パーキンソン病のマウスモデルにおける感覚運動機能の評価

要約

一般的にパーキンソン病と運動障害では、高感度かつ信頼性のある行動アッセイは小説潜在治療をテストするために不可欠です。ここでは、黒質線条体系への損傷の程度の差に敏感と前臨床研究のために有用であるマウスのために感覚テストの管理可能なバッテリーを記述します。

要約

高感度かつ信頼性のある行動のアウトカム指標は、多くの神経変性疾患のための前臨床試験では潜在的な治療上の処置の評価に不可欠である。パーキンソン病では、感覚は、黒質線条体機能障害の程度は、潜在的な治療法の有効性をテストするための基本である変化に敏感でテストします。信頼性が高く、非常にエレガントな感覚措置がラットのために存在するが、これらの試験対策感覚の多くは、ラット内で非対称とPDの新しい遺伝のマウスモデルのために完全に適していません。私たちは、ラットおよびマウスに適応内の機密テスト触発感覚テストのバッテリーを一緒に入れている。この研究で強調表示された試験電池は、その試験に実装する際の容易さ、およびc）は、その低費用）PDのマウスモデルの様々、（b）で）その感度のために選択される。これらのテストは、テストの鍋で同様にPDの新規遺伝子のマウスモデルを特徴付けるに有用であることが証明されている動疾患修飾療法。

概要

パーキンソン病（PD）は、主に黒質におけるドーパミン作動性ニューロンの進行性の喪失と、中央と周辺システムにおけるレビー小体介在物の開発によって特徴付けられる衰弱性神経変性疾患である。患者は、動作緩慢、震え、硬直、そして時間の経過とともに悪化する姿勢の不安定性を含め、感覚障害に苦しんでいます。珍しいが、過去15年間で発見された病気の家族の形態は、潜在的な疾患修飾治療薬のための重要な新たな標的の同定につながっている。中でもα-シヌクレイン、パーキン、DJ-1、LRRK2、およびATP13A2をコードする遺伝子の変異は、PDの動物モデルの新しい "世代"の開発をマーク遺伝マウスモデル。

優れた非薬物誘発性の行動対策はPDの広範囲に研究片側6 - ヒドロキシ（6-OHDA）ラットモデルのために存在する。これらは肢利用のためのテストは、運動を非対称含める開始、体性感覚怠慢、到達能力、最近超音波発声^1-6。これらのテストは、黒質線条体ドーパミンニューロンの損失の程度を変化に敏感であり、潜在的な治療^7-11の様々な種類の有効性を評価するために広く使用されてきた。しかし、遺伝的マウスモデルで使用するための最良の感覚テストでまたはどのように使用することが多くの明確なコンセンサスはありません。これは、前臨床研究では、新規遺伝子マウスモデルを特徴付ける際に問題があるとき、およびモデル間の比較をしようとしている。過去十年間にわたり、私たちは、ラットで正常に使用されてきたものと同様のマウスで感覚テストのバッテリーを一緒に入れてきました。この資料に記載されている試験は、PDの多数の遺伝子のマウスモデルを特徴付けるために使用されており、現在、新規な潜在的治療薬^12を試験前臨床試験で使用されている。

最も一般的なテストでは、使用マウスでの運動機能を評価するためのdはオープンフィールドとの連携¹³のロータロッド試験での活動である。これらのテストの両方の感覚機能に関する情報を使用して、提供することが比較的容易で、自動化されているが、それらは多くの場合、黒質線条体ドーパミンシステムにおける微妙な変化を検出するために必要な感度を欠いている。例えば、ドーパミン機能の微妙な変化とパーキン欠損マウスでは、ロータロッド上の障害を表示しませんが、やりがいのビーム試験¹⁴上の表示運動障害を行う。加えて、神経毒1 - メチル-4 - フェニル-1,2,3,6 - テトラヒドロピリジン（MPTP）を中用量で処置したマウスは、ロータロッド上の障害を示すが反転した上で歩行障害との有意な変化を有しておりませんグリッドテスト^15。したがって、唯一の表現型の評価のためのロータロッドを使用した研究では、より微妙な障害を見逃すことがあります。行動の特性評価に最適なアプローチは、我々の意見では、BAを含むものである感覚と運動機能のさまざまな側面、および大脳基底核の機能^13-15の微妙な変化に敏感であるテストのttery。ここでは、挑戦的なビーム走査テスト、シリンダー内の自発的な活動のテスト、および感覚刺激テストへの応答を使用して、マウスにおける感覚運動機能を測定し、分析する方法について説明します。

プロトコル

最適なマウスは彼らのアクティブな（暗い）サイクル中にテストする必要があります。我々の研究室でマウスは私たちが便利に彼らのアクティブ期間（と私たち）の間にマウスをテストすることができます逆明/暗サイクルで維持されています。テストは明暗サイクルに少なくとも1時間まで開始されません。しかし、それは逆の光周期を持つ別のマウスの部屋を維持するために捜査のために常に可能とは限りません。その場合は、すべての3つのテストは、光サイクル中に実行することができますが、この期間中に試験したとき、梁にトラバースする時間は、シリンダー、および連絡先および除去時間のステップ及び後部の数は長くなる可能性があることに留意してください。

下記の3つのすべてのテストは、1実験者によって行うことができるが、ハンドリング、マウスでの作業などの経験がない、またはマウスで経験がない測定動作に少しを持っている人のために、追加の実験が必要になることがあります。この場合、2番目の実験者を支援することができます他の実験者が裁判を記録しながら、梁にマウスを置くことにより、接着剤の除去試験でチャレンジングなビーム試験は、第二実験者は鼻で他の場所のステッカーながらタイマーを実行して、ケージにマウスを配置することができます。

1。挑戦的なビームトラバーサル手順

1. 卓上またはマウスケージを変える駅で3きれいなマウスケージを反転。均等に彼らはビーム（1メートル）の長さをサポートできることをケージを並べる。
2. 幅広いからの反転、マウスケージの上に狭いセクションと場所にビームの4セクションを組み立てます。
3. あなたは、ビームの狭い端が右homecageにつながるように、その側に、ビームの終わりにテストすることを計画しているマウスのhomecageを置きます。
4. 尾の付け根で最初のマウスをピックアップし、あなたの手の手のひらでその後肢をサポートしています。ビームの広い方の端にマウスを置き、その尾を手放すとあなたの藩を削除D。
5. マウスはにおいを嗅ぐと、マウスが回る優しく所望の方向にリダイレクトする場合、装置へのより良い指向になるために移動しましょう​​。
6. その側の同じ位置にそれを維持する（それはそれでcagematesを持っている場合でも）homecageを持ち上げて、それはテストのマウスに近づける。テストマウスは試してみて、homecageマウスが入らないように戻ってそれを移動させる入力を開始しますが、一歩前進になりますように。ビームダウンこのすべての方法をし続ける。終わりに、マウスがhomecageを入力することができます。ケージ内の各マウスに同じ手順を実行します。これが最初の "支援"試験です。
7. ビームは徹底的に動物のケアや獣医スタッフによる消毒とケージの間に清掃する必要があります。ケージ内では、これは次のマウスをそらすなるので次のマウスが実行される前にビームオフ任意の尿や糞をきれいすることが重要です。
8. 一度ケージのマウスのすべてが、1つ支援トライアルを経ている再び最初のマウスをピックアップし、ビームの広い方の端に配置します。必要に応じて、あなたの手で軽く向きたい方向にマウスと軽く、それはそのhomecageにビームの長さに沿って移動することを奨励するために、その裏側に触れる。マウスはにおいを嗅ぐかビームがあなたの手でマウスを修正したり、それを拾うと、それは立ち去った同じセクションに置きますから歩いて停止した場合。ビームの最後にマウスを導くために近くに手を持っている。あなたは試してみて、梁にしばらく停止し、探索マウスを最小限に抑えたい。以上が、これはより少ないマウスがテスト中にそれを行う傾向にある訓練中に行われます。
9. マウスがhomecageにその前肢のいずれかを配置したときに試験は終了します。次のマウスは、その2 ^回目のトライアルを受けることができます。マウスは、各マウスが約30秒以上の試行間間隔を持つようにしたマウスとの間で交互に、最初のトレーニングの日に5試験の合計を受け取る。通常、最後のいくつかの試験によってマウスは、の長さを横断するビーム、自分で、修正を必要とせず。
10. 24時間後の研修の2日目を開始することができます。 2日目のマウスは1日目と同様にビームセットアップでさらに5試験を受ける。マウスは、どのような援助を必要としないはずですが、停止したり探索を防止するために裏面に訂正または触れることが必要な場合があります。
11. 24時間後に、実際の試験日を開始することができます。試験日の場合、ビームは前2訓練日と同様に設定されています。しかし、現在各ビーム幅に対応するメッシュグリッドは、各梁部の上に配置されている。ビデオカメラは、すべてのビームトラバース試験を記録するために使用され、1つまたは複数の実験を行うことができる。
12. 本質的な実験情報（日付、マウス＃、裁判＃など）でカードにラベルを付けます。それはテストされているマウスとそれが何であるか裁判明らかであるように、2〜3秒のためのカメラとレコードの前にこのカードを置きます。
13. マウスは、ビームの最も広い部に格子面の上に配置され、記録されるSそれは、ビームに沿って移動する。記録は、マウスの体の全長がカメラに表示されるように十分に近くなければならない。それはあまりにも遠くにある場合は、スリップは見ることが困難であり、それはあまりにも近い場合、次に四肢の動きを見逃すことができます。カメラはグリッドが視聴者の中央にあるように配置されるべきである。
14. テストの日にすべてのマウスがグリッド浮上梁に5試験を受ける。

2。ビームビデオの分析

1. ビデオはカメラから直接表示または大画面ビュー用テレビやコンピュータに接続することができます。ビデオテープは、実験内遺伝子型と処理条件にブラインド実験者によって採点されるべきである。
2. ビデオをスローモーションで再生されるように各試行のためエラーが採点されます。マウスが直面して前進しているときにスリップやエラーがカウントされます。四肢がグリッド表面より0.5センチ（半押し）を超えたときにスリップを介して、またはグリッドの外側スリップはエラーと見なされます。任意のスリップマウスが停止したり、向きを後に行われた側にその頭はエラーとはみなされません。マウスが前進されておらず、四肢や手足を繰り返しグリッドを滑る場合、それはエラーとは見なされません。後肢のベースはグリッドおよび側面をオフにぶら下がって足の指の上にすることができ、ビームの狭いセクションでは、これはエラーとは見なされません。
3. ステップもスローモーションでカウントされます。カメラに直面後肢のステップ数を追跡するために使用される。マウスが前進の第一歩を作り、マウスがhomecageにその前肢を置いたときに終了したときにカウントが開始されます。
4. 通過する時間は、ストップウォッチを使ったスコア付けされており、リアルタイムで行われます。マウスが前進を開始し、最初の前足がhomecage内に配置されたときに終了したときにタイマーが開始される。

3。シリンダー手続における自発活動

1. 卓上またはマウスケージを変える駅で3きれいなマウスケージを反転。電子の隣の2ケージを手配ケージの前面が実験者に直面しているように、離れて他のACH〜18センチメートル。残りのケージは他の二つのケージの後方に配置され、ミラーを支持するのに役立つであろう。
2. 2ケージの上にガラス片を置き、ガラスは最初の2ケージの外縁によってサポートされているように配置します。
3. 後ろに3 ^番目のケージに寄りかかっ、ガラスとガラスの下の角度でミラーの上にシリンダーを配置します。角度は30°からどこでも及ぶことができる - 45°が、もっと重要なのは、ミラーからの眺めは、シリンダの全直径を含める必要があります。
4. 鏡の前でビデオカメラを設定して、シリンダーの底の全体の直径を表示できるようになるまで、鏡とビデオカメラの両方を調整します。
5. 3分間タイマーを設定し、重要な実験の詳細（日付、マウス＃など）でカードを付ける。 Videorecord 2-3秒のラベル。
6. シリンダーを押すと記録とタイマーでマウスを置きます。録音3分間マウスをordと。これは、大きな音と会話がマウスをそらすと、潜在的に凍結挙動の原因となりますので、テストエリアが静かであることが重要である。
7. 3分の間にマウスがシリンダー中に作る後部の数をカウントする手のカウンターを使用しています。リアは、マウスだけで後肢の上に立っているように、床から両方の前肢との垂直方向の動きとして定義されています。 3分の終わりにマウスを削除し、そのhomecageにそれを戻してください。
8. 動物のケアや獣医スタッフによる消毒とシリンダーとガラスを清掃してください。洗浄液は、シリンダ内の次のマウスを置く前に乾燥することができます。

4。自発活動の分析

1. ビデオはカメラから直接表示または大画面ビュー用テレビやコンピュータに接続することができます。ビデオテープは、実験内遺伝子型と処理条件にブラインド実験者によって採点されるべきである。
2. ビデオをスローモーションで再生される前肢のステップがカウントされます。動物は両方が1の連続した​​動きでシリンダーの床の上を移動したときに順次前肢前肢ステップがカウントされます。 1前肢の動きおよび他の前肢の間の時間が5秒より長い場合、前肢の動きはカウントされない。後肢ステップは前肢のステップと同じようにカウントされます。
3. グルーミング費やされる時間をストップウォッチを用いて、リアルタイムで映像を再生測定される。鼻、鼻毛、そしてボディのグルーミング発作が測定される。

5。接着剤除去

1. 試験室におけるまたはマウスケージを変える駅で、そのhomecageに置きマウス。
2. ケージからフィーダビンを外し、ケージの蓋を交換してください。マウス/マウスは1時間フィーダーずに試験室とケージに慣らすことができます。
3. テストのためのテストマウスはhomecageで唯一のものであるので、cagematesを配置するためにクリーンなケージを使用しています。寝具の約3/4を外し、cagematesクリーンなケージに入れてください。
4. homecage首筋順序でテストマウスはそれを抑制するために、マウスの鼻の上に小さな鉗子場所1粘着ラベルのペアを使用して。優しく鉗子と鼻先のラベルを押し、マウスを離します。ケージの蓋を置き、ストップウォッチを開始します。マウスはその前足は時間を記録すると、ラベルを除去する試みを行ったとき。マウスは接触しているが、それは、それを削除し、その時間を記録するだけでなく、（接触及び除去時間）なるまでタイマーを続ける、ラベルを削除していない場合。
5. マウスは60秒以内ステッカーを連絡するか、削除されない場合は、試験が終了し、ステッカーは実験者によって手動で削除されます。
6. 清潔なケージにテストマウスを置き、次のマウスを削除し、homecageに入れてテストを開始。すべてのマウスは、3試験を受ける。むしろ3つすべての試験を行うよりもマウスを交互することが重要です一度マウス。ラベルが落ちたり、鼻に安全ではありません試験はカウントされません。

結果

挑戦ビーム、シリンダー内の自発的活動、および接着剤の除去テストでは、マウスでの感覚運動機能のすべての非常に便利なアッセイである。我々はパーキンノックアウト、パーキンQ311X、Pitx3-無水晶体、α-シヌクレイン過剰発現、および片側6 - ヒドロキシマウス含むパーキンソン病の複数の遺伝的および毒素マウスモデルでこれらのテストを使用した感覚機能の変化を発見した ^14、16-19。ここでは、THY1プロモーター（THY1-非同期）とPitx3-無水晶体マウスの下に過剰発現するマウスのヒト野生型α-シヌクレインから収集したデータを表示する ^18,20。挑戦的なビームで私達は確実に野生型マウス（に比べTHY1-非同期でステップあたり増加エラーを検出図1）。マウスの同じ行で、我々はまた、繰り返してシリンダ内のステッピング後肢で堅牢な減少を検出（図2） ^12、16、21。接着剤除去試験では黒質線条体ドーパミンニューロンの深遠減少とともにPitx3-無水晶体のマウス（野生型対照と比較して問合せをするには、大幅に増加した時間を表示図3）。

図1。生後4ヶ月で野生型（N = 13）とTHY1-非同期（N = 4）に挑戦のエラー。）エラー、5件の試験の平均。 B）それぞれのビーム幅でエラーを意味します。 **それぞれ野生型マウスと比較してP <0.01を表す。スチューデントのt検定。

図2。後肢は、生後4ヶ月で野生型（N = 13）とTHY1-非同期（N = 4）のマウスにおけるシリンダ内のステッピング。 *野生型と比較してP <0.05を表す。スチューデントのt検定。

図3。生後4週目で野生型（N = 10）とPitx3-無水晶体（N = 12）マウスの時間にお問い合わせください。 **野生型と比較してP <0.01を表す。マン·ホイットニーのU.

テストパラメータ解析オプション

挑戦ビーム	エラー	ビーム幅（エラーのみ） 5試験の平均 個々の試験
	時間
	ステップ
自発的活動	前肢ステップ	平均 前肢/後肢比
	後肢ステップ
	リア	平均
	時間グルーミング	平均
接着剤除去	お問い合わせ時間	平均 中央値 最高/最悪のスコア 除去時間の接触時間のスコア
	除去時間

表1。感覚運動機能検査バッテリー：解析オプション。

ディスカッション

本研究で我々は、マウスの感覚機能の三役立つテストを実行し、分析する方法を示しています。これらは困難なビーム、シリンダー内の自発的な活動、および感覚刺激（接着剤除去）への応答が含まれています。これらのテストは、トレーニングのほんの短い量は、ビームが必要です）1）私たちと他の人がそれらは遺伝的マウスモデル^14,16-18、2に黒質線条体ドーパミン作動性機能障害の程度の差に非常に敏感であることが判明した次の理由で選ばれたと感覚刺激試験に対する応答を処理し、一回のアッセイを訓練することは一つのテストセッションで行われ、3）テストを実行するために必要な機器の価格は、このようなロータロッドやオープンなどの購買より自動化された機器に比べて非常に低いことができますフィールド室。

チャレンジングなビーム試験は、PDの遺伝マウスモデルにおける運動性能と調整赤字を検出でのみ有用ではありませんが、また、私に便利ですnは1 -メチル-4 -フェニル-1,2,3,6 -テトラヒドロピリジン処理および6 -ヒドロキシ処置マウスおよびノルエピネフリン欠損マウス^19、23-25 ​​に障害を発見。さらに、我々は困難なビームが少ないモータ性能と調整の他の試験（ロータロッドとポールテスト）に比べて体重の影響を受けることがわかりました。 50 +グラムまで重量を量ることができる高齢者雄マウスで作業する場合、これは特に有益である。ビームと同様に、自発的な活動の変化を確実にパーキンノックアウト、PQ311X、THY1-非同期、Pitx3-無水晶体、およびLRRK2マウス^{14、16-18、26}で観察されています。接着剤除去テストもパーキンノックアウト、パーキンQ311X、THY1-非同期、およびマウス^{14,16、17、22}でDJ-1ノックアウト変異を含む遺伝子操作に敏感です。片側6 -ヒドロキシ処理したマウスでは、接着剤の除去試験は、それは、典型的には^1,2ラットを用いて行われる方法と同様に行われる。粘着ラベルを使用して、各前脚上に配置される鉗子とラベルを削除する時刻が記録される。我々は6-hyrdoxydopamine処置したマウスは、患肢¹⁹のラベルを削除する前に、影響を受けていない肢からラベルを削除されることがわかった。

このテスト電池は慢性的治療法を用いた研究の老化で実装するのは簡単ですが、それはまた、薬理学的研究に使いやすいです。一度動物は訓練されていると、各アッセイのためのテスト·ステーションをテストするための準備ができて設定することができます。動物は、各テストで同じ順序で実行されます。その他の薬剤を投与することができるし、一度所望の薬物のピーク濃度に達すると、各マウスは、ビーム上でテストすることができ、次いで3分間シリンダに接着剤を除去した後、試験に移動する。我々は、マウス^18、21内の異なるドーパミンアゴニストをテストするときに、この戦略はうまくいくことがわかった。ビームと接着剤除去テストの両方が繰り返されるテストに適している、シリンダ内しかし自発活動が繰り返さTESTIによって影響されるNGは、時間¹⁶にわたって活性低下の結果。赤字は、マウスでどのように堅牢に応じて、あなたはまだシリンダ¹⁶で繰り返しテストとの違いを検出することができるかもしれません。一般的には、慣れと活性低下は、シリンダへの第二の曝露としてしかし、我々は薬理学的研究^18,21のビーム走査直後自発的活性試験を実行したときに、我々は十分な活動レベルを得ることができることを見つけるとすぐに観察される。調査に含める自発活動のテストセッションの数は、マウス系統（一部は他よりも間違いなく、よりアクティブになっている）と、治療期間に依存することになる。混合C57BL / 6マウスでの我々の薬理学的研究では、我々は2〜4倍とテストセッション間の活性を測定したX DBA背景は一週間²¹により分離した。

ビームとシリンダーテストはvideorecorded行動の事後テストの分析を必要としません。分析のこの側面、それのために実験条件に盲目で評定を有することが特に重要である。我々は研究室で新たな評価者を訓練するとき私たちは、以前に研究室からの評価者の専門家によって分析ビデオテープ上の人のスコアの動作を持っている。基準を説明し、新たな評価者とその後の人が自分で以前に分析したテープを獲得するために開始されますように示されている。スコアは、その後専門家の評価と比較されます。彼らは専門家の95から98パーセント以内の精度になるまでの人は、レート、新しいデータに許可されていません。すべてのデータはランダムに評価者の専門家によって精度スポットチェックされます。

この研究で説明したテストの電池はマウスにおける感覚運動機能を評価するように設計されている。しかし、疾患の新規なマウスモデルを特徴付けるたびに、それは同様に、動物の基本的な検査を行うことが常に重要である。体重および温度は、試験全体を通じて監視されるべきであり、異常動作は、鼻毛又はClを除去するように、留意すべきである尾によってピックアップ時後肢のasping。基本的な神経学的評価は、詳細^27-29の別の場所で説明されています。

資料

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)