Avaliação da Neurotoxicidade em Danio rerio Adulto utilizando uma Bateria de Testes Comportamentais em um Único Tanque
Summary
Aqui, apresentamos uma bateria de teste comportamental abrangente, incluindo o novo tanque, Shoaling e testes de preferência social, para determinar efetivamente os potenciais efeitos neurotóxicos de produtos químicos (por exemplo, metanfetamina e glifosato) em peixes-zebra adultos usando um único tanque. Este método é relevante para neurotoxicidade e pesquisa ambiental.
Abstract
A presença de efeitos neuropatológicos provou ser, por muitos anos, o principal desfecho para avaliar a neurotoxicidade de uma substância química. No entanto, nos últimos 50 anos, os efeitos de produtos químicos sobre o comportamento de espécies-modelo têm sido ativamente investigados. Progressivamente, desfechos comportamentais foram incorporados em protocolos de triagem neurotoxicológica, e esses desfechos funcionais são agora rotineiramente usados para identificar e determinar a potencial neurotoxicidade de produtos químicos. Ensaios comportamentais em peixes-zebra adultos fornecem um meio padronizado e confiável para estudar uma ampla gama de comportamentos, incluindo ansiedade, interação social, aprendizagem, memória e dependência. Ensaios comportamentais em peixes-zebra adultos normalmente envolvem colocar os peixes em uma arena experimental e registrar e analisar seu comportamento usando software de rastreamento de vídeo. Os peixes podem ser expostos a vários estímulos, e seu comportamento pode ser quantificado usando uma variedade de métricas. O novo teste do tanque é um dos testes mais aceitos e amplamente utilizados para estudar o comportamento semelhante à ansiedade em peixes. Os testes de cardume e preferência social são úteis no estudo do comportamento social do peixe-zebra. Este ensaio é particularmente interessante uma vez que o comportamento de todo o cardume é estudado. Estes ensaios têm se mostrado altamente reprodutíveis e sensíveis a manipulações farmacológicas e genéticas, tornando-os ferramentas valiosas para o estudo dos circuitos neurais e mecanismos moleculares subjacentes ao comportamento. Adicionalmente, estes ensaios podem ser utilizados na triagem de fármacos para identificar compostos que possam ser potenciais moduladores do comportamento.
Mostraremos neste trabalho como aplicar ferramentas comportamentais em neurotoxicologia de peixes, analisando o efeito da metanfetamina, uma droga recreativa, e do glifosato, um poluente ambiental. Os resultados demonstram a significativa contribuição dos ensaios comportamentais em peixes-zebra adultos para a compreensão dos efeitos neurotoxicológicos de poluentes ambientais e drogas, além de fornecer informações sobre os mecanismos moleculares que podem alterar a função neuronal.
Introduction
O peixe-zebra (Danio rerio) é uma espécie de vertebrado modelo popular para estudos de ecotoxicologia, descoberta de drogas e farmacologia de segurança. Seu baixo custo, ferramentas genéticas moleculares bem estabelecidas e conservação dos principais processos fisiológicos envolvidos na morfogênese e manutenção do sistema nervoso fazem do peixe-zebra um modelo animal ideal para pesquisas em neurociências, incluindo toxicologianeurocomportamental1,2. O principal desfecho para avaliar a neurotoxicidade de um produto químico era, até recentemente, a presença de efeitos neuropatológicos. Ultimamente, no entanto, desfechos comportamentais têm sido incorporados em protocolos de triagem neurotoxicológica, e esses desfechos funcionais são agora comumente usados para identificar e determinar a potencial neurotoxicidade de substâncias químicas 3,4. Além disso, os desfechos comportamentais são altamente relevantes do ponto de vista ecológico, pois mesmo uma mudança comportamental muito leve em peixes poderia colocar em risco a sobrevivência do animal em condições naturais5.
Um dos ensaios comportamentais mais utilizados na pesquisa do peixe-zebra adulto é o novel tank test (NTT), que mede o comportamento semelhante à ansiedade 6,7. Neste ensaio, os peixes são expostos à novidade (os peixes são colocados em um tanque desconhecido), a um estímulo aversivo leve e suas respostas comportamentais são observadas. O NTT é utilizado para avaliar principalmente a atividade locomotora basal, geotaxis, congelamento e movimentos erráticos de peixes. A errática8 é caracterizada por mudanças bruscas de direção (ziguezagueamento) e episódios repetidos de acelerações (ousadia). É uma reação de alarme e geralmente é observada antes ou depois de episódios de congelamento. O comportamento de congelamento corresponde à cessação completa dos movimentos dos peixes (exceto os movimentos operculares e oculares) no fundo do tanque, diferentemente da imobilidade causada pela sedação, que causa hipolocomoção, acinesia e afundamento8. O congelamento geralmente está relacionado a um alto estado de estresse e ansiedade e também faz parte do comportamento submisso. Comportamentos complexos são excelentes indicadores do estado de ansiedade dos animais. As NTT têm se mostrado sensíveis à manipulação farmacológica e genética9, tornando-se uma ferramenta valiosa para o estudo das bases neurais da ansiedade e transtornos relacionados.
O peixe-zebra é uma espécie altamente social, por isso podemos medir uma ampla gama de comportamentos sociais. O teste de cardume (TS) e o teste de preferência social (TCP) são os ensaios mais utilizados para avaliar o comportamento social10. O TS mede a tendência dos peixes aagruparem-se 11 quantificando seu comportamento espacial e padrões de movimento. O TS é útil para estudar dinâmicas de grupo, liderança, aprendizagem social e compreensão do comportamento social de muitas espécies de peixes12. O TCP em zebrafish adultos foi adaptado do teste de preferência de Crawley por novidade social para camundongos13 e rapidamente se tornou um ensaio comportamental popular para o estudo da interação social nesta espécie modelo14. Esses dois testes também foram adaptados para uso em ensaios de triagem de drogas e têm se mostrado promissores na identificação de novos compostos que modulam o comportamento social15,16.
Em geral, ensaios comportamentais em peixes-zebra adultos são ferramentas poderosas que podem fornecer informações valiosas sobre os mecanismos comportamentais ou os neurofenótipos de compostos ativos e drogas abusadas17. Este protocolo detalha como implementaressas ferramentas comportamentais7 com recursos materiais básicos e como aplicá-las em ensaios de toxicidade para caracterizar os efeitos de uma ampla gama de compostos neuroativos. Além disso, veremos que os mesmos testes podem ser aplicados para avaliar os efeitos neurocomportamentais da exposição aguda a um composto neuroativo (metanfetamina), mas também para caracterizar esses efeitos após exposição crônica a concentrações ambientais de um pesticida (glifosato).
Protocol
Representative Results
Discussion
Comportamentos característicos de ansiedade observados nas NTT têm sido positivamente correlacionados com os níveis de serotonina analisados em cérebros21. Por exemplo, após a exposição à paraclorofenilalanina (PCPA), um inibidor da biossíntese de 5-HT, os peixes exibiram geotáxis positivos, bem como diminuição dos níveis cerebrais de 5-HT22, resultados muito semelhantes aos obtidos com a metanfetamina. Portanto, a diminuição nos níveis de serotonina cerebra…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela “Agencia Estatal de Investigación” do Ministério da Ciência e Inovação da Espanha (projeto PID2020-113371RB-C21), IDAEA-CSIC, Centro de Excelência Severo Ochoa (CEX2018-000794-S). Juliette Bedrossiantz foi apoiada por uma bolsa de doutoramento (PRE2018-083513) co-financiada pelo Governo espanhol e pelo Fundo Social Europeu (FSE).
Materials
| Aquarium Cube shape | Blau Aquaristic | 7782025 | Cubic Panoramic 10 (10 L, 20 cm x 20 cm x 25 cm, 5 mm) |
| Ethovision software | Noldus | Ethovision XT | Version 12.0 or newer |
| GigE camera | Imaging Development Systems | UI-5240CP-NIR-GL | |
| GraphPad Prism 9.02 | GraphPad software Inc | GraphPad Prism 9.02 | For Windows |
| IDS camera manager | Imaging Development Systems | ||
| LED backlight illumination | Quirumed | GP-G2 | |
| SPSS Software | IBM | IBM SPSS v26 | |
| uEye Cockpit software | Imaging Development Systems | version 4.90 |
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