Использование Activity-Based Анорексия грызунов моделью для изучения нейробиологических Основа Анорексия
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
Анорексия (АН) является психическое заболевание характеризуется чрезмерно ограниченным потреблением калорий и аномально высоким уровнем физической активности. Сложная болезнь лечить, из-за отсутствия понимания, лежащей в основе нейробиологии, А.Н. имеет самый высокий уровень смертности среди психических заболеваний. Чтобы удовлетворить эту потребность, неврологи, используя животную модель для изучения нейронных цепей, как может способствовать к уязвимости к и может быть затронута в результате. Деятельность на основе анорексии (АБА) является био-поведенческих явление описано у грызунов, что модели ключевые симптомы анорексии. Когда грызуны с бесплатным доступом к добровольным мероприятием на ход колеса ограничения опыт пищи, они становятся гиперактивными – работает более животных с бесплатным доступом к пище. Здесь мы описываем процедуры, с помощью которых АБА индуцированные у подростков женского пола C57BL / 6 мышей. На постнатальный день 36 (P36), животное расположен с доступом к добровольным мероприятием на работающемколесо. После 4 дней акклиматизации к ходовое колесо, на P40, все продукты удаляют из клетки. В течение следующих 3-х дней, питание возвращается в клетку (с учетом животным свободный доступ пищи) в течение 2 ч в день. После четвертого дня ограничения пищи, свободный доступ к пище возвращается и ходовое колесо удаляется из клетки, чтобы животные, чтобы восстановиться. Непрерывной многоступенчатой день Анализ ходовое колесо активности показывает, что мыши стали гиперактивными течение 24 ч после начала ограничения пищи. Мыши работать даже в течение ограниченного времени, в течение которого они имеют доступ к пище. Кроме того, циркадные модель колеса подряд становится нарушается опытом ограничения пищи. Мы смогли соотнести нейробиологические изменения с различными аспектами колесо, идущее поведения животных вовлечь отдельных районов мозга и нейрохимические изменения с устойчивостью и уязвимостью к пищевой ограничение индуцированного гиперактивности.
Introduction
Анорексия (АН) является психическое заболевание характеризуется чрезмерной ограничение приема пищи, более-упражнения и иррациональных страхов набирают вес. Один из самых смертоносных психических заболеваний 1, А. Н. не имеет принятый фармакологическое лечение на сегодняшний день, и нейробиологические механизмы и последствия заболевания, плохо понимал. Мы изучаем животный модель для изучения нейробиологических и нейрохимических изменений, связанных с знаковых симптомов заболевания.
Деятельность на основе анорексии (АБА) является био-поведенческих явление описано у грызунов, что модели некоторые из характеристик 2,3. Когда грызуны с бесплатным доступом к добровольным мероприятием на ход колеса опытом пищевой ограничения, многие, но не все становятся гиперактивными – работает больше, чем они побежали до наступления пищевой ограничения 3,4. Там было много предлагаемых объяснений по-упражнения, проявляемойABA животные и пациентам: что это форма нагула поведения 5, механизм, чтобы справиться со стрессом пищевой ограничения 6, попытка поднять температуру тела во время голодания, вызванного падением в метаболизме 7, или в результате hypoleptinemia 8 , Эта модель воспроизводит грызунов Ан симптомы потери веса тела, гиперактивность, добровольного ограничения пищи, отдав на запуск в процессе ограниченного доступа пищевой корреляции с тревогой черты 9,10, и уязвимость влияет рано жизненного опыта 11. В то время как модель с грызунами АВА считается модель стресс, это не может точно отражать в человеческих пациентов, которые проявляют повышенный иммунитет 12. Среди обеих грызунов и больных людей, некоторые люди проявляют больше, чем другие уязвимости. В то время как эпидемиологические исследования стремятся выяснить факторы риска для относительно мало исследований пытались понять нейробиологические основы для индивидуальных различий в vulnerability для ABA индукции у грызунов.
Важно отметить, что АВА парадигма широко используется, и его использование в качестве животной модели AN широко рассмотрено 6,13-15. Вклад нынешней работы наметить конкретные методы, используемые, чтобы вызвать ABA в самок мышей подросткового возраста и наметить изменения, которые были необходимы, чтобы сделать на существующих моделях грызунов, чтобы улучшить выживание в молодых мышей. Кроме того, мы обсудим различные методы, которые могут быть связаны с поведением ABA парадигмы для изучения других аспектов модели животных.
Мышь АВА модель позволяет разведку строго в нейробиологии заболевания А.Н.. Это отделить от социально-культурных влияний, которые, несомненно, способствуют к уязвимости человека. АБА модель также может быть использован для изучения влияния повторных ограничения пищи или других форм стресса в сочетании с полным доступом, такзахватить некоторые аспекты Н. рецидива 16. Тормозной функции системы нейромедиатор мозга в тревожных центров был изучен с помощью электронно-микроскопических методов 4,16,17. Ветвления дендритов была изучена с помощью Neurolucida содействии отслеживание и анализ пирамидных клеток в области СА1 гиппокампа и миндалины 18,19 17. Эффекты ограничения питания и доступ круга после тревоги были изучены с помощью поведенческие тесты, такие как приподнятого крестообразного лабиринта 10. Генетическая основа уязвимости была изучена с помощью различных инбредных линий мышей 9. Фармакологические манипуляции могут быть проверены на животных моделях до испытаний на людях 20-24. Генетически модифицированные животные и переходных нокдаун генов могут быть использованы для изучения того, как манипуляция частности молекулярных механизмов может повлиять на поведение в ABA парадигмы. Влияние стресса в раннем возрасте на дифференциальной уязвимости к ABA жульд быть другая тема, которая может быть устранена путем такого подхода.
Protocol
Representative Results
Discussion
Критические аспекты модели ABA являются: (1) свободный доступ к добровольному упражнений на беговой колеса и (2) ограничения пищи с доступом пищевой ограничивается ограниченного периода времени. Доступ к проточной колеса позволяет животным решите использовать колесо и дает представление о влиянии ограничения пищи на мотивации животного, чтобы тренироваться. С другой стороны, время-ограниченный доступ пищи (а не ограничения калорий) позволяет экспериментатору для измерения добровольное ограничение пищи путем мониторинга степени, в которой животные выбирают для работы в течение по расписанию доступа пищи. Таким образом, АВА является отличным модель собственного голода, что происходит в.
Для того чтобы минимизировать шум в данных о поведении мыши, важно, чтобы свести к минимуму количество непредсказуемого стресса, что животные опыта. Например, обработка животных должно быть сведено к минимуму, с животными помех только при взвешивании, один раз вдень. Экспериментатор обработки животных должны быть обучены и комфортно с обработкой животных. Если это возможно, один человек должен обращаться с животными в течение всего эксперимента, чтобы избежать дополнительного стресса. Запахи и духи следует избегать. Время взвешивания и доставка еды должна быть сделана, как регулярно, как это возможно, чтобы свести к минимуму непредсказуемость. В качестве меры предосторожности против потери данных, то лучше, чтобы питать компьютер через резервного питания в случае отключения электроэнергии; даже кратковременное прерывание власти вызовет перезагрузки компьютера и сбора данных прекратится. Кроме того, важно, чтобы отслеживать срок службы батареи колесных датчиков ежедневно. Если уровень заряда батареи становится слабым, передатчик может периодически не отправлять данные к концентратору, таким образом, недооценивая деятельности животного.
Протокол мышь, описанный здесь был изменен от стандартного протокола, который был использован для крыс 4. Подростков самок мышейгораздо более уязвимы к чрезмерной потере веса и смерти из-за голода. Таким образом, следующие изменения были сделаны для того, чтобы улучшить выживаемость, по крайней мере трех дней ABA. Во-первых, в первый день ограничения пищи был сокращен путем удаления пищи в полдень, а не в 8 часов вечера предыдущего дня. Кроме того, период времени доступа пищевой была увеличена с 1 часа до 2 часов, и наличие влажный корм был также добавлен, чтобы минимизировать эффекты обезвоживания. Мы обнаружили, что введение влажный корм для мышей значительно улучшилось их состояние через три дня ограничения питания. Без влажный корм, масса тела падала гораздо быстрее и животных необходимо было удалить из пищевого ограничено среды. Эти изменения были достаточно, чтобы мыши, чтобы выжить через три полных дня ограничения пищи и легко оправиться от ABA.
Этот протокол для ABA имеет некоторые важные ограничения, чтобы рассмотреть. Во-первых, необходимо, чтобы разместить мышей индивидуально вклетки с бегущей колеса для того, чтобы следить за руль деятельность каждой мыши самостоятельно. Это приводит к социальной изоляции животных, известного стресс, которые могут повлиять на поведение животных во время ABA, а также некоторые из нейронных цепей, которые изучаются 26. Пока нет имеющееся оборудование, что в состоянии контролировать индивидуальную деятельность совместно размещены мышей, но это, казалось бы, разрешимая проблема с использованием технологии RFID и отслеживания теги привязаны к каждому животному. Другим потенциально неизбежным следствием совместного содержания животных в течение ограничение пищи является риск того, что животные могут стать агрессивными по отношению к их клетке товарищей. Изменение клетку животных после каждого кормления сессии еще один стресс, что мы должны были ввести из-за одного животного копят пищу под постельным бельем. Нашей целью свести к минимуму стресс в новую клетку путем введения значительного количества загрязненного постельных принадлежностей от предыдущей клетке на свежий клетки.
<p class="jove_content"> Другие группы, использующие модель ABA выбрали различные параметры для их график кормления. Выбор времени подачи в темное фазы цикла свет-темнота не является стандартным. Мы решили кормить животных в то время, когда огни выключить, чтобы более естественный время для животных, чтобы поесть, так как ночная мышь обычно более проворный и активный в течение этого времени. Некоторые группы кормить животных во время отбоя на период дня 13,27. Это может быть для удобства экспериментатора, и важно отметить, что период времени для рациона питания во время легкой фазы должна быть увеличена, чтобы улучшить выживаемость. Он также предположил, что блокирует доступ к проточной колеса во время кормления может улучшить выживаемость, но мы чувствуем, что это снимает очень интересный аспект поведения, который является решение, принятое в некоторых животных, чтобы запустить вместо поесть, еще более усугубляет чувство собственного голода аспект модели ABA, но захватив отличительной чертойчеловеческое поведение связано с.Важно отметить, что этот протокол был оптимизирован для подростков, специально женских мышей C57BL / 6. Если другой штамм мыши, пола или возрастной группы должен быть использован, некоторые параметры протокола могут потребовать модификации. Кроме того, было показано, что РТ влияет на выраженность ABA у грызунов 28. В то время как мы не пытались изменить RT для наших исследований, повышение РТ, скорее всего, улучшить показатели выживаемости среди ABA животных.
Преимущество использования животной модели заболевания человека, таких, как, является то, что можно изучать анатомию и физиологию мозга и изменения, вызванные доступ к добровольному упражнений и ограничения пищи в контролируемых условиях. Использование мышей в модели ABA позволяет использовать мощные генетические подходы с использованием трансгенных животных и вирусной инфекции для генной. Будущие исследования направлены на изучение влияния отдельных генов в устойчивостиили уязвимость продовольственной ограничение индуцированной гиперактивности и самостоятельной голода.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Программой Klarman Грант Фонда в расстройств пищевого поведения исследований для ЦА; Национальные институты здравоохранения для грантов R21MH091445-01 к Калифорния, R21MH105846 к Калифорния, R01NS066019-01A1 к Калифорния, R01NS047557-07A1 к Калифорния, НОУ Основные Грант EY13079 к Калифорния, R25GM097634-01 к Калифорния, UL1 TR000038 из Национального центра по улучшению положения Поступательное науки ТГК, научно-исследовательского фонда Вызовы Нью-Йоркского университета в ЦА; и Фулбрайта Гранты для Yw С
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).
