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En las enfermedades y trastornos del movimiento de Parkinson en general, los ensayos de comportamiento sensibles y fiables son esenciales para probar nuevas terapias potenciales. A continuación, describimos una batería manejable de pruebas sensoriomotoras de ratones que son sensibles a los diferentes grados de lesión en el sistema nigroestriatal y útil para los estudios preclínicos.
Medidas de resultado de comportamiento sensible y fiable son esenciales para la evaluación de tratamientos terapéuticos potenciales en ensayos preclínicos para muchas enfermedades neurodegenerativas. En la enfermedad de Parkinson, sensoriomotora prueba sensible a diversos grados de disfunción nigrostriatal son fundamentales para probar la eficacia de terapias potenciales. Existen medidas sensoriomotoras fiables y bastante elegante para ratas, sin embargo muchas de estas pruebas miden sensoriomotora asimetría en la rata y no son totalmente apropiados para los modelos de ratón genéticos más recientes de PD. Hemos preparado una serie de pruebas sensoriomotoras inspirados en los tests sensibles en ratas y adaptado para los ratones. La batería de pruebas de relieve en este estudio se elige para: a) su sensibilidad en una amplia variedad de modelos de ratón de la EP, b) su facilidad en la aplicación en un estudio, y c) su bajo costo. Estas pruebas han demostrado ser útiles en la caracterización de nuevos modelos genéticos de ratón de la EP, así como en la prueba de boterencial terapias modificadoras de la enfermedad.
La enfermedad de Parkinson (EP) es una enfermedad neurodegenerativa debilitante que se caracteriza principalmente por la pérdida progresiva de las neuronas dopaminérgicas en la sustancia nigra y el desarrollo de las inclusiones de cuerpos de Lewy en los sistemas central y periférico. Los pacientes que sufren de deficiencias sensoriomotor, incluyendo bradicinesia, temblor, rigidez, inestabilidad postural y que empeora con el tiempo. Aunque raras, las formas familiares de la enfermedad descubierto en los últimos 15 años han llevado a la identificación de nuevas dianas importantes para posibles terapias que modifican la enfermedad. Las mutaciones en los genes que codifican la alfa-sinucleína, parkin, DJ-1, LRRK2 y ATP13A2 entre otros marcan el desarrollo de una nueva "generación" de los modelos animales de PD, modelos genéticos de ratón.
Existen medidas no inducidas por drogas comportamiento excelente para el 6-hidroxidopamina (6-OHDA) modelo de rata unilateral estudiado ampliamente de la EP. Estos incluyen pruebas para la extremidad de uso de la asimetría, el movimientoiniciación, negligencia somatosensorial, capacidades que alcanzan, y más recientemente vocalizaciones ultrasónicas 1-6. Estas pruebas son sensibles a diversos grados de pérdida de neuronas de dopamina nigroestriatal y se han utilizado ampliamente para evaluar la eficacia de varios tipos de potencial terapéutica 7-11. Sin embargo, con los modelos genéticos de ratón no hay un consenso claro sobre las mejores pruebas sensoriomotoras de utilizar o cuantos de usar. Esto es problemático, al caracterizar un nuevo modelo de ratón genético, en estudios preclínicos, y cuando se trata de hacer comparaciones entre modelos. Durante la última década hemos trabajado para elaborar una serie de pruebas sensoriomotoras para los ratones similares a lo que se ha utilizado con éxito en ratas. Las pruebas que se describen en este artículo se han utilizado para ayudar a caracterizar numerosos modelos genéticos de ratón de la PD y se utilizan actualmente en los estudios preclínicos de prueba novedosa potencial terapéutica 12.
Las pruebas más comunes que utilizand para evaluar la función motora en ratones son la actividad en el campo abierto y la prueba de rotarod de coordinación 13. Aunque ambos de estos ensayos son automatizado, relativamente fácil de usar y proporcionar información sobre la función sensomotora, a menudo carecen de la sensibilidad necesaria para detectar alteraciones sutiles en el sistema de la dopamina nigroestriatal. Por ejemplo, parkin ratones deficientes con alteraciones sutiles en la función de la dopamina no muestran alteraciones en la rotarod pero hacen deficiencias motoras visualización en un ensayo de la viga difícil 14. Además, los ratones tratados con dosis moderadas de la neurotoxina 1-metil-4-fenil-1, 2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP) no muestran deficiencias en el cilindro giratorio, pero no tienen alteraciones significativas en la marcha y pérdidas de valor en un invertida prueba de la red 15. Por lo tanto, los estudios que utilizan sólo el rodillo giratorio para la evaluación fenotípica pueden pasar por alto alteraciones más sutiles. Un enfoque óptimo, en nuestra opinión, a la caracterización conductual es la que incluye un battery de pruebas que son sensibles a diferentes aspectos de la función sensorial y motora, y los cambios sutiles en la función de los ganglios basales 13-15. A continuación se describe la forma de medir y analizar la función sensoriomotora en ratones utilizando un desafiante recorrido del haz de prueba, una prueba de la actividad espontánea en el cilindro, y una respuesta a la prueba de los estímulos sensoriales.
De manera óptima los ratones deben ser probados durante su ciclo activo (oscuro). Los ratones en el laboratorio se mantuvieron en un ciclo de luz / oscuridad inversa que nos permite probar convenientemente los ratones durante su período activo (y la nuestra). Las pruebas no se inicia hasta que al menos una hora en el ciclo de oscuridad. Sin embargo, no siempre es posible para un investigador para mantener una habitación separada del ratón con un ciclo de luz de marcha atrás. En ese caso, las tres pruebas se pueden realizar durante el ciclo de luz, pero tenga en cuenta que el tiempo para recorrer en la viga, el número de pasos y partes posteriores en el cilindro, y el contacto y los tiempos de eliminación puede ser más largo en las pruebas durante este tiempo.
Las tres pruebas que se describen a continuación pueden ser realizadas por un experimentador, pero para aquellos que no son tan experimentados manipular y trabajar con ratones o tienen poca o ninguna experiencia en la medición de comportamiento en ratones a continuación pueden ser necesarios un experimentador adicional. En este caso, el segundo experimentador puede ayudar conel ensayo de la viga desafiante poniendo ratones en el haz y el otro investigador registra el juicio o en la prueba de eliminación adhesiva el segundo experimentador puede funcionar el contador de tiempo, mientras que los otros lugares de la etiqueta en el hocico y coloca el ratón en la jaula.
1. Desafiando Procedimiento Traversal Beam
2. Análisis de Video Beam
3. Actividad espontánea en el Procedimiento de Cilindro
4. Análisis de la actividad espontánea
5. Remoción Adhesivo
El haz desafiante, la actividad espontánea en el cilindro, y las pruebas de eliminación de adhesivos son todos los ensayos altamente útil de la función sensomotora en ratones. Hemos encontrado alteraciones en la función sensomotora utilizando estas pruebas en varios modelos de ratón genéticos y la toxina de la enfermedad de Parkinson incluyendo parkin nocaut, Parkin Q311X, Pitx3-afaquia, alfa-sinucleína sobreexpresión, y los ratones 6-hidroxidopamina unilaterales 14, 16-19. Aquí te mostramos los datos recogidos de los ratones que sobreexpresan humana de tipo salvaje alfa-sinucleína en el marco del Thy1 promotor (Thy1-Asyn) y los ratones Pitx3-afaquia 18,20. Sobre la viga desafiante que confiablemente detectar mayor número de errores por cada paso en Thy1-Asyn comparación con los ratones de tipo salvaje ( Figura 1). En la misma línea de ratones también se detecta en varias ocasiones una disminución fuerte en miembro posterior paso a paso en el cilindro ( Figura 2) 12, 16, 21. En la prueba de eliminación adhesiva ratones Pitx3-afaquia con una profunda disminución de las neuronas de dopamina nigroestriatales muestran significativamente mayor tiempo de contacto con respecto a los controles de tipo salvaje ( Figura 3).
Figura 1. Errores en el reto de tipo salvaje (n = 13) y Thy1-Asyn (n = 4) a los 4 meses de edad. A) Errores por paso, con una media de cinco ensayos. B) Media errores en cada ancho de haz. ** Representa p <0,01 respectivamente, en comparación con ratones de tipo salvaje. La prueba t de Student.
Figura 2. Miembro Posterior paso a paso en el cilindro en el tipo salvaje (n = 13) y Thy1-Asyn (n = 4) ratones a los 4 meses de edad. * Representa p <0,05 en comparación con el tipo salvaje. La prueba t de Student.
Figura 3. Contactar vez en Wildtype (n = 10) y Pitx3-afaquia (n = 12) ratones a las 4 semanas de edad. ** Representa p <0,01 en comparación con el tipo salvaje. Mann-Whitney U.
Prueba Parámetros Opciones de análisisDesafiando Beam | Errores | Diferentes haces de luz (sólo errores) Media de los 5 ensayos Ensayos individuales |
Tiempo | ||
Trámites | ||
Actividad espontánea | Miembro anterior Pasos | Media Miembro Anterior / Miembro Posterior Ratio |
Hindlimb Pasos | ||
Rears | Media | |
Tiempo de Preparación | Media | |
Eliminación Adhesivo | El tiempo de contacto | Media Mediano Mejor / Peor Puntuación Tiempo para quitar el marcador Tiempo de contacto |
Tiempo para quitar el |
Tabla 1. Prueba de la función sensoriomotora batería: Opciones de análisis.
En el presente estudio se muestra cómo realizar y analizar tres pruebas útiles de la función sensoriomotora en ratones. Estos incluyen el haz desafiante, la actividad espontánea en el cilindro, y la respuesta a los estímulos sensoriales (eliminación de adhesivo). Estas pruebas fueron escogidos por las siguientes razones 1) y otros han encontrado que son muy sensibles a los diversos grados de disfunción dopaminérgica nigroestriatal en modelos de ratón genéticos 14,16-18, 2) sólo se requiere un corto período de entrenamiento de la viga y la dirección para la respuesta a los estímulos sensoriales de las pruebas y una vez formados los ensayos se pueden realizar en una sesión de pruebas, y 3) el precio de los equipos necesarios para realizar las pruebas es bastante bajo en comparación con la compra de más equipo automatizado como el rotarod y abierto cámaras de campo.
El ensayo de la viga difícil no sólo es útil en la detección de rendimiento del motor y los déficits de coordinación en los modelos genéticos de ratón de la PD, pero también es útil in descubrir deficiencias en ratones 1-metil-4-fenil-1, 2,3,6-tetrahidro-piridina-tratados y 6-hidroxidopamina-tratada y norepinefrina ratones deficientes 19, 23-25. Además, nos encontramos con el haz de desafío a ser menos influenciado por el peso corporal en comparación con otras pruebas de rendimiento del motor y la coordinación (rotarod y prueba de polo). Esto es especialmente útil cuando se trabaja con ratones machos de edad que pueden pesar hasta 50 gramos +. Similar a la viga, alteraciones en la actividad espontánea se observan fiable en parkin nocaut, PQ311X, Thy1-Asyn, Pitx3-afaquia, y LRRK2 ratones 14, 16-18, 26. La prueba de eliminación de adhesivo también es sensible a la manipulación genética incluyendo parkin nocaut, parkin Q311X, Thy1-Asyn y DJ-1 knockout mutaciones en ratones 14,16, 17, 22. En el ratón 6-hidroxidopamina tratado con la eliminación unilateral de la prueba de adhesivo se lleva a cabo en una manera similar a cómo se hace típicamente con ratas 1,2. La etiqueta adhesiva que se coloca en cada pata delantera utilizandose graba una pinza y el tiempo para quitar la etiqueta. Hemos encontrado que los ratones 6-hyrdoxydopamine tratadas con retirar la etiqueta de la extremidad no afectada antes de retirar la etiqueta de la extremidad afectada 19.
Esta batería de pruebas es fácil de implementar en el envejecimiento de los estudios que utilizan tratamientos crónicos, pero también es fácil de usar en los estudios farmacológicos. Una vez que los animales son entrenados y listos para probar una estación de prueba para cada ensayo se puede configurar. Después los animales se ejecutan en el mismo orden en cada prueba. El fármaco de interés puede ser administrado y una vez que se alcanza el pico de concentración de fármaco deseada cada ratón se puede probar en la viga y luego se trasladó al cilindro durante tres minutos y luego a la prueba de retirada de adhesivo. Encontramos que esta estrategia funcione bien al probar diferentes agonistas de la dopamina en los ratones 18, 21. Tanto el haz de pruebas de eliminación de adhesivos y son susceptibles de repetición de la prueba, sin embargo, la actividad espontánea en el cilindro se ve afectada por Testi repetidang resultando en reducción de la actividad en el tiempo 16. Dependiendo de qué tan robusta que el déficit está en el ratón aún puede ser capaz de detectar diferencias con pruebas repetidas en el cilindro 16. En general, se observa la habituación y la reducción de la actividad tan pronto como la segunda exposición al cilindro sin embargo, nos encontramos con que podemos conseguir los niveles de actividad suficientes cuando se ejecute la prueba de actividad espontánea inmediatamente después de viga transversal en los estudios farmacológicos 18,21. El número de sesiones de la prueba de actividad espontánea para incluir en un estudio será dependiente de cepa de ratón (algunos son definitivamente más activos que otros) y la duración del tratamiento. En nuestros estudios farmacológicos en ratones con una mezcla de C57BL / 6 x DBA fondo que mide la actividad entre las 02.04 horas y las sesiones de prueba fueron separados en una semana 21.
Los ensayos de vigas y el cilindro no se requiere el análisis post-pruebas de comportamientos videorecorded. Para este aspecto del análisis sees particularmente importante contar con evaluadores que son ciegos a las condiciones experimentales. Cuando entrenamos nuevos calificadores en el laboratorio tenemos el comportamiento puntaje persona en cintas de vídeo previamente analizados por un experto evaluador del laboratorio. Los criterios se explican y se muestran a la nueva evaluador y entonces la persona comienza a anotar las cintas previamente analizadas por su propia cuenta. Los resultados se comparan con las calificaciones del perito. La persona no se le permite a los nuevos datos de la tasa hasta que estén dentro de 95 a 98% de precisión del experto. Todos los datos son luego aleatoriamente lugar a comprobar la precisión de un experto evaluador.
La batería de pruebas que se describen en este estudio está diseñado para evaluar la función sensoriomotora en ratones. Sin embargo, cada vez que la caracterización de un nuevo modelo de ratón de la enfermedad, siempre es importante hacer un examen básico de los animales también. El peso corporal y la temperatura deben ser controlados durante toda la prueba y los comportamientos anormales deben tenerse en cuenta, como la eliminación de las vibrisas o clasping del extremidades posteriores al cogerlo por la cola. Evaluaciones neurológicas básicas se describen en detalle en otra 27-29.
No tenemos conflicto de intereses.
Este trabajo está financiado por el NIH / NINDS NS07722-01 y el centro de la familia de Gardner para la Enfermedad de Parkinson y Trastornos del Movimiento.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Challenging beam apparatus | Starks Plastics | Segment 1= 3.5 cm Segment 2= 2.5 cm Segment 3= 1.5 cm Segment 4= 0.5 cm | Contact information: 11276 Sebring Dr. Forest Park ,OH 45240 USA Ph +1 (513) 541-4591 Fax +1 (513) 541-6773 |
Cylinder | Starks Plastics | 15.5 cm diameter 12.7 cm height | Contact information: 11276 Sebring Dr. Forest Park ,OH 45240 USA Ph +1 (513) 541-4591 Fax +1 (513) 541-6773 |
Mesh Grid Wiring | Ace Hardware | 1 cm2 | |
Mouse Cages | Ancare | 19 x 29 x 12.7 cm | |
Glass | Ace Hardware | 19 cm2 | |
Mirror | Ace Hardware | 18 x 13 cm | |
Camcorder | Sony HDR-HC9 | ||
MiniDV Tapes | Sony DVC premium | 90 min long play | |
Labels | AveryColor Coding Labels | 6.35 mm diameter (1/4" Round) |
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