Characterization of the behavioural phenotype of calpain-knockout mice

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Adult neurogenesis consists of the production of new neurons in specific brain regions, or neurogenic niches. The most relevant niches in rodents are the subventricular zone lining the lateral ventricles and the dentate gyrus of the hippocampus. Neurogenesis has been shown to influence cognitive function dependent on these regions. Evidence from the literature suggests that calpains are able to influence neurogenesis. However, little information is available regarding their participation in neurological functions. We have evaluated the involvement of calpains in cognitive and emotional behaviour by evaluating these functions in mice genetically modified to lack calpain 1, calpain 2, or both calpains. In this work, 12 week old calpain knockout mice for calpain 1, calpain 2, both, or wild type (WT) littermates were used. The mice were tested in the open field, object recognition, Morris water maze, contextual and cued fear conditioning, passive avoidance, elevated plus maze and forced swimming tests, to evaluate neurological function. Results from the elevated plus maze show that calpain2 knockout mice and double knockout mice present an anxious phenotype comparing with WT mice, suggesting that calpain 2, but not calpain 1, is involved in anxiety. Memory, learning, locomotor activity and exploratory behaviour as well as helplessness were similar in calpain knockout and WT mice. Neurogenesis in calpain knockout mice was also similar to WT mice. Overall, our work shows that calpain 2 is involved in anxiety and a clear phenotype was identified in calpain knockout mice regarding their involvement in memory and learning, which is agreement with previously published data using mice that lack the small regulatory subunit of calpains.

A neurogénese corresponde ao processo pelo qual novos neurónios são formados e ocorre em regiões específicas do cérebro, chamadas de nichos neurogénicos, tais como no hipocampo e nas paredes dos ventrículos laterais. Actualmente, sabe-se que a neurogénese está envolvida em funções cognitivas dependentes dessas mesmas regiões. Para além disso, tem-se vindo a identificar a influência das calpaínas na neurogénese, mas ainda pouco se sabe sobre de que forma as calpaínas influenciam este processo. Neste trabalho, de modo a avaliar o envolvimento das calpaínas no comportamento cognitivo e emocional, foram utilizados murganhos geneticamente modificados (murganhos sem calpaína1, sem calpaína2 e sem as duas). Neste trabalho, utilizámos murganhos com 12 semanas geneticamente modificados e os que apresentavam um genótipo WT, foram utilizados como controlo. De modo a avaliar as funções neurológicas, estes murganhos foram submetidos a vários testes de comportamento: campo aberto, reconhecimento de objectos, labirinto aquático, condicionamento por medo associado ao contexto e estímulo, esquiva aversiva, labirinto elevado em forma de cruz e natação forçada. No teste do labirinto elevado em forma de cruz, murganhos com knockout para a calpaína2 e para as duas calpaínas, apresentaram um fenótipo mais ansioso comparativamente com os murganhos WT. Estes resultados sugerem que a calpaína2, mas não a calpaína1, está envolvida na ansiedade. A memória, aprendizagem, actividade motora e exploratória, bem como a tendência para a depressão foram semelhantes nos murganhos knockout e nos murganhos WT. No geral, o nosso trabalho mostra que a calpaína2 está envolvida na ansiedade. No entanto, o fenótipo identificado nos murganhos knockouts relativos à memória e aprendizagem é normal. Estes resultados estão de acordo com informação publicada anteriormente em murganhos sem a subunidade pequena das calpaínas.