Dissertation
Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Christine Julia Müller

 

Untersuchungen zu Verhaltensänderungen und Lern- und Gedächtnisdefiziten im Pilocarpinmodell für chronische Epilepsie bei der NMRI- und C57BL/6-Maus

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-98029

title (engl.)

Investigations of behavioral alterations and learning and memory deficits in the pilocarpine model of chronic epilepsy in NMRI- and C57BL/6-mice

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2009

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/muellerc_ws09.pdf

abstract (deutsch)

Epilepsien zählen zu den häufigsten neurologischen Erkrankungen und zeichnen sich durch das spontane und wiederholte Auftreten von Krampfanfällen zentralen Ursprungs aus. Doch nicht nur die klinischen Auswirkungen der Epilepsie beeinträchtigen stark die Lebensqualität der Epilepsiepatienten. Bei bis zu 60% der Epilepsiekranken existieren ferner psychisch-kognitive Begleiterkrankungen. Zu nennen sind insbesondere Depressionen, Angsterkrankungen, Psychosen sowie Lern- und Gedächtnisdefizite. Obwohl die Prävalenz dieser psychischen Komorbiditäten bei Epilepsien so hoch ist, bestehen lediglich Hypothesen bezüglich ihrer Entstehung wie auch ihres Zusammenhangs mit Epilepsie. Auch die Therapiemöglichkeiten sind nicht hinreichend erforscht. Infolgedessen ist es notwendig, ein Tiermodell zu generieren, welches nicht nur die Untersuchung von Mechanismen ermöglicht, die der Epilepsie zugrunde liegen, sondern auch die Untersuchung von Grundlagen der Epilepsie-assoziierten Komorbiditäten.

Den ersten Schritt bildete die Generierung von epileptischen Mäusen. Hierzu wurde in dieser PhD-Arbeit das Pilocarpin-Modell verwendet, welches weltweit eines der gebräuchlichsten chronischen Epilepsiemodelle darstellt. Als nächsten Schritt absolvierten epileptische Mäuse eine Batterie an Verhaltenstests, welche für psychische und kognitive Veränderungen existieren. Dass epileptische NMRI-Mäuse Verhaltensauffälligkeiten präsentieren, welche sich in einer Verhaltensbatterie detektieren lassen, zeigte eine vorherige PhD-Arbeit von Ina Gröticke in der Arbeitsgruppe Löscher. Neu in meiner PhD-Arbeit ist, dass NMRI-Mäuse, welche mit Lithiumchlorid vorbehandelt wurden, mit nicht-vorbehandelten Tieren im Pilocarpin-Modell verhaltensphysiologisch sowie histologisch verglichen wurden. Es konnten keine Unterschiede zwischen dem LiCl-Pilocarpin- sowie dem Pilocarpin-Modell nachgewiesen werden. Ebenfalls neu ist die Untersuchung von Pilocarpin-behandelten NMRI-Mäusen, die durch diese Behandlung keinen Status epilepticus entwickelten. Diese Tiere differierten im Wesentlichen sowohl bezüglich der Verhaltenscharakterisierungen, als auch hinsichtlich der histologischen Untersuchung nicht von den Kontrolltieren.

Zusätzlich zur Charakterisierung der NMRI-Mäuse im Pilocarpin-Modell wurde dieses Modell für die C57BL/6 (B6)-Maus etabliert. Die B6-Maus stellt einen beliebten Inzuchtstamm dar, welcher üblicherweise als Hintergrundstamm für transgene Tiere verwendet wird und infolgedessen auch in der Epilepsieforschung häufig eingesetzt wird. Bei der Etablierung des Pilocarpin-Modells konnten Unterschiede in Bezug auf die Status-epilepticus-Induktionsrate innerhalb von B6-Mäusen von verschiedenen Züchtern entdeckt werden. Auch innerhalb B6-Stammes mit der höchsten Status-epilepticus-Induktionsrate (Züchter Charles River) konnten überraschenderweise signifikante Sublinienunterschiede zwischen Mäusen aus zwei verschiedenen Barrieren (8 und 9) von Charles River aufgedeckt werden. Wir vermuteten eine Spontanmutation innerhalb der Pilocarpin-sensitiven Barriere 8, da weitere Barrieren des Züchters sich hinsichtlich ihrer Pilocarpinsensitivität nicht signifikant unterschiedlich zu den resistenten Mäusen aus Barriere 9 verhielten. Die Hypothese, dass eine Spontanmutation auf dem X-Chromosom der Tiere in Barriere 8 stattgefunden hat, und einen rezessiven Erbgang aufweist, wurde verifiziert, indem aus Kreuzungen zwischen Pilocarpin-sensitiven und -resistenten Mäusen eine sensitive Nachfolgegeneration gezüchtet werden konnte. Bei der Verhaltenscharakterisierung von chronisch epileptischen B6-Mäusen konnten viele Ähnlichkeiten zu epileptischen NMRI-Mäusen aufgezeigt werden, wie beispielsweise Angst-assoziiertes Verhalten oder Lern- und Gedächtnisdefizite. Der Neuronenverlust stellte sich jedoch bei epileptischen B6- im Vergleich zu epileptischen NMRI-Mäusen als wesentlich geringer dar.

Es lässt sich schlussfolgern, dass das Pilocarpin-Modell bei der B6-Maus als Modell für psychische und kognitive Verhaltensänderungen, wie sie beim humanen Epilepsiepatienten existieren, verwendet werden kann. Langfristig könnte es zu einem neuen Verständnis der Grundlagen dieser Begleiterkrankungen sowie zu neuen Therapieansätzen beitragen.

 

abstract (englisch)

Epilepsy constitutes one of the most common neurological disorders, which is characterized by the occurrence of spontaneous recurrent seizures. Up to 60% of epilepsy patients suffer from psychiatric and cognitive comorbidities and the most common ones are depression, anxiety, psychosis, and learning and memory deficits. Despite the high prevalence of these comorbidities, there are only hypotheses about their origin, their correlation with epilepsy, and therapeutic possibilities as yet. Thus, it is necessary to generate an animal model which offers not only the opportunity to investigate epilepsy, but also epilepsy-associated comorbidities.

In Löscher’s working group, Ina Gröticke recently demonstrated in her PhD-thesis that epileptic NMRI-mice exhibited behavioral alterations which can be detected in a behavioral test battery. The first step in this PhD-thesis was to produce epileptic mice by using a modified version of the pilocarpine-model, which is one of the most common models of chronic epilepsy in rodents.

We secondly investigated NMRI-mice, which received a pre-treatment of lithium-chloride before application of pilocarpine, in a behavioral test battery and performed a histological analysis of their brains. There were no differences between the lithium-pilocarpine and the pilocarpine-model. We also examined mice, which received pilocarpine but did not reach a status epilepticus. These animals did not differ from controls in almost all parameters.

Next we established the pilocarpine model in C57BL/6- (B6) mice. B6-mice form a popular inbred strain which is commonly used as a background strain for transgenic or knockout mice and which are often used in epilepsy research. During establishment of the pilocarpine model in B6-mice, we detected differences in pilocarpine-sensitivity of B6-mice from different breeders. In addition, we surprisingly found striking differences in pilocarpine-sensitivity even between two barriers (8 and 9) of the same vendor (Charles River). We supposed a spontaneous mutation risen inside of the pilocarpine-sensitive animals of barrier 8 because all the other tested barriers of the supplier did not differ from pilocarpine-resistant mice of barrier 9. We verified this hypothesis of a spontaneous mutation with recessive inheritance on the X chromosome by breeding a pilocarpine-sensitive F3-generation of B6-mice out of pilocarpine-sensitive and pilocarpine-resistant parental mice.

Behavioral characterization of chronic epileptic B6-mice, of pilocarpine-treated B6- mice without SE, and controls revealed many similarities to NMRI-mice, e.g. epileptic B6-mice exhibited anxiety-like behavior and learning and memory deficits. Epileptic B6-mice were slightly affected by neurodegeneration, especially in the hilus of the dentate gyrus, but overall neuronal loss was less severe than in epileptic NMRI-mice.

In conclusion, the pilocarpine model in B6-mice is an appropriate model for investigation of psychiatric and cognitive disturbances, which also occur in human epilepsy patients. In the long term it could contribute to further understanding of basic principles and opportunities for therapies in epilepsy-associated comorbidities.

 

keywords

Epilepsie, Pilocarpin, Verhalten; epilepsy, pilocarpine, behavior

kb

4.456