听觉脑干反应脆性X Syndrome-Knockout C57BL / 6 j小鼠模型
Amita拉
伊丽莎白·a·McCullagh- 部门综合生物学、俄克拉何马州立大学、美国。斯蒂尔沃特市
感觉过敏,特别是在听觉系统,是一种常见的症状在脆性X综合征(FXS),最常见的单基因形式的智力障碍。然而,连接在遗传背景的表型小鼠模型一直是一个挑战,可以主导与可译性的药物研究的一些问题,人类的生活条件。这项研究是第一个描述听觉脑干反应(ABR),一个微创的生理读出早期听觉加工,也用于人类,在背景常用鼠标FXS的应变模型,C57BL / 6 j。我们测量耳廓的形态特征和头部和使用ABR衡量听力范围,和单耳和双耳听觉反应半合子的男性,纯合子的女性,与野生型小鼠相比,雌性杂合的。与之前的研究一致,我们没有显示出不同形态参数在基因型或性别。没有显著差异在性别之间的听力范围或基因型,然而有一个趋势在雄性老鼠FXS高频听力损失。相比之下,与纯合子FXS雌性老鼠有一个单声道的ABR的第四波振幅降低,而在雄性振幅没有区别,没有延迟的ABR波形变化跨性别和基因型。最后,男性FXS延迟增加了双耳交互组件(BIC)在0两耳时间不同的价格相比野生型雄性。这些发现进一步阐明听觉脑干处理FXS通过添加更多的信息在遗传背景压力允许更好地理解共同的表型。
介绍
脆性X综合征(FXS)是最常见的单基因形式的自闭症谱系障碍(ASD)和股票ASD的许多属性,包括听觉过敏和其他感官中断(Abbeduto和哈格曼,1997年;陈和托斯,2001年;哈格曼和哈格曼,2002年;阿奈特et al ., 2014)。FXS ASD是驯良的遗传模型和几个商用模型,包括老鼠和老鼠(荷兰-比利时脆性X Consorthium et al ., 1994;直到et al ., 2015;田et al ., 2017)。尽管共同使用这些模型来研究FXS表型并不总是在物种之间共享和背景压力,特别是对于感官处理。因此,药物疗法都在努力拯救人类疾病(达尔,2018)。最常见的一种症状描述FXS和自闭症谱系障碍(ASD)是听觉过敏(Ethridge et al ., 2017;Stefanelli et al ., 2020)。临床上,听觉表型存在听觉的注意力,减少不良习惯化听觉刺激,减少前脉冲抑制声惊吓,听觉条件(审查和整体过敏症辛克莱et al ., 2017;莱斯et al ., 2018;•拉扎克et al ., 2021),大脑皮层和皮层下的起源。的确,在这个领域的研究主要集中在大脑皮层听觉表型的措施,它接收输入从较低的听觉中枢可能也会被打断,但不可能测量临床。负责听觉改变的机制是未知的,但有可能涉及到整个上行通路从外围到皮层(审查McCullagh et al ., 2020 b)。听觉处理的完整描述从外围到皮层在性别、背景菌株和模型需要完全理解共同的表型和电路参与这种常见的症状。
听觉脑干是一个大脑区域的提升听觉通路已被证明有解剖,生理和行为改变与FXS小鼠模型(布朗et al ., 2010;毕比et al ., 2014;王et al ., 2014,2015年;Rotschafer et al ., 2015;Garcia-Pino et al ., 2017;McCullagh et al ., 2017,2020年,一个;Rotschafer克莱默,2017;咖喱et al ., 2018;El-Hassar et al ., 2019;路,2019),可能低估或导致整个听觉表型在人类和动物模型展出。就像人类的听觉过敏,小鼠表现出改变前脉冲抑制声惊吓反应,脑电图异常活动,,在最极端的形式,声音所引起的癫痫发作当面对响亮的声音(陈和托斯,2001年;色鬼et al ., 2018,2020年;McCullagh et al ., 2020 a),他们有可能成为一个合适的模型,这感觉表型。双耳的听觉脑干是第一个网站处理声音的位置在大脑中使用双耳(即时间和水平差异。分别为,ITD ILD)计算声源位置(Grothe et al ., 2010)。这个大脑区域也参与分离空间通道允许复杂的听力环境。中断在这个空间分离和处理可能导致双耳听觉过敏由于无法独立声音来源(Bronkhorst 2015)。听觉脑干生理指标之一,双耳听力,可以直接翻译动物模型和人类之间是听觉脑干反应(ABR) (Laumen et al ., 2016)。
ABR是一种微创的生理测量,允许同时评估的声音处理跨多个脑干核,每一波的ABR的直接对应于不同的区域提升听觉脑干通路。这些特性使得ABR诱人的转化工具。事实上,最近的证据表明,ABR测量ASD的听觉障碍的早期指标(桑托斯et al ., 2017)。核也可以用来评估双耳听力,对声音定位至关重要,听力在嘈杂的环境中,经常在ASD受损(维瑟et al ., 2013)。单耳核也可以分别记录每只耳朵通过刺激和双耳反应可以通过刺激双耳同时生成。的和两个单声道的(即。,left and right) responses should equal the binaural (i.e., both ear) responses since the recruited neural activity from each ear should be double when stimulated simultaneously. However, this is not the case, there is a difference that arises when the summed monoaural responses are subtracted from the binaural response, called the binaural interaction component (BIC). The BIC is thought to be a direct measure of binaural processing ability in humans and animals that requires the precise balance of excitatory and inhibitory drive in brain stem sound localization circuits (Laumen et al ., 2016)。
在这项研究中,我们报道了听力能力,使用ABR和形态颅面和耳廓特性,最常见的与FXS小鼠模型,在两性和雌性C57BL / 6 j Fmr1基因突变杂合的。我们假设可能存在性别差异的核独立FXS基因型,但此外,FXS动物可能改变峰值振幅或延迟核和高频听力受损在其他品系小鼠与野生型相比符合工作FXS (金正日et al ., 2013;Rotschafer et al ., 2015;El-Hassar et al ., 2019)。建立核心听觉表型性别和不同品系小鼠是创建一个工具箱的关键的技术,可能转化为人类FXS验证动物模型与人类环境的效用,但也增加潜在的措施功效的药物或其他治疗方法。
材料和方法
所有实验遵守所有适用的法律,美国国立卫生研究院的指导方针,俄克拉何马州立大学IACUC批准。
动物
实验在C57BL / 6 j(股票# 000664,B6)野生型背景,半合男,纯合子的男性和女性,或杂合的女性Fmr1突变小鼠(B6.129P2 -Fmr1TM - 1Cgr/ J股票# 003025,分别为Fmr1或Fmr1 het)从杰克逊实验室和培育获得俄克拉何马州立大学(美国巴尔港,我)(荷兰-比利时脆性X Consorthium et al ., 1994)。动物是生成的这些实验从股票混合和单基因型杂合子和一些同窝出生仔畜交配允许创建的控件,以及维护繁殖。没有明显的主要影响垃圾(即。,mixed or single genotype) for any of the experiments. Sex was treated as a biological variable, and differences between the sexes, when present, are noted in the results. The numbers of animals for each experiment used are listed in the figure legends and range from 6–10 animals per sex and genotype. Animals ranged in age from 62–120 days (i.e., average ages per genotype 89 ± 4 days B6, 101 ± 3 days Fmr1, and 97 ± 4 days Fmr1 het).
形态的措施
特性的动物的头、耳廓和身体质量(重量)为每个基因型测定使用6英寸的不锈钢电子游标卡尺(DIGI-Science Accumatic数字卡尺陀螺仪Monsey精密工具,纽约,美国)和一个电子秤。之间的距离两个耳廓(即。,interpinna distance), distance from the nose to the middle of the pinna (i.e., nose to pinna distance), and pinna width and length were measured (图1一个)。有效直径计算平方根的羽片长度乘以耳廓宽度(Anbuhl et al ., 2017)。
图1所示。形态学特征的脆性X综合征(FXS)老鼠。耳廓和头部特征(一)两性之间的测量(x设在)和基因型(紫色= B6,蒂尔= Fmr1和黄色= Fmr1 het)。没有性别区别或基因型的任何措施有效直径(B),羽片宽度(C)、羽片长度(D),interpinna长度(E)或鼻子,羽片长度(F)]。数据代表6 B6, 15 Fmr1, 9 Fmr1 het女性和8 B6和15 Fmr1男性。
听觉脑干反应
听觉脑干反应录音进行使用类似的方法从先前发表的研究(Benichoux et al ., 2018;McCullagh et al ., 2020 a;新et al ., 2021年)。动物麻醉使用两种混合物ketamine-xylazine 60毫克/公斤氯胺酮和10毫克/公斤甲苯噻嗪首次感应其次是维护25毫克/公斤剂量的氯胺酮和甲苯噻嗪12毫克/公斤。一旦证实了麻醉缺乏toe-pinch反射,动物被转移到一个小声音衰减室(噪音壁垒森林湖,,美国),和体温保持用水泵加热垫。皮下的电极针被耳朵之间(即皮肤下。背后的顶点),直接顶在颈背(即。,引用),在地面的后腿。这种蒙太奇在生成BIC(特别有效莱文,1981;Laumen et al ., 2016)。从皮下的诱发电位电极针是获得和使用Tucker-Davis放大技术(TDT)、Alachua FL,美国)RA4LI头阶段和dt RA16PA前置放大器。进一步放大TDT)提供的多I / O处理器RZ5连接到PC与自定义Python软件进行数据记录。数据平均在500 - 1000年重复每条件和加工使用二阶50 - 3000 Hz过滤器超过12女士记录的时间。
声音刺激(参考以下不同类型)提出了动物通过dt EC-1静电扬声器(32-46 kHz频率)或负MF-1 multifield扬声器(上皮kHz频率和宽带点击)耦合通过定制耳机配备音特美ER-7C探针麦克风(音特美研究Inc .的埃尔克格罗夫,美国)耳内校准(Beutelmann et al ., 2015)。听起来生成使用负RP2.1实时处理器控制的自定义Python代码的采样率97656.25赫兹。听起来了的interstimulus间隔30 ms的标准差5女士(Laumen et al ., 2016)。额外的拒绝阈值设置为消除高烈度的心率反应平均跟踪和改善信噪比。
听力图
动物的听力范围测试听力不同频率(即使用阈值。、1、2、4、8、16、24、32岁46千赫)的声音。阈值确定使用视觉检测方法(Brittan-Powell Dooling, 2004),或最低水平(分贝)响应可以被检测出来。听力图刺激包括语气破裂(2女士±1开/关女士坡道)不同的频率和强度。
单耳的听觉脑干反应
宽带单击刺激(即。,0.1 ms transient) were presented to each ear independently to generate monaural evoked potentials. Peak amplitude (i.e., the voltage from peak to trough) and latency (i.e., time to peak amplitude) were measured across the four peaks of the ABR waveform at 90 dB SPL (图2一个)。槽被认为是最低的点的波。单声道的两只耳朵是平均的数据来确定每个动物的单声道的振幅和延迟。类似于在频率听力阈值,点击每个基因型和性阈值确定。点击确定阈值减少5 - 10分贝的声音强度步骤直到ABR波形消失。
图2。量化的听觉脑干反应(ABR)信号。单声道的ABR振幅被量化为每个ear ABR的高峰和低谷之间的电压波形的波I-IV(一)。延迟计算时峰值的高度。DN1或双耳交互组件(BIC)(即。,red) was calculated as the prominent negative peak corresponding with wave IV of the summed (blue) and binaural (green)(B)。BIC计算是总结上减去从双耳上。BIC振幅计算的电压峰值的DN1波形基线(0线和灰色区域)的测量(C)。规模代表1任意电压(aV)单位(Y)在1 ms (X)。
双耳听觉脑干反应
宽带点击刺激在90分贝也提出了双耳同时生成一个双耳诱发电位。ABR的BIC被减去的总和计算两个单声道的核双耳ABR (Laumen et al ., 2016;Benichoux et al ., 2018)(图2 b, C)。BIC振幅和延迟是Python软件,然后使用自定义测量振幅是相对于零的基线测量(图2 c,灰色区域线)。BIC是特征突出的负面DN1波对应第四波的双耳和总结ABR (图2 b)。测量使用BIC ITD计算,提出了动物与刺激不同ITDs 0.5±2女士女士步骤,和相应的BIC振幅和延迟计算。之所以选择这样的ITD范围与其他研究在小型啮齿动物(Benichoux et al ., 2018)。
听觉脑干反应波形分析
自定义python软件被用来分析单耳和双耳刺激诱发电位(新et al ., 2021年)。占在ABR的基线信号波动,原始痕迹被调到零位跟踪建立一个基线。软件的功能包括自动峰值检测对取消选择在手动校正或视觉确认。
统计分析
数据生成的使用R Studio (R核心团队,2013年),ggplot2 (韦翰,2016)和Adobe Illustrator (Adobe,圣何塞、钙、美国)软件。数据点在图3,4,5代表的意思,误差反映标准错误,箱线图图1显示值和25 - 75百分位数(或第一和第三个四分位数,分别),胡须代表±1.5倍四分位范围。超出范围的数据绘制作为单独的点。(即多元数据。,monaural peak amplitude and latency, audiogram, and BIC amplitude and latency across ITD) were analyzed using linear mixed effects (lme4) models (贝茨et al ., 2015)与性、基因型、垃圾和条件(即。,ITD, frequency, peak) as fixed effects and animal as a random effect. It was expected that there may be differences between the sexes and genotypes; therefore,先天的,它是确定估计边际意味着[emmeans;(披散下来,2019)可用于性别和基因型之间的两两比较。双向方差分析进行比较形态学特征之间的关系,调整图基性,基因型事后分析比较组。价值观在哪里显示两个基因型之间的统计学意义,*表示p< 0.05的值,* *p< 0.01,* * *p< 0.0001。
图3。听力阈值(分贝)测定在频率(1-46千赫)在雄性和雌性老鼠的基因型(一)。之间没有不同的听力范围Fmr1(绿色),B6(红色)和Fmr1 het(蓝色)小鼠的性(顶部面板一个)。两性结合时,在听到频率没有显著差异(B)。数据代表6 B6, 7 Fmr1 9 Fmr1 het雌性和6 B6, 11 Fmr1男性。
图4。单耳的听力与FXS老鼠。单声道的振幅和延迟峰I-IV Fmr1 ABR记录,Fmr1 het, B6的动物。第四峰振幅显著低于Fmr1雌性小鼠相比,Fmr1 het女性(一个上)。振幅男性没有显著差异(一个低)。结合时,有一个显著的差异在Fmr1 het动物与Fmr1相比(B)。没有差别的延迟山峰I-IV两性之间(C)或基因型(D)。*p< 0.05。数据代表6 B6, 12 Fmr1, 9 Fmr1 het女性和8 B6和14 Fmr1男性。
图5。双耳听力在脆性X综合征(FXS)老鼠。双耳振幅和延迟BIC 2 + 2女士之间的ITDs 0.5步骤记录女士Fmr1(绿色),Fmr1 het(蓝色),和B6(红色)动物。没有差异的振幅与ITD女性BIC (一个,上)或男性(一个低)。两性结合时,没有显著差异与ITD BIC的振幅(B)。Fmr1男性明显的时间延迟BIC (0 ITD与B6男性(C,低)相比,虽然在延迟的女性反应(没有区别C上)。两性结合时,没有差别的BIC ITDs基因型之间的延迟(D)。*p< 0.05。数据代表6 B6, 7 Fmr1, 9 Fmr1 het女性和6 B6和9 Fmr1男性。
结果
我们使用两种形态和生理特性检查听力的差异与FXS常用的小鼠模型,在基因型和性别C57BL / 6 j。听证会测量包括频率听力范围,单耳的听觉能力,和双耳使用ABR处理,而形态学特征包括耳廓和测量。
形态学特征
FXS改变了颅面特征,包括大耳朵(Loesch et al ., 1988)。符合我们之前的工作(McCullagh et al ., 2020 aB6),我们认为没有区别,Fmr1或Fmr1 het动物耳廓属性(图1 c羽片宽度,图1 d羽片长度,图1 b有效直径)。此外,耳廓特点是相同的性别之间的独立的基因型(p= 0.175羽片宽度,p= 0.96耳廓长度,p= 0.267有效直径图1罪犯)。当基因型相比,在相同的性,没有重量的差异,但性别有显著不同的独立的基因型(p= 0.0023)与雌性体重明显低于男性。类似于耳廓形态,没有显著差异在羽片之间的距离或距离之间的鼻子到耳廓基因型或两性(图1 e, F)。这些数据表明,老鼠不共享相同的颅面变化,至少在这里描述的测量,因为人们FXS。
听力范围
我们先前的研究表明,Fmr1老鼠增加了高频听力阈值与B6在16赫兹(McCullagh et al ., 2020 a)。然而,研究通过测量只有三个频率(即有限。、4、8、16千赫)和7个老鼠的基因型(即。,结合性别)。老鼠听到比人类更高的频率(Radziwon et al ., 2009);因此,我们想测量这个高频听力损失是否存在在Fmr1基因变异的老鼠听到的频率和更深入的性别分析。有趣的是,没有差异的基因型频率测试(图3)。没有明显差异在性别之间的听力范围。最佳频率两种基因型,低阈值,表示的老鼠8-46 kHz之间符合专业高频听力。
单耳的听力
振幅和延迟的单声道的核与提升听觉通路的神经活动,每一波代表不同的大脑区域参与听觉处理(阿尔瓦拉多et al ., 2012)。其他研究显示延迟和振幅改变Fmr1 FVB鼠标应变的突变(金正日et al ., 2013;Rotschafer et al ., 2015;El-Hassar et al ., 2019)。我们测量ABR反应Fmr1突变体的单声道的点击刺激与B6突变小鼠,以确定他们是否有类似的ABR FVB菌株表型。我们没有看到整体的差异基因型或性(点击阈值p= 0.102基因型和p性别= 0.47)。单声道的响应的振幅明显降低了第四波的ABR在Fmr1雌性相比Fmr1 het雌性(图4一上)。事实上,Fmr1 het女性振幅比Fmr1雌性接近B6,虽然与B6 Fmr1雌性没有显著不同。相比之下,Fmr1男性振幅波I-IV并不不同于B6 (图4一低)。两性结合时,Fmr1 het雌性振幅明显高于B6和接近被明显高于Fmr1老鼠(p= 0.0593)。与性驱动基因型的差异一致,峰值振幅两性之间的不同。女性B6小鼠明显高于振幅峰值我和IV与B6相比男性(p= 0.0295我和高峰p= 0.0289(四)峰值。相比之下,男性和女性之间没有性别差异Fmr1老鼠,显示更多的雄性表型(即。、独立的纯合子Fmr1基因型)的女性。没有性别差异的基因型或延迟的单声道的山峰(图4 c, D)。
双耳听力
而单耳的ABR提供双耳的脑干区域(即信息。,potentially peaks III and IV), since they are elicited by either sound played directly to one ear (closed field) or equally to both ears (open field), little information can be gained about binaural integration of sound information. We used the BIC of the ABR to measure the ability of the binaural processing of the brain stem as the BIC varies with ITDs played to both ears. We saw no differences in amplitude of the BIC at any ITD between the two genotypes (p= 0.809)或与性(p= 0.6904,图5 a, B),尽管有显著区别Fmr1雄性和雌性老鼠BIC ITD女士振幅为1.5。没有性别差异,B6小鼠ITD振幅。延迟的BIC明显慢于男性的价格相比Fmr1 B6男性(图5 c、较低的面板)只有在0 ITD,与雌性老鼠的基因型(没有区别图5 c,上半部分)。当数据被组合在基因型性别,没有显著差异的延迟在任何ITD BIC (图5 d)。有延迟的差异之间的BIC B6 (-1.5 ms)和Fmr1女士(1)男性和女性虽然没有总体主要影响性(p= 0.3367)。
讨论
这是第一个研究描述ABR在C57BL / 6 j Fmr1基因变异的老鼠,尤其强调形态特征、听力范围,单声道的核,和双耳集成在两性和雌性杂合子。与之前的研究一致,我们看到的增长在高频听阈Fmr1老鼠,尽管这种表型是特定于男性的,没有形态变化(耳廓或面部特征)(McCullagh et al ., 2020 a)。女性Fmr1老鼠单声道的ABR的第四波振幅降低,和野生型女性增加了第四波我和振幅与B6男性相比,表明女性Fmr1老鼠有更多的雄性表型单声道的ABR振幅。最后,我们表明,男性Fmr1老鼠增加了延迟的BIC 0 ITD而不是其他ITDs或振幅的变化在ITD BIC与B6动物相比,表明双耳的处理信息的时间变化,并不能改变整体ITD的能力。
耳廓大小和形状是前两个特性来确定动物声音定位能力与外部的耳朵(巴特勒,1975;Musicant和巴特勒,1984年)。颅面改变包括著名的耳朵和细长的脸与FXS正是人类的标志性特征(Loesch et al ., 1988;Heulens et al ., 2013),实际上可能是一个因素在听觉过敏的勘探。符合我们之前的研究中,我们没有看到改变的羽片或面部特征与FXS C57BL / 6 j小鼠模型(McCullagh et al ., 2020 a)使用卡尺测量工具。其他人已经探索了差异在小鼠颅骨形态FXS使用不同的工具,如CT / MRI (Ellegood et al ., 2010)和ct机(Heulens et al ., 2013)和混合的结果。Heulens et al ., 2013显示,头骨和下颚特征没有改变特点是以前类似的技术(Ellegood et al ., 2010)尽管差异可能是由于特性是如何测量的。重量我们也看到没有区别Fmr1动物与野生型相比,就是与我们先前的研究指出,Fmr1动物体重小于野生型(McCullagh et al ., 2020 a)和其他显示男性Fmr1老鼠体重增加与野生型相比(Leboucher et al ., 2019)。重量上的差异可能是由于雌性动物的夹杂物(McCullagh et al ., 2020 a)和年老的动物(Leboucher et al ., 2019)。总体变化耳廓形态可能仍然在Fmr1动物声音定位能力的一个重要因素,应探索与更详细的技术来确定增加耳廓措施在人类和动物模型可能低估的某些方面听觉过敏的症状。
我们之前的结果显示增加听力阈值在高频率(16千赫)衡量ABR在C57BL / 6 j Fmr1应变与数据结合性别(McCullagh et al ., 2020 a)。在当前的研究中,我们没有看到增加阈值16岁kHz,但看到一个趋势增加阈值在男性Fmr1老鼠特别的频率越高,但不显著。这些数据符合整个频率增加阈值出现在成年男性FVB Fmr1老鼠(Rotschafer et al ., 2015),不过注意,没有变化的阈值在男性相同的频率FVB应变在年轻的年龄(金正日et al ., 2013;El-Hassar et al ., 2019)。进一步的研究应该检查听力范围跨越发展和两性菌株进一步显示高频听力损失是否FXS守恒的特性。
先前的研究在FVB Fmr1鼠标线显示我健壮的波振幅降低男性跨年龄(Rotschafer et al ., 2015;El-Hassar et al ., 2019),虽然看到金et al。(2013)。我们没有看到任何改变波振幅在C57BL / 6 j Fmr1在成年动物的性。这些相互矛盾的结果可能部分由于老年性听力损失,它可以被视为减少早期ABR波,这发生在B6背景(猎人和Willott, 1987)。我波振幅的变化具体FXS可能掩盖了我整体减少波振幅在基因型在这个背景。有趣的是,数据在雄性FVB Fmr1老鼠没有差异(成人,金正日et al ., 2013;Rotschafer et al ., 2015)或增加振幅在第四波ABR(年轻,El-Hassar et al ., 2019),而我们的数据显示,第四波振幅下降在Fmr1雌性B6背景。这些差异可能是由于不同性别和年龄的动物测试。最后,我们发现延迟没有区别的单声道的波符合大多数FVB老鼠的工作(Rotschafer et al ., 2015;El-Hassar et al ., 2019),尽管注意金正日et al ., 2013显示短延迟波。我们的数据进一步增加知识的ABR表型可能在基因型一致。
虽然我们的研究首次描述的BIC FXS-mutant鼠标应变,我们的数据是一致的的BIC随ITD小鼠(Benichoux et al ., 2018)。即老鼠有一个小范围的ITD信号由于其小的头部大小可用,因此,BIC振幅随增加ITD之间的耳朵,但这总振幅变化是比动物更有主导ITD听力小(如钦奇利亚或猫)(Benichoux et al ., 2018)。此外,与之前的研究相一致,与增加ITD (BIC延迟时间变长费伯et al ., 2016;Laumen et al ., 2016;Benichoux et al ., 2018)。有趣的是,我们的工作在老鼠FXS符合增加延迟的BIC出现在自闭症患者的一项研究(ElMoazen et al ., 2019),虽然他们也看到BIC的振幅下降。我们发现BIC延迟只是重要的男性在0 ITD可能表明存在总体放缓脑干的双耳处理,这可能最终影响双耳听力,但它并不依赖ITD将符合老鼠不作为主要依靠ITD线索与其他物种。此外,尽管这些结果并不直接测量听觉过敏,根本改变的时机脑干或脑干区域之后会影响幅度处理这些信息在整个提升其他皮层下听觉通路和皮层区域。
性别差异在动物模型的主题很重要,完全理解的复杂性疾病如自闭症或FXS,似乎女性不同于男性的影响(Werling Geschwind, 2013;诺兰et al ., 2017)。在FXS,由于这是X染色体疾病,患病率男性高于女性,可以接受X-inactivation影响X染色体(即。,基因镶嵌性)(Kirchgessner et al ., 1995)。然而,老鼠提供了一个独特的机会来衡量女性杂合子和纯合子给洞察潜在的性别差异相关损失Fmr1在一个或两个X染色体。我们的数据表明,确实有听觉表型差异杂合的和纯合子的女性(第四波振幅)除了男性和女性之间的差异。这些和未来的数据比较女性Fmr1亚型可能给洞察的作用X-inactivation表型的听觉脑干处理。
结论
这项研究提供了重要的见解听觉表型之间可以共享或不同背景与FXS菌株的老鼠。此外,虽然细微,但我们展示了性别和全部或杂合子突变特异的听觉脑干功能的差异单耳和双耳听力在背景B6小鼠。进一步研究测量听觉表型B6小鼠在早期年龄跨性别将有助于进一步描述潜在的相似性而FVB Fmr1压力。此外,描述的BIC FVB应变会有助于阐明如果延迟表型在背景是一致的。
数据可用性声明
原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。
道德声明
动物研究回顾和批准俄克拉何马州立大学IACUC。
作者的贡献
EM和交流收集的数据手稿。EM进行统计分析,创建了数据手稿,和发展的思路和方法。两位作者编写和修改了手稿。
资金
由国家卫生研究院1 r15hd105231-01。前期工作也由格兰特和NIH 3 t32dc012280-05s1 FRAXA研究。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
过去处理编辑宣布共同创作的作者。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
确认
我们要感谢McCullagh实验室和团队成员的鼠标,包括Ishani射线和Sabiha阿拉姆,协助核。此外,我们要感谢沙尼Poleg和丹尼尔Tollin帮助我们建立这些实验在科罗拉多州,继续他们在俄克拉何马州。
引用
Abbeduto, L。,哈格曼,r . J。(1997). Language and communication in fragile X syndrome.表示“状态”。延迟。Dev Disabil。牧师》。3,313 - 322。doi: 10.1002 / (SICI) 1098 - 277919973:4 < 313:: AID-MRDD6 < 3.0.CO; 2 o
阿尔瓦拉多,j . C。,Fuentes-Santamaría, V., Jareño-Flores, T., Blanco, J. L., and Juiz, J. M. (2012). Normal variations in the morphology of auditory brainstem response (ABR) waveforms: a study in Wistar rats.>。Res。73年,302 - 311。doi: 10.1016 / j.neures.2012.05.001
Anbuhl, k . L。,Benichoux, V。,Greene, N. T., Brown, A. D., and Tollin, D. J. (2017). Development of the head, pinnae, and acoustical cues to sound location in a precocial species, the guinea pig (Cavia porcellus)。听到Res。356年,~。doi: 10.1016 / j.heares.2017.10.015
阿奈特,m . T。,Herman, D. H., and McGee, A. W. (2014). Deficits in tactile learning in a mouse model of fragile X syndrome.《公共科学图书馆•综合》9:e109116。doi: 10.1371 / journal.pone.0109116
贝茨,D。,Mächler, M., Bolker, B., and Walker, S. (2015). Fitting linear mixed-effects models using lme4.j .集权。Softw。67年,1。doi: 10.18637 / jss.v067.i01
毕比,K。,王,Y。,Kulesza, R. (2014). Distribution of fragile X mental retardation protein in the human auditory brainstem.神经科学273年,79 - 91。doi: 10.1016 / j.neuroscience.2014.05.006
Benichoux, V。费伯,。亨特,S。,Hughes, E., and Tollin, D. (2018). Across species “natural ablation” reveals the brainstem source of a noninvasive biomarker of binaural hearing.j . >。38岁,8563 - 8573。doi: 10.1523 / jneurosci.1211 - 18.2018
Beutelmann, R。Laumen, G。Tollin D。,Klump, G. M. (2015). Amplitude and phase equalization of stimuli for click evoked auditory brainstem responses.j . Acoust。Soc。点。137年,EL71-EL77。doi: 10.1121/1.4903921
Brittan-Powell, e . F。,Dooling, R. J. (2004). Development of auditory sensitivity in budgerigars (Melopsittacus波形的)。j . Acoust。Soc。点。115年,3092 - 3102。doi: 10.1121/1.1739479
Bronkhorst, a . w . (2015)。鸡尾酒会问题再探:multi-talker演讲的早期处理和选择。衰减器。感知。Psychophys。77年,1465 - 1487。doi: 10.3758 / s13414 - 015 - 0882 - 9
布朗,m R。,Kronengold, J., Gazula, V.-R., Chen, Y., Strumbos, J. G., Sigworth, F. J., et al. (2010). Fragile X mental retardation protein controls gating of the sodium-activated potassium channel Slack.Nat。>。13日,819 - 821。doi: 10.1038 / nn.2563
巴特勒,r . a (1975)。“外部的影响和中耳听觉歧视”听觉系统:生理学(CNS)行为研究心理声学手册的感官生理学eds m .亚伯,r . a . Bredberg j·巴特勒,h . Casseday j . e . Desmedt i t .钻石,et al .(柏林:Springer), 247 - 260。doi: 10.1007 / 978 - 3 - 642 - 65995 - 9 - _6
陈,L。,Toth, M. (2001). Fragile X mice develop sensory hyperreactivity to auditory stimuli.神经科学103年,1043 - 1050。doi: 10.1016 / s0306 - 4522 (01) 00036 - 7
咖喱,r . J。彭,K。,Lu, Y. (2018). Neurotransmitter- and release-mode-specific modulation of inhibitory transmission by group I metabotropic glutamate receptors in central auditory neurons of the mouse.j . >。38岁,8187 - 8199。doi: 10.1523 / jneurosci.0603 - 18.2018
El-Hassar, L。、歌曲、L。,Tan, W. J. T., Large, C. H., Alvaro, G., Santos-Sacchi, J., et al. (2019). Modulators of Kv3 potassium channels rescue the auditory function of fragile X mice.j . >。39岁,4797 - 4813。doi: 10.1523 / jneurosci.0839 - 18.2019
Ellegood, J。,Pacey, L. K., Hampson, D. R., Lerch, J. P., and Henkelman, R. M. (2010). Anatomical phenotyping in a mouse model of fragile X syndrome with magnetic resonance imaging.科学杂志53岁,1023 - 1029。doi: 10.1016 / j.neuroimage.2010.03.038
ElMoazen D。Sobhy, O。Abdou, R。,Ismail, H. (2019). Binaural interaction component of the auditory brainstem response in children with autism spectrum disorder.Int。j . Pediat。Otorhinolaryngol。19:109850。doi: 10.1016 / j.ijporl.2019.109850
Ethridge l E。、白、s P。,Mosconi, M. W., Wang, J., Pedapati, E. V., Erickson, C. A., et al. (2017). Neural synchronization deficits linked to cortical hyper-excitability and auditory hypersensitivity in fragile X syndrome.自闭症摩尔。8:140。doi: 10.1186 / s13229 - 017 - 0140 - 1
费伯,a . T。,Benichoux, V。,Tollin, D. J. (2016). Test-retest reliability of the binaural interaction component of the auditory brainstem response.耳朵听到37岁的e291-e301。doi: 10.1097 / AUD.0000000000000315
Garcia-Pino E。Gessele, N。,Koch, U. (2017). Enhanced excitatory connectivity and disturbed sound processing in the auditory brainstem of fragile X mice.j . >。37岁,7403 - 7419。doi: 10.1523 / jneurosci.2310 - 16.2017
Grothe B。,Pecka, M., and McAlpine, D. (2010). Mechanisms of sound localization in mammals.杂志。牧师。90年,983 - 1012。doi: 10.1152 / physrev.00026.2009
Heulens,我。,Suttie, M., Postnov, A., De Clerck, N., Perrotta, C. S., Mattina, T., et al. (2013). Craniofacial characteristics of fragile X syndrome in mouse and man.欧元。j .的嗡嗡声。麝猫。21日,816 - 823。doi: 10.1038 / ejhg.2012.265
猎人,k . P。,Willott, J. F. (1987). Aging and the auditory brainstem response in mice with severe or minimal presbycusis.听到Res。207 - 218年。0378 - 5955 . doi: 10.1016 / (87) 90137 - 7
金,H。,Gibboni, R., Kirkhart, C., and Bao, S. (2013). Impaired critical period plasticity in primary auditory cortex of fragile X model mice.j . >。33岁,15686 - 15692。doi: 10.1523 / jneurosci.3246 - 12.2013
Kirchgessner c U。沃伦,s T。,Willard, H. F. (1995). X inactivation of the FMR1 fragile X mental retardation gene.j .地中海,麝猫。32岁,925 - 929。doi: 10.1136 / jmg.32.12.925
Laumen G。,费伯,a . T。,Klump, G. M., and Tollin, D. J. (2016). The physiological basis and clinical use of the binaural interaction component of the auditory brainstem response.耳朵听到37岁的e276-e290。doi: 10.1097 / AUD.0000000000000301
Leboucher,。,Bermudez-Martin, P., Mouska, X., Amri, E.-Z., Pisani, D. F., and Davidovic, L. (2019). Fmr1-deficiency impacts body composition, skeleton, and bone microstructure in a mouse model of fragile X syndrome.前面。性。(洛桑)10:678。doi: 10.3389 / fendo.2019.00678
披散下来,r (2019)。emmeans:估计边际意味着,即最小二乘方法。网上:https://CRAN.R-project.org/package=emmeans
Loesch, d . Z。,Lafranchi, M., and Scott, D. (1988). Anthropometry in martin-bell syndrome.点。j .地中海,麝猫。149 - 164年。doi: 10.1002 / ajmg.1320300113
色鬼,j·W。Ethell, i M。、粘结剂d K。,•拉扎克,k。(2018). Translation-relevant EEG phenotypes in a mouse model of Fragile X Syndrome.一般人。说。115年,39-48。doi: 10.1016 / j.nbd.2018.03.012
色鬼,j·W。莱斯,M。,Palacios, A. R., Shuai, X., Bishay, S., Popa, O., et al. (2020). Deletion of Fmr1 from forebrain excitatory neurons triggers abnormal cellular, EEG and behavioral phenotypes in the auditory cortex of a mouse model of Fragile X Syndrome.Cereb。皮质969 - 988年。doi: 10.1093 / cercor / bhz141
陆,y (2019)。细微的差别在梯形的身体内侧核神经元突触传递和野生型之间Fmr1基因敲除小鼠。大脑Res。1717年,95 - 103。doi: 10.1016 / j.brainres.2019.04.006
McCullagh,大肠。、Poleg年代。,Greene, N. T., Huntsman, M. M., Tollin, D. J., and Klug, A. (2020a). Characterization of auditory and binaural spatial hearing in a fragile X syndrome mouse model.eNeuro7:eneuro.0300 - 19.2019。doi: 10.1523 / eneuro.0300 - 19.2019
McCullagh,大肠。,Rotschafer s E。,一个uerbach, B. D., Klug, A., Kaczmarek, L. K., Cramer, K. S., et al. (2020b). Mechanisms underlying auditory processing deficits in fragile X syndrome.美国实验生物学学会联合会J。34岁,3501 - 3518。doi: 10.1096 / fj.201902435R
McCullagh,大肠。Salcedo E。,Huntsman, M. M., and Klug, A. (2017). Tonotopic alterations in inhibitory input to the medial nucleus of the trapezoid body in a mouse model of Fragile X syndrome.j . Comparat。神经。262:375。doi: 10.1002 / cne.24290
Musicant, a D。,Butler, R. A. (1984). The influence of pinnae-based spectral cues on sound localization.j . Acoust。Soc。点。75年,1195 - 1200。doi: 10.1121/1.390770
新,e . M。,Li, B.-Z., Lei, T., and McCullagh, E. A. (2021).听力的草原田鼠(草原田鼠)。* *。doi: 10.1101 / 2021.10.07.463519
诺兰,s . O。,Reynolds, C. D., Smith, G. D., Holley, A. J., Escobar, B., Chandler, M. A., et al. (2017). Deletion of Fmr1 results in sex-specific changes in behavior.大脑的行为7:e00800。doi: 10.1002 / brb3.800
Radziwon k . E。6月,k . M。,Stolzberg, D. J., Xu-Friedman, M. A., Salvi, R. J., and Dent, M. L. (2009). Behaviorally measured audiograms and gap detection thresholds in CBA/CaJ mice.j . Comp。杂志。Neuroethol。神经Behav参议员。杂志。195年,961 - 969。doi: 10.1007 / s00359 - 009 - 0472 - 1
莱斯,M。,Binder, D. K., Razak, K. A., and Ethell, I. M. (2018). Sensory processing phenotypes in fragile X syndrome.ASN神经10日-。doi: 10.1177 / 1759091418801092
•拉扎克,k。,Binder, D. K., and Ethell, I. M. (2021). Neural correlates of auditory hypersensitivity in fragile X syndrome.前面。精神病学12:1544。doi: 10.3389 / fpsyt.2021.720752
Rotschafer s E。,Cramer, K. S. (2017). Developmental emergence of phenotypes in the auditory brainstem nuclei of Fmr1Knockout mice.eNeuro4,21。doi: 10.1523 / eneuro.0264 - 17.2017
Rotschafer s E。、Marshak年代。,Cramer, K. S. (2015). Deletion of Fmr1 alters function and synaptic inputs in the auditory brainstem.《公共科学图书馆•综合》10:e0117266。doi: 10.1371 / journal.pone.0117266
桑托斯,M。,Marques, C., Nóbrega Pinto, A., Fernandes, R., Coutinho, M. B., Almeida, E., et al. (2017). Autism spectrum disorders and the amplitude of auditory brainstem response wave I.自闭症。Res。10日,1300 - 1305。doi: 10.1002 / aur.1771
辛克莱,D。橙色,B。,•拉扎克,k。,Siegel, S. J., and Schmid, S. (2017). Sensory processing in autism spectrum disorders and Fragile X syndrome—From the clinic to animal models.>。Biobehav。牧师。76年,235 - 253。doi: 10.1016 / j.neubiorev.2016.05.029
Stefanelli, a·c·g·F。、Zanchetta年代。,Furtado, E. F., Stefanelli, A. C. G. F., Zanchetta, S., and Furtado, E. F. (2020). Auditory hyper-responsiveness in autism spectrum disorder, terminologies and physiological mechanisms involved: systematic review.尾声32:287。2317 - 1782/20192018287 doi: 10.1590 /
荷兰-比利时脆性X Consorthium,赞美上帝,c, E。Verheij C。,Willemsen, R., van der Helm, R., Oerlemans, F., et al. (1994). Fmr1 knockout mice: a model to study fragile X mental retardation.细胞78年,23-33。0092 - 8674 . doi: 10.1016 / (94) 90569 - x
田,Y。,Yang, C., Shang, S., Cai, Y., Deng, X., Zhang, J., et al. (2017). Loss of FMRP impaired hippocampal long-term plasticity and spatial learning in rats.前面。摩尔。>。10:269。doi: 10.3389 / fnmol.2017.00269
直到,s M。,一个siminas, A., Jackson, A. D., Katsanevaki, D., Barnes, S. A., Osterweil, E. K., et al. (2015). Conserved hippocampal cellular pathophysiology but distinct behavioural deficits in a new rat model of FXS.嗡嗡声。摩尔,麝猫。24岁,5977 - 5984。doi: 10.1093 /物流/ ddv299
维瑟,E。,Zwiers, M. P., Kan, C. C., Hoekstra, L., van Opstal, A. J., and Buitelaar, J. K. (2013). Atypical vertical sound localization and sound-onset sensitivity in people with autism spectrum disorders.j .精神病学>。38岁,398 - 406。doi: 10.1503 / jpn.120177
王,T。,de Kok, L., Willemsen, R., Elgersma, Y., and Borst, J. G. G. (2015). In vivo synaptic transmission and morphology in mouse models of Tuberous sclerosis, Fragile X syndrome, Neurofibromatosis type 1, and Costello syndrome.前面。细胞>。9:234。doi: 10.3389 / fncel.2015.00234
王,Y。,Sakano, H., Beebe, K., Brown, M. R., de Laat, R., Bothwell, M., et al. (2014). Intense and specialized dendritic localization of the fragile X mental retardation protein in binaural brainstem neurons: a comparative study in the alligator, chicken, gerbil, and human: FMRP localization in NL/MSO dendrites.j . Comparat。神经。522年,2107 - 2128。doi: 10.1002 / cne.23520
Werling, d . M。,Geschwind, D. H. (2013). Sex differences in autism spectrum disorders.咕咕叫。当今。神经。26日,146 - 153。doi: 10.1097 / WCO.0b013e32835ee548
关键字:听觉脑干反应(ABR),脆性X综合征,双耳听觉、性别差异、鼠标模型
引用:乔和McCullagh EA(2022)听觉脑干反应脆性X Syndrome-Knockout C57BL / 6 j小鼠模型。前面。中国。>。15:803483。doi: 10.3389 / fnint.2021.803483
收到:2021年10月28日;接受:2021年12月14日;
发表:2022年1月17日。
编辑:
兰迪·j·Kulesza伊利湖骨科医学学院,美国版权©2022拉和McCullagh。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:伊丽莎白·a·McCullaghelizabeth.mccullagh@okstate.edu