vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ15.049vavilov-423Research ArticleФИЛОГЕНЕТИКАHIGH-THROUGHPUT PHENOTYPINGПроведение и автоматизация теста «водный лабиринт Морриса» в условиях SPF-виварияConducting and automating the water Morris maze test in SPF conditionsХоцкинН. В.KhotskinN. V.khotskin@bionet.nsc.ruКуликовВ. А.KulikovV. A.v_kulikov@bionet.nsc.ruЗавьяловЕ. Л.ZavyalovE. L.shverter@mail.ruФурсенкоД. В.FursenkoD. V.КуликовА. В.KulikovA. V.Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Automation and Electrometry SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, Россия Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет», Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Novosibirsk State University, Novosibirsk, RussiaRussian Federation201530112015194388393Copyright © Хоцкин Н.В., Куликов В.А., Завьялов Е.Л., Фурсенко Д.В., Куликов А.В., 20152015Хоцкин Н.В., Куликов В.А., Завьялов Е.Л., Фурсенко Д.В., Куликов А.В.Khotskin N.V., Kulikov V.A., Zavyalov E.L., Fursenko D.V., Kulikov A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/423

«Водный лабиринт Морриса» является основным тестом для изучения пространственного обучения и памяти у лабораторных грызунов. Он входит в батарею тестов, обязательных для поведенческого фенотипирования мутантных и трансгенных мышей. В то же время проведение данного теста в условиях SPF-вивария весьма затруднено жесткими требованиями контроля патогенов. Другой проблемой при проведении теста является низкая контрастность белого животного на фоне забеленной поверхности воды, что делает невозможным его автоматическую трассировку. В Институте цитологии и генетики СО РАН и Институте автоматики и электрометрии СО РАН на базе EthoStudio была разработана уникальная установка, позволяющая автоматизировать трассировку мышей любого окраса в условиях SPF-вивария. Эта установка включала стенд для пластикового бака (110×40 см) для воды, цифровой видеокамеры и системы освещения. Воду для заполнения бака стерилизовали с помощью ультрафиолетового обеззараживателя Van Erp Blue Lagoon UV-C Tech 15000. Изображение животного покадрово обрабатывалось программой EthoStudio, и вычислялись такие параметры, как латентное время освобождения, пройденный путь, кумулятивное расстояние до платформы и время нахождения в секторах бака. С помощью созданной установки были изучены пространственное обучение и память у мышей линии C57BL/6 и созданной на ее базе линии C57BL/6/Kaiso с нокаутом гена, кодирующего метил-ДНК связывающий белок Kaiso. Было показано, что мыши этих линий способны обучаться находить платформу в водном лабиринте Морриса и помнят положение платформы, по крайней мере, в течение последующих четырех дней.

The water Morris maze is the basic test to study the spatial ability to learn as well as spatial memory in laboratory rodents. It is a part of a series of tests necessary for behavioral phenotyping of mutant and transgenic mice. At the same time, conducting this test in SPF conditions must comply with very strict regulations concerning pathogen control. A white animal on the surface of whitened water is low contrast and this does not allow the animal to be traced automatically, which represents yet another major problem. A unique installation based on EthoStudio has been developed at the Institute of Cytology and Genetics SB RAS and the Institute of Automation and Electrometry SB RAS. This installation automates the process of tracing mice of any coat color in SPF conditions. This includes a setup to install a plastic water reservoir (110×40 cm), a digital camera and a light source. Water to fill the reservoir was sterilized using a Van Erp Blue Lagoon UV-C Tech 15000 ultraviolet decontaminator. The image of an animal was processed in a frame-by-frame fashion using the EthoStudio program, with the following parameters calculated: latent release time, route covered, cumulative distance to the platform and the time spent in the reservoir sectors. With this installation, we were able to study the spatial ability to learn and spatial memory in mice of the C57BL/6 strain and in mice of the C57BL/6/ Kaiso strain developed on the C57BL/6 background, with the gene encoding the methyl-DNA binding Kaiso protein knocked-out. It has been demonstrated that mice of these strains are able to learn to find the platform in the water Morris maze and have the location of the platform in their memory for at least the next four days.

водный лабиринт Моррисапространственная памятьавтоматизация измеренийнокаутные мышиwater Morris mazespatial memorymeasurement automationknockout miceРНФReferencesКоростина В.С., Куликов А.В. Поведенческое фенотипирование мышей с нокаутом гена Kaiso. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;19(4):399-403. DOI: 10.18699/VJ15.051Blaha G.R., Raghupathi R., Saatman K.E., McIntosh T.K. Brain-derived neurotrophic factor administration after traumatic brain injury in the rat does not protect against behavioral or histological deficits. Neuroscience. 2000;99:483-493.Куликов В.А., Киричук В.С., Тихонова М.А., Куликов А.В. Использование плотности вероятности для автоматизации измерения пространственного предпочтения в этологическом эксперименте. Докл. АН. 2007;417:279-283.Cirulli F., Berry A., Alleva E. Intracerebroventricular administration of brain-derived neurotrophic factor in adult rats affects analgesia and spontaneous behavior but not memory retention in a Morris water maze task. Neurosci. Lett. 2000;287:207-210.Хоцкин Н.В., Фурсенко Д.В., Базовкина Д.В., Куликов В.А., Куликов А.В. Автоматическое измерение характеристик пространственного обучения у мышей в тесте Водный Лабиринт Морриса с обращенным освещением. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2014;100:36-44.Cirulli F., Berry A., Chairotti F., Alleva E. Intrahippocampal administration of BDNF in adult rats affects short-term behavioral plasticity in the Morris water maze and performance in the elevated plusmaze. Hippocampus. 2004;14:802-807.Blaha G.R., Raghupathi R., Saatman K.E., McIntosh T.K. Brain-de-rived neurotrophic factor administration after traumatic brain injury in the rat does not protect against behavioral or histological deficits. Neuroscience. 2000;99:483-493.Crawley J.N. Behavioral phenotyping strategies for mutant mice. Neuron. 2008;57:809-818.Cirulli F., Berry A., Alleva E. Intracerebroventricular administration of brain-derived neurotrophic factor in adult rats affects analgesia and spontaneous behavior but not memory retention in a Morris water maze task. Neurosci. Lett. 2000;287:207-210.D’Hoodge R., De Deyn P.P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res. 2001;36:60-90.Cirulli F., Berry A., Chairotti F., Alleva E. Intrahippocampal administration of BDNF in adult rats affects short-term behavioral plasticity in the Morris water maze and performance in the elevated plusmaze. Hippocampus. 2004;14:802-807.Dalm S., Grootendorst J., de Kloet E.R., Oitzl M.S. Quantification of swim patterns in the Morris water maze. Behav. Res. Meth. Instrum. Comput. 2000;32:134-139.Crawley J.N. Behavioral phenotyping strategies for mutant mice. Neuron. 2008;57:809-818.Dalm S., Schwabe L., Schachinger H., Oitzl M.S. Post-training self administration of sugar facilitates cognitive performance of male C57BL/6J mice in two spatial learning tasks. Behav. Brain Res. 2009;198:98-104.D’Hoodge R., De Deyn P.P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res. 2001;36:60-90.Derdikman D., Moser E.I. A manifold of spatial maps in the brain. D.Derdikman, E.I.Moser. Trends Cogn. Sci. 2010;14:561-569.Dalm S., Grootendorst J., de Kloet E.R., Oitzl M.S. Quantification of swim patterns in the Morris water maze. Behav. Res. Meth. Instrum. Comput. 2000;32:134-139.Gallagher M., Burwell R., Burchinal M. Severity of spatial learning impairment in aging: development of a learning index for performance in the Morris water maze. Behav. Neurosci. 1993;107:618-626.Dalm S., Schwabe L., Schachinger H., Oitzl M.S. Post-training self administration of sugar facilitates cognitive performance of male C57BL/6J mice in two spatial learning tasks. Behav. Brain Res. 2009;198:98-104.Khotskin N.V., Fursenko D.V., Bazovkina D.V., Kulikov V.A., Kulikov A.V. Automatic change of spatial leaning characteristics in mice during the Morris water maze test with inverted light. Ross. Fiziol. Zhurn. im. I.M. Sechenova – Russian Physiological Journal named after I.M. Sechenov. 2014;100:36-44.Derdikman D., Moser E.I. A manifold of spatial maps in the brain. D.Derdikman, E.I.Moser. Trends Cogn. Sci. 2010;14:561-569.Korostina V.S., Kulikov A.V. Behavioral phenotyping of mice with knockout for the Kaizo gene. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii – Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2015; 19(4):74–82. DOI: 10.18699/VJ15.051Gallagher M., Burwell R., Burchinal M. Severity of spatial learning impairment in aging: development of a learning index for performance in the Morris water maze. Behav. Neurosci. 1993;107:618-626.Kulikov A.V., Fursenko D.V., Khotskin N.V., Bazovkina D.V., Kulikov V.A., Naumenko V.S., Bazhenova E.Y., Popova N.K. Spatial learning in the Morris water maze in mice genetically different in the predisposition to catalepsy: the effect of intraventricular treatment with brain-derived neurotrophic factor. Pharmacol. Biochem. Behav. 2014;122:266-272.Kulikov A.V., Fursenko D.V., Khotskin N.V., Bazovkina D.V., Kulikov V.A., Naumenko V.S., Bazhenova E.Y., Popova N.K. Spatial learning in the Morris water maze in mice genetically different in the predisposition to catalepsy: the effect of intraventricular treatment with brain-derived neurotrophic factor. Pharmacol. Biochem. Behav. 2014;122:266-272.Kulikov V.A., Kirichuk V.S., Tikhonova M.A., Kulikov A.V. The use of probability density for automating the spatial preference assay in ethological experiments. Doklady Akademii Nauk – Reports of the Russian Academy of Sciences. 2007;417:279-283.Kulikov A.V., Tikhonova M.A., Kulikov V.A. Automated measurement of spatial preference in the open field test with transmitted lighting. J. Neurosci. Meth. 2008;170:345-351.Kulikov A.V., Tikhonova M.A., Kulikov V.A. Automated measurement of spatial preference in the open field test with transmitted lighting. J. Neurosci. Meth. 2008;170:345-351.Moser E., Moser M.B. Mapping your every move. Cerebrum. 2014; 2014:4.Moser E., Moser M.B. Mapping your every move. Cerebrum. 2014; 2014:4.Moser M.B., Rowland D.C., Moser E.I. Place cells, grid cells, and memory. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2015;7(2).Moser M.B., Rowland D.C., Moser E.I. Place cells, grid cells, and memory. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2015;7(2).Naumenko V.S., Kondaurova E.M., Bazovkina D.V., Tsybko A.S., Ilchibaeva T.V., Khotskin N.V., Semenova A.A., Popova N.K. Effect of GDNF on depressive-like behavior, spatial learning and key genes of the brain dopamine system in genetically predisposed to behavioral disorders mouse strains. Behav. Brain Res. 2014;274:1-9.Naumenko V.S., Kondaurova E.M., Bazovkina D.V., Tsybko A.S., Ilchibaeva T.V., Khotskin N.V., Semenova A.A., Popova N.K. Effect of GDNF on depressive-like behavior, spatial learning and key genes of the brain dopamine system in genetically predisposed to behavioral disorders mouse strains. Behav. Brain Res. 2014;274:1-9.Noldus L.P.J.J, Spink A.J., Tegelenbosch R.A.J. EthoVision: a versatile video tracking system for automation of behavioral experiments. Behav. Res. Meth. Instr. Compt. 2001;33:398-414.Noldus L.P.J.J, Spink A.J., Tegelenbosch R.A.J. EthoVision: a versatile video tracking system for automation of behavioral experiments. Behav. Res. Meth. Instr. Compt. 2001;33:398-414.Spink A.J., Tegelenbosch R.A.J., Buma M.O.S., Noldus L.P.J.J. The EthoVision video tracking system – a tool for behavioral phenotyping of transgenic mice. Physiol. Behav. 2001;73:731-744.Spink A.J., Tegelenbosch R.A.J., Buma M.O.S., Noldus L.P.J.J. The EthoVision video tracking system – a tool for behavioral phenotyping of transgenic mice. Physiol. Behav. 2001;73:731-744.Tandon P., Yang Y., Das K., Holmes G.L., Stafstrom C.E. Neuroprotective effects of brain-derived neurotrophic factor in seizures during development. Neuroscience. 1999;91(1):293-303.Tandon P., Yang Y., Das K., Holmes G.L., Stafstrom C.E. Neuroprotective effects of brain-derived neurotrophic factor in seizures during development. Neuroscience. 1999;91(1):293-303.Yoon H.G., Chan D.W., Reynolds A.B., Qin J., Wong J. N-CoR mediates DNA methylation-dependent repression through a methyl CpG binding protein Kaiso. Mol. Cell. 2003;12(3):723-734.Yoon H.G., Chan D.W., Reynolds A.B., Qin J., Wong J. N-CoR mediates DNA methylation-dependent repression through a methyl CpG binding protein Kaiso. Mol. Cell. 2003;12(3):723-734.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.