JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

Parkinson Hastalığının Sıçan Modelinde Levodopa Kaynaklı Diskinezilerin İndüksiyonu ve Değerlendirilmesi

Published: October 14, 2021
doi:
10.3791/62970
, ,
1Department of Translational Neuroscience, College of Human Medicine,Michigan State University, 2Hauenstein Neuroscience Center, Mercy Health Saint Mary’s

Summary

Bu makalede, Parkinson hastalığının sıçan modelinde levodopa kaynaklı diskinezileri indükleme ve değerlendirme yöntemleri açıklanmaktadır. Protokol, hem distonik hem de hiperkinetik olan bir dizi diskinetik davranışın yoğunluğu ve sıklığı hakkında ayrıntılı bilgi sunarak, bu karşılanmamış tıbbi ihtiyacı hedefleyen tedavileri test etmek için güvenilir bir araç sağlar.

Abstract

Levodopa (L-DOPA), Parkinson hastalığı (PD) motor semptomlarını tedavi etmek için kullanılan altın standart tedavi olmaya devam etmektedir. Bununla birlikte, L-DOPA ile indüklenen diskineziler (LID’ler) olarak bilinen istenmeyen istemsiz hareketler, bu dopamin öncülünün uzun süreli kullanımı ile gelişir. LID insidansının tedaviden sonraki 10-15 yıl içinde PD’li bireylerin yaklaşık% 90’ına yükseldiği tahmin edilmektedir. Bu hastalığın mekanizmalarını anlamak ve hem yeni hem de etkili anti-diskinezi tedavileri geliştirmek, terapötik müdahalelerin klinik öncesi testleri için tutarlı ve doğru modelleme gerektirir. Burada PD’nin sıçan modelinde 6-OHDA ile indüklenen nigral lezyonu takiben LID’lerin güvenilir indüksiyonu ve kapsamlı derecelendirmesi için ayrıntılı bir yöntem sunulmuştur. Sıçanlarda güvenilir LID değerlendirmesi, PD’li bireyler için bu yaygın tedaviye bağlı yükü azaltmaya veya ortadan kaldırmaya odaklanan yeni tedavileri test etmek için laboratuvarlarda kolayca kullanılabilecek güçlü bir araç sağlar.

Introduction

Levodopa’nın (L-DOPA) PD 1,2’li bireyler için bir tedavi olarak ilk kez tanıtılmasından bu yana 50 yıldan fazla bir süre geçmesine rağmen, parkinson motor semptomları için en etkili tedavi olmaya devam etmektedir. PD ile ilişkili klinik motor semptomlar, substantia nigra (SN) pars compacta’daki dopamin (DA) nöronlarının kaybından kaynaklanır ve bu da striatumdaki mevcut dopaminde dramatik bir azalmaya neden olur. L-DOPA, striatal DA seviyelerini etkili bir şekilde geri yükler ve hastalığın erken dönemlerinde motor fayda sağlar 3,4. Fırsatsız olarak, uzun süreli tedavi ile, PD’li bireylerin çoğunda, günlük yaşam aktivitelerini sıklıkla önemli ölçüde etkileyen kore, distoni ve atetoz dahil olmak üzere L-DOPA ile indüklenen diskineziler (LID) gelişecektir 5,6,7.

Kemirgenlerde LID’nin çeşitli davranışsal modelleri mevcut olsa da, LID’lerin modellenmesi ve davranışsal değerlendirmesindeki farklılıklar, sonuçların laboratuvarlar arasında tekrarlanabilirliğini ve klinik öncesi PD araştırmaları için bu deneysel araçların güvenilirliğini sorgulamıştır. Bir klinik hareket bozukluğu uzmanı8 ile birlikte geliştirilen mevcut protokol, LID indüksiyonu ve derecelendirmesi için basit bir yöntemdir ve 6-hidroksidopamin (6-OHDA) ile indüklenen tek taraflı nigral lezyon 9,10 kullanan bir sıçan PD modelinde kullanım için uygundur. Burada sağlanan LID derecelendirme ölçeği, çeşitli bireysel vücut kısımlarındaki diskinetik davranışın hem yoğunluğu hem de sıklığı için puanlamayı içerir. Deneylerin iş akışı optimizasyonu ve parkinson ve diskinetik hayvanların uygun bakımı ve kullanımı ile ilgili bilgiler de sağlanmaktadır.

Protocol

Burada sunulan hayvanlar, kurumsal yönergelere uygun olarak muhafaza edilmiş ve işlenmiştir. Tüm hayvan prosedürleri, Michigan State Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından federal ve eyalet düzenlemelerine uygun olarak onaylanmıştır. 1. 6-OHDA lezyon durumunun ilaçsız doğrulanması Postüral Kuyruk askısı testi11,12,13</su…

Representative Results

Parkinson sıçanlarındaki LID’ler, distonik, hiperkinetik ve stereotipik davranışlar da dahil olmak üzere bir dizi anormal istemsiz hareket (AIM) olarak ortaya çıkabilir. Bu tür davranışlar için LID derecelendirme kriterleri burada hem yoğunluğu (Tablo 1) hem de frekansı (Tablo 2) içerecek şekilde sunulmuştur. Bu, her sıçan için, her derecelendirme zaman noktasında bu davranışlara katılmak için harcanan zamanın kalitesini (yoğunluğunu) ve miktarını (sıklık…

Discussion

Burada, nigrostriatal DA sisteminin tek taraflı 6-OHDA lezyonunu takiben parkinson sıçan modelinde LID’lerin tekrarlanabilir indüksiyonu ve derecelendirilmesi için ayrıntılar sunulmuştur. Bir zamanlar kemirgenlerin LID geliştirmediği ve rotasyonel asimetrinin sıçanlarda LID’nin analoğu olabileceği düşünülürken, sıçan ve fare modelleri son yirmi yılda karakterize edilmiştir ve LID araştırması için iyi kabul görmüş bir araçtır15,32,33,34</…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Parkinson hastalığı olan herkesin mücadelelerini ve her gün gösterdikleri güç ve esnekliği, özellikle de KSC’nin sevgili babası Mark Steece’yi kabul etmek istiyoruz. Burada temsil edilen çalışma, Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü (NS090107, NS110398) ve Parkinson Hastalığı Vakfı Uluslararası Araştırma Hibe Programı, şimdi Parkinson Vakfı tarafından desteklenmiştir. Molly VanderWerp’e mükemmel editoryal yardımı için de teşekkür ederiz.

Materials

 100 Minutes Digital Timer Staples 1111764
 Compass CX Compact Scale Ohaus 30428202
5-(2-aminoethyl)-1,2,4-benzenetriol, monohydrobromide Cayman Chemicals 25330 6-OHDA is a catecholaminergic neurotoxin that is used to induce dopaminergic lesions and parkinsonian symptoms in rodents.
Allentown cages Allentown, LLC Rat900 Allentown cages provide the ability to view the rats from all sides.
BD Allergist Trays with Permanently Attached Needle BD BD 305540 For subcutaneous L-DOPA injections
Benserazide hydrochloride Sigma-Aldrich B7283 Benserazide is a peripheral decarboxylase inhibitor used with L-DOPA to to induce dyskinesia in rodent models of PD.
Glass amber scintillation vials Thermo Scientific B7921 Used for storage of L-DOPA/benserazide at -20 °C until mixed with sterile saline.
L-3,4-Dihydroxyphenylalanine methyl ester hydrochloride Sigma-Aldrich D1507 L-3,4-Dihydroxyphenylalanine methyl ester is a precursor to L-DOPA that crosses the blood-brain barrierand use to treat parkinsonian symptoms in rodents.
Paper Mate Sharpwriter Mechanical Pencils Staples 107250
Rodent nutritionally complete enrichment treats Bio-Serv F05478
Round Ice Bucket with Lid, 2.5 L Corning 432129
Standard Plastic Clipboard Staples 1227770
Steel wired 6' long movable shelving units Uline H9488 Width/Height can be adjusted to need/number of rats per experiment
Sterile Saline 0.9% Covidien/Argyle 1020 For mixing with L-DOPA/benserazide prior to subcutaneous injections.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cotzias, G. C., Papavasiliou, P. S., Gellene, R. L-dopa in parkinson’s syndrome. New England Journal of Medicine. 281, 272 (1969).
  2. Yahr, M. D., Duvoisin, R. C., Schear, M. J., Barrett, R. E., Hoehn, M. M. Treatment of parkinsonism with levodopa. Archives of Neurology. 21 (4), 343-354 (1969).
  3. Bastide, M. F., et al. Pathophysiology of L-dopa-induced motor and non-motor complications in Parkinson’s disease. Progress in Neurobiology. 132, 96-168 (2015).
  4. Sellnow, R. C., et al. Regulation of dopamine neurotransmission from serotonergic neurons by ectopic expression of the dopamine D2 autoreceptor blocks levodopa-induced dyskinesia. Acta Neuropathologica Communications. 7 (1), 8 (2019).
  5. Bastide, M. F., Bezard, E. L-dopa induced dyskinesia in Parkinson’s disease]. Bulletin de l’Académie Nationale de Médecine. 199 (2-3), 201-212 (2015).
  6. Hauser, R. A., et al. ADS-5102 (Amantadine) extended-release capsules for levodopa-induced dyskinesia in Parkinson’s Disease (EASE LID 2 study): Interim results of an open-label safety study. Journal of Parkinson’s Disease. 7 (3), 511-522 (2017).
  7. Huot, P., Johnston, T. H., Koprich, J. B., Fox, S. H., Brotchie, J. M. The pharmacology of L-DOPA-induced dyskinesia in Parkinson’s disease. Pharmacological Reviews. 65 (1), 171-222 (2013).
  8. Steece-Collier, K., et al. Embryonic mesencephalic grafts increase levodopa-induced forelimb hyperkinesia in parkinsonian rats. Movement Disorders. 18 (12), 1442-1454 (2003).
  9. Thiele, S. L., Warre, R., Nash, J. E. Development of a unilaterally-lesioned 6-OHDA mouse model of Parkinson’s disease. Journal of Visualized Experiments. (60), e3234 (2012).
  10. Simola, N., Morelli, M., Carta, A. R. The 6-hydroxydopamine model of Parkinson’s disease. Neurotoxicity Research. 11 (3-4), 151-167 (2007).
  11. Borlongan, C. V., Hida, H., Nishino, H. Early assessment of motor dysfunctions aids in successful occlusion of the middle cerebral artery. Neuroreport. 9 (16), 3615-3621 (1998).
  12. Fleming, S. M. Behavioral outcome measures for the assessment of sensorimotor function in animal models of movement disorders. International Review of Neurobiology. 89, 57-65 (2009).
  13. Borlongan, C. V., Sanberg, P. R. Elevated body swing test: a new behavioral parameter for rats with 6-hydroxydopamine-induced hemiparkinsonism. Journal of Neuroscience. 15 (7), 5372-5378 (1995).
  14. Chang, J. W., Wachtel, S. R., Young, D., Kang, U. J. Biochemical and anatomical characterization of forepaw adjusting steps in rat models of Parkinson’s disease: studies on medial forebrain bundle and striatal lesions. Neuroscience. 88 (2), 617-628 (1999).
  15. Lundblad, M., et al. Pharmacological validation of behavioural measures of akinesia and dyskinesia in a rat model of Parkinson’s disease. European Journal of Neuroscience. 15 (1), 120-132 (2002).
  16. Olsson, M., Nikkhah, G., Bentlage, C., Bjorklund, A. Forelimb akinesia in the rat Parkinson model: differential effects of dopamine agonists and nigral transplants as assessed by a new stepping test. Journal of Neuroscience. 15 (5), 3863-3875 (1995).
  17. Monville, C., Torres, E. M., Dunnett, S. B. Comparison of incremental and accelerating protocols of the rotarod test for the assessment of motor deficits in the 6-OHDA model. Journal of Neuroscience Methods. 158 (2), 219-223 (2006).
  18. Steece-Collier, K., et al. Striatal Nurr1, but not FosB expression links a levodopa-induced dyskinesia phenotype to genotype in Fisher 344 vs. Lewis hemiparkinsonian rats. Experimental Neurology. 330, 113327 (2020).
  19. Steece-Collier, K., et al. Genetic silencing of striatal CaV1.3 prevents and ameliorates levodopa dyskinesia. Movement Disorders. 34 (5), 697-707 (2019).
  20. Tayarani-Binazir, K. A., Jackson, M. J., Strang, I., Jairaj, M., Rose, S., Jenner, P. Benserazide dosing regimen affects the response to L-3,4-dihydroxyphenylalanine in the 6-hydroxydopamine-lesioned rat. Behavioral Pharmacology. 23 (2), 126-133 (2012).
  21. Lindgren, H. S., Rylander, D., Ohlin, K. E., Lundblad, M., Cenci, M. A. The “motor complication syndrome” in rats with 6-OHDA lesions treated chronically with L-DOPA: relation to dose and route of administration. Behavioural Brain Research. 177 (1), 150-159 (2007).
  22. Suckow, M. A., Stevens, K. A., Wilson, R. P. . American College of Laboratory Animal Medicine series xvii. , 1268 (2012).
  23. Zhou, Y. Z., Alany, R. G., Chuang, V., Wen, J. Studies of the Rate Constant of l-DOPA Oxidation and Decarboxylation by HPLC. Chromatographia. 75, 597-606 (2012).
  24. Stroomer, A. E., Overmars, H., Abeling, N. G., van Gennip, A. H. Simultaneous determination of acidic 3,4-dihydroxyphenylalanine metabolites and 5-hydroxyindole-3-acetic acid in urine by high-performance liquid chromatography. Clinical Chemistry. 36 (10), 1834-1837 (1990).
  25. . PubChem Compound Summary for CID 6047, Levodopa Available from: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Levodopa (2021)
  26. Merck. . The Merck Index 13th edn. , (2021).
  27. Ortner, N. J., et al. Lower affinity of isradipine for L-Type Ca(2+) channels during substantia nigra dopamine neuron-like activity: Implications for neuroprotection in Parkinson’s Disease. Journal of Neuroscience. 37 (228), 6761-6777 (2017).
  28. Hazra, A., Gogtay, N. Biostatistics series module 3: Comparing groups: Numerical variables. Indian Journal of Dermatology. 61 (3), 251-260 (2016).
  29. Mishra, P., Pandey, C. M., Singh, U., Keshri, A., Sabaretnam, M. Selection of appropriate statistical methods for data analysis. Annals of Cardiac Anaesthesia. 22 (3), 297-301 (2019).
  30. Divito, C. B., et al. Loss of VGLUT3 produces circadian-dependent hyperdopaminergia and ameliorates motor dysfunction and l-Dopa-Mediated dyskinesias in a model of Parkinson’s Disease. Journal of Neuroscience. 35 (45), 14983-14999 (2015).
  31. Henry, B., Crossman, A. R., Brotchie, J. M. Characterization of enhanced behavioral responses to L-DOPA following repeated administration in the 6-hydroxydopamine-lesioned rat model of Parkinson’s disease. Experimental Neurology. 151 (2), 334-342 (1998).
  32. Andersson, M., Hilbertson, A., Cenci, M. A. Striatal fosB expression is causally linked with l-DOPA-induced abnormal involuntary movements and the associated upregulation of striatal prodynorphin mRNA in a rat model of Parkinson’s disease. Neurobiology of Disease. 6 (6), 461-474 (1999).
  33. Cenci, M. A., Lee, C. S., Bjorklund, A. L-DOPA-induced dyskinesia in the rat is associated with striatal overexpression of prodynorphin- and glutamic acid decarboxylase mRNA. European Journal of Neuroscience. 10 (8), 2694-2706 (1998).
  34. Dekundy, A., Lundblad, M., Danysz, W., Cenci, M. A. Modulation of L-DOPA-induced abnormal involuntary movements by clinically tested compounds: further validation of the rat dyskinesia model. Behavioural Brain Research. 179 (1), 76-89 (2007).
  35. Collier, T. J., et al. Interrogating the aged striatum: robust survival of grafted dopamine neurons in aging rats produces inferior behavioral recovery and evidence of impaired integration. Neurobiology of Disease. 77, 191-203 (2015).
  36. Maries, E., et al. Focal not widespread grafts induce novel dyskinetic behavior in parkinsonian rats. Neurobiology of Disease. 21 (1), 165-180 (2006).
  37. Mercado, N. M., et al. The BDNF Val66Met polymorphism (rs6265) enhances dopamine neuron graft efficacy and side-effect liability in rs6265 knock-in rats. Neurobiology of Disease. 148, 105175 (2021).
  38. Cenci, M. A., Crossman, A. R. Animal models of l-dopa-induced dyskinesia in Parkinson’s disease. Movement Disorders. 33 (6), 889-899 (2018).
  39. Lindenbach, D. Behavioral and cellular modulation of L-DOPA-induced dyskinesia by beta-adrenoceptor blockade in the 6-hydroxydopamine-lesioned rat. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 337 (3), 755-765 (2011).
  40. Petzinger, G. M. Reliability and validity of a new global dyskinesia rating scale in the MPTP-lesioned non-human primate. Movement Disorders. 16 (2), 202-207 (2001).
  41. Fox, S. H., Johnston, T. H., Li, Q., Brotchie, J., Bezard, E. A critique of available scales and presentation of the Non-Human Primate Dyskinesia Rating Scale. Movement Disorders. 27 (11), 1373-1378 (2012).
  42. Cenci, M. A., Ohlin, K. E. Rodent models of treatment-induced motor complications in Parkinson’s disease. Parkinsonism & Related Disorders. 15, 13-17 (2009).
  43. Cenci, M. A., Whishaw, I. Q., Schallert, T. Animal models of neurological deficits: how relevant is the rat. Nature Reviews: Neuroscience. 3 (7), 574-579 (2002).
  44. Zhang, Y., et al. Aberrant restoration of spines and their synapses in L-DOPA-induced dyskinesia: involvement of corticostriatal but not thalamostriatal synapses. Journal of Neuroscience. 33 (28), 11655-11667 (2013).
  45. Konradi, C., et al. Transcriptome analysis in a rat model of L-DOPA-induced dyskinesia. Neurobiology of Disease. 17 (2), 219-236 (2004).
  46. Morin, N., Jourdain, V. A., Di Paolo, T. Modeling dyskinesia in animal models of Parkinson disease. Experimental Neurology. 256, 105-116 (2014).
  47. Cenci, M. A., Riggare, S., Pahwa, R., Eidelberg, D., Hauser, R. A. Dyskinesia matters. Movement Disorders. 35 (3), 392-396 (2020).

Tags

Levodopa-induced DyskinesiaParkinson’s DiseaseRat ModelInductionAssessmentRating ScaleAnimal ModelL-DOPABenserazideSubcutaneous Injection

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Caulfield, M. E., Stancati, J. A., Steece-Collier, K. Induction and Assessment of Levodopa-induced Dyskinesias in a Rat Model of Parkinson’s Disease. J. Vis. Exp. (176), e62970, doi:10.3791/62970 (2021).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image