Cognitive decline and affective alterations in SCA2-58Q mice

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The cerebellum is traditionally recognized as a brain region dedicated to motor control and movement coordination. Yet, the growing body of research has recently highlighted the cerebellar role in cognitive processes, learning, and emotional states. Patients with damage to this particular region of the brain exhibit deficiencies in verbal communication, impaired speech, executive functions, and memory, along with various affective disorders [1]. In the field of neurodegeneration research, the cerebellum is primarily recognized for its role in the onset of spinocerebellar ataxias (SCAs). SCA2 is an autosomal dominant polyglutamine-related neurological disorder resulting from a notable escalation in the number of CAG triplet repeats that encode the amino acid glutamine in the ATXN2 gene. The mutated protein ataxin-2 fails to perform its molecular functions, disrupting calcium homeostasis and cellular activity, ultimately resulting in widespread Purkinje neuron death in the cerebellar cortex [2]. In our research, we used SCA2-58Q transgenic mice that express the mutant human ataxin-2 gene under the action of the Purkinje-specific promoter (PCP2/L7). Each of these tests were aimed at evaluating specific aspects of the mice’s behavior. This model enabled to investigate the direct involvement of Purkinje cells in the cognitive and affective symptoms associated with SCA2. Our team conducted three behavioral tests to determine the anxiolytic behavior: the open field test, the novelty suppressed feeding test, and the light-dark place preference test. The novel object recognition and fear conditioning tests were used to assess recognition and contextual memory, respectively. The Morris water maze test was conducted to evaluate spatial learning and memory. The researchers assessed depression and anhedonia levels using the forced swimming, tail suspension, and sucrose preference tests. The study revealed anxiety, spatial memory impairment, and affective decline in 7–8-month-old SCA2 mice. Previous results of the beam walk test [3, 4] indicated a delay in motor skill development in SCA2-58Q mice, which began at 8–10 months of age. This indicates that cognitive decline and affective changes occur before the primary motor impairment in spinocerebellar ataxia type 2. Currently, there is no disease-modifying treatment for SCA2, and patients are typically given supportive therapy and treatment for individual symptoms. In conclusion, our research provides a more comprehensive clinical picture and takes a step towards optimizing the diagnosis and selecting more effective therapy options for SCA2.

Full Text

The cerebellum is traditionally recognized as a brain region dedicated to motor control and movement coordination. Yet, the growing body of research has recently highlighted the cerebellar role in cognitive processes, learning, and emotional states. Patients with damage to this particular region of the brain exhibit deficiencies in verbal communication, impaired speech, executive functions, and memory, along with various affective disorders [1]. In the field of neurodegeneration research, the cerebellum is primarily recognized for its role in the onset of spinocerebellar ataxias (SCAs). SCA2 is an autosomal dominant polyglutamine-related neurological disorder resulting from a notable escalation in the number of CAG triplet repeats that encode the amino acid glutamine in the ATXN2 gene. The mutated protein ataxin-2 fails to perform its molecular functions, disrupting calcium homeostasis and cellular activity, ultimately resulting in widespread Purkinje neuron death in the cerebellar cortex [2]. In our research, we used SCA2-58Q transgenic mice that express the mutant human ataxin-2 gene under the action of the Purkinje-specific promoter (PCP2/L7). Each of these tests were aimed at evaluating specific aspects of the mice’s behavior. This model enabled to investigate the direct involvement of Purkinje cells in the cognitive and affective symptoms associated with SCA2. Our team conducted three behavioral tests to determine the anxiolytic behavior: the open field test, the novelty suppressed feeding test, and the light-dark place preference test. The novel object recognition and fear conditioning tests were used to assess recognition and contextual memory, respectively. The Morris water maze test was conducted to evaluate spatial learning and memory. The researchers assessed depression and anhedonia levels using the forced swimming, tail suspension, and sucrose preference tests. The study revealed anxiety, spatial memory impairment, and affective decline in 7–8-month-old SCA2 mice. Previous results of the beam walk test [3, 4] indicated a delay in motor skill development in SCA2-58Q mice, which began at 8–10 months of age. This indicates that cognitive decline and affective changes occur before the primary motor impairment in spinocerebellar ataxia type 2. Currently, there is no disease-modifying treatment for SCA2, and patients are typically given supportive therapy and treatment for individual symptoms. In conclusion, our research provides a more comprehensive clinical picture and takes a step towards optimizing the diagnosis and selecting more effective therapy options for SCA2.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding sources. This work was supported by the RSF, grant No. 22-75-10030.

×

About the authors

K. S. Marinina

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: ks.marinina@bk.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

I. B. Bezprozvanny

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; University of Texas Southwestern Medical Center

Email: ks.marinina@bk.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Dallas, USA

P. A. Egorova

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: ks.marinina@bk.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Schmahmann JD. The cerebellum and cognition. Neuroscience Letters. 2019;688:62–75. doi: 10.1016/j.neulet.2018.07.005
  2. Egorova PA, Bezprozvanny IB. Molecular Mechanisms and Therapeutics for Spinocerebellar Ataxia Type 2. Neurotherapeutics. 2019;16(4):1050–1073. doi: 10.1007/s13311-019-00777-6
  3. Egorova PA, Gavrilova AV, Bezprozvanny IB. In vivo analysis of the climbing fiber-Purkinje cell circuit in SCA2-58Q transgenic mouse model. Cerebellum. 2018;17(5):590–600. doi: 10.1007/s12311-018-0951-4
  4. Liu J, Tang TS, Tu H, et al. Neurobiology of Disease Deranged Calcium Signaling and Neurodegeneration in Spinocerebellar Ataxia Type 2. Journal of Neuroscience. 2009;29(29):9148–9162. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0660-09.2009

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».