A Quick Phänotypische Neurologische Scoring System zur Bewertung der Krankheitsprogression im SOD1 G93A-Mausmodell der ALS

Zusammenfassung

This video protocol describes a sensitive, reliable, and quick method for evaluating the neuromuscular deficits in a transgenic mouse model of amyotrophic lateral sclerosis.

Zusammenfassung

The SOD1-G93A transgenic mouse is the most widely used animal model of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). At ALS TDI we developed a phenotypic screening protocol, demonstrated in video herein, which reliably assesses the neuromuscular function of SOD1-G93A mice in a quick manner. This protocol encompasses a simple neurological scoring system (NeuroScore) designed to assess hindlimb function. NeuroScore is focused on hindlimb function because hindlimb deficits are the earliest reported neurological sign of disease in SOD1-G93A mice. The protocol developed by ALS TDI provides an unbiased assessment of onset of paresis (slight or partial paralysis), progression and severity of paralysis and it is sensitive enough to identify drug-induced changes in disease progression. In this report, the combination of a detailed manuscript with video minimizes scoring ambiguities and inter-experimenter variability thus allowing for the protocol to be adopted by other laboratories and enabling comparisons between studies taking place at different settings. We believe that this video protocol can serve as an excellent training tool for present and future ALS researchers.

Einleitung

Seit ihrer Entwicklung in der Mitte der 1990er Jahre die SOD1 G93A-transgenen Mausmodell ist die am weitesten verbreitete Tiermodell der amyotrophen Lateralsklerose (ALS) ^1. Diese transgenen Mausmodell wurde gentechnisch verändert, um eine mutante Form des menschlichen Cu / Zn Superoxid-Dismutase 1 (SOD1) -Gen beherbergt, das ALS-assoziierten Glycin-zu-Alanin-Mutation an der Aminosäure 93 (G93A) überexprimieren. Die Mutation G93A ist eine von vielen Mutationen im SOD1-Gen, die zusammen Make-up etwa ein Fünftel der familiären ALS Fällen ^2.

Die SOD1-G93A-Modell hat sich zu einem Arbeitspferd der ALS Arzneimittelentwicklung Forschung, weil zusätzlich zu seiner offensichtlich genetische Verbindung an ALS, rekapituliert sie viele der pathologischen Merkmale von ALS beim Menschen wie Motorneuronenverlust, progressive Muskelschwäche und Atrophie, mit eventuellen Lähmung und Tod ^3. Obwohl, wie es oft der Fall bei transgenen Tiermodellen gibt es eine inhärente biological Variabilität SOD1-G93A Mäusen verbunden. Scott et al. haben festgestellt, dass Kohorten von mindestens 24 Wurf abgestimmt ausgewogenes Geschlechterverhältnis Mäuse werden in der Arzneimittelwirksamkeit Studiendesigns, um die Geräusche, die durch die biologische Variabilität ⁴ zu überwinden brauchte. Die große Zahl der Tiere in diesen Studien in Kombination mit dem aggressiven Krankheitsverlauf und die Notwendigkeit für die tägliche Überwachung erforderlich, verbietet die Verwendung von aufwendigen, zeitraubende und potenziell stressvollen Techniken zur Messung neuromuskuläre Stärke und Funktion (zB, Elektromyographie, Griffstärke, Rotorod , etc.). Stattdessen hebt er die Notwendigkeit einer in-vivo-Screening-Tool, das zuverlässig beurteilt die neuromuskuläre Funktion der SOD1-G93A Mäusen in einer schnellen Weise.

Bei ALS-TDI ein Protokoll entwickelt, das für die zuverlässige Beurteilung der neuromuskulären Funktion der SOD1-G93A Mäusen in weniger als 30 sec pro Maus im Durchschnitt ermöglicht. Dieses Protokoll encompaSSES täglichen Bewertung der Hinterlauf-Funktion mit einem einfachen neurologische Punktesystem (NeuroScore), die in diesem Bericht in der Presse und in Video beschrieben wird. NeuroScore auf Hinterlauf-Funktion konzentriert, weil hindlimb Defizite sind die frühesten berichteten neurologischen Anzeichen einer Krankheit im SOD1-G93A Mäusen ^5,6. Ferner wird die von ALS TDI entwickelte Protokoll bietet eine unvoreingenommene Beurteilung der Beginn der Paralyse (leichte oder teilweisen Lähmung), Progression und Schwere der Lähmung und es empfindlich genug, um Arzneimittel-induzierte Veränderungen in der Fortschreiten der Krankheit zu identifizieren.

Protokoll

Alle Versuche werden in Übereinstimmung mit den von den National Institutes of Health Guide für die Pflege und Verwendung von Tieren beschriebenen Protokollen durchgeführt und wurden von ALS TDI Institutional Animal Care und Verwenden Committee (IACUC) zugelassen.

1. Tiere, Wohnen und Studiendesign

Anmerkung:. Die SOD1 G93A-Maus Kolonie wurde von der hohen Kopien B6SJLTgN (SOD1G93A) 1Gur Stamm ursprünglich von Gurney et al ⁷ hergestellt abgeleitet. Die Kolonie wird derzeit von der Kreuzung transgene C57BL / 6-SJL Männchen mit Wildtyp C57BL / 6-SJL F1 Weibchen gehalten. Die F1-Tiere sind durch Kreuzung SJL Männern mit B6 Weibchen erzeugt. Mäuse werden zu ALS TDI wöchentlich bei 35-45 Tage alt ausgeliefert.

1. Ermöglichen Mäusen mindestens eine Woche, um die Tierstation (12 Stunden Licht / Dunkel-Zyklus bei einer Temperatur von 18-23 ° C und 40-60% Luftfeuchtigkeit) vor der Zuweisung einer Studie akklimatisiert.
2. Haus männlichen SOD1-G93A mice eine Maus pro Käfig, da Gruppe untergebracht Männer neigen zu kämpfen. Haus weibliche SOD1-G93A Mäusen bis zu zwei pro Käfig. Bieten Anreicherung der Umwelt, in der Form von Kunststoff-Hütten. Liefern Nahrung und Wasser ad libitum, es sei denn, die Mäuse sind Teil einer Studie Drug Administration erfordert im Trinkwasser / Essen. In diesen Fällen Ration und Rekord Nahrung und Wasser.
3. Beginnen Sie eine Drogen-Wirksamkeitsstudie etwa im Alter von 50 Tage und umfassen 64 Wurf abgestimmt ausgewogenes Geschlechterverhältnis Mäusen (32 pro Kohorte). Schließlich, stellen Sie sicher, dass die Forscher die Durchführung der Studien zu den Versuchsbedingungen geblendet.
   HINWEIS: Es wird empfohlen, dass ein typisches Arzneimittel-Wirksamkeitsstudie beginnt im Alter von Tag 50 jedoch von der Art der therapeutischen Intervention vorzuziehen, um die Studie früher oder später starten können basieren.
   Hinweis: Eine Studie mit 32 Mäuse pro Kohorte mit Strom versorgt wird, um geschlechtsspezifische Arzneimittelwirkungen zu erkennen. Wenn keine geschlechtsspezifische Vergleiche erforderlich sind, sollten 24 Mäuse pro Kohorte ausreichen, um die Gesamtarzneimittelwirkungen zu erkennen.

2. Körpergewicht

1. Record Körpergewichte für alle Mäuse in Studien täglich mit einer Genauigkeit von einem Zehntel Gramm. Hinweis: Das Körpergewicht ist ein empfindlicher Indikator für die Krankheitsprogression und jeder Krankheitsgefühl, die unter chronischen Drogenbehandlung ergeben könnten.
2. Maus-Körpergewichte unterscheiden sich erheblich im Laufe eines Tages, höher in den Morgen, so notieren Sie auf der gleichen Zeit jeden Tag.

3. Neurologische Scoring System (NeuroScore)

1. Beurteilen Sie neurologischen Scores (NS) für jede Maus täglich durch die Beobachtung der Maus unter den folgenden drei Bedingungen durchgeführt nacheinander: a) die Maus am Schwanz aufgehängt ist, b) wird die Maus erlaubt zu gehen, und nach dem Beginn der Paralyse c) Maus auf die Seite gelegt.
   1. Für den Schwanz Suspensionstest, halten Sie die Maus etwa 1,5 "von der Basis des Schwanzes über den Draht Spitze ihrer eigenen Käfig für 1-2 sec, weg von der Lebensmittelbecken, während observing die Hinterbeine. Wiederholen Sie den Suspensionstest 3 Mal und notieren Sie die konsequenteste Ergebnis.
   2. Für den Gehtest, platzieren Sie die Maus auf eine saubere Oberfläche, die eine gewisse Zugkraft und ein wenige Gehminuten von 25 cm bietet (z. B. mit Klebeband ein Papiertuch ab Verrutschen zu verhindern). Lassen Sie die Maus, um insgesamt 75 cm (3 × Länge des Papierhandtuch) zu Fuß unter Beachtung ihrer Gangart.
   3. Für die "Stellreflexes" Test, platzieren Sie die Maus auf der linken oder rechten Seite und mit einem Stoppuhren messen die Zeit es braucht, um sich selbst von beiden Seiten rechts ohne fremde Hilfe. Hinweis: Nur ein Versuch des Tests erforderlich ist.
2. Bestimmen die NS jedes Hinterlauf (links oder rechts), die unabhängig auf einer Skala von 0 bis 4 Hinweis: Zum Beispiel kann ein Wert von 0, 1, dass die linke Hinterlauf NS 0 ist, während die rechte Hintergliedmaße NS 1 ist.
3. Weisen Sie neurologischen Scores (0-4) entsprechend dem folgenden Satz von Beobachtungen (Zusammenfassung in Tabelle 1):
   1. Vergeben NS 0 (Präsymptomatische), wenn Folgendes eingehalten wird: Wenn die Maus am Schwanz aufgehängt ist, präsentiert der Hinterlauf ein normales splay dh sie ist voll ausgefahren weg von der seitlichen Mittellinie und es bleibt in dieser Position für 2 Sekunden oder länger. Wenn die Maus erlaubt zu gehen, wird normalen Gang beobachtet.
   2. Vergeben NS 1 (Erste Symptome), wenn Folgendes eingehalten wird: Wenn die Maus am Schwanz aufgehängt ist, präsentiert der Hinterlauf eines abnormalen splay, dh sie ist zusammengebrochen oder teilweise in Richtung seitliche Mittellinie zusammengebrochen ist oder sich während Schwanzaufhängungs zittert oder eingefahren ist / verschränkt. Wenn die Maus erlaubt zu gehen, ist normal oder leicht langsame Gangart beobachtet.
   3. Vergeben NS 2 (Beginn der Paralyse), wenn Folgendes eingehalten wird: Wenn die Maus am Schwanz aufgehängt ist, ist die Hinterlauf teilweise oder vollständig zusammengebrochen, nicht viel erstrecken. (Es könnte noch gemeinsame Bewegung sein). Wenn die Maus erlaubt zu gehen, wird die Hinterlauf für vorne mot verwendetIonen jedoch die Zehen rollen nach unten mindestens zweimal während einer 90 cm Spaziergang oder einen Teil des Fußes entlang Käfigboden / Tabelle verschieben. Wenn die Maus auf seiner linken und rechten Seite angeordnet ist, ist es in der Lage, sich innerhalb von 10 Sekunden von beiden Seiten rechts.
   4. Vergeben NS 3 (Lähmung), wenn Folgendes eingehalten wird: Wenn die Maus am Schwanz aufgehängt, gibt es starre Lähmung der hinteren Gliedmaßen in oder minimale gemeinsame Bewegung. Wenn die Maus erlaubt, zu Fuß gibt es Vorwärtsbewegung aber die Hinterlauf wird nicht für die Vorwärtsbewegung verwendet. Wenn die Maus auf seiner linken und rechten Seite angeordnet ist, ist es in der Lage, sich innerhalb von 10 Sekunden von beiden Seiten rechts. Hinweis: In seltenen Fällen nach dem Auftreten der Lähmung, Urin Feuchtigkeit möglicherweise auf die Hinterbeine erscheinen. Unbehandelt Urin Feuchtigkeit könnte, um Urin "Burn" und Hautverletzungen führen. Gönnen Urin Feuchtigkeit durch Abschneiden der Haare, gelten warmem Wasser aufsaugt, um den Urin zu entfernen, und sanft trocken tupfen. Wenn Hautveränderungen vorliegen gelten antibiotic Salbe.
   5. Vergeben NS 4 (Humane Endpunkt), wenn Folgendes eingehalten wird: Wenn die Maus am Schwanz aufgehängt, gibt es starre Lähmung in den hinteren Gliedmaßen. Wenn die Maus erlaubt zu gehen, gibt es keine Vorwärtsbewegung. Wenn die Maus auf der linken und der rechten Seite platziert Es ist nicht in der Lage, sich innerhalb von 10 Sekunden von jeder Seite rechts. Dh Fehlen des Stellreflexes.

4. Dateneingabe und Analyse

1. Im Laufe eines Arzneimittels Wirksamkeitsstudie, geben Sie die Daten für jede Maus in ein Labor-Informations-Management-System (LIMS) oder in einen handelsüblichen Spreadsheet-Software gesammelt.
   Hinweis: Die ALS TDI entwickelten LIMS-Software ist ein zentrales Repository für alle internen Studien gesammelten Daten, so dass diese Daten bequem über die Zeit für ALS-TDI Forschern zugänglich. LIMS verfolgt jede einzelne Maus, mit seiner einzigartigen ID, zurück in seine Abstammung, Körpergewicht oder neurologische Punktzahl auf alle Studientage,und schließt alle anderen Beobachtungen während seiner Lebenszeit festgestellt. LIMS erzeugt schließlich eine Tabelle, die für die nachfolgenden Analysen verwendet wird.
2. Nach dem Abschluss eines Arzneimittels Wirksamkeitsstudie, dh wenn alle Mäuse die humane Endpunkt zu erreichen, verwenden Sie Tabellenkalkulationsprogramm (siehe Tabelle der Materialien), um die kombinierte NS für jede Maus berechnet, für jeden Tag durch Mittelung der linken und rechten Hinterlauf NS . Als nächstes berechnen die mittlere Alter bei der jedes NS für jede Maus und der Zahl der Tage pro Maus bei einer bestimmten NS ausgibt.
3. Analysieren Veränderungen bei NS im Laufe der Zeit durch den Import der Daten aus dem Tabellenkalkulationsprogramm auf die Statistik-Software (siehe Tabelle der Materialien). Montieren Sie diese Daten mit Hilfe eines Modells des Ordnungs logistische Regression, die die erwartete NS schätzt, mit Durchschnittsalter bei NS und Drogenbehandlung Effekte in der Regression. Unter Verwendung des Log-Rank-Chi-Quadrat-Test schätzen den Effekt Wahrscheinlichkeit Wahrscheinlichkeit und bestimmen, ob die Drogenbehandlungseffekt auf NS Progression statistischenly signifikante (siehe Supplemental-Code-Datei für Schritt-für-Schritt-Anleitung).
   Hinweis: Ein p-Wert <0,05 wird als statistisch signifikant.
   Anmerkung: Diese Methode der statistischen Analyse im Einklang mit der Ordnungs Natur des NS-Daten und der variablen Natur der NS-Trajektorien für einzelne Mäuse. Es wird bevorzugt, weil einzelne NS Trajektorien deutlich anders was zu NS-Zeit-assoziierten Gruppe Durchschnittswerte, die nicht repräsentativ für NS-Antworten ausreichend sein. Zusätzlich in einigen Fällen NS schwanken kann, insbesondere, wenn in Null-zu-Eins-Bereich.
4. Schließlich Einsatz Grafik-Software (siehe Tabelle der Materialien) zu erzeugen "Ordinal Erwartete NS vs Schnittsalter bei NS" Graphen für Arzneimittel behandelten und Kontrolltieren (Abbildung 2, siehe Zusatzcodedatei für die Schritt-für-Schritt-Anleitung). Benutzen Sie diese Diagramme, um bequem zu schätzen Verschiebungen zwischen Medikament behandelten und Kontrollgruppen durch Interpolation aus der y-Achse die mittlere Erkrankungsalter (i.e., NS 2) auf der x-Achse.
   Anmerkung: Der Unterschied in der Durchschnittsalter der beiden Gruppen eine Arzneimittel-induzierte-Verschiebung und wird als ein praktisches Maß für die Größe der Wirkung behandelt.
   Hinweis: Nach rechts Verschiebungen in der erwarteten NS vs. mittlere Alter deuten Kurve verlangsamt symptomatischen Fortschreiten der Krankheit. Umgekehrt links Verschiebungen in der erwarteten NS vs. mittlere Alter deuten Kurve beschleunigt symptomatischen Fortschreiten der Krankheit.

Ergebnisse

Die neurologischen Notendaten für die 90 männlichen und 94 weiblichen nicht behandelten SOD1-G93A Mäusen studierte an ALS TDI beim 2014 wurden ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass männliche Mäuse haben typischerweise eine aggressivere Krankheitsprogression als weiblichen Mäusen, wie durch einen höheren Anteil an deren Lebensdauer bei NS 1 im Vergleich zu Weibchen belegt. NS 2 und NS 3 auftreten, mit nahezu gleicher Häufigkeit auf Geschlechter. NS 0 wurde aus der Analyse ausgeschlossen, weil es als ein "...

Diskussion

In diesem Bericht beschreiben wir eine schnelle und einfache Video-Protokoll, die, wenn sie richtig angewendet wird, ist in der Lage, zuverlässige Beurteilung der Krankheitsprogression bei SOD1-G93A Mäusen und Identifizierung von Arzneimittel-induzierter Veränderungen. Während verschiedene Gruppen haben phänotypische Scoring-Systeme für die SOD1-G93A Mäusen ^8-10 entwickelt, haben sie oft keine ausreichende Angaben über das Verfahren und die für die Replikation unzureichend. Als Ergebnis werden Scorin...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
B6SJLTgN(SOD1G93A)1Gur strain	The Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME	002726	Strain of mice used in this study
Breeders	Biomedical Research Models, Inc., Worcester, MA		Colony maintainance
Scale	Navigator OHAUS, Parsippany, NJ	Model N14120	Used to weigh mice
Nutra-GelH	Bio-Serv, Flemington, NJ	#S4798	Wet food provided to sick mice
Irradiated Lab Animal Diet	Harlan, Indianapolis, IN	2918-111914M	Chow diet
Lab-grade Sani-chips	Harlan Teklad, Indianapolis, IN	7090	Bedding
JMPH	SAS Institute, Inc., SAS Campus Drive, Cary, NC	v10.0.2	Statistical software
Microsoft Excel	Microsoft, One Microsoft Way, Redmond, WA	Excel 2013 (v 15.0)	Spreadsheet software
GraphPad Prism 5	GraphPad software Inc., La Jolla, CA	v5.4	Graphing software
Mouse Huts	Bio-Serv, Flemington, NJ	K3272	For environmental enrichment