Een chronisch immobilisatie stress protocol voor het induceren van depressie-achtig gedrag bij muizen
Summary
Dit artikel biedt een vereenvoudigd en gestandaardiseerd protocol voor inductie van depressief-achtig gedrag in chronisch geïmmobiliseerde muizen met behulp van een fixator. Bovendien, gedrag en fysiologische technieken om te controleren of de inductie van depressie worden uitgelegd.
Abstract
Depressie is nog niet volledig begrepen, maar verschillende causatieve factoren zijn gemeld. Onlangs is de prevalentie van depressie toegenomen. Echter, therapeutische behandelingen voor depressie of onderzoek naar depressie is schaars. Dus, in de huidige krant, stellen we een muismodel van depressie geïnduceerd door bewegingsbeperking. Chronische milde stress (CMS) is een bekende techniek voor het opwekken van depressief-achtige gedrag. Het vereist echter een ingewikkelde procedure die bestaat uit een combinatie van verschillende milde spanningen. In tegenstelling, chronische immobilisatie stress (CIS) is een gemakkelijk toegankelijke chronische stress model, gewijzigd van een terughoudendheid model dat depressief gedrag induceert door het beperken van beweging met behulp van een fixatie voor een bepaalde periode. Om het depressieve gedrag te evalueren, worden de sucrose-voorkeurs test (SPT), de tail Suspension Test (TST) en de ELISA-assay voor het meten van de niveaus van stress marker corticosteron gecombineerd in het huidige experiment. De beschreven protocollen illustreren de inductie van CIS en de evaluatie van de veranderingen in gedrag en fysiologische factoren voor de validatie van depressie.
Introduction
Depressieve stoornis (MDD) is wereldwijd de belangrijkste oorzaak van mentale handicap, met een incidentie die sneller stijgt dan verwacht. In 2001 voorspelde de World Health Organization dat MDD de op een na meest voorkomende ziekte ter wereld zou zijn van 2020. Echter, het was al de tweede meest voorkomende in 20131. Bovendien, huidige antidepressiva hebben vele beperkingen, met inbegrip van vertraagde effectiviteit, drug resistentie, recidief, en verschillende bijwerkingen2,3. Onderzoekers moeten daarom effectievere antidepressiva ontwikkelen. De ambigue pathofysiologie van MDD vormt echter een belemmering voor de ontwikkeling van nieuwe antidepressiva.
Lange termijn stress is de belangrijkste risicofactor voor MDD. Het kan dysfunctie induceren in de hypothalamische-hypofyse-adrenale (HPA) as, die ook gerelateerd is aan MDD-etiologie4,5. Zoals eerder beschreven, speelt de HPA-as een cruciale rol in stress-geïnduceerde psychiatrische pathofysiologie, waaronder depressie-en angststoornissen door het verhogen van de corticosteron-niveaus6,7,8, 9. veel diermodellen zijn gebaseerd op aanhoudende activering van de HPA-as, die wordt waargenomen bij patiënten met MDD4. Bovendien veroorzaken hoge glucocorticoïden geïnduceerd door chronische stress en subcutaan geïnjecteerde glucocorticoïden depressief gedrag samen met neurale celdood, atrofie van neuronale processen en verminderde volwassen neurogenese in de hersenen van knaagdieren10 , 11. een ander belangrijk hersengebied geassocieerd met depressie is de mediale prefrontale cortex (mpfc). De mpfc speelt een cruciale rol in het beheersen van hersen subregionen, zoals de hypothalamus en amygdala, die emotionele gedrag en stress reacties in de controle8,9. Bijvoorbeeld, laesies in de dorsale mpfc geïnduceerde hpa Axis dysfunctie en verbeterde corticosteron secretie als gevolg van terughoudendheid stress12,13. Een recente studie toonde ook aan dat herhaalde terughoudendheid stress verhoogde corticosteron niveaus, die kan worden verlaagd door glutamine suppletie via glutamaat-glutamine cyclus tussen neuronen en astrocyten in de mPFC9.
Het eerste chronische stress paradigma dat werd gebruikt om de etiologie van MDD te bestuderen, werd voorgesteld door Katz14. Willner et al. stelde vervolgens een chronisch mild stress (CMS) model op basis van de bevindingen van Katz. Ze bevestigden dat het model voorspellende geldigheid had door te observeren dat antidepressiva hersteld CMS-geïnduceerde anhedonisch-achtige gedrag15,16. Typisch, het CMS model bestaat uit een combinatie van verschillende milde spanningen, zoals milde ruis, kooi kantelen, natte bedden, veranderde licht-donkere cycli, kooi schudden, gedwongen zwemmen, en sociale nederlaag. Het CMS-model wordt veel gebruikt door onderzoekers; Dit model is echter van slechte replicabiliteit, en tijd-en energie-inefficiënt. Daarom is er een groeiende vraag naar een gestandaardiseerd en vereenvoudigd protocol voor inductie van depressief-achtig gedrag en fysiologische analyse om depressie te evalueren. In vergelijking met het CMS model is de chronische immobilisatie stress (CIS; ook bekend als chronisch terughoudendheid stress) model eenvoudiger en efficiënter; Daarom kan het CIS-model op grote schaal worden gebruikt in chronische stress studies17,18,19,20,21,22,23, 24. Daarnaast kan CIS worden gebruikt in zowel mannelijke als vrouwelijke muizen om depressief gedrag te ontwikkelen25,26. Tijdens CIS worden de dieren gedurende 2 of 4 weken9,27pt28in een cilinder van body-fit-formaat geplaatst voor 1-8 uur per dag. Van deze, terughoudendheid stress aandoening voor 2 uur per dag gedurende 2 weken is voldoende om depressief gedrag met minimale pijn bij muizen9,28veroorzaken. Onder veiligheidsomstandigheden werden de bloedspiegels van corticosteron snel verhoogd9,28,29. Verschillende studies hebben aangetoond dat het CIS-model voorspellende geldigheid heeft, waarbij wordt bevestigd dat CIS-geïnduceerde depressieve-achtige symptomen worden hersteld door antidepressiva19,20,30,31. Hierin rapporteren we de gedetailleerde procedures van CIS, evenals enkele gedrags-en fysiologische uitkomsten na CIS in muizen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De complexiteit van de hersenen en de heterogeniteit van MDD maken het lastig om diermodellen te maken die de aandoening volledig reproduceren. Veel onderzoekers hebben deze moeilijkheid overwonnen met behulp van een endophenotype-gebaseerde aanpak32, waarin Anhedonie (gebrek aan interesse in belonende stimuli) en wanhoop worden beschouwd als evolutionair bewaard en kwantificeerbaar gedrag in diermodellen, die ook worden gezien bij patiënten met depressie33. In het huidige…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd gesteund door het basisprogramma voor wetenschappelijk onderzoek via de National Research Foundation of Korea (NRF), gefinancierd door het ministerie van onderwijs (NRF-2015R1A5A2008833 en NRF-2016R1D1A3B03934279) en de toekenning van lnstitute van gezondheidswetenschappen (IHS GNU-2016-02) bij de Gyeongsang National University.
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 |
Referências
- 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. Neurociência. 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. Neurociência. 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).
