Usando a Anorexia Rodent modelo baseado em atividades para estudar a base neurobiológica da Anorexia Nervosa
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) é uma doença psiquiátrica caracterizada pela ingestão calórica excessivamente restrita e níveis anormalmente elevados de atividade física. A doença difícil de tratar, devido à falta de compreensão da neurobiologia subjacente, AN tem a maior taxa de mortalidade entre as doenças psiquiátricas. Para atender a essa necessidade, os neurocientistas estão usando um modelo animal para estudar como os circuitos neurais podem contribuir para a vulnerabilidade à AN e podem ser afetados pela AN. Anorexia (ABA) baseado em atividades é um fenômeno bio-comportamental descrito em roedores que os modelos os principais sintomas de anorexia nervosa. Quando roedores com acesso gratuito ao exercício voluntário em uma roda de corrida restrição experiência de alimentos, eles se tornam hiperativo – executando mais de animais com livre acesso a comida. Aqui, descrevemos os procedimentos pelos quais ABA é induzida em adolescentes do sexo feminino camundongos C57BL / 6. No dia pós-natal 36 (P36), o animal é alojado com acesso ao exercício voluntário em uma corridaroda. Após 4 dias de aclimatação à roda de funcionamento, em P40, todos os alimentos é removido da jaula. Para os próximos 3 dias, a comida é devolvido para a gaiola (permitindo o acesso aos alimentos animais livre) durante 2 horas por dia. Após o quarto dia de restrição alimentar, o acesso livre a comida é devolvido ea roda de corrida é removida da gaiola para que os animais possam se recuperar. A análise contínua de vários dias de execução actividade roda mostra que os ratos se tornar hiperactivo dentro de 24 horas após o início da restrição alimentar. Os ratos funcionar mesmo durante o período de tempo limitado durante o qual eles têm acesso aos alimentos. Além disso, o padrão circadiano da roda de corrida torna-se perturbado pela experiência de restrição alimentar. Temos sido capazes de correlacionar alterações neurobiológicas com vários aspectos da roda comportamento de marcha dos animais de implicar determinadas regiões cerebrais e alterações neuroquímicas com resiliência e vulnerabilidade a-restrição alimentar hiperatividade induzida.
Introduction
Anorexia nervosa (AN) é uma doença psiquiátrica caracterizada por restrição excessiva da ingestão de alimentos, o excesso de exercício, e medos irracionais de ganhar peso. Uma das doenças psiquiátricas mais letais 1, um não tem nenhum tratamento farmacológico aceita até à data, e os mecanismos neurobiológicos e efeitos da doença são mal compreendidos. Estamos estudando um modelo animal de AN para explorar as alterações neurobiológicas e neuroquímicos associados com sintomas característicos da doença.
Anorexia (ABA) com base em actividades é um fenómeno de bio-comportamental descrito em modelos roedores que algumas das características de um 2,3. Quando roedores com acesso gratuito ao exercício voluntário em uma roda de corrida experiência-restrição alimentar, muitos, mas não todos, se tornam hiperativos – correndo mais do que correu antes do início de alimentos restrição 3,4. Houve muitas explicações sugeridas para o excesso de exercício exibido porAnimais ABA e pacientes com AN: que é uma forma de comportamento de forrageamento 5, um mecanismo para lidar com o estresse de alimentos restrição 6, uma tentativa de elevar a temperatura corporal durante a queda induzida pela fome no metabolismo 7, ou um resultado de hipoleptinemia 8 . Este modelo de roedores reproduz os sintomas An da perda de peso corporal, hiperatividade, restrição alimentar voluntária, optando para executar durante o acesso limitado de alimentos, as correlações com ansiedade traços 9,10 e vulnerabilidade afetada pela experiência de vida início de 11. Enquanto o modelo de roedor ABA é considerado um modelo de stress, isso pode não refletir com precisão AN em pacientes humanos, que mostram aumento da função imunológica 12. Entre ambos os roedores e pacientes humanos, alguns indivíduos apresentam maior vulnerabilidade do que outros. Enquanto estudos epidemiológicos nos esforçamos para elucidar os fatores de risco para AN, relativamente poucos estudos têm tentado compreender a base neurobiológica para as diferenças individuais na vulnerability a indução ABA em roedores.
É importante notar que o paradigma ABA é amplamente utilizada, e a sua utilização como um modelo animal de AN tenha sido extensivamente revistos 6,13-15. A contribuição do presente trabalho é descrever os métodos específicos utilizados para induzir a ABA em camundongos fêmeas adolescentes e delinear as modificações que foram necessárias para fazer com os modelos de roedores existentes, a fim de melhorar a sobrevida de ratos jovens. Além disso, nós discutimos várias técnicas que podem ser acoplados com o paradigma comportamento ABA, a fim de estudar outros aspectos do modelo animal.
O modelo do rato ABA permite a exploração estritamente da neurobiologia da doença AN. Este é separável das influências sócio-culturais, que, sem dúvida, contribuir para a vulnerabilidade de uma pessoa. O modelo ABA também pode ser utilizado para investigar o efeito da restrição alimentar recorrente ou outras formas de stress em combinação com o acesso de roda, de modopara capturar alguns aspectos de uma recaída 16. A função do sistema neurotransmissor inibitório em centros de ansiedade do cérebro tem sido estudado utilizando técnicas de elétron-microscópica 4,16,17. Arborização dendrítica foi estudada usando o rastreamento e análise de células piramidais no campo CA1 do hipocampo e amígdala 18,19 17 Neurolucida-assistida. Efeitos da restrição alimentar e acesso roda em cima de ansiedade têm sido estudados por meio de testes comportamentais, tais como o labirinto em cruz elevado 10. A base genética de vulnerabilidade tem sido estudado utilizando diferentes linhagens puras de ratos 9. Manipulações farmacológicas podem ser testadas em um modelo animal antes de testes em humanos 20-24. Os animais geneticamente modificados e knockdown transiente de genes pode ser utilizado para estudar o modo como a manipulação de vias moleculares específicos podem afectar o comportamento no paradigma de ABA. O impacto do estresse no início da vida sobre a vulnerabilidade diferencial para ABA would ser outro tema que pode ser abordado através desta abordagem.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os aspectos críticos do modelo ABA são (1) o acesso gratuito ao exercício voluntário em uma roda de corrida e (2) restrição alimentar com o acesso à alimentação limitada a um período limitado de tempo. O acesso a uma roda de corrida permite ao animal escolher utilizar a roda e dá uma indicação do efeito de restrição alimentar sobre a motivação do animal para o exercício. Por outro lado, com restrição de tempo de acesso de alimentos (em vez de calorias restrição) permite que o experimentador para medir a restrição alimentar voluntária, monitorando a medida em que os animais optar por executar durante as horas limitadas de acesso aos alimentos. Desta forma, ABA é um excelente modelo da auto-inanição que ocorre na AN.
A fim de minimizar o ruído nos dados relativos ao comportamento do rato, é importante minimizar a quantidade de stress imprevisível que a experiência os animais. Por exemplo, manejo dos animais devem ser mantidos a um mínimo, com os animais apenas ser perturbado durante a pesagem, uma vez pordia. O experimentador manusear os animais devem ser treinados e confortável com a manipulação dos animais. Se possível, uma pessoa deve lidar com os animais durante todo o experimento para evitar estresse adicional. Aromas e perfumes devem ser evitados. O momento da pesagem e entrega de alimentos deve ser feito para ser tão regular quanto possível, para minimizar qualquer imprevisibilidade. Como precaução contra a perda de dados, é melhor para alimentar o computador através de uma fonte de alimentação de backup em caso de falta de energia; até mesmo uma breve interrupção de energia fará com que o computador seja reiniciado e aquisição de dados cessará. Além disso, é importante controlar a duração da bateria dos transmissores roda diária. Se o nível da bateria está fraca, o transmissor pode falhar intermitentemente para enviar dados para o hub, subestimando assim a atividade do animal.
O protocolo de rato aqui descrito foi modificado a partir do protocolo padrão que foi usado para 4 ratos. Camundongos fêmeas do Adolescentesão muito mais vulneráveis à perda de peso excessiva e morte devido à fome. Portanto, as seguintes alterações foram feitas com o fim de melhorar a sobrevivência de pelo menos três dias de ABA. Em primeiro lugar, o primeiro dia de restrição alimentar foi encurtada através da remoção de alimentos ao meio-dia em vez de às 8 horas do dia anterior. Além disso, o período de tempo de acesso aos alimentos foi aumentada desde 1 h a 2 h e a disponibilidade de alimento húmido também foi adicionado para minimizar os efeitos de desidratação. Descobrimos que a administração de alimento molhado para os ratos melhorou muito sua condição através de três dias de restrição alimentar. Sem o alimento molhado, o peso corporal foi de queda muito mais rápido e animais teve de ser removido do ambiente de restrição alimentar. Essas mudanças foram suficientes para permitir que os ratos para sobreviver por três dias completos de restrição alimentar e facilmente recuperar da ABA.
Este protocolo para ABA tem algumas limitações importantes a considerar. Em primeiro lugar, é necessário para abrigar os ratinhos individualmente emgaiolas com uma roda de corrida, a fim de monitorar a atividade de cada roda do mouse de forma independente. Isto resulta no isolamento social dos animais, um estressor conhecida que pode afectar o comportamento dos animais durante o ABA, bem como alguns dos circuitos neuronais que estão a ser estudados 26. Até agora, não há equipamentos disponíveis que é capaz de monitorar a atividade individual de ratinhos co-instalado, mas este parece ser um problema solucionável usando a tecnologia RFID e acompanhamento de marcas amarrados a cada animal. Outra conseqüência inevitável de animais potencialmente co-habitação durante a restrição alimentar é o risco de que os animais podem se tornar agressivos com sua gaiola companheiros. Mudando jaula dos animais após cada sessão de alimentação é outro fator estressante que tínhamos de introduzir devido a um animal hoarding alimentos sob a cama. O nosso objectivo é minimizar o stress de uma nova gaiola através da introdução de uma quantidade substancial de cama suja da gaiola anterior na gaiola fresco.
<p class="jove_content"> Outros grupos que utilizam o modelo ABA ter escolhido diferentes parâmetros para a sua programação de alimentação. A escolha do tempo de alimentação durante a fase escura do ciclo claro-escuro não é padrão. Nós escolheu para alimentar os animais no momento em que as luzes se apagam para permitir um tempo mais natural para os animais para comer, uma vez que o mouse noturno é habitualmente mais alerta e ativo durante este tempo. Alguns grupos de alimentar os animais durante o período do dia 13,27 luzes acesas. Este pode ser, por razões de conveniência do experimentador, e é importante notar que o período de tempo para a porção de alimento durante a fase de luz deve ser aumentado para melhorar a sobrevivência. Também tem-se sugerir que bloquear o acesso à roda de corrida durante a alimentação pode melhorar a sobrevida, mas nós sentimos que este remove o aspecto muito interessante de comportamento que é a decisão tomada por alguns animais para executar em vez de comer, agravando ainda mais a auto-inanição aspecto do modelo ABA, mas a captura de uma imagem de marca dacomportamento humano associado com AN.É importante notar que este protocolo foi otimizado especificamente para mulheres adolescente camundongos C57BL / 6. Se uma estirpe de ratinho, sexo, idade ou grupo diferente é para ser utilizado, alguns parâmetros do protocolo pode exigir a modificação. Também tem sido mostrado que a RT afecta a gravidade da ABA em roedores 28. Enquanto nós não tente variar o RT para os nossos estudos, aumentando o RT é susceptível de melhorar as taxas de sobrevivência entre os animais ABA.
A vantagem de usar um modelo animal de uma doença humana, como AN, é que é possível estudar a anatomia e fisiologia do cérebro e as mudanças induzidas pelo acesso ao exercício voluntário e da restrição alimentar em um ambiente controlado. A utilização de ratinhos no modelo ABA permite a utilização de abordagens genéticas poderosas usando animais transgénicos e infecção viral para manipulação genética. Futuros estudos são teve como objetivo estudar o efeito de genes específicos na resiliênciaou vulnerabilidade à alimentação induzida por restrição hiperatividade e auto-inanição.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo Programa Bolsa Fundação Klarman em Transtornos Alimentares Research para a CA; Institutos Nacionais de Saúde Grants R21MH091445-01 a CA, a CA R21MH105846, R01NS066019-01A1 a CA, a CA R01NS047557-07A1, NEI Núcleo Grant EY13079 a CA, a CA R25GM097634-01, UL1 TR000038 do Centro Nacional para o Avanço da Ciência Translational para TGC, Challenge Fund Research da Universidade de Nova York para a CA; Os Fulbright e Subsídios para yw C.
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 |
References
- Arcelus, J., Mitchell, A. J., Wales, J., Nielsen, S. Mortality rates in patients with anorexia nervosa and other eating disorders. A meta-analysis of 36 studies. Archives of general psychiatry. 68, 724-731 (2011).
- Hall, J. F., Hanford, P. V. Activity as a function of a restricted feeding schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 47, 362-363 (1954).
- Routtenberg, A., Kuznesof, A. W. Self-starvation of rats living in activity wheels on a restricted feeding schedule. Journal of comparative and physiological psychology. 64, 414-421 (1967).
- Aoki, C., et al. Adolescent female rats exhibiting activity-based anorexia express elevated levels of GABA(A) receptor alpha4 and delta subunits at the plasma membrane of hippocampal CA1 spines. Synapse. 66, 391-407 (2012).
- Adan, R. A., et al. Neurobiology driving hyperactivity in activity-based anorexia. Current topics in behavioral neurosciences. 6, 229-250 (2011).
- Gutierrez, E. A rat in the labyrinth of anorexia nervosa: contributions of the activity-based anorexia rodent model to the understanding of anorexia nervosa. The International journal of eating disorders. 46, 289-301 (2013).
- Hillebrand, J. J., de Rijke, C. E., Brakkee, J. H., Kas, M. J., Adan, R. A. Voluntary access to a warm plate reduces hyperactivity in activity-based anorexia. Physiology and behavior. 85, 151-157 (2005).
- Hebebrand, J., et al. Hyperactivity in patients with anorexia nervosa and in semistarved rats: evidence for a pivotal role of hypoleptinemia. Physiology and behavior. 79, 25-37 (2003).
- Gelegen, C., et al. Difference in susceptibility to activity-based anorexia in two inbred strains of mice. European neuropsychopharmacology : the journal of the European College of Neuropsychopharmacology. 17, 199-205 (2007).
- Wable, G. S., Min, J. Y., Chen, Y. W., Aoki, C. Anxiety is correlated with running in adolescent female mice undergoing activity-based anorexia. Behavioral neuroscience. , (2014).
- Carrera, O., Gutierrez, E., Boakes, R. A. Early handling reduces vulnerability of rats to activity-based anorexia. Developmental psychobiology. 48, 520-527 (2006).
- Armstrong-Esther, C. A., Lacey, J. H., Crisp, A. H., Bryant, T. N. An investigation of the immune response of patients suffering from anorexia nervosa. Postgraduate medical journal. 54, 395-399 (1978).
- Klenotich, S. J., Dulawa, S. C. The activity-based anorexia mouse model. Methods in molecular biology. 829, 377-393 (2012).
- Casper, R. C., Sullivan, E. L., Tecott, L. Relevance of animal models to human eating disorders and obesity. Psychopharmacology. 199, 313-329 (2008).
- Carrera, O., Fraga, A., Pellon, R., Gutierrez, E., Crawley, J. a. c. q. u. e. l. i. n. e. . N. Rodent model of activity-based anorexia. Current protocols in neuroscience. 67, 41-49 (2014).
- Chowdhury, T. G., Wable, G. S., Sabaliauskas, N. A., Aoki, C. Adolescent female C57BL/6 mice with vulnerability to activity-based anorexia exhibit weak inhibitory input onto hippocampal CA1 pyramidal cells. Neuroscience. 241, 250-267 (2013).
- Wable, G. S., et al. Excitatory synapses on dendritic shafts of the caudal basal amygdala exhibit elevated levels of GABAA receptor alpha4 subunits following the induction of activity-based anorexia. Synapse. 68, 1-15 (2014).
- Chowdhury, T. G., Barbarich-Marsteller, N. C., Chan, T. E., Aoki, C. Activity-based anorexia has differential effects on apical dendritic branching in dorsal and ventral hippocampal CA1. Brain structure and function. , (2013).
- Chowdhury, T. G., et al. Activity-based anorexia during adolescence disrupts normal development of the CA1 pyramidal cells in the ventral hippocampus of female rats. Hippocampus. , (2014).
- Klenotich, S. J., et al. Olanzapine, but not fluoxetine, treatment increases survival in activity-based anorexia in mice. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 37, 1620-1631 (2012).
- Altemus, M., Glowa, J. R., Galliven, E., Leong, Y. M., Murphy, D. L. Effects of serotonergic agents on food-restriction-induced hyperactivity. Pharmacology, biochemistry, and behavior. 53, 123-131 (1996).
- Atchley, D. P., Eckel, L. A. Treatment with 8-OH-DPAT attenuates the weight loss associated with activity-based anorexia in female rats. Pharmacology, biochemistry, and behavior. 83, 547-553 (2006).
- Verhagen, L. A., Luijendijk, M. C., Hillebrand, J. J., Adan, R. A. Dopamine antagonism inhibits anorectic behavior in an animal model for anorexia nervosa. European neuropsychopharmacology : the journal of the European College of Neuropsychopharmacology. 19, 153-160 (2009).
- Verty, A. N., et al. The cannabinoid receptor agonist THC attenuates weight loss in a rodent model of activity-based anorexia. Neuropsychopharmacology : official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 36, 1349-1358 (2011).
- Aoki, C., et al. alpha4betadelta-GABAARs in the hippocampal CA1 as a biomarker for resilience to activity-based anorexia. Neuroscience. 265, 108-123 (2014).
- Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nature. 9, 526-533 (2006).
- Wu, H., et al. Rethinking food anticipatory activity in the activity-based anorexia rat model. Scientific reports. 4, 3929 (2014).
- Gutierrez, E., Vazquez, R., Boakes, R. A. Activity-based anorexia: ambient temperature has been a neglected factor. Psychonomic bulletin and review. 9, 239-249 (2002).
