Summary

Тест на социальную угрозу и безопасность выявляет фенотипы, связанные с психосоциальным стрессом

Published: December 15, 2023
doi:

Summary

Тест социальной угрозы и безопасности позволяет одновременно оценить развитие социального избегания в качестве измерения аверсивного обусловленного обучения и способности к различению социальных угроз и безопасности, которые используются для выявления восприимчивых к стрессу и стрессоустойчивых индивидуумов в одной группе хронически социально побежденных самцов мышей.

Abstract

Социальный стресс является основной причиной развития психических расстройств. Чтобы повысить трансляционную ценность доклинических исследований, переживание социального стресса и его поведенческое воздействие на мышей должны быть сопоставимы с человеческими. Хроническое социальное поражение (ХСР) использует тип социального стресса, включающий физические атаки и сенсорные угрозы, чтобы вызвать психические дисфункции, напоминающие аффективные расстройства человека. Для усиления психосоциального компонента БКК был применен 10-дневный протокол БСД, в котором ежедневные физические атаки стандартизированы до трех эпизодов по 10 с с последующей 24-часовой сенсорной фазой. После 10-й сенсорной фазы за протоколом CSD следует уточненный поведенческий анализ, называемый тестом социальнойугрозы-безопасности (STST). Постстрессовые поведенческие тесты должны определить, как и в какой степени социальный стрессор повлиял на поведение. STST позволяет хронически социально побежденным самцам мышей взаимодействовать с 2 новыми самцами (социальными мишенями): одна социальная мишень от атакующего штамма, встреченного в дни БСД, и другая из нового штамма. Оба представлены одновременно в разных отсеках трехкамерной испытательной арены. Тест позволяет одновременно оценить развитие социального избегания, чтобы измерить успешное аверсивное обусловленное обучение и способность к дискриминации социальных угроз и безопасности. Развитие социального избегания по отношению к обоим штаммам отражает генерализованную аверсивную реакцию и, таким образом, измерение восприимчивости к стрессу. Между тем, развитие социального избегания только по отношению к атакующему штамму отражает дискриминацию по признаку угрозы и безопасности и, таким образом, является мерой стрессоустойчивости. Наконец, отсутствие социального избегания по отношению к атакующему штамму отражает нарушение аверсивного обусловленного обучения. Протокол направлен на уточнение используемых в настоящее время мышиных моделей восприимчивости/устойчивости к стрессу путем включения трансляционных критериев, в частности, дискриминации угрозы и безопасности и обобщения аверсивной реакции, для категоризации одной группы хронически социально побежденных животных на устойчивые и восприимчивые подгруппы, что в конечном итоге будет способствовать развитию будущих трансляционных подходов.

Introduction

Стресс определяется как нарушение гомеостаза, вызванное физическими или психологическимираздражителями. Известно, что стресс является основным фактором риска развития психических расстройств, таких как посттравматическое стрессовое расстройство, депрессия и тревога 2,3. В частности, социальный стресс считается основным фактором риска развития связанных со стрессом психических расстройств4. Одним из видов социального стресса, который приобрел особое значение в исследованиях, является стресс социальной субординации. Мыши, как и люди, способны к богатому наборусоциального поведения, что делает их пригодными для исследований, связанных с социальным стрессом. В лабораторных условиях, когда взрослые мыши содержатся в группах, они устанавливают социальную структуру, включающую формирование рангов7. Соответственно, модель колонии была разработана для изучения эффектов естественно установившихся социальных иерархий в смешанных группах мышей8. На протяжении многих лет были разработаны вариации модели колонии для использования стресса социальной субординации, включая модели однополых групп, модель социальной нестабильности и модель колонии-нарушителя. Однако в последние годы в литературе был популяризирован один конкретный вариант, известный как модель «самец-незваный гость», упрощающий социальную сложность до двух мышей: резидента и незваного гостя. Животное, представляющее интерес, известное как нарушитель, помещается в клетку более крупного, пожилого и вышедшего на пенсию заводчика, известного как резидент или агрессор. Затем резидент физически нападает на нарушителя в качестве метода конфронтации, устанавливая социальную иерархию, в которой житель доминирует, а нарушитель подчиняется. Когда конфронтации являются разовыми событиями, они классифицируются как «острые» («модель острого социального поражения»), в то время как повторяющиеся конфронтации, длящиеся в течение нескольких дней (обычно 10), известны как «хронические» («модель хронического социального поражения»). В модели хронического социального поражения (ХСР) приступы носят периодический характер и, какправило, ограничиваются периодом 5-10 мин9, называемым физической фазой. После физической фазы нарушитель и житель остаются на ночь в одной клетке, разделенные пополам сетчатой стенкой, что позволяет осуществлять все формы взаимодействия, кроме физического контакта. Эта конфигурация, известная как сенсорная фаза, вызывает стресс через постоянное появление угрозы, а не прямую физическую конфронтацию. В 2018 году ван дер Кооджи и его коллеги представили модифицированное лечение хронического социального поражения, чтобы сосредоточиться на психосоциальном компоненте модели, стандартизировав и строго ограничив физическую фазу10. Модифицированная модель ограничивает физические атаки тремя 10-секундными эпизодами с разными резидентами, происходящими с 15-минутными интервалами между эпизодами сенсорной фазы. После третьего физического эпизода сенсорная фаза длится всю ночь. Этот цикл повторяется в течение 10 дней подряд с новыми жителями в каждом эпизоде. Модифицированное лечение повышает трансляционную валидность модели хронического социального поражения, поскольку физический вред нарушителя сведен к минимуму, а вариативность исхода из-за разницы в продолжительности физических атак уменьшается.

Поскольку модель CSD используется для изучения заболеваний, связанных со стрессом (например, депрессия, тревога, посттравматическое стрессовое расстройство), выбираются постповеденческие тесты, включая, но не ограничиваясь, поведенческие тесты на агрессию, память и ангедонию. В последние годы поведенческие анализы после БКД у мышей часто оценивают, как и в какойстепени это влияет на общительность. Общительность определяется как врожденное предпочтение мышей социально взаимодействовать, а не социально избегать сородичей. Поскольку коммуникабельность подвержена стрессовым воздействиям, были разработаны тесты, которые оценивают исключительно развитие социального избегания. Социальное избегание, вызванное стрессом, имеет трансляционное значение, поскольку оно представляет собой один из основных поведенческих симптомов социальной тревоги и депрессииу людей. Как и у людей, не у всех мышей развивается социальное избегание после лечения БКД, что указывает на наличие индивидуальности в реакции на стресс. Коэн и его коллеги предложили поведенческие критерии отсечения в качестве многообещающего подхода к изучению нейробиологиииндивидуальности. Отбор животных по поведению приводит к разделению на группы, что создает основу для генно-средовых исследований. Впоследствии различные подгруппы часто демонстрируют отчетливое обогащение специфическими генетическими вариантами/модификациями, которые, в свою очередь, могут быть исследованы в различных условиях окружающей среды13. Соответственно, индивидуальность в развитии социального избегания была использована для разделения единой группы хронически социально побежденных самцов мышей на две подгруппы: восприимчивые к стрессу (социально избегающие) и стрессоустойчивые (социально неизбегающие 9,14). Тем не менее, интерпретация фенотипа социального избегания у мышей как дезадаптивного или адаптивного поведения должна рассматриваться в общем контексте как лечения (в данном случае БСД), так и поведенческого анализа после лечения. Кроме того, поведенческий тест после лечения в идеале должен оценивать другие аспекты общительности, а не только развитие социального избегания. Наша недавняя работа выявила участие условного обучения в социальном избегании, вызванном ССД15. В частности, социальное избегание, индуцированное БСД, является аверсивной условной реакцией на характерные черты напряжения резидентов, служащие условным стимулом к безусловному стимулу, а именно к атакам резидентов. Более того, внутри социально избегающей подгруппы некоторые индивидуумы могут различать черты аверсивного штамма и других безопасных новых штаммов, в то время как другие индивидуумы демонстрируют генерализованное социальное избегание обоих штаммов. В данной работе мы предлагаем усовершенствованный поведенческий тест после СДС: тест на социальную угрозу-безопасность (STST)15. В отличие отдругих тестов социального взаимодействия, STST позволяет одновременно оценивать развитие социального избегания в качестве измерения правильной аверсивной условной реакции (т.е. успешного условного обучения) и способности к различению социальных угроз и безопасности, которые используются для выявления восприимчивых к стрессу и стрессоустойчивых индивидуумов в одной группе хронически социально побежденных самцов мышей. Оценка дискриминации по признаку социальной угрозы и безопасности в сравнении с обобщением аверсивной реакции расширяет трансляционные критерии, используемые для классификации единой группы хронически социально побежденных животных на устойчивые и восприимчивые подгруппы.

Protocol

Все процедуры были выполнены в соответствии с Директивой Совета Европейских сообществ об уходе за животными и их использовании для экспериментальных процедур и были одобрены местными властями (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz). На рисунке 1 показана схематическая временная шкала….

Representative Results

Индекс социального взаимодействия как показатель аверсивной условной реакцииИндекс социального взаимодействия ≥1 отражает большее социальное взаимодействие с соответствующей социальной мишенью по сравнению с исследованием пустых сетчатых ограждений. В исходных услови…

Discussion

Поведенческий протокол здесь описывает тест на социальную угрозу-безопасность, используемый для разделения одной группы после лечения БКД на три различные подгруппы, служащие методом для исследования базовой биологии восприимчивости к стрессу и устойчивости, а также для тестировани…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование поддержано Совместным исследовательским центром 1193, подпроект Z02, финансируемый Немецким национальным исследовательским обществом (SFB1193, Нейробиология устойчивости) и Фондом Берингер Ингельхайм (грант Института Лейбница по исследованию жизнестойкости и индивидуальному фенотипированию и автоматизированному поведенческому анализу высокого разрешения). Мы хотели бы поблагодарить д-ра Константина Радюшкина и г-жу Сандру Райхель за их техническую помощь, а также г-жу Ханну Ким за поддержку в изучении английского языка. Источники финансирования не принимали участия в разработке модели; сбор, анализ и интерпретация данных; при составлении протокола; и в решении о представлении протокола для публикации.

Materials

Arenas Noldus, Sociability cage, Wageningen, the Netherlands https://www.noldus.com/applications/sociability-cage Three-chambered, rectangle in shape with a total size of 60 cm x  40 cm, made of acrylic transparent walls and smooth floors
Camera for video recording Basler AG, Germany
An der Strusbek 60-62
22926 Ahrensburg
 ace Classic
acA1300-60gc
If using automatic detection program, make sure cameras are compatible
Camera objective KOWA Kowa Optimed Deutschland GmbH
Fichtenstr. 123
40233 Duesseldorf: LMVZ4411 | 1/1.8" 4.4~11mm Varifokal Objektiv
Part-No. 10504
Detection program/Timer  Noldus, EthoVision-XT, Wageningen, the Netherlands https://www.noldus.com/ethovision-xt Detection can be achieved either manually (using a timer or a software for manual scoring) or automatically
Housing cages ZOONLAB GmbH, Hermannstraße 6,
44579 Castrop-Rauxel
3010010 Type 2 cages: 265 mm x 205 mm x 140 mm (l x w x h) i.e. 360 cm² bottom area. Made of Polycarbonate (Makrolone©) and Polysulfone. Lids are made of stainless steel. European standard cages for up to 5 mice (20–25 g). Autoclavable up to 134 °C
Mesh enclosures  Part of the Arena Package: Noldus, Sociability cage, Wageningen, the Netherlands https://www.noldus.com/applications/sociability-cage Small acrylic or metal cage-like with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm with openings of a 10 mm in size. Two mesh enclosures per arena would work but four is preferable (see point 2.5 in protocol)
Mesh wall selfmade N/A Acrylic or metal, one for each cage. Size depends on cages used. The walls must not allow the two animals to have a physical contact
Social targets: Mice of the strains CD-1 and 129/Sv; retired male breeders Mice provided by Charles River:
Strain name: CD-1®IGS Mouse
129S2/SvPasCrl 
Crl:CD1(ICR); 129S2/SvPasCrl  CD-1 and 129/Sv retired male breeders, single-housed, novel (unknown) conspecifics to the animals of interest. If retired male breeders are not available then males older than 1 year from both strains would suffice

References

  1. Hyman, S. E. How mice cope with stressful social situations. Cell. 131 (2), 232-234 (2007).
  2. Kessler, R. C. The effects of stressful life events on depression. Annual Review of Psychology. 48 (1), 191-214 (1997).
  3. Vos, T., et al. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 301 acute and chronic diseases and injuries in 188 countries, 1990-2013: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study, 2013. The Lancet. 386 (9995), 743-800 (2015).
  4. Björkqvist, K. Social defeat as a stressor in humans. Physiology & Behavior. 73 (3), 435-442 (2001).
  5. Blanchard, R. J., McKittrick, C. R., Blanchard, D. C. Animal models of social stress: effects on behavior and brain neurochemical systems. Physiology & Behavior. 73 (3), 261-271 (2001).
  6. Singleton, G. R., Krebs, C. J. Chapter 3- The Secret World of Wild Mice. The Mouse in Biomedical Research. American College of Laboratory Animal Medicine. The Mouse in Biomedical Research (Second Edition). 1, 25-51 (2007).
  7. Kondrakiewicz, K., Kostecki, M., Szadzińska, W., Knapska, E. Ecological validity of social interaction tests in rats and mice. Genes, Brain, and Behavior. 18 (1), e12525 (2019).
  8. Martinez, M., Calvo-Torrent, A., Pico-Alfonso, M. A. Social defeat and subordination as models of social stress in laboratory rodents: a review. Aggressive Behavior: Official Journal of the International Society for Research on Aggression. 24 (4), 241-256 (1998).
  9. Golden, S. A., Covington III, H. E., Berton, O., Russo, S. J. A standardized protocol for repeated social defeat stress in mice. Nature Protocols. 6 (8), 1183 (2011).
  10. van der Kooij, M. A., et al. Chronic social stress-induced hyperglycemia in mice couples individual stress susceptibility to impaired spatial memory. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (43), E10187-E10196 (2018).
  11. Chartier, M. J., Walker, J. R., Stein, M. B. Considering comorbidity in social phobia. Social Psychiatry and Psychiatric Epidemiology. 38 (12), 728-734 (2003).
  12. Cohen, H., Zohar, J., Matar, M. A., Kaplan, Z., Geva, A. B. Unsupervised fuzzy clustering analysis supports behavioral cutoff criteria in an animal model of post-traumatic stress disorder. Biological Psychiatry. 58 (8), 640-650 (2005).
  13. Scharf, S. H., Schmidt, M. V. Animal models of stress vulnerability and resilience in translational research. Current Psychiatry Reports. 14 (2), 159-165 (2012).
  14. Krishnan, V., et al. Molecular adaptations underlying susceptibility and resistance to social defeat in brain reward regions. Cell. 131 (2), 391-404 (2007).
  15. Ayash, S., Schmitt, U., Müller, M. B. Chronic social defeat-induced social avoidance as a proxy of stress resilience in mice involves conditioned learning. Journal of Psychiatric Research. 120, 64-71 (2020).
  16. Ayash, S., et al. Fear circuit-based neurobehavioural signatures mirror resilience to chronic social stress in mouse. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 120 (17), e2205576120 (2023).
  17. Duits, P., et al. Updated meta-analysis of classical fear conditioning in the anxiety disorders. Depression and Anxiety. 32 (4), 239-253 (2015).
  18. Coifman, K. G., Bonanno, G. A., Rafaeli, E. Affect dynamics, bereavement, and resilience to loss. Journal of Happiness Studies. 8 (3), 371-392 (2007).
  19. Waugh, C. E., Thompson, R. J., Gotlib, I. H. Flexible emotional responsiveness in trait resilience. Emotion. 11 (5), 1059 (2011).
  20. Bonanno, G. A. Loss, trauma, and human resilience: Have we underestimated the human capacity to thrive after extremely aversive events. American Psychologist. 59 (1), 20 (2004).
  21. Bonanno, G. A. Resilience in the face of potential trauma. Current Directions in Psychological Science. 14 (3), 135-138 (2005).
  22. Yehuda, R., Flory, J. D., Southwick, S., Charney, D. S. Developing an agenda for translational studies of resilience and vulnerability following trauma exposure. Annals of the New York Academy of Sciences. 1071 (1), 379-396 (2006).
  23. Grillon, C., Morgan III, C. A. Fear-potentiated startle conditioning to explicit and contextual cues in Gulf War veterans with post-traumatic stress disorder. Journal of Abnormal Psychology. 108 (1), 134 (1999).
  24. Brewin, C. R. A cognitive neuroscience account of post-traumatic stress disorder and its treatment. Behaviour Research and Therapy. 39 (4), 373-393 (2001).
  25. Milad, M. R., Rauch, S. L., Pitman, R. K., Quirk, G. J. Fear extinction in rats: implications for human brain imaging and anxiety disorders. Biological Psychology. 73 (1), 61-71 (2006).
  26. Jovanovic, T., Norrholm, S. D. Neural mechanisms of impaired fear inhibition in post-traumatic stress disorder. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 5, 44 (2011).
  27. Morton, D. B., Griffiths, P. H. Guidelines on the recognition of pain, distress and discomfort in experimental animals and an hypothesis for assessment. The Veterinary Record. 116 (6), 431-436 (1985).
  28. Goldsmith, J. F., Brain, P. F., Benton, D. Effects of the duration of individual or group housing on behavioural and adrenocortical reactivity in male mice. Physiology & Behavior. 21 (5), 757-760 (1978).
  29. Cairns, R. B., Hood, K. E., Midlam, J. On fighting in mice: Is there a sensitive period for isolation effects. Animal Behaviour. 33 (1), 166-180 (1985).
  30. Varlinskaya, E. I., Spear, L. P., Spear, N. E. Social behavior and social motivation in adolescent rats: role of housing conditions and partner’s activity. Physiology & Behavior. 67 (4), 475-482 (1999).
  31. Sial, O. K., Warren, B. L., Alcantara, L. F., Parise, E. M., Bolaños-Guzmán, C. A. Vicarious social defeat stress: Bridging the gap between physical and emotional stress. Journal of Neuroscience Methods. 258, 94-103 (2016).
  32. Brown, R. E., Brown, R. E., Macdonald, D. W. . The rodents II. Suborder Myomorpha. [In: Social Odours in Mammals]. 1, (1985).
  33. Haney, M., Miczek, K. A. Ultrasounds during agonistic interactions between female rats (Rattus norvegicus). Journal of Comparative Psychology. 107 (4), 373 (1993).
  34. Warren, B. L., et al. Neurobiological sequelae of witnessing stressful events in adult mice. Biological Psychiatry. 73 (1), 7-14 (2013).
  35. Malatynska, E., Knapp, R. J. Dominant-submissive behavior as models of mania and depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 29 (4-5), 715-737 (2005).
  36. Avgustinovich, D. F., Kovalenko, I. L., Kudryavtseva, N. N. A model of anxious depression: persistence of behavioral pathology. Neuroscience and Behavioral Physiology. 35 (9), 917-924 (2005).
  37. Vennin, C., et al. A resilience related glial-neurovascular network is transcriptionally activated after chronic social defeat in male mice. Cells. 11 (21), 3405 (2022).
  38. Ayash, S., Schmitt, U., Lyons, D. M., Müller, M. B. Stress inoculation in mice induces global resilience. Translational Psychiatry. 10 (1), 200 (2020).
  39. Yuan, R., et al. Long-term effects of intermittent early life stress on primate prefrontal-subcortical functional connectivity. Neuropsychopharmacology. 46 (7), 1348-1356 (2021).
  40. Lyons, D. M., Ayash, S., Schatzberg, A. F., Müller, M. B. Ecological validity of social defeat stressors in mouse models of vulnerability and resilience. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 145, 105032 (2023).
  41. Oizumi, H., et al. Influence of aging on the behavioral phenotypes of C57BL/6J mice after social defeat. PLoS One. 14 (9), e0222076 (2019).

Play Video

Cite This Article
Ayash, S., Müller, M., Schmitt, U. Social Threat-Safety Test Uncovers Psychosocial Stress-Related Phenotypes. J. Vis. Exp. (202), e65640, doi:10.3791/65640 (2023).

View Video