Modelling Non-motor Symptoms of Parkinson’s Disease: AAV Mediated Overexpression of Alpha-synuclein in Rat Hippocampus and Basal Ganglia

Parkinson Hastalığında Motor Dışı Semptomların Modellenmesi: Sıçan Hipokampüsünde ve Bazal Gangliyonlarında Alfa-sinükleinin AAV Aracılı Aşırı İfadesi

Sevgi UĞUR MUTLUAY, Elif ÇINAR, Gül YALÇIN ÇAKMAKLI, Ayşe ULUSOY, Banu Cahide TEL, Bülent ELİBOL

Abstract

Objective: Our aim was to investigate the relation between unilateral hippocampal and/or nigral alpha-synucleinopathy and cognitive dysfunction, anxiety and anhedonia.Materials and Methods: Female Sprague-Dawley rats were stereotactically injected adeno-associated viruses carrying alpha-synuclein (α-syn) into unilateral dentate gyrus (DG), substantia nigra (SN) or both SN + DG. The animals were tested for motor functions and memory, spatial learning, anxiety and hedony. Levels of α-syn and synaptophysin were evaluated by Western blot (WB) analysis.Results: In apomorphine-induced rotation test, a mild motor dysfunction was found in SN-α-syn group compared to control. DG- α-syn group showed memory impairment in novel object recognition test. All the α-syn injected groups spent more time to find the platform compared to controls in Morris water maze but this difference did not reach statistical significance. DG-α-syn group consumed more sucrose solution in sucrose consumption test and spent more time on the open arm in elevated plus maze, while the opposite was observed in SN-α-syn group compared to controls. We showed α-syn protein expression in the injected areas of all α-syn groups by WB and immunohistochemical staining. In WB analysis, both hippocampal and striatal synaptophysin expression levels were lower in the α-syn groups compared to controls.Conclusion: Parkinson’s disease (PD) is characterized by both motor and non-motor symptoms (NMS). However, an animal model recapitulating NMS with the background of dopaminergic denervation is still lacking. This model may help to investigate hippocampal α-syn pathology correlated especially with cognitive dysfunction and other NMS of PD.

Özet

Amaç: Amacımız, oluşturulan unilateral hipokampal ve/veya nigral alfa-sinükleinopati ile bilişsel disfonksiyon, anksiyete ve anhedoni arasındaki ilişkiyi araştırmaktır. Gereç ve Yöntem: Dişi Sprague-Dawley sıçanların dentat girus (DG) ve substantia nigra (SN) veya her ikisine DG + SN unilateral olarak adeno-ilişkili virüs-aracılı alfa-sinüklein (α-sin) strereotaksik olarak enjekte edildi. Hayvanlar, motor işlevlerin yanısıra hafıza, uzaysal öğrenme, anksiyete ve hedoninin incelenmesi amacı ile test edildiler. α-sin ve sinaptofizin düzeyleri Western blot (WB) analizleri ile değerlendirildi. Bulgular: Apomorfin ile indüklenen dönme testinde, SN-α-sin grubunda kontrol grubuna kıyasla hafif motor bozukluk oluştuğu gözlendi. DG-a-sin grubunda yeni nesne tanıma testi ile hafıza bozukluğu olduğu görüldü. α-sin enjeksiyonu gerçekleştirilmiş bütün gruplarda Morris su labirenti testinde platformu bulma süresi kontrol grubuna kıyasla daha uzun olsa da gruplar arasındaki bu fark istatistiksel anlamlılığa ulaşmadı. DG-α-sin grubunun sükroz tercih testinde sükroz çözeltisini daha çok tercih ettiği ve yükseltilmiş artı labirenti testinde açık kolda daha çok vakit geçirdiği gözlenirken, SN-a-sin grubunun ise bu testlerde DG-α-sin grubunun tam tersi yönde davranış gösterdiği görüldü. α-sin proteininin bütün enjeksiyon bölgelerinde ifade edildiği, WB yöntemi ve immünohistokimyasal boyama ile gösterildi. Yine WB analizi ile α-sin enjekte edilmiş grupların hipokampus ve striatumlarında sinaptofizin düzeylerinin kontrollere göre daha az olduğu bulundu. Sonuç: Parkinson hastalığı (PH) motor ve motor-dışı semptomlarla (NMS) karakterize bir hastalıktır, fakat dopaminerjik denervasyon zemininde NMS’lerin gösterildiği bir hayvan modeli henüz geliştirilememiştir. Oluşturulan bu model, PH’de bilişsel disfonksiyon ve NMS’lerin özellikle hipokampal α-sin patolojisi temelinde araştırılmasına yardım edebilir.