L'attività comportamentale di scelta a tre camere utilizzando Zebrafish come sistema modello

Le malattie neurodegenerative sono dipendenti dall’età, debilitanti e incurabili. Queste malattie stanno aumentando in prevalenza, con conseguente urgente necessità di migliorare e sviluppare nuove strategie terapeutiche. L’insorgenza e la presentazione di ogni malattia è unica, poiché alcune influenzano le regioni del cervello del linguaggio, motorie e autonome, mentre altre causano deficit di apprendimento e perdita di memoria¹. In particolare, i deficit cognitivi e / o la compromissione sono le complicanze più diffuse in tutte le malattie neurodegenerative². Nella speranza di far luce sui meccanismi sottostanti coinvolti in queste malattie neurodegenerative, è stato impiegato l’uso di molti diversi sistemi modello (compresi organismi unicellulari a Drosophila a vertebrati di ordine superiore come roditori e umani); tuttavia, la maggior parte delle malattie neurodegenerative rimane incurabile.

L’apprendimento e la memoria sono processi altamente conservati tra gli organismi poiché i cambiamenti costanti nell’ambiente richiedono l’adattamento³. La compromissione sia della cognizione che della plasticità sinaptica è stata dimostrata in diversi modelli di roditori. In particolare, saggi comportamentali consolidati utilizzano l’apprendimento associativo per valutare i cambiamenti cognitivi a seguito di varie malattie e disturbi indotti da compromissione⁴. Inoltre, l’inversione della discriminazione del contrasto valuta i deficit cognitivi perché coinvolge funzioni di apprendimento e memoria di ordine superiore e l’inversione dipende dall’inibizione di un’associazione precedentemente appresa. Il compito di scelta a tre camere ampiamente utilizzato chiarisce i possibili deficit nei percorsi di apprendimento e memoria del sistema nervoso centrale^5,6. Recentemente, questo campo si è ampliato per includere modelli non mammiferi, come il pesce zebra (Danio rerio), in quanto sono stati sviluppati diversi paradigmi per una gamma di età dalle larve agli adulti^7,8.

Zebrafish fornisce un equilibrio di complessità e semplicità che è vantaggioso per la valutazione dei deficit cognitivi con tecniche comportamentali. In primo luogo, i pesci zebra sono suscettibili di screening comportamentale ad alto rendimento date le loro piccole dimensioni e la prolifica natura riproduttiva. In secondo luogo, il pesce zebra possiede una struttura, il pallio laterale, che è analogo all’ippocampo dei mammiferi in quanto ha marcatori neuronali e tipi di cellule simili⁷. I pesci zebra sono anche in grado di acquisire e ricordare informazioni spaziali⁹ e, come gli umani, sono diurni¹⁰. Pertanto, non sorprende che i pesci zebra vengano utilizzati come modello per le malattie neurodegenerative con frequenza crescente. Tuttavia, l’assenza di test comportamentali appropriati ha reso difficile l’applicazione del modello zebrafish per le valutazioni cognitive. Il lavoro pubblicato utilizzando saggi comportamentali specifici per zebrafish include compiti di apprendimento associativo¹¹, comportamento ansioso¹², memoria¹³, riconoscimento degli oggetti¹⁴e preferenza del luogo condizionato^{15,16,17,18,19}. Sebbene ci siano stati molti sviluppi rispetto ai saggi comportamentali del pesce zebra, le controparti per alcuni test delle funzioni cognitive nei roditori devono ancora essere sviluppate per l’uso con zebrafish¹⁸.

Basandoci su studi precedenti del nostro laboratorio, abbiamo modellato / sviluppato un compito cognitivo nel pesce zebra basato sul compito di scelta a tre camere utilizzato con i roditori usando l’interazione sociale come ricompensa. Inoltre, abbiamo ampliato l’aspetto dell’apprendimento associativo del compito comportamentale e incorporato l’inversione della discriminazione del contrasto nella speranza di sviluppare ulteriormente questo compito comportamentale per valutare il deterioramento cognitivo. Questo ci ha permesso di esaminare sia l’acquisizione iniziale dell’apprendimento della discriminazione sia la successiva inibizione di tale apprendimento nella fase di inversione. Nel presente studio, dimostriamo che questa procedura ha fornito un metodo affidabile per valutare il funzionamento cognitivo nel pesce zebra dopo l’immersione in glucosio per 4 o 8 settimane.