepilepsie (TLE) zu bewerten. Da der Hippocampus einer der primären Regionen ist, in denen TLE Pathologie zeigt, werden Verhaltenstests, die hippocampus-abhängige Gedächtnisfunktion bewerten können, oft bevorzugt ausgewählt. Da Anfälle jedoch eine abnorme Hippocampus-Neurogenese induzieren und zur Epilepsie-assoziierten kognitiven Abnahme beitragen können10, können Verhaltensparadigmen für tests die neuronale Funktion von Neugeborenen (d. h. räumliche Mustertrennung, PS)8,13 auch wertvolle Informationen über die zellulären Mechanismen von Gedächtnisstörungen bei Epilepsie liefern.

In diesem Artikel zeigen wir eine Batterie von Gedächtnistests, NL, NO und PS, für epileptische Mäuse. Die Tests sind einfach und leicht zugänglich und erfordern kein ausgeklügeltes System.

Protocol

Alle experimentellen Verfahren wurden von der Ethikkommission der Katholischen Universität Korea genehmigt und in Übereinstimmung mit dem National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (NIH Publications No. 80-23) durchgeführt. 1. Neuartiger Objektpositionstest (NL) Bereiten Sie epileptische C57BL/6 oder transgene Mäuse 4-6 Wochen nach Derphäapin-Injektion vor.HINWEIS: Akute Anfälle wurden durch intraperitoneale (IP) Pilokarininjektion induzi…

Representative Results

Abbildung 1zeigt einen allgemeinen Versuchsplan und ein allgemeines Setup für die Bewertung der kognitiven Funktion. Sechs Wochen nach der Einführung von pilocarpine-induzierten akuten Anfällen wurden Mäuse den NL-, NO- und PS-Tests in dieser Reihenfolge unterzogen, die durch 3 Tage Ruhezeiten zwischen den Tests getrennt waren (Abbildung 1A). Für den NL-Test wurden während der Einarbeitungssitzung (F1) zwei identische Objekte im offenen Feld platziert, und…

Discussion

Diese Arbeit beschreibt experimentelle Verfahren zur Bewertung der kognitiven Funktion bei Mäusen mit chronischer Epilepsie. Viele verschiedene Verhaltenstestparadigmen werden verwendet, um Lern- und Gedächtnisfunktionen bei Mäusen18zu bewerten. Das Morris-Wasserlabyrinth, das Radialarmlabyrinth, das Y-Labyrinth, die kontextbezogene Angstkonditionierung und objektbasierte Tests sind die am häufigsten verwendeten Verhaltenstests und liefern zuverlässige Ergebnisse. Unter ihnen sind die NL-, NO…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken Dr. Jae-Min Lee für seine technische Unterstützung. Diese Arbeit wurde von der National Research Foundation of Korea (NRF) Von der koreanischen Regierung finanziert (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
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References

  1. Chang, B. S., Lowenstein, D. H. Mechanisms of disease – Epilepsy. New England Journal of Medicine. 349 (13), 1257-1266 (2003).
  2. Scharfman, H. E. The neurobiology of epilepsy. Current Neurology and Neuroscience Report. 7 (4), 348-354 (2007).
  3. Rakhade, S. N., Jensen, F. E. Epileptogenesis in the immature brain: emerging mechanisms. Nature Reviews in Neurology. 5 (7), 380-391 (2009).
  4. Breuer, L. E., et al. Cognitive deterioration in adult epilepsy: Does accelerated cognitive ageing exist. Neuroscience and Biobehavior Reviews. 64, 1-11 (2016).
  5. Leeman-Markowski, B. A., Schachter, S. C. Treatment of Cognitive Deficits in Epilepsy. Neurology Clinics. 34 (1), 183-204 (2016).
  6. Helmstaedter, C., Elger, C. E. Chronic temporal lobe epilepsy: a neurodevelopmental or progressively dementing disease. Brain. 132, 2822-2830 (2009).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Lima, I. V. A., et al. Postictal alterations induced by intrahippocampal injection of pilocarpine in C57BL/6 mice. Epilepsy & Behavior. 64, 83-89 (2016).
  10. Cho, K. O., et al. Aberrant hippocampal neurogenesis contributes to epilepsy and associated cognitive decline. Nature Communication. 6, 6606 (2015).
  11. 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).
  12. Jiang, Y., et al. Ketogenic diet attenuates spatial and item memory impairment in pentylenetetrazol-kindled rats. Brain Research. 1646, 451-458 (2016).
  13. Zhuo, J. M., et al. Young adult born neurons enhance hippocampal dependent performance via influences on bilateral networks. Elife. 5, 22429 (2016).
  14. 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).
  15. Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. Whole animal perfusion fixation for rodents. Journal of Visualized Experiments. (65), e3564 (2012).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Lueptow, L. M. Novel Object Recognition Test for the Investigation of Learning and Memory in Mice. Journal of Visualized Experiments. (126), e55718 (2017).
  20. Antunes, M., Biala, G. The novel object recognition memory: neurobiology, test procedure, and its modifications. Cognitive Processing. 13 (2), 93-110 (2012).
  21. 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).
  22. Leger, M., et al. Object recognition test in mice. Nature Protocols. 8 (12), 2531-2537 (2013).
  23. 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).
  24. Eichenbaum, H. A cortical-hippocampal system for declarative memory. Nature Reviews Neuroscience. 1 (1), 41-50 (2000).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Akirav, I., Maroun, M. Ventromedial prefrontal cortex is obligatory for consolidation and reconsolidation of object recognition memory. Cerebral Cortex. 16 (12), 1759-1765 (2006).
  30. 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).
  31. Cohen, S. J., et al. The Rodent Hippocampus Is Essential for Nonspatial Object Memory. Current Biology. 23 (17), 1685-1690 (2013).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. Jiang, Y., et al. Abnormal hippocampal functional network and related memory impairment in pilocarpine-treated rats. Epilepsia. 59 (9), 1785-1795 (2018).
  42. 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).
  43. 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).
  44. Benini, R., Longo, D., Biagini, G., Avoli, M. Perirhinal Cortex Hyperexcitability in Pilocarpine-Treated Epileptic Rats. Hippocampus. 21 (7), 702-713 (2011).
  45. Yassa, M. A., Stark, C. E. Pattern separation in the hippocampus. Trends in Neurosciences. 34 (10), 515-525 (2011).
  46. 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).
  47. Sahay, A., et al. Increasing adult hippocampal neurogenesis is sufficient to improve pattern separation. Nature. 472 (7344), 466-539 (2011).

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Memory FunctionPilocarpine-induced EpilepsyMouse ModelNovel Object LocationNovel Object RecognitionPattern Separation TestLocomotor ActivityOpen Field BoxVideo Tracking SoftwareIlluminance

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Park, K., Kim, J., Choi, I., Cho, K. Assessment of Memory Function in Pilocarpine-induced Epileptic Mice. J. Vis. Exp. (160), e60751, doi:10.3791/60751 (2020).
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