Un Protocolo de Estrés de Inmovilización Crónica para Inducir el Comportamiento Similar a la Depresión en Ratones
Summary
Este artículo proporciona un protocolo simplificado y estandarizado para la inducción de un comportamiento depresivo en ratones inmovilizados crónicamente mediante el uso de un restrainer. Además, se explican las técnicas fisiológicas y de comportamiento para verificar la inducción de la depresión.
Abstract
La depresión aún no se entiende completamente, pero se han notificado varios factores causales. Recientemente, la prevalencia de la depresión ha aumentado. Sin embargo, los tratamientos terapéuticos para la depresión o la investigación sobre la depresión son escasos. Así, en el presente documento, proponemos un modelo de ratón de depresión inducido por la restricción del movimiento. El estrés leve crónico (CMS) es una técnica bien conocida para inducir un comportamiento depresivo. Sin embargo, requiere un procedimiento complejo que consiste en una combinación de varias tensiones leves. Por el contrario, el estrés de inmovilización crónica (CIS) es un modelo de estrés crónico de fácil acceso, modificado a partir de un modelo de restricción que induce el comportamiento depresivo al restringir el movimiento usando un restrainer durante un determinado período. Para evaluar los comportamientos depresivos, la prueba de preferencia de sacarosa (SPT), la prueba de suspensión de cola (TST) y el ensayo ELISA para medir los niveles de corticosterona marcador de tensión se combinan en el presente experimento. Los protocolos descritos ilustran la inducción de la CEI y la evaluación de los cambios en el comportamiento y los factores fisiológicos para la validación de la depresión.
Introduction
El trastorno depresivo mayor (MDD) es la principal causa de discapacidad mental en todo el mundo, con una incidencia que está aumentando más rápido de lo previsto. En 2001, la Organización Mundial de la Salud predijo que el MDD sería la segunda enfermedad más común en el mundo para 2020. Sin embargo, ya era el segundo más común en 20131. Además, los antidepresivos actuales tienen muchas limitaciones, incluyendo la efectividad retardada, resistencia a los medicamentos, recaída, y varios efectos secundarios2,3. Por lo tanto, los investigadores deben desarrollar antidepresivos más eficaces. Sin embargo, la fisiopatología ambigua de la MDD representa un obstáculo para el desarrollo de nuevos antidepresivos.
El estrés a largo plazo es el principal factor de riesgo para la MDD. Puede inducir disfunción en el eje hipotalámico-hipófisis-adrenal (HPA), que también está relacionado con la etiología MDD4,5. Como se describió anteriormente, el eje de la HPA desempeña un papel crítico en la fisiopatología psiquiátrica inducida por el estrés, incluyendo trastornos de depresión y ansiedad al aumentar los niveles de corticosterona6,7,8, 9. Muchos modelos animales se han basado en la activación sostenida deleje HPA, que se observa en pacientes con MDD 4. Además, los glucocorticoides altos inducidos por el estrés crónico y los glucocorticoides inyectados por vía subcutánea causan comportamientos depresivos junto con la muerte de las células neurales, la atrofia de los procesos neuronales y la neurogénesis adulta reducida en el cerebro de los roedores10 , 11. Otra área cerebral importante asociada con la depresión es la corteza prefrontal medial (mPFC). El mPFC desempeña un papel crucial en el control de las subregiones cerebrales, como el hipotálamo y la amígdala, que controlan el comportamiento emocional y las respuestas de estrés8,9. Por ejemplo, las lesiones en el mPFC dorsal indujeron disfunción del eje HPA y secreción mejorada de corticosterona debido a la tensión de restricción12,13. Un estudio reciente también mostró que el estrés de restricción repetida aumentó los niveles de corticosterona, que podría ser disminuido por la suplementación de glutamina a través del ciclo de glutamato-glutamina entre las neuronas y astrocitos en el mPFC9.
Katz14sugirió el primer paradigma de estrés crónico utilizado para estudiar la etiología del MDD. Willner y otros propusieron entonces un modelo de estrés leve crónico (CMS) basado en los hallazgos de Katz. Confirmaron que el modelo tenía validez predictiva al observar que los antidepresivos restauraban el comportamiento anhedónico inducido por CMS15,16. Típicamente, el modelo CMS consiste en una combinación de varias tensiones leves, tales como ruido suave, inclinación de la jaula, ropa de cama húmeda, ciclos de luz-oscuridad alterados, temblores de jaula, natación forzada, y derrota social. El modelo CMS es ampliamente utilizado por los investigadores; sin embargo, este modelo es de mala replicabilidad, y ineficiente en el tiempo y la energía. Por lo tanto, existe una creciente demanda de un protocolo estandarizado y simplificado para la inducción de comportamiento depresivo y análisis fisiológico para evaluar la depresión. En comparación con el modelo CMS, el modelo de estrés de inmovilización crónica (CIS; también conocido como estrés de restricción crónica) es más simple y más eficiente; por lo tanto, el modelo CIS puede ser ampliamente utilizado en estudios de estrés crónico17,18,19,20,21,22,23, 24. Además, la CIS se puede utilizar en ratones macho y hembra para desarrollar comportamientos depresivos25,26. Durante la CIS, los animales se colocan en un cilindro de tamañode cuerpo durante 1-8 horas al día durante 2 o 4 semanas 9,27,28. De estos, condición de estrés de restricción durante 2 horas al día durante2 semanas es suficiente para causar comportamientos depresivos con dolor mínimo en ratones 9,28. En condiciones de restricción, los niveles de corticosterona en sangre aumentaron rápidamente9,28,29. Varios estudios han demostrado que el modelo CIS tiene validez predictiva, confirmando que los síntomas depresivos inducidos por la CIS son restaurados por los antidepresivos19,20,30,31. En este documento, informamos de los procedimientos detallados de la CIS, así como algunos resultados conductuales y fisiológicos después de la CIS en ratones.
Protocol
Representative Results
Discussion
La complejidad del cerebro y la heterogeneidad de MDD hacen que sea difícil crear modelos animales que reproduzcan completamente la condición. Muchos investigadores han superado esta dificultad utilizando un enfoque basado en endofenotipo32, en el que la anhedonia (falta de interés en recompensar los estímulos) y la desesperación se consideran comportamientos evolutivamente conservados y cuantificables en modelos animales, que también se ven en pacientes con depresión33</s…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Investigación científica básica a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiado por el Ministerio de Educación (NRF-2015R1A5A2008833 y NRF-2016R1D1A3B03934279) y la concesión de lnstitute de Ciencias de la Salud (IHSSS GNU-2016-02) en la Universidad Nacional de Gyeongsang.
Materials
| 1 ml disposable syringes | Sungshim Medical | P000CFDO | |
| Balance | A&D Company | FX-2000i | |
| Ball nozzle | Jeung Do B&P | JD-C-88 | |
| CCTV camera | KOCOM | KCB-381 | |
| Corticosterone ELISA kits | Cayman Chemical | ||
| Digital lux meter | TES | TES-1330A | |
| Ethovision XT 7.1 | Noldus Information Technology | ||
| Isoflurane | HANA PHARM CO., LTD. | Ifran solution | |
| Mice | Koatech | C57BL/6 strain | |
| Restrainer | Dae-jong Instrument Industry | DJ-428 | |
| Saccharose (sucrose) | DAEJUNG | 7501-4400 | |
| Small animal isoflurane anaesthetic system | Summit | ||
| Acrylic bar | The apparatus was made in the lab for TST test | ||
| Tail suspension box | The apparatus was made in the lab | ||
| Timer | Electronics Tomorrow | TL-2530 | |
| Water bottle | Jeung Do B&P | JD-C-79 |
References
- Ferrari, A. J., et al. Burden of Depressive Disorders by Country, Sex, Age, and Year: Findings from the Global Burden of Disease Study 2010. PLoS Medicine. 10 (11), (2013).
- Trivedi, M. H., et al. Evaluation of outcomes with citalopram for depression using measurement-based care in STAR*D: implications for clinical practice. The American Journal of Psychiatry. 163 (1), 28-40 (2006).
- Gartlehner, G., et al. Second-Generation Antidepressants in the Pharmacologic Treatment of Adult Depression: An Update of the 2007 Comparative Effectiveness Review. Second-Generation Antidepressants in the Pharmacologic Treatment of Adult Depression: An Update of the 2007 Comparative Effectiveness Review. [Internet]. , (2011).
- Checkley, S. The neuroendocrinology of depression and chronic stress. British Medical Bulletin. 52 (3), 597-617 (1996).
- Parker, K. J., Schatzberg, A. F., Lyons, D. M. Neuroendocrine aspects of hypercortisolism in major depression. Hormones and Behavior. 43 (1), 60-66 (2003).
- de Kloet, E. R., Joels, M., Holsboer, F. Stress and the brain: from adaptation to disease. Nature Reviews Neuroscience. 6 (6), 463-475 (2005).
- McEwen, B. S. Central effects of stress hormones in health and disease: Understanding the protective and damaging effects of stress and stress mediators. European Journal of Pharmacology. 583 (2-3), 174-185 (2008).
- Chiba, S., et al. Chronic restraint stress causes anxiety- and depression-like behaviors, downregulates glucocorticoid receptor expression, and attenuates glutamate release induced by brain-derived neurotrophic factor in the prefrontal cortex. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 39 (1), 112-119 (2012).
- Son, H., et al. Glutamine has antidepressive effects through increments of glutamate and glutamine levels and glutamatergic activity in the medial prefrontal cortex. Neuropharmacology. 143, 143-152 (2018).
- Gregus, A., Wintink, A. J., Davis, A. C., Kalynchuk, L. E. Effect of repeated corticosterone injections and restraint stress on anxiety and depression-like behavior in male rats. Behavioural Brain Research. 156 (1), 105-114 (2005).
- Woolley, C. S., Gould, E., McEwen, B. S. Exposure to excess glucocorticoids alters dendritic morphology of adult hippocampal pyramidal neurons. Brain Research. 531 (1-2), 225-231 (1990).
- Diorio, D., Viau, V., Meaney, M. J. The role of the medial prefrontal cortex (cingulate gyrus) in the regulation of hypothalamic-pituitary-adrenal responses to stress. The Journal of Neuroscience. 13 (9), 3839-3847 (1993).
- Figueiredo, H. F., Bruestle, A., Bodie, B., Dolgas, C. M., Herman, J. P. The medial prefrontal cortex differentially regulates stress-induced c-fos expression in the forebrain depending on type of stressor. European Journal of Neuroscience. 18 (8), 2357-2364 (2003).
- Katz, R. J. Animal model of depression: Effects of electroconvulsive shock therapy. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 5 (2), 273-277 (1981).
- Willner, P., Towell, A., Sampson, D., Sophokleous, S., Muscat, R. Reduction of sucrose preference by chronic unpredictable mild stress, and its restoration by a tricyclic antidepressant. Psychopharmacology. 93 (3), 358-364 (1987).
- Slattery, D. A., Cryan, J. F. Modelling depression in animals: at the interface of reward and stress pathways. Psychopharmacology. 234 (9-10), 1451-1465 (2017).
- Joo, Y., et al. Chronic immobilization stress induces anxiety- and depression-like behaviors and decreases transthyretin in the mouse cortex. Neuroscience Letters. 461 (2), 121-125 (2009).
- Jung, S., et al. Decreased expression of extracellular matrix proteins and trophic factors in the amygdala complex of depressed mice after chronic immobilization stress. BMC Neuroscience. 13 (1), (2012).
- Seo, J. S., et al. NADPH Oxidase Mediates Depressive Behavior Induced by Chronic Stress in Mice. Journal of Neuroscience. 32 (28), 9690-9699 (2012).
- Seo, J. S., et al. Cellular and molecular basis for stress-induced depression. Molecular Psychiatry. 22 (10), 1440-1447 (2016).
- Bowman, R. E., Zrull, M. C., Luine, V. N. Chronic restraint stress enhances radial arm maze performance in female rats. Brain Research. 904 (2), 279-289 (2001).
- McLaughlin, K. J., Baran, S. E., Wright, R. L., Conrad, C. D. Chronic stress enhances spatial memory in ovariectomized female rats despite CA3 dendritic retraction: Possible involvement of CA1 neurons. Neurosciences. 135 (4), 1045-1054 (2005).
- Qin, M., Xia, Z., Huang, T., Smith, C. B. Effects of chronic immobilization stress on anxiety-like behavior and basolateral amygdala morphology in Fmr1 knockout mice. Neurosciences. 194, 282-290 (2011).
- Popoli, M., Yan, Z., McEwen, B. S., Sanacora, G. The stressed synapse: The impact of stress and glucocorticoids on glutamate transmission. Nature Reviews Neuroscience. 13 (1), 22-37 (2012).
- Bourke, C. H., Neigh, G. N. Behavioral effects of chronic adolescent stress are sustained and sexually dimorphic. Hormones and Behavior. 60 (1), 112-120 (2011).
- Eiland, L., Ramroop, J., Hill, M. N., Manley, J., McEwen, B. S. Chronic juvenile stress produces corticolimbic dendritic architectural remodeling and modulates emotional behavior in male and female rats. Psychoneuroendocrinology. 37 (1), 39-47 (2012).
- Sun, L., et al. Effects of Hint1 deficiency on emotional-like behaviors in mice under chronic immobilization stress. Brain and Behavior. 7 (10), 1-11 (2017).
- Kim, K. S., Han, P. L. Optimization of chronic stress paradigms using anxiety-and depression-like behavioral parameters. Journal of Neuroscience Research. 83 (3), 497-507 (2006).
- Kim, G., et al. The GABAB receptor associates with regulators of G-protein signaling 4 protein in the mouse prefrontal cortex and hypothalamus. BMB Reports. 47 (6), (2014).
- Jangra, A., et al. Honokiol abrogates chronic restraint stress-induced cognitive impairment and depressive-like behaviour by blocking endoplasmic reticulum stress in the hippocampus of mice. European Journal of Pharmacology. 770, 25-32 (2016).
- Hurley, L. L., Akinfiresoye, L., Kalejaiye, O., Tizabi, Y. Antidepressant effects of resveratrol in an animal model of depression. Behavioural Brain Research. 268 (5), 1-7 (2014).
- Gottesman, I. I., Gould, T. D. The endophenotype concept in psychiatry: etymology and strategic intentions. The American Journal of Psychiatry. 160 (4), 636-645 (2003).
- Cryan, J. F., Mombereau, C. In search of a depressed mouse: Utility of models for studying depression-related behavior in genetically modified mice. Molecular Psychiatry. 9 (4), 326-357 (2004).
- Son, H., Jung, S., Shin, J., Kang, M., Kim, H. Anti-Stress and Anti-Depressive Effects of Spinach Extracts on a Chronic Stress-Induced Depression Mouse Model through Lowering Blood Corticosterone and Increasing Brain Glutamate and Glutamine Levels. Journal of Clinical Medicine. 7 (11), 406 (2018).
- Crowley, J. J., Blendy, J. A., Lucki, I. Strain-dependent antidepressant-like effects of citalopram in the mouse tail suspension test. Psychopharmacology. 183 (2), 257-264 (2005).
- Ripoll, N., David, D. J. P., Dailly, E., Hascoët, M., Bourin, M. Antidepressant-like effects in various mice strains in the tail suspension test. Behavioural Brain Research. 143 (2), 193-200 (2003).
- Mayorga, A. J., Lucki, I. Limitations on the use of the C57BL/6 mouse in the tail suspension test. Psychopharmacology. 155 (1), 110-112 (2001).
- Cryan, J. F., Mombereau, C., Vassout, A. The tail suspension test as a model for assessing antidepressant activity: review of pharmacological and genetic studies in mice. Neurosci Biobehav Rev. 29 (4-5), 571-625 (2005).
- Can, A., Dao, D. T., Terrillion, C. E., Piantadosi, S. C., Bhat, S., Gould, T. D. The Tail Suspension Test. Journal of Visualized Experiments. (58), 2-7 (2011).
- Weiss, I. C., Pryce, C. R., Jongen-Rêlo, A. L., Nanz-Bahr, N. I., Feldon, J. Effect of social isolation on stress-related behavioural and neuroendocrine state in the rat. Behavioural Brain Research. 152 (2), 279-295 (2004).
- Hilakivi, L. A., Ota, M., Lister, R. Effect of isolation on brain monoamines and the behavior of mice in tests of exploration, locomotion, anxiety and behavioral “despair.”. Pharmacology, Biochemistry and Behavior. 33 (2), 371-374 (1989).
- Dalla, C., Pitychoutis, P. M., Kokras, N., Papadopoulou-Daifoti, Z. Sex differences in response to stress and expression of depressive-like behaviours in the rat. Current Topics In Behavioral Neurosciences. 8 (2), 97-118 (2011).
- Bangasser, D. A., Valentino, R. J. Sex differences in stress-related psychiatric disorders: Neurobiological perspectives. Frontiers in Neuroendocrinology. 35 (3), 303-319 (2014).
- Palanza, P. Animal models of anxiety and depression: How are females different?. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 25 (3), 219-233 (2001).
- Novais, A., Monteiro, S., Roque, S., Correia-Neves, M., Sousa, N. How age, sex and genotype shape the stress response. Neurobiology of Stress. 6, 44-56 (2017).
- Kim, J. G., Jung, H. S., Kim, K. J., Min, S. S., Yoon, B. J. Basal blood corticosterone level is correlated with susceptibility to chronic restraint stress in mice. Neuroscience Letters. 555, 137-142 (2013).
- Jeong, J. Y., Lee, D. H., Kang, S. S. Effects of Chronic Restraint Stress on Body Weight, Food Intake, and Hypothalamic Gene Expressions in Mice. Endocrinology and Metabolism. 28 (4), 288 (2013).
- Gould, T. D., Dao, D. T., Kovacsics, C. E. . Mood and anxiety related phenotypes in mice: characterization using behavioral tests. , (2009).
