Summary

الفراش المحدود والتعشيش كنموذج للشدائد المبكرة في الفئران

Published: July 12, 2024
doi:

Summary

يصف هذا البروتوكول نموذجا حيوانيا لدراسة كيفية تأثير الشدائد المبكرة في الحياة ، التي تثيرها البيئة الفقيرة ورعاية الأم التي لا يمكن التنبؤ بها خلال فترة ما بعد الولادة المبكرة ، على نمو الدماغ وخطر الاضطرابات العقلية في المستقبل.

Abstract

الشدائد المبكرة (ELA) ، مثل سوء المعاملة والإهمال ونقص الموارد والبيئة المنزلية التي لا يمكن التنبؤ بها ، هي عامل خطر معروف للإصابة باضطرابات عصبية نفسية مثل الاكتئاب. تم استخدام النماذج الحيوانية ل ELA لدراسة تأثير الإجهاد المزمن على نمو الدماغ ، وعادة ما تعتمد على التلاعب بجودة و / أو كمية رعاية الأم ، لأن هذا هو المصدر الرئيسي لتجارب الحياة المبكرة في الثدييات ، بما في ذلك البشر. هنا ، يتم توفير بروتوكول مفصل لاستخدام نموذج الفراش والتعشيش المحدود (LBN) في الفئران. يحاكي هذا النموذج بيئة منخفضة الموارد ، مما يثير أنماطا مجزأة وغير متوقعة لرعاية الأم خلال نافذة تنموية حرجة (أيام ما بعد الولادة 2-9) عن طريق الحد من كمية مواد التعشيش المعطاة للسد لبناء عش لصغارها وفصل الفئران عن الفراش عبر منصة شبكية في القفص. يتم توفير بيانات تمثيلية لتوضيح التغيرات في سلوك الأم ، بالإضافة إلى انخفاض أوزان الجرو والتغيرات طويلة الأجل في مستويات الكورتيكوستيرون القاعدية ، والتي تنتج عن نموذج LBN. كبالغين ، تبين أن النسل الذي نشأ في بيئة LBN يظهر استجابة شاذة للإجهاد ، وعجز معرفي ، وسلوك يشبه anhedonia. لذلك ، يعد هذا النموذج أداة مهمة لتحديد كيفية تغيير نضج دوائر الدماغ الحساسة للإجهاد بواسطة ELA ويؤدي إلى تغييرات سلوكية طويلة الأجل تمنح التعرض للاضطرابات العقلية.

Introduction

فترة ما بعد الولادة المبكرة هي نافذة تنموية حرجة يمكن للتأثيرات البيئية من خلالها تغيير مسار التنمية. على سبيل المثال ، يمكن أن تغير الشدائد المبكرة (ELA) نمو الدماغ لإحداث تغييرات طويلة المدى في الوظيفة المعرفية والعاطفية. تشمل أمثلة ELA الإساءة الجسدية أو العاطفية ، والإهمال ، وعدم كفاية الموارد ، والبيئة المنزلية غير المتوقعة التي تحدث أثناء الطفولة أو المراهقة1. من المعروف أن ELA هو عامل خطر للإصابة باضطرابات مثل الاكتئاب واضطراب تعاطي المخدرات واضطراب ما بعد الصدمة (PTSD) والقلق2،3،4،5. هذا مهم بالنظر إلى أن مستويات فقر الأطفال في الولايات المتحدة قد تضاعفت مؤخرا ، من 5.2٪ في عام 2021 إلى 12.4٪ في عام 20226 ، وعلى الرغم من أن الفقر نفسه ليس بالضرورة ELA ، إلا أنه يزيد من احتمال الإصابة بأنواع مختلفة من ELA7.

لطالما كانت النماذج الحيوانية ضرورية لفهم آثار الإجهاد في وقت مبكر من الحياة على نمو الدماغ ونتائج البالغين. النموذجان الحيوانيان الرئيسيان المستخدمان في السنوات الأخيرة لتشريح هذه الظاهرة هما انفصال الأمهات (MS) والبيئة الفقيرة الناجمة عن محدودية الفراش ومواد التعشيش (LBN). تم تطوير مرض التصلب العصبي المتعدد كنموذج للحرمان الأبوي8. في ذلك ، يتم أخذ سدود القوارض بعيدا عن صغارها ، عادة لعدة ساعات ، كل يوم حتى الفطام8. تم العثور على نموذج مرض التصلب العصبي المتعدد ليؤدي إلى سلوكيات شبيهة بالاكتئاب والقلق في مرحلة البلوغ9 ، بالإضافة إلى استجابة شاذة للإجهاد المزمن10,11. من ناحية أخرى ، فإن نموذج LBN ، الذي تم تطويره لأول مرة في مختبر Baram12 ، لا يفصل السد عن الجراء ، بل يعدل البيئة التي يتم فيها تربية الجراء ، محاكيا بيئة منخفضة الموارد12,13. يؤدي تقليل كمية مواد التعشيش ومنع الوصول المباشر إلى الفراش في هذا النموذج إلى تعطل رعاية الأم من السدود3. نظرا لأن رعاية الأم القوية والتي يمكن التنبؤ بها مطلوبة للتطوير السليم لدوائر الدماغ المعرفية والعاطفية14 ، يمكن أن تؤدي رعاية الأم المجزأة من LBN إلى مجموعة من النتائج ، بما في ذلك محور الغدة النخامية والغدة الكظرية (HPA) مفرط النشاط ، وتحول التوازن المثبط المثير في مناطق متعددة من الدماغ ، وزيادة مستويات الهرمون المطلق للكورتيكوتروبين (CRH) ، والسلوك الشبيه بالاكتئاب في النسل13 ، 15,16,17,18,19.

الآلية الدقيقة التي يؤدي بها ELA إلى زيادة خطر الإصابة بالاضطرابات العصبية والنفسية ليست مفهومة تماما. يعتقد أنه مرتبط بالتغيرات في دائرة محور HPA19،20 ، وتظهر الأدلة الحديثة أن هذا قد يكون ناتجا عن التغيرات في التقليم المشبكي الدبقي الصغير19. لقد ثبت أن نموذج LBN أداة حاسمة لفهم تأثير البيئة المحيطة بالولادة على نمو الدماغ والنتائج السلوكية طويلة الأجل. على الرغم من أن هذا النموذج تم تطويره في البداية للفئران ، فقد تم تكييفه أيضا للفئران من أجل الاستفادة من الأدوات المعدلة وراثيا الموجودة12,13. والجدير بالذكر أن النموذج مشابه جدا في كلا النوعين ويثير نتائج متقاربة للغاية ، مثل التغيرات في محور HPA ، والعجز المعرفي ، والسلوك الشبيه بالاكتئاب ، مما يسلط الضوء على فائدته عبر الأنواع وإمكاناته الانتقالية. ستقدم هذه المقالة وصفا تفصيليا لكيفية استخدام نموذج الفراش والتعشيش المحدود في الفئران ، وجمع وتحليل سلوك الأم ونتائج النسل للتحقق من فعالية النموذج والنتائج المتوقعة.

Protocol

تم تنفيذ جميع الإجراءات المتعلقة بالحيوانات وفقا لدليل المعاهد الوطنية للصحة لرعاية واستخدام المختبر ، وتمت الموافقة عليها من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام من جامعة ولاية جورجيا (رقم الموافقة A24011). تم تربية الفئران وصيانتها في مرافق في جامعة ولاية جورجيا. أجريت التجارب على سلالة C57…

Representative Results

توضح النتائج التمثيلية كيف يؤثر ELA ، الذي تفرضه بيئة فقيرة في أقفاص LBN ، على رعاية الأمهات من السدود والنتائج الفسيولوجية للنسل. الإنتروبيا اليومية في سلوك رعاية الأم أعلى في LBN عبر الأيام P3-P6 (F1,58 = 7.21 ، p = 0.0094; الشكل 2 أ) ، وكذلك متوسط إنتروبيا كل سد من هذه الفترة الز?…

Discussion

توفر هذه المقالة بروتوكولا مفصلا لتطبيق نموذج LBN في الفئران. هذا النموذج هو أداة مهمة لفهم كيف يساهم شكل من أشكال الإجهاد المزمن ذي الصلة من الناحية الأخلاقية والتحويلية في الحياة المبكرة في تطور الاضطرابات العصبية والنفسية في النسل13. كما أنه مفيد لدراسة سلوك الأم وأي تغييرا?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل NIMH K99 / R00 Pathway to Independence Award #MH120327 ، ومنحة مؤسسة Whitehall # 2022-08-051 ، ومنحة NARSAD Young Investigator Grant # 31308 من مؤسسة أبحاث الدماغ والسلوك ومؤسسة جون وبولي سباركس. يود المؤلفون أن يشكروا قسم الموارد الحيوانية في جامعة ولاية جورجيا على توفير رعاية استثنائية لحيواناتنا., وريان سليث لدعمه الفني الممتاز في إعداد وصيانة نظام إدارة الفيديو لدينا. يود الدكتور بولتون أيضا أن يشكر الدكتورة تالي ز. بارام على التدريب الممتاز في التنفيذ السليم لنموذج LBN خلال زمالة ما بعد الدكتوراه.

Materials

2-inch 4 MP 4x Zoom IR Mini PT Dome Network Camera Hikvision DS-2DE2A404IW-DE3(S6)
Amazon Basics Aluminum Light Photography Tripod Stand with Case – Pack of 2, 2.8 – 6.7 Feet, 3.66 Pounds, Black Amazon From Amazon
Blue Iris Blue Iris Security Optional video management software
CAMVATE 1/4"-20 Mini Ball Head with Ceiling Mount for CCTV & Video Wall Monitors Mount – 1991 Camvate From Amazon
Corn cob bedding The Andersons 4B
Cotton nestlet Ancare NES3600
Mesh divider McNICHOLS 4700313244 Standard, Aluminum, Alloy 3003-H14, 3/16" No. .032 Standard (Raised), 70% Open Area
Tendelux DI20 IR Illuminator Tendelux From Amazon

References

  1. Warhaftig, G., Almeida, D., Turecki, G. Early life adversity across different cell- types in the brain. Neurosci Biobehav Rev. 148, 105113 (2023).
  2. Duffy, K. A., Mclaughlin, K. A., Green, P. A. Early life adversity and health-risk behaviors: Proposed psychological and neural mechanisms. Ann N Y AcadSci. 1428 (1), 151-169 (2018).
  3. Molet, J., et al. Fragmentation and high entropy of neonatal experience predict adolescent emotional outcome. Transl Psychiatry. 6 (1), e702 (2016).
  4. Garvin, M. M., Bolton, J. L. Sex-specific behavioral outcomes of early-life adversity and emerging microglia-dependent mechanisms. Front Behav Neurosci. 16, 1013865 (2022).
  5. Andersen, S. L. Neuroinflammation, early-life adversity, and brain development. Harv Rev Psychiatry. 30 (1), 24-39 (2022).
  6. Shrider, E. A., Creamer, J. . Poverty in the United States: 2022. , P60-P280 (2023).
  7. Roos, L. L., Wall-Wieler, E., Lee, J. B. Poverty and early childhood outcomes. Pediatrics. 143 (6), e20183426 (2019).
  8. Ader, R., Tatum, R., Beels, C. C. Social factors affecting emotionality and resistance to disease in animals: I. Age of separation from the mother and susceptibility to gastric ulcers in the rat. J Comp Physiol Psychol. 53 (5), 446-454 (1960).
  9. Nishi, M. Effects of early-life stress on the brain and behaviors: Implications of early maternal separation in rodents. Int J Mol Sci. 21 (19), 7212 (2020).
  10. Trujillo, V., Durando, P. E., Suárez, M. M. Maternal separation in early life modifies anxious behavior and fos and glucocorticoid receptor expression in limbic neurons after chronic stress in rats: Effects of tianeptine. Stress. 19 (1), 91-103 (2016).
  11. Yu, S., et al. Early life stress enhances the susceptibility to depression and interferes with neuroplasticity in the hippocampus of adolescent mice via regulating miR-34c-5p/SYT1 axis. J Psychiatr Res. 170, 262-276 (2023).
  12. Walker, C. D., et al. Chronic early life stress induced by limited bedding and nesting (LBN) material in rodents: Critical considerations of methodology, outcomes and translational potential. Stress. 20 (5), 421-448 (2017).
  13. Rice, C. J., Sandman, C. A., Lenjavi, M. R., Baram, T. Z. A novel mouse model for acute and long-lasting consequences of early life stress. Endocrinology. 149 (10), 4892-4900 (2008).
  14. Glynn, L. M., Baram, T. Z. The influence of unpredictable, fragmented parental signals on the developing brain. Front Neuroendocrinol. 53, 100736 (2019).
  15. Karst, H., et al. Acceleration of GABA-switch after early life stress changes mouse prefrontal glutamatergic transmission. Neuropharmacology. 234, 109543 (2023).
  16. Demaestri, C., et al. Resource scarcity but not maternal separation provokes unpredictable maternal care sequences in mice and both upregulate CRH-associated gene expression in the amygdala. Neurobiol Stress. 20, 100484 (2022).
  17. Breton, J. M., et al. Early life adversity reduces affiliative behavior with a stressed cagemate and leads to sex-specific alterations in corticosterone responses in adult mice. Horm Behav. 158, 105464 (2023).
  18. Bath, K. G., Manzano-Nieves, G., Goodwill, H. Early life stress accelerates behavioral and neural maturation of the hippocampus in male mice. Horm Behav. 82, 64-71 (2016).
  19. Bolton, J. L., et al. Early stress-induced impaired microglial pruning of excitatory synapses on immature CRH-expressing neurons provokes aberrant adult stress responses. Cell Rep. 38 (13), 110600 (2022).
  20. Dahmen, B., et al. Effects of early-life adversity on hippocampal structures and associated HPA axis functions. Dev Neurosci. 40 (1), 13-22 (2018).
  21. Bolton, J. L., Short, A. K., Simeone, K. A., Daglian, J., Baram, T. Z. Programming of stress-sensitive neurons and circuits by early-life experiences. Front Behav Neurosci. 13, 30 (2019).
  22. Yang, M., Lewis, F., Foley, G., Crawley, J. N. In tribute to Bob Blanchard: Divergent behavioral phenotypes of 16p11.2 deletion mice reared in same-genotype versus mixed-genotype cages. Physiol Behav. 146, 16-27 (2015).
  23. Vegetabile, B. G., Stout-Oswald, S. A., Davis, E. P., Baram, T. Z., Stern, H. S. Estimating the entropy rate of finite Markov chains with application to behavior studies. J Educ Behav Stat. 44 (3), 282-308 (2019).
  24. Rincón-Cortés, M., Grace, A. Postpartum scarcity-adversity disrupts maternal behavior and induces a hypodopaminergic state in the rat dam and adult female offspring. Neuropsychopharmacology. 47 (2), 488-496 (2022).
  25. Gallo, M., et al. Limited bedding and nesting induces maternal behavior resembling both hypervigilance and abuse. Front behav neurosci. 13, 167 (2019).
  26. Manzano Nieves, G., Bravo, M., Baskoylu, S., Bath, K. G. Early life adversity decreases pre-adolescent fear expression by accelerating amygdala pv cell development. eLife. 9, e55263 (2020).
  27. Johnson, F. K., et al. Amygdala hyper-connectivity in a mouse model of unpredictable early life stress. Transl Psychiatry. 8 (1), 49 (2018).
  28. Demaestri, C., et al. Type of early life adversity confers differential, sex-dependent effects on early maturational milestones in mice. Horm Behav. 124, 104763 (2020).
  29. Reemst, K., et al. Molecular underpinnings of programming by early-life stress and the protective effects of early dietary ω6/ω3 ratio, basally and in response to LPS: Integrated mRNA-miRNAs approach. Brain Behav Immun. 117, 283-297 (2024).
  30. Reemst, K., et al. Early-life stress and dietary fatty acids impact the brain lipid/oxylipin profile into adulthood, basally and in response to LPS. Front Immunol. 13, 967437 (2022).
  31. Reemst, K., et al. Early-life stress lastingly impacts microglial transcriptome and function under basal and immune-challenged conditions. Transl Psychiatry. 12 (1), 507 (2022).
  32. Wang, T., et al. The nucleus accumbens CRH-CRHR1 system mediates early-life stress-induced sleep disturbance and dendritic atrophy in the adult mouse. Neurosci Bull. 39 (1), 41-56 (2023).
  33. Knop, J., Van, I. M. H., Bakermans-Kranenburg, M. J., Joëls, M., Van Der Veen, R. Maternal care of heterozygous dopamine receptor d4 knockout mice: Differential susceptibility to early-life rearing conditions. Genes Brain Behav. 19 (7), e12655 (2020).
  34. Bennett, S. N., Chang, A. B., Rogers, F. D., Jones, P., Peña, C. J. Thyroid hormones mediate the impact of early-life stress on ventral tegmental area gene expression and behavior. Horm Behav. 159, 105472 (2024).
  35. Parel, S. T., et al. Transcriptional signatures of early-life stress and antidepressant treatment efficacy. Proc Natl Acad Sci U S A. 120 (49), e2305776120 (2023).
  36. Julie-Anne, B., et al. Reactivation of early-life stress-sensitive neuronal ensembles contributes to lifelong stress hypersensitivity. J Neurosci. 43 (34), 5996 (2023).
  37. Bolton Jessica, L., et al. Maternal stress and effects of prenatal air pollution on offspring mental health outcomes in mice. Environ Health Perspect. 121 (9), 1075-1082 (2013).
  38. Block, C. L., et al. Prenatal environmental stressors impair postnatal microglia function and adult behavior in males. Cell Rep. 40 (5), 111161 (2022).
  39. Peña, C. J., et al. Early life stress alters transcriptomic patterning across reward circuitry in male and female mice. Nat Commun. 10 (1), 5098 (2019).
  40. Lapp, H. E., Salazar, M. G., Champagne, F. A. Automated maternal behavior during early life in rodents (amber) pipeline. Sci Rep. 13 (1), 18277 (2023).
  41. Madison, F. N., Palin, N., Whitaker, A., Glasper, E. R. Sex-specific effects of neonatal paternal deprivation on microglial cell density in adult California mouse (Peromyscus californicus) dentate gyrus. Brain, Behav. Immun. 106, 1-10 (2022).
  42. Walker, S. L., Sud, N., Beyene, R., Palin, N., Glasper, E. R. Paternal deprivation induces vigilance-avoidant behavior and accompanies sex-specific alterations in stress reactivity and central proinflammatory cytokine response in California mice (Peromyscus californicus). Psychopharmacology. 240 (11), 2317-2334 (2023).
  43. Molet, J., Maras, P. M., Avishai-Eliner, S., Baram, T. Z. Naturalistic rodent models of chronic early-life stress. Dev Psychobiol. 56 (8), 1675-1688 (2014).
  44. Tsuchimine, S., et al. Comparison of physiological and behavioral responses to chronic restraint stress between C57BL/6J and balb/c mice. Biochem Biophys Res Commun. 525 (1), 33-38 (2020).
This article has been published
Video Coming Soon
Keep me updated:

.

Cite This Article
Mroue-Ruiz, F. H., Garvin, M., Ouellette, L., Sequeira, M. K., Lichtenstein, H., Kar, U., Bolton, J. L. Limited Bedding and Nesting as a Model for Early-Life Adversity in Mice. J. Vis. Exp. (209), e66879, doi:10.3791/66879 (2024).

View Video