Summary

Beperkte bodembedekking en nesten als model voor tegenspoed in het vroege leven bij muizen

Published: July 12, 2024
doi:

Summary

Dit protocol beschrijft een diermodel om te bestuderen hoe tegenspoed in het vroege leven, veroorzaakt door een verarmde omgeving en onvoorspelbare moederlijke zorg tijdens de vroege postnatale periode, de ontwikkeling van de hersenen en het toekomstige risico op psychische stoornissen beïnvloedt.

Abstract

Tegenspoed in het vroege leven (ELA), zoals misbruik, verwaarlozing, gebrek aan middelen en een onvoorspelbare thuisomgeving, is een bekende risicofactor voor het ontwikkelen van neuropsychiatrische stoornissen zoals depressie. Diermodellen voor ELA zijn gebruikt om de impact van chronische stress op de ontwikkeling van de hersenen te bestuderen en zijn meestal gebaseerd op het manipuleren van de kwaliteit en/of kwantiteit van de zorg voor moeders, aangezien dit de belangrijkste bron is van vroege levenservaringen bij zoogdieren, inclusief mensen. Hier wordt een gedetailleerd protocol gegeven voor het gebruik van het Limited Bedding and Nesting (LBN) model bij muizen. Dit model bootst een omgeving met weinig middelen na, die gefragmenteerde en onvoorspelbare patronen van moederlijke zorg veroorzaakt tijdens een kritieke ontwikkelingsperiode (postnatale dagen 2-9) door de hoeveelheid nestmateriaal die aan de moeder wordt gegeven om een nest voor haar pups te bouwen te beperken en de muizen te scheiden van het beddengoed via een gaasplatform in de kooi. Representatieve gegevens worden verstrekt om de veranderingen in het gedrag van de moeder te illustreren, evenals de verminderde gewichten van de pup en langetermijnveranderingen in basale corticosteronspiegels, die het gevolg zijn van het LBN-model. Als volwassenen is aangetoond dat nakomelingen die in de LBN-omgeving zijn grootgebracht, een afwijkende stressrespons, cognitieve tekorten en anhedonie-achtig gedrag vertonen. Daarom is dit model een belangrijk hulpmiddel om te definiëren hoe de rijping van stressgevoelige hersencircuits wordt veranderd door ELA en resulteert in gedragsveranderingen op de lange termijn die kwetsbaarheid voor psychische stoornissen verlenen.

Introduction

De vroege postnatale periode is een kritieke ontwikkelingsperiode waarin omgevingsinvloeden het ontwikkelingstraject kunnen verschuiven. Tegenspoed in het vroege leven (ELA) kan bijvoorbeeld de ontwikkeling van de hersenen veranderen om langdurige veranderingen in de cognitieve en emotionele functie uit te lokken. Voorbeelden van ELA zijn onder meer fysieke of emotionele mishandeling, verwaarlozing, ontoereikende middelen en een onvoorspelbare thuisomgeving die zich voordoet tijdens de kindertijd of adolescentie. Het is bekend dat ELA een risicofactor is voor het ontwikkelen van stoornissen zoals depressie, stoornis in het gebruik van middelen, posttraumatische stressstoornis (PTSS) en angst 2,3,4,5. Dit is belangrijk gezien het feit dat de armoede onder kinderen in de VS de laatste tijd meer dan verdubbeld is, van 5,2% in 2021 tot 12,4% in 20226, en hoewel armoede zelf niet noodzakelijkerwijs ELA is, verhoogt het wel de kans op verschillende soorten ELA7.

Diermodellen zijn al lang essentieel voor het begrijpen van de effecten van stress in het vroege leven op de ontwikkeling van de hersenen en de resultaten voor volwassenen. De twee belangrijkste diermodellen die de afgelopen jaren zijn gebruikt om dit fenomeen te ontleden, zijn maternale scheiding (MS) en een verarmde omgeving veroorzaakt door beperkt strooisel en nestmateriaal (LBN). MS is ontwikkeld als een model van ouderlijke deprivatie8. Daarin worden knaagdierdammen bij hun pups weggehaald, meestal gedurende enkele uren, elke dag tot het spenen8. Het is gebleken dat het MS-paradigma resulteert in depressief en angstachtig gedrag op volwassen leeftijd9, evenals een afwijkende reactie op chronische stress10,11. Aan de andere kant scheidt het LBN-model, voor het eerst ontwikkeld in het Baram-laboratorium12, de moeder niet van de pups, maar wijzigt het eerder de omgeving waarin de pups worden grootgebracht, waardoor een omgeving met weinig hulpbronnen wordt nagebootst 12,13. Het verminderen van de hoeveelheid nestmateriaal en het voorkomen van directe toegang tot het strooisel in dit model resulteert in een verstoorde moederzorg van de moederdieren3. Aangezien robuuste en voorspelbare maternale zorg nodig is voor de juiste ontwikkeling van cognitieve en emotionele hersencircuits14, kan gefragmenteerde maternale zorg van LBN resulteren in een reeks uitkomsten, waaronder een overactieve hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) -as, verschoven prikkelend-remmend evenwicht in meerdere hersengebieden, verhoogde niveaus van corticotropine-releasing hormoon (CRH) en depressief gedrag bijhet nageslacht. 15,16,17,18,19.

Het exacte mechanisme waardoor ELA leidt tot een verhoogd risico op neuropsychiatrische stoornissen is niet volledig begrepen. Men denkt dat het verband houdt met veranderingen in het circuit van de HPA-as19,20, en recent bewijs toont aan dat dit kan worden veroorzaakt door veranderingen in microgliale synaptische snoei19. Het is aangetoond dat het LBN-model een cruciaal hulpmiddel is voor het begrijpen van de impact van de perinatale omgeving op de ontwikkeling van de hersenen en gedragsresultaten op de lange termijn. Hoewel dit model in eerste instantie werd ontwikkeld voor ratten, is het ook aangepast voor muizen om te profiteren van de bestaande transgene hulpmiddelen12,13. Het model lijkt met name erg op elkaar in beide soorten en veroorzaakt zeer convergente resultaten, zoals veranderingen in de HPA-as, cognitieve tekorten en depressief gedrag, waardoor het soortoverschrijdende nut en het translationele potentieel ervan wordt benadrukt. Dit artikel geeft een gedetailleerde beschrijving van hoe het beperkte bedding- en nestmodel bij muizen kan worden gebruikt, waarbij het gedrag van de moeder en de resultaten van het nageslacht worden verzameld en geanalyseerd om de werkzaamheid van het model en de verwachte resultaten te valideren.

Protocol

Alle procedures waarbij dieren betrokken waren, werden uitgevoerd in overeenstemming met de National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals en goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee van de Georgia State University (goedkeuringsnummer A24011). De muizen werden gefokt en onderhouden in de Animal Facilities van de Georgia State University. De experimenten werden uitgevoerd op een C57BL/6J-stam tijdens de perinatale periode (postnatale dag [P] 2-10) en omvatten mannen e…

Representative Results

De representatieve resultaten tonen aan hoe ELA, opgelegd door een verarmde omgeving in LBN-kooien, de fysiologische resultaten van de moederlijke zorg van moederdieren en nakomelingen beïnvloedt. De dagelijkse entropie in maternale zorggedrag is hoger in LBN over de dagen P3-P6 (F1,58 = 7,21, p = 0,0094; Figuur 2A), evenals de gemiddelde entropie van elke dam uit deze periode (t15 = 3,03, p = 0,0085; Figuur 2B). Er is me…

Discussion

Dit artikel biedt een gedetailleerd protocol om het LBN-model bij muizen toe te passen. Dit model is een belangrijk hulpmiddel om te begrijpen hoe een ethologisch en translationeel relevante vorm van chronische stress in het vroege leven bijdraagt aan de ontwikkeling van neuropsychiatrische stoornissen bij het nageslacht. Het is ook nuttig voor het bestuderen van maternale gedrag en eventuele veranderingen in de hersenen van de moeders vanuit een moleculair, neuro-endocrien of circuitgebaseerd per…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door NIMH K99/R00 Pathway to Independence Award #MH120327, Whitehall Foundation Grant #2022-08-051 en NARSAD Young Investigator Grant #31308 van de Brain & Behavior Research Foundation en The John and Polly Sparks Foundation. De auteurs willen de afdeling Dierlijke Hulpbronnen van de Georgia State University bedanken voor het verlenen van uitzonderlijke zorg aan onze dieren., en Ryan Sleeth voor zijn uitstekende technische ondersteuning bij het opzetten en onderhouden van ons videobeheersysteem. Dr. Bolton wil ook Dr. Tallie Z. Baram bedanken voor de uitstekende training in de juiste implementatie van het LBN-model tijdens haar postdoctorale fellowship.

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