Unter Verwendung des Activity-based Anorexia Nagetiermodell die neurobiologischen Grundlagen von Anorexia Nervosa Study
Summary
Here we present a protocol to induce activity-based anorexia (ABA) in female adolescent mice. ABA is a condition of hyperactivity evoked by imposing food restriction on rodents with access to a running wheel. This phenomenon is being used as a model to study the underlying neurobiology of anorexia nervosa.
Abstract
Anorexia nervosa (AN) ist eine psychiatrische Erkrankung, gekennzeichnet durch übermäßig eingeschränkten Kalorienzufuhr und abnorm hohen Konzentrationen von körperlicher Aktivität. Eine herausfordernde Krankheit zu behandeln, wegen des Mangels an Verständnis für die zugrunde liegenden neurobiologischen, hat eine der höchsten Sterblichkeitsrate bei psychiatrischen Erkrankungen. Um diesem Bedarf, Neurowissenschaftler sind mit einem Tiermodell zu untersuchen, wie neuronale Schaltkreise kann in Richtung Anfälligkeit für AN bei und kann durch einen berührt. Activity-Based Anorexie (ABA) ist ein Bio-Verhaltensphänomen bei Nagetieren, die Modelle der wichtigsten Symptome der Anorexia nervosa beschrieben. Bei Nagetieren mit freiem Zugang zu freiwilligen Übung auf einem Laufrad Erfahrung Nahrungsmittelbeschränkung, hyperaktiv werden sie – laufen mehr als Tiere mit freiem Zugang zu Futter. Hier beschreiben wir die Verfahren, durch die ABA im jugendlichen weiblichen C57BL / 6 Mäusen induziert. Am postnatalen Tag 36 (S36), wird das Tier mit Zugang zu freiwilligen Übung auf einem LaufuntergebrachtRad. 4 Tage nach Akklimatisierung an dem Laufrad, auf P40, alle Lebensmittel aus dem Käfig entfernt. Für die nächsten 3 Tage wird das Essen auf den Käfig (so dass Tiere freien Zugang zu den Speisen) für 2 Stunden täglich zurückgegeben. Nach dem vierten Tag der Nahrungsmittelbeschränkung wird freier Zugang zu Futter zurückgegeben und das Laufrad aus dem Käfig entfernt, um den Tieren zu erholen. Kontinuierliche mehrtägige Analyse der Laufrad-Aktivität zeigt, dass Mäuse, hyperaktiv innerhalb von 24 Stunden nach Beginn der Nahrungsmittelbeschränkung. Die Mäuse laufen auch während der begrenzten Zeit, während der sie den Zugang zu Nahrung haben. Darüber hinaus wird die zirkadiane Muster der Radfahr durch die Erfahrung der Nahrungsmittelbeschränkung gestört. Wir waren in der Lage, um neurobiologische Veränderungen mit verschiedenen Aspekten des Rades Laufverhalten der Tiere auf bestimmte Hirnregionen und neurochemische Veränderungen mit Widerstandsfähigkeit und Anfälligkeit für Nahrungseinschränkung induzierte Hyperaktivität implizieren korrelieren.
Introduction
Anorexia nervosa (AN) ist eine psychiatrische Erkrankung, die durch übermäßige Einschränkung der Nahrungsaufnahme, Über Bewegung und irrationale Ängste vor Gewichtszunahme. Eine der tödlichsten psychiatrischen Erkrankungen 1, hat einen nicht anerkannten pharmakologischen Behandlung auf dem neuesten Stand, und die neurobiologischen Mechanismen und Auswirkungen der Krankheit sind weitgehend unverstanden. Wir untersuchen ein Tiermodell der AN, um die neurobiologischen und neurochemische Veränderungen mit Markenzeichen Symptome der Krankheit assoziiert zu entdecken.
Activity-Based Anorexie (ABA) ist ein Bio-Verhaltensphänomen bei Nagetieren beschrieben, dass Modelle einige der Merkmale eines 2,3. Bei Nagetieren mit freiem Zugang zu freiwilligen Übung auf einem Laufrad Erfahrung Nahrungseinschränkung, viele, aber nicht alle, werden hyperaktiv – laufen mehr als liefen sie vor dem Ausbruch der Lebensmitteleinschränkung 3,4. Es gab viele Erklärungsversuche für die Über Ausübung ausgestelltABA Tieren und einem Patienten: dass es eine Form der Sammelverhalten 5 ist ein Mechanismus, mit dem Stress der Lebensmittel-Restriktions 6 fertig zu werden, ein Versuch, die Körpertemperatur während Hunger-induzierte Rückgang der Stoffwechsel 7 zu erhöhen, oder ein Ergebnis der hypoleptinemia 8 . Diese Nagetiermodell gibt die AN Symptome der Körpergewichtsverlust, Hyperaktivität, freiwillige Nahrungsmittelbeschränkung, indem sie sich auf den Zugang zu bestimmten Lebensmitteln führen, Korrelationen mit Angst traits 9,10, und die Anfälligkeit durch frühe Lebenserfahrung 11 betroffen. Während die Nagetiermodell ABA gilt als ein Stress-Modell, kann dies nicht genau widerspiegeln AN bei menschlichen Patienten, die erhöhte Immunfunktion 12 zeigen. Sowohl bei Nagetieren und menschlichen Patienten, einige Personen, weitere Schwachstelle als andere. Während epidemiologische Studien bemühen, die Risikofaktoren für AN aufzuklären, haben relativ wenige Studien versucht, die neurobiologischen Grundlagen für individuelle Unterschiede in der vulnerab verstehenility um ABA-Induktion in Nagetieren.
Es ist wichtig zu beachten, dass die ABA-Paradigma ist weit verbreitet, und seine Verwendung als ein Tiermodell einer schon umfassend besprochen 6,13-15. Der Beitrag dieser aktuellen Arbeit ist es, die spezifischen Methoden verwendet werden, um ABA bei jugendlichen weiblichen Mäusen zu induzieren und einen Überblick über die Änderungen, die erforderlich sind, um die bestehenden Nagermodellen, um die Überlebensrate bei jungen Mäusen zu verbessern waren zu skizzieren. Darüber hinaus diskutieren wir verschiedene Techniken, die mit der ABA Verhaltens-Paradigma, um andere Aspekte des Tiermodell zu untersuchen gekoppelt werden kann.
Die Maus ABA-Modell ermöglicht Exploration strikt der Neurobiologie der Krankheit AN. Dies ist trennbar von den sozio-kulturellen Einflüsse, die ohne Zweifel tragen dazu Anfälligkeit einer Person. Die ABA-Modell kann auch verwendet werden, um die Wirkung der wiederkehrenden Nahrungsbeschränkung oder andere Formen von Stress in Kombination mit Rad Zugang zu untersuchen, um soeinige Aspekte eines Rückfalls 16 zu erfassen. Hemmenden Neurotransmitter-System-Funktion im Gehirn Angstzentren wurde mithilfe elektronenmikroskopischen Techniken 4,16,17 sucht. Dendritischen Verzweigung wurde mit Neurolucida unterstützten Rückverfolgung und Analyse der Pyramidenzellen in der CA1 Bereich des Hippocampus und Amygdala 18,19 17 untersucht. Auswirkungen der Nahrungsmittelbeschränkung und Rad-Zugriff auf Angst habe mit Verhaltenstests untersucht, wie die erhöhten Plus-Labyrinth 10. Die genetischen Grundlagen der Sicherheitslücke wurde unter Verwendung verschiedener Inzuchtstämme von Mäusen 9 untersucht. Pharmakologische Manipulationen können in einem Tiermodell vor menschliche Versuche 20-24 getestet werden. Gentechnisch veränderte Tiere und vorübergehende Zuschlags von Genen verwendet werden, um zu untersuchen, wie Manipulation von bestimmten molekularen Wege kann das Verhalten in der ABA-Paradigma zu beeinflussen. Die Auswirkungen von Stress während der frühen Leben auf Differenz Anfälligkeit für ABA wOuld ein anderes Thema, das durch diesen Ansatz angegangen werden kann.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die kritischen Aspekte der ABA-Modell sind (1) freien Zugang zu freiwilligen Übung auf einem Laufrad und (2) Nahrungsmittelbeschränkung mit Nahrung Zugang zu einem eingeschränkten Zeitraum begrenzt. Zugang zu einem Laufrad erlaubt dem Tier, um zu wählen, um das Rad zu verwenden und gibt einen Hinweis auf die Wirkung von Nahrung Beschränkung auf die Motivation des Tieres ausüben. Umgekehrt erlaubt zeitlich begrenzten Nahrungsmittelzugang (anstatt kalorien Einschränkung) der Versuchsleiter die freiwillige Nahrungsmittelbeschränkung durch die Überwachung des Umfangs, in dem die Tiere entscheiden, während der Öffnungszeiten der Lebensmittelzugang laufen zu messen. Auf diese Weise ist ABA ein ausgezeichnetes Modell des Selbst-Hunger, die in einem auftritt.
Um das Rauschen in den Mausverhalten Daten zu minimieren, ist es wichtig, die Menge an unvorhersehbaren betonen, dass die Tiere Erfahrung zu minimieren. So sollte beispielsweise Behandlung der Tiere auf ein Minimum gehalten werden kann, mit den Tieren, die nur während Wiege gestört, sobald einTag. Der Versuchsleiter Umgang mit den Tieren sollten geschult und komfortabel mit der Handhabung der Tiere werden. Wenn möglich, sollte eine Person, die Tiere während des Experiments zu behandeln, um zusätzlichen Stress zu vermeiden. Duftstoffe und Duftstoffe zu vermeiden. Die Zeit des Wiegens und Lebensmittellieferung sollte gemacht werden so regelmäßig wie möglich zu sein, um jede Unvorhersehbarkeit zu minimieren. Als Vorsichtsmaßnahme gegen Datenverlust, ist es am besten, um den Computer über eine Backup-Stromversorgung im Falle eines Stromausfalls die Macht; sogar eine kurze Unterbrechung der Stromversorgung bewirkt, dass der Computer neu gestartet und Datenerfassung wird aufhören. Darüber hinaus ist es wichtig, die Lebensdauer der Batterie des Rades Sendern täglich überwachen. Wenn der Ladezustand der Batterie schwach wird, kann der Sender zeitweise fehlschlagen, um Daten an den Hub senden, damit Unterschätzung der Aktivität des Tieres.
Die hier beschriebene Maus-Protokoll wurde von der Standard-Protokoll, das für Ratten 4 verwendet worden ist, modifiziert. Adolescent weiblichen Mäusensind viel anfälliger für übermäßiger Gewichtsverlust und Tod durch Verhungern. Daher wurden die folgenden Änderungen, um das Überleben von mindestens drei Tagen ABA verbessern. Zunächst wurde der erste Tag des Nahrungsmittelbeschränkung durch Entfernen Küche Mittags statt um 8 Uhr des Vortages verkürzt. Ferner wurde die Zeitdauer der Nahrungsmittelzugang von 1 h bis 2 h erhöht und die Verfügbarkeit von Nassfutter wurde ebenfalls hinzugefügt, um die Wirkungen der Austrocknung zu minimieren. Wir haben festgestellt, dass die Verabreichung Nassfutter den Mäusen stark ihren Zustand durch drei Tagen der Nahrungsmittelbeschränkung verbessert. Ohne die Nassfutter, wurde das Körpergewicht viel schneller fallen und Tiere mussten aus der Lebensmittel eingeschränkten Umgebung entfernt werden. Diese Veränderungen waren ausreichend, damit die Mäuse durch drei volle Tage Nahrung Restriktions überleben und leicht aus ABA erholen.
Das Protokoll für die ABA hat einige wichtige Einschränkungen zu beachten. Erstens ist es notwendig, die Mäuse einzeln in HausKäfige mit einem Laufrad, um den Rad-Aktivität von jeder Maus unabhängig zu überwachen. Dies führt zu sozialer Isolation der Tiere, eine bekannte Stressoren, die das Verhalten der Tiere während ABA sowie einige der neuronalen Schaltkreise, die untersucht, 26 beeinträchtigen können. Bisher gibt es keine Geräte zur Verfügung, die in der Lage ist, die einzelnen Aktivitäten der Zusammenarbeit untergebracht Mäusen zu überwachen, aber das scheint ein lösbares Problem sein, mit Hilfe der RFID-Technologie und Tracking-Tags zu jedem Tier angebunden. Ein weiterer potenziell zwangsläufig aus der Co-Unterbringung der Tiere während der Lebensmittel Einschränkung ist das Risiko, dass die Tiere aggressiv gegenüber ihren Käfig Kollegen geworden. Ändern Käfig der Tiere nach jeder Fütterung Sitzung ist ein weiterer Stressor, die wir hatten, um durch ein Tier Horten von Lebensmitteln unter dem Bettzeug einzuführen. Unser Ziel ist es, den Stress eines neuen Käfig durch die Einführung eine erhebliche Menge an verschmutzte Bettwäsche aus dem vorherigen Käfig in die frische Käfig zu minimieren.
<p class="jove_content"> Andere Gruppen mit der ABA-Modell wurden verschiedene Parameter für ihre Fütterung Zeitplan entschieden. Die Wahl der Fütterungszeit während der Dunkelphase des Licht-Dunkel-Zyklus ist nicht Standard. Wir entschieden uns, die Tiere an der Zeit, dass die Lichter auszuschalten, um eine natürlichere Zeit für die Tiere zu essen, zu ermöglichen, da die nächtlichen Maus seinen gewöhnlichen wacher und aktiver in dieser Zeit zu ernähren. Einige Gruppen die Tiere zu füttern während der Lichter-EIN-Periode des Tages 13,27. Dies kann aus Gründen der Bequemlichkeit des Experimentators sein, und es ist wichtig zu beachten, dass die Zeitdauer für die Verpflegungspauschale während der Lichtphase erhöht werden, um das Überleben zu verbessern. Es wurde auch vorgeschlagen, dass blockiert den Zugriff auf das Laufrad während der Fütterung kann das Überleben zu verbessern, aber wir glauben, dass diese entfernt die sehr interessanten Aspekt des Verhaltens, dass die Entscheidung von einigen Tieren gemacht, um nicht laufen essen, ist, weitere Verschärfung der Selbst-Hunger Aspekt der ABA-Modell, aber die Erfassung ein Markenzeichen derdas menschliche Verhalten mit einer zugeordneten.Es ist wichtig anzumerken, dass dieses Protokoll ist speziell für den jugendlichen weiblichen C57BL / 6-Mäuse optimiert. Wenn eine andere Maus-Stamm, Geschlecht oder Altersgruppe verwendet werden soll, können einige Parameter des Protokolls Änderung bedürfen. Es wurde auch gezeigt, dass RT beeinflusst die Schwere von ABA bei Nagern 28. Während wir nicht versuchen, die RT für unsere Studien variieren, die Erhöhung der RT dürfte die Überlebensraten bei den ABA Tiere zu verbessern.
Der Vorteil der Verwendung eines Tiermodells für eine menschliche Krankheit, beispielsweise ein, das ist möglich, das Gehirn Anatomie und Physiologie und Änderungen, die durch den Zugriff auf freiwilliger Bewegung und Nahrungsmittelbeschränkung in einer kontrollierten Umgebung induzierten studieren. Die Verwendung von Mäusen in der ABA-Modell ermöglicht die Verwendung von leistungsfähigen genetischen Ansätzen unter Verwendung von transgenen Tieren und die virale Infektion für Genmanipulation. Zukünftige Studien werden in die Untersuchung der Wirkung bestimmter Gene in die Widerstandsfähigkeit ausgerichtetoder Anfälligkeit für Nahrungsmittelbeschränkung induzierte Hyperaktivität und Selbst-Hunger.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Klarman Foundation Grant Program in Essstörungen Forschung an CA unterstützt; National Institutes for Health Grants R21MH091445-01 zu CA, R21MH105846 zu CA, R01NS066019-01A1 zu CA, R01NS047557-07A1 zu CA, NEI Kernstatt EY13079 zu CA, R25GM097634-01 zu CA, UL1 TR000038 von der Nationalen Zentrum für die Förderung der Translational Science to TGC, NYU Forschung Challenge Fund an CA; und die Fulbright-Stipendien, um C. YW
Materials
| Wireless running wheel for mouse | Med Associates | ENV-044 | |
| USB Interface Hub | Med Associates | DIG-804 | |
| Wheel Manager Software | Med Associates | SOF-860 | |
| Wheel Manager Data Analysis | Med Associates | SOF-861 |
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