سلوك بناء العش كمؤشر مبكر للعجز السلوكي في الفئران
Summary
هنا ، نقدم بروتوكولا لقياس السلوك بناء العش في الفئران ، والتي من المعروف ان يكون ضعف في العديد من الاضطرابات العصبية والامراض. ويفحص هذا البروتوكول فائده أربعه مواد ويتيح الفرصة لقياس اتفاق التقدير الكمي في التهديف ، وتحسين صحة المقايسة وموثوقيها.
Abstract
بناء نيست هو سلوك فطري في القوارض الذكور والإناث ، حتى عندما تثار في إعدادات المختبر. علي هذا النحو ، العديد من الباحثين توفير القوارض الاصطناعية و/أو المواد الطبيعية (مثل خيوط ، والانسجه ، والقطن ، والورق ، والقش) كمقياس لرفاهيتهم العامة وكتقييم التبعية للتنبؤ احتمال انخفاض في الإدراك. عاده ، تشير التغييرات في سلوكيات التعشيش ، مثل الفشل في إنشاء عش ، إلى حدوث تغيير في الصحة أو الرعاية الاجتماعية. الاضافه إلى ذلك ، السلوك التعشيش حساسة للعديد من التحديات البيئية والفسيولوجية ، فضلا عن العديد من الطفرات الجينية الكامنة وراء الامراض المرضية. يصف البروتوكول التالي نموذج سلوك التداخل الذي يستكشف استخدام أربعه أنواع من مواد التداخل. الاضافه إلى ذلك ، يستخدم البروتوكول الارتباطات داخل المرساة لإثبات ان الاعتمادية البينية اعلي عندما يتم بناء الأعشاش من الورق الممزق بالمقارنة مع غيرها من المواد التعشيش المشتركة مثل مربعات القطن ، والتقلبات ورقه ، والكوز الناعمة الاسره. وقد تكون المنهجية المختارة والاعتبارات الاحصائيه (اي الارتباط داخل الرابطة) لهذا الفحص ذات فائده لأولئك الذين يجرون تجارب لتقييم نوعيه معيشة الفئران.
Introduction
مبني نيست هو السلوك الفطري في العديد من الكائنات مثل الطيور والأسماك والقوارض والقردة العظمي ، وانها تجذب المزيد من الاهتمام لفائدتها المحتملة في دراسة الامراض العصبية والاضطرابات التي تتميز بانخفاض الرفاه وضعف أنشطه الحياة اليومية1. الفئران ، من الذكور والإناث علي حد سواء ، وبناء أعشاش الحجم بالمثل لأغراض الإنجاب ، والحفاظ علي الحرارة ، والماوي ؛ الأهم من ذلك ، فانها تستمر في القيام بذلك حتى عندما أثيرت في الإعدادات المختبرية2. هيس ، بتروفيتش ، و غودوين3 يجادل بان المحفزات المناسبة بيولوجيا هي الراجحة للحث علي السلوكيات المناسبة بيولوجيا مثل التعشيش. ومع ذلك ، وقد استخدمت مجموعه متنوعة من المواد الطبيعية والاصطناعية ، مثل القش والقنب وخيوط القطن وشرائط الورق والقطن كرات الأسنان ، والمربعات القطن الضغط ، لتقييم السلوك بناء عش2. التغييرات في هذه السلوكيات التعشيش (اي الفشل في إنشاء عش من المواد المقدمة) تشير عموما إلى تغيير في الصحة أو الرفاه. وفي معظم الحالات ، يعزي الافتقار إلى بناء العش إلى عده عوامل تؤثر سلبا علي الرفاه. وتشمل هذه الامثله التي قللت بشكل فعال من جوده بناء العش في الفئران درجات الحرارة القصوى. التحفيز المؤلم. الامراض المستحثة والعدوى ؛ الطفرات الجينية; وآلافات الدماغية في المناطق الوسطي الإنسي ، الحاجز ، والحصين4،5،6.
مرض الزهايمر هو مرض الأعصاب التقدمية التي تتميز بفقدان انسجه المخ ، تراكم لويحات اميلويد-β خارج الخلية ، والتشابك داخل الخلايا العصبية الخلوية التي تتالف من فرط فوسفوريلاتيد ميكروتوبولي-المرتبطة البروتين ، تاو7. بالاضافه إلى ذلك ، يتميز مرض الزهايمر ، ولا سيما ، العجز في التعلم والذاكرة والعاات في أنشطه الحياة اليومية. في الفئران ، يتم فحص أنشطه الحياة اليومية عاده عن طريق الركض بالعجلات الايقاعيه8،9،10،11، علي الرغم من ان البدائل الجديدة ، مثل التعشيش ، تتزايد شعبيتها. وقد تبين ان التعشيش حساس للتلاعب (علي سبيل المثال ، الطفرات الجينية ، والضغوط البيئية) التي تم تحديدها كعوامل خطر و/أو أسباب مرض الزهايمر. علي هذا النحو ، يمكن استخدام التعشيش كمقايسة اضافيه أو تكميليه في العديد من سلالات الماوس التي نموذج تلك الخصائص من مرض الزهايمر. علي سبيل المثال ، الشماس والزملاء12 قياس بناء عش من الفئران Tg2576 مع بروتين السلائف اميلويد السويدية (appswe) و presenilin 1 (PS1) الطفرات الجينية. وكانت نوعيه الأعشاش التي شيدتها الفئران Tg2576 المجموعات اسوا بكثير من الضوابط البرية في كل من 3-و 12 شهرا من العمر. الاتفاق مع هذه النتائج ، ذكرت شركه “فلالي وآخرون13 ” ان الفئران الذكور APPSWE/PS1 الفردية بالنظر إلى قطعتين من القطن 5 × 5 سم بنيت أعشاش أفقر بكثير كما تم تصنيفها علي مقياس 1-5 (1 = نيسليت لا تطرق ، 5 = عش الكمال بالقرب). الفئران المعدلة وراثيا باستمرار بناء أعشاش اسوا في 6-, 9-, و 12 أشهر من العمر مقارنه مع نظرائهم البرية, وفي بعض الحالات, الفئران Appswe/PS1 فشلت تماما في بناء عش من القطن المقدمة.
وقد أظهرت البحوث السابقة من مختبرنا ان الفئران البرية C57BL/6J بناء أعشاش أفضل بكثير من المربعات القطن مقارنه CRND8 و CRND8/E4 الفئران9. ومع ذلك ، فان غالبيه التجارب باستخدام مربعات القطن المضغوطة تبدو متغيرة ، مع الفئران البرية تفشل في إظهار الدرجات العالية المتوقعة مقارنه بالفئران المعدلة وراثيا التي من المتوقع ان تظهر درجات منخفضه جدا في التعشيش2، والتي قد تؤدي جزئيا إلى عدم وجود اختلافات في المعايير المقدرة (اي الفروق المتوسطة) والدلالة الاحصائيه. قد يعزي عدم وجود اختلافات جزئيا إلى عدم كفاية الشيخوخة من الفئران أو الوقت المخصص للتداخل. بدلا من ذلك ، قد تكون المواد التعشيش تحديا إضافيا ، مما يؤدي إلى مزيد من التباين بسبب تفضيلات الباحثين المنهجية في كميه ونوع المواد ، والتي قد تتفاعل حتى مع سلاله الماوس. علي سبيل المثال ، قدمت روبنسون-جونكير والزملاء14 مواد الفراش المجهزة أو غير المجهزة من احجام مختلفه (اي رقائق صغيره أو كبيره) إلى C3H/hencrl الفئران والفئران Balb/canncrl ، والتي لوحظت عاده ، علي التوالي ، والفقراء وقويه العش بناه. عندما قدمت الفراش غير المجهزة ، C3H الفئران بنيت اقل تعقيدا ، ولكن مماثله في أعشاش الجودة بالمقارنة مع تلك الفئران BALB/c. المثل, مارتن وزملاءه15 مقارنه التعقيد العش من المواد التعشيش المختلفة المعطية للفئران الغزلان, قريب بعيد من الأنواع الmusculusه التي لها اختلافات تطوريه متميزة (اي, أكثر عرضه للبرصف في الأشجار و خمائل وأكثر نشاطا في الأسر) ، ولكن الحصول علي رعاية تربيه مماثله كفئران المختبرات المشتركة وبناء أعشاش من اي لينه المتاحة ، المواد الليفية16،17،18. الإناث ومربي مع الجراء في قفص المنزل بنيت أعشاش أكثر تعقيدا من الذكور ، والمؤلفين تشير إلى ان هذه الاختلافات السلوكية قد يكون بسبب التغيرات المرتبطة في تركيزات البروجسترون في الفئران الغزلان15. الأهم من ذلك ، بنيت الفئران أعشاش أكثر تعقيدا تتالف من الورق البني تليها مربعات القطن وأسطوانات القطن ، والأعشاش الأقل تعقيدا تم بناؤها من الورق الأبيض وفرقت المربعات الصغيرة القطن.
وعلي الرغم من تزايد شعبيه التعشيش ، فان الاعتبارات المتعلقة بالممارسات السليمة علميا والفعالة من حيث التكلفة والحساسة للوقت تناقش بادني حد. ونظرا للتحديات المنهجية والاقتصادية المذكورة أنفا ، فان هذا البروتوكول يحقق في فائده المواد المتداخلة المختلفة-مربعات القطن ، وتقلبات الورق ، والورق المبشور ، والفراش المجهز-في السلوك المتداخل. علي وجه التحديد ، قدمنا جميع المواد التعشيش لكل من الذين تتراوح أعمارهم بين C57BL/6J الضوابط البرية ومرض الزهايمر APOE e4 الفئران من أجل التحقيق في اي النمط الجيني المحتملة من التفاعلات المادية في نوعيه التعشيش. الاضافه إلى ذلك ، سعت التجربة إلى تقييم موثوقيه الأعشاش التي شيدت من مواد مختلفه. معا ، هذا البروتوكول يدل علي تفوق ماده واحده التعشيش في هذه العينة-ورقه تمزيقه-من حيث نوعيه العش والاتفاق هداف ، بهدف تحسين صحة وموثوقيه المقايسة التعشيش.
Protocol
Representative Results
Discussion
التعشيش هو سلوك قوارض مهم تطوريا وقد استخدم لتقييم نشاط الحياة اليومية والرفاه العام في الفئران2. سهوله اجراء الاختبار ، موثوقيته ، وصلاحيته الوجه تجعل التعشيش تكمله عمليه للعديد من الاختبارات السلوكية مثل التجشؤ ، وإيقاع الايقاعيه ، والاستمالة. ولكن ، كما يصبح التعشيش أكثر شيوعا في المختبر ، وتركيبات مختلفه لاجراء ، كمي ، وتفسير زيادة التعشيش. علي هذا النحو ، هناك حاجه إلى مزيد من البحوث لاستكشاف أفضل الإجراءات السليمة منهجيا وعمليا للتداخل ، بحيث لا يتم التضحية بصحة وموثوقيه الفحص للتكاليف ، ووقت الاختبار ، وغيرها من الإجراءات التي تقلل من عبء الاختبار .
العش نوعيه المبني هو في الواقع حساسة لنوع من الفراش المقدمة ، فضلا عن النمط الجيني. عموما ، بنيت الفئران البرية أفضل بكثير الأعشاش بالمقارنة مع الفئران APOE e4 بغض المهم عن المواد التعشيش. ومع ذلك ، فان كلا من الأنواع البرية وفئران APOE e4 بناء أعشاش عاليه الجودة بشكل ملحوظ من الورق الممزق مقارنه بالمواد الثلاث الأخرى التعشيش. وتقدم دراسات أخرى أدله داعمه فيما يتعلق بالورقة الممزقة: الفئران شيدت أعشاش أكثر تعقيدا من شرائط الورق تمزيقه من المربعات القطنية الضغط ، والانسجه ، والفراش اسبن33. وعلاوة علي ذلك ، تم تقييم الأعشاش التي شيدت من شرائط الورق الممزقة نوعيا باعتبارها أكثر “طبيعيه” من تلك المصنوعة من مواد أخرى ، والتي تتميز بشكل العش نفسه وارتفاع الجدران حول تجويف العش في من أجل تشكيل قبة6،33. علي هذا النحو ، اختيار المواد المناسبة لهذا الفحص أمر بالغ الاهميه من أجل مراقبه أفضل للسلوك الطبيعي في بيئة تسيطر عليها نسبيا ، اي اعداد المختبر. والاهم من ذلك ، علي الرغم من ان هذا البروتوكول يقيم التعشيش مره واحده في 9-12 شهرا من العمر ، ونحن نشدد علي ان التعشيش ينبغي ان تجري في عده سنين. بساطه هذا البروتوكول يسمح لها ان تجري عده مرات ، من الناحية المثالية قبل بداية العجز التي تصاحب الضمور العصبي. القياسات المتكررة تحمل الفرصة لتوثيق الدور المسبب المحتمل لتنكس الأعصاب في انخفاض قدره التعشيش.
وقد تبين ان بناء عش الطبيعية تختلف بين الفئران من سلالات خلفيه مختلفه34، وعلي هذا النحو ، فان الجودة الشاملة وشكل العش قد تختلف لا بسبب الجينات من الفائدة ، ولكن نظرا لسلاله الخلفية. علي سبيل المثال ، كانت تعتبر أسلاف الفئران C57BL/6 “ثقب” نيسرز ، في حين ان أسلاف BALB/C الفئران كانت تعتبر “سطح” نيسرز35. الفئران علي الخلفية C3H أو الصلبان مع هذه السلالة ، مثل الهجين C3H/He-C57BL/6 مع E4 المستخدمة في غرابيال وآخرون9 وتعتبر أيضا ان يكون الفقراء نيسرز ؛ التالي ، ينبغي علي الباحثين بشده النظر في استخدام الفئران التحكم علي نفس الخلفية مثل الفئران المحورة وراثيا ، والتي من شانها ان تحسن عموما الدور المباشر ، المسبب للجينات (ق) ، بدلا من الخلفية ، في الضمور العصبي والعجز اللاحقة في عش بناء السلوك.
بعض التجارب غالبا ما تستخدم هداف واحد للحكم نوعيا علي تعقيد العش. ومع ذلك ، فاننا جعل حجه لتشمل المزيد من الهدافين ، والاهم من ذلك ، الهدافين اعمي للظروف التجريبية. ومن خلال هذا النهج ، استخدمنا ثلاثه هدافين مستقلين ومكفوفين وعلاقة داخلية لتقييم الاتفاق بين الهدافين ، الذين حققوا ، بالتدريب الأساسي ، ارتباطات عاليه داخل الشركات كانت مؤشرا علي موثوقيه عاليه فيما بين البلدان واتفاق قوي بشان نوعيه العش. وعلاوة علي ذلك ، كانت عشرات الأعشاش المكونة من الورق الممزق ومربعات القطن اعلي الارتباطات داخل المرساة ، مما يدل علي اتفاق اقوي واتساق أكبر بين الهدافين. ويوفر الاتفاق القوي أيضا مبررا لمتوسط النقاط المتعددة معا ، وهي استراتيجية عشوائيا تنفيذها في البحوث السلوكية. علي الرغم من ان هذه الاستراتيجية تتطلب المزيد من الافراد ، ويفترض ان المزيد من الوقت لتسجيل الأعشاش ، فانه يقلل بشكل فعال من التحيز في التقييمات النوعية مثل التعشيش.
وكانت المواد التعشيش المستخدمة في هذا الفحص متساوية تقريبا في السعر باستثناء الفراش الكوز الناعمة. الاسره التجارية لتعشيش قد تكون الحيلة اقتصاديا لبعض المجربين. ومع ذلك, مارتن وآخرون15 لاحظ ان مربعات القطن, بالمقارنة مع غيرها من المواد مثل الورق مجعد, هي واحده من اغلي المواد المتاحة للشراء. قد يكون هذا بسبب سهوله التوافر ، والتخزين ، والاداره ، ولكن الباحثين الآخرين قد تختار لمواد صالحه وموثوق بها بالمثل ، وخاصه عندما تحدها اعداد كبيره من الماشية في منشاه ، وعدد من التجارب التعشيش ، والقيود الزمنيه تسجيل الأعشاش ، وارتفاع تكاليف القفص. التالي ، قد تكون الورقة الممزقة خيارا أكثر جدوى وملاءمة. الاضافه إلى ذلك ، يمكن اجراء التقاط البيانات لطريقنا علي الفور (اي تسجيل النقاط شخصيا) ، علي الرغم من انه ينبغي النظر إلى الصور بشكل كبير من أجل تسجيل الأعشاش وحفظها وأعاده قياسها ، إذا رغبت في ذلك لأغراض تقييم ما بين الأسر وداخلها موثوقيه في أوقات لاحقه. وكما ذكرنا ، نشدد بقوة علي ادراج الهدافين المتعددين في ممارسات “الاختبار وأعاده الاختبار” لتقييم الاتفاق ، لان هذه الإجراءات السليمة منهجيا كثيرا ما تغفل.
وفي الختام ، نعتقد ان المنهجية والاعتبارات الاحصائيه (اي الارتباط داخل الرابطة) لهذا الفحص قد تكون ذات فائده للتجارب التي تقيم نوعيه المعيشة والرفاه العام وأنشطه الحياة اليومية في الفئران.
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود ان نشكر كيفن كوانت ، ماريو مارتينيز ، وايدوين بورتيلو لتسجيل الأعشاش ، راشيل Barkey للمساعدة في التحضير للتصوير ، و ستيفن ليبي و ديبورا نيلي لتصحيح هذه المخطوطة. ونود أيضا ان نشكر أداره علم النفس علي تغطيه تكاليف أقفاص لهذه التجربة ، ومرفق الحيوانية معهد كراسالان الرعاة لدعمهم.
Materials
| Corncob bedding | Envigo | 7092 | 1/8 in bedding for cotton squares, shredded paper, and paper twist trials |
| Cotton Squares | Envigo | Iso-Blox | |
| Diamond Twists | Envigo | 7979C.CS | Paper twists used in protocol |
| Mouse – APOE4 e4 | Jackson Laboratories | #012307 | Homozygous APEO4 e4 mouse bred with hemizyous J20 mouse |
| Mouse – C57BL/6J | Jackson Laboratories | #000664 | Wildtype mouse for controls |
| Mouse – J20 | Jackson Laboratories | #006293 | Hemizygous mouse bred with the homozygous APOE e4 mouse to generate cross |
| Rstudio | R Core Team | V1.1.463 | Run with R version 3.5.3 (2019-03-11) — "Great Truth". Note: additional R Packages are included in provided code and can be installed from CRAN |
| Soft Cob | Envigo | 7087C |
Referencias
- Torres-Lista, V., Gimenez-Llorta, L. Impairment of nesting behavior in 3cTg-AD mice. Behavioural Brain Research. 247, 153-157 (2013).
- Deacon, R. Assessing nest building in mice. Nature Protocols. 1 (3), 1117-1119 (2006).
- Hess, E., Petrovich, S., Goodwin, E. Induction of Parental Behavior in Japanese Quail. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 90 (3), 244-251 (1976).
- Deacon, R. Hippocampal cytotoxic lesion effects on species-typical behaviors in mice. Behavioural Brain Research. 132, 203-213 (2002).
- Deacon, R. Effects of medial prefrontal cortex cytotoxic lesions in mice. Behavioural Brain Research. 139, 139-155 (2003).
- Gaskill, B. N., Karas, A. Z., Garner, J. P., Pritchett-Corning, K. R. Nest building as an indicator of health and welfare in laboratory mice. Journal of Visualized Experiments. (82), 51012 (2013).
- Mayeux, R., Stern, Y. Epidemiology of Alzheimer Disease. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 2 (8), 006239 (2012).
- Boggs, K. N., Kakalec, P. A., Smith, M. L., Howell, S. N., Flinn, J. M. Circadian wheel running behavior is altered in an APP/E4 mouse model of late onset Alzheimer’s disease. Physiology and Behavior. 182, 137-142 (2017).
- Graybeal, J. J., et al. Human ApoE ε4 alters circadian rhythm activity, IL-1β, and GFAP in CRND8 mice. Journal of Alzheimer’s Disease. 43 (3), 823-834 (2015).
- Leng, Y., Musiek, E. S., Hu, K., Cappuccio, F. P., Yaffe, K. Association between circadian rhythms and neurodegenerative diseases. The Lancet Neurology. 18 (3), 307-318 (2019).
- Zhou, L., Gao, Q., Nie, M., Gu, J. L., Hao, W., Wang, L., Cao, J. M. Degeneration and energy shortage in the suprachiasmatic nucleus underlie the circadian rhythm disturbance in ApoE-/- mice: Implications for Alzheimer’s disease. Scientific Reports. 6, 36335 (2016).
- Deacon, R., et al. Age-dependent and -independent behavioral deficits in Tg2576 mice. Behavioural Brain Research. 189, 126-138 (2008).
- Filali, M., Lalonde, R., Riverst, S. Cognitive and non-cognitive behaviors in an APPswe/PS1 begenic model of Alzheimer’s disease. Genes, Brain and Behavior. 8, 143-148 (2009).
- Robinson-Junker, A., Morin, A., Protchett-Corning, K., Gaskill, B. Sorting it out: Bedding particle size and nesting material processing method affects nest complexity. Laboratory Animals. 51 (2), 170-180 (2017).
- Martin, T., Balser, S., Young, G., Lewis, S. Cost and effectiveness of commercially available nesting substrates for Deer Mice (Peromyscus maniculatus). Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 55 (4), 412-418 (2016).
- Crossland, J. P., et al. Caring for Peromyscus spp. in research environments. Lab Animal. 43 (5), 162-166 (2014).
- Eisenberg, J. Studies on the Behavior of Peromyscus maniculatus gambelii and Peromyscus californicus parasiticus. Behaviour. 19 (3), 177-207 (1962).
- Joyner, C. P., Myrick, L. C., Crossland, J. P., Dawson, W. D. Deer mice as laboratory animals. ILAR Journal. 39 (4), 322-330 (1998).
- Neely, C., Lane, C., Torres, J., Flinn, J. The Effect of gentle handling on depressive-like behavior in adult male mice: Considerations for human and rodent interactions in the laboratory. Behavioural Neurology. , 2976014 (2018).
- Van Loo, P. L., Mol, J. A., Koolhaas, J. M., Van Zutphen, B. F., Baumans, V. Modulation of aggression in male mice: Influence of group size and cage size. Physiology & Behavior. 72 (5), 675-683 (2001).
- Kappel, S., Hawkins, P., Mendl, M. T. To group or not to group? Good practice for housing male laboratory mice. Animals. 7 (12), 88 (2017).
- Cicchetti, D. V. Guidelines, criteria, and rules of thumb for evaluating normed and standardized assessment instruments in psychology. Psychological Assessment. 6 (4), 284-290 (1994).
- Hallgren, K. A. Computing inter-rater reliability for observational data: An overview and tutorial. Tutorials in Quantitative Methods for Psychology. 8 (1), 23-34 (2012).
- McGraw, K. O., Wong, S. P. Forming inferences about some intraclass correlation coefficients. Psychological Methods. 1 (1), 30-46 (1996).
- . ggsignif: Significance Brackets for ‘ggplot2’. R package version 0.5.0 Available from: https://CRAN.R-project.org/package=ggsignif (2019)
- . ez: Easy Analysis and Visualization of Factorial Experiments. R package version 4.4-0 Available from: https://CRAN.R-project.org/package=ez (2016)
- Lenth, R. V. Least-Squares Means: The R Package lsmeans. Journal of Statistical Software. 69 (1), 1-33 (2016).
- Wickham, H. . Ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. , (2016).
- Craven, K. M., Kochen, W. R., Hernandez, C. M., Flinn, J. M. Zinc exacerbates tau pathology in a tau mouse model. Journal of Alzheimer’s Disease. 64, 617-630 (2018).
- Lippi, S. L., Smith, M. L., Flinn, J. M. A novel hAPP/htau mouse model of Alzheimer’s Disease: Inclusion of APP with tau exacerbates behavioral deficits and zinc administration heightens tangle pathology. Frontiers in Aging Neuroscience. 10, 382 (2018).
- Hess, S. E., et al. Home improvement: C57BL/6J mice given more naturalistic nesting materials build better nests. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 47 (6), 25-31 (2008).
- Jirkof, P. Burrowing and nest building behavior as indicators of well-being in mice. Journal of Neuroscience Methods. 234, 139-146 (2014).
- Van Oortmerssen, G. Biological significance, genetics and evolutionary origin of variability in behaviour within and between strains of mice (Mus musculus). A behavior genetic study. Behaviour. 38 (1), 1-92 (1971).
