Begrenztes Einstreuen und Nisten als Modell für Widrigkeiten im frühen Leben bei Mäusen
Summary
Dieses Protokoll beschreibt ein Tiermodell, um zu untersuchen, wie sich Widrigkeiten im frühen Leben, hervorgerufen durch eine verarmte Umwelt und unvorhersehbare mütterliche Fürsorge in der frühen postnatalen Phase, auf die Gehirnentwicklung und das zukünftige Risiko psychischer Störungen auswirken.
Abstract
Widrigkeiten im frühen Leben (ELA) wie Missbrauch, Vernachlässigung, Mangel an Ressourcen und ein unvorhersehbares häusliches Umfeld sind ein bekannter Risikofaktor für die Entwicklung neuropsychiatrischer Störungen wie Depressionen. Tiermodelle für ELA wurden verwendet, um die Auswirkungen von chronischem Stress auf die Gehirnentwicklung zu untersuchen, und beruhen in der Regel auf der Manipulation der Qualität und/oder Quantität der mütterlichen Versorgung, da dies die Hauptquelle für frühe Lebenserfahrungen bei Säugetieren, einschließlich des Menschen, ist. Hier wird ein detailliertes Protokoll für die Anwendung des Limited Bedding and Nesting (LBN) Modells bei Mäusen zur Verfügung gestellt. Dieses Modell ahmt eine ressourcenarme Umgebung nach, die fragmentierte und unvorhersehbare Muster der mütterlichen Fürsorge während eines kritischen Entwicklungsfensters (postnatale Tage 2-9) provoziert, indem es die Menge an Nistmaterial begrenzt, das der Muttermutter zum Bau eines Nestes für ihre Jungtiere gegeben wird, und die Mäuse über eine Netzplattform im Käfig von der Einstreu trennt. Repräsentative Daten werden zur Verfügung gestellt, um die Veränderungen im mütterlichen Verhalten sowie die verminderten Jungtiergewichte und langfristigen Veränderungen der basalen Corticosteronspiegel zu veranschaulichen, die sich aus dem LBN-Modell ergeben. Als Erwachsene hat sich gezeigt, dass Nachkommen, die in der LBN-Umgebung aufgezogen wurden, eine abweichende Stressreaktion, kognitive Defizite und anhedonieähnliches Verhalten zeigen. Daher ist dieses Modell ein wichtiges Instrument, um zu definieren, wie die Reifung stressempfindlicher Gehirnschaltkreise durch ELA verändert wird und zu langfristigen Verhaltensänderungen führt, die eine Anfälligkeit für psychische Störungen verleihen.
Introduction
Die frühe postnatale Phase ist ein kritisches Entwicklungsfenster, in dem Umwelteinflüsse den Entwicklungsverlauf verschieben können. Zum Beispiel kann Widrigkeiten im frühen Leben (ELA) die Gehirnentwicklung verändern, um langfristige Veränderungen der kognitiven und emotionalen Funktionen hervorzurufen. Beispiele für ELA sind körperlicher oder emotionaler Missbrauch, Vernachlässigung, unzureichende Ressourcen und ein unvorhersehbares häusliches Umfeld, das in der Kindheit oder Jugend auftritt1. Es ist bekannt, dass ELA ein Risikofaktor für die Entwicklung von Störungen wie Depressionen, Substanzkonsumstörungen, posttraumatischen Belastungsstörungen (PTBS) und Angstzuständen ist 2,3,4,5. Dies ist wichtig, da sich die Kinderarmut in den USA in letzter Zeit mehr als verdoppelt hat, von 5,2 % im Jahr 2021 auf 12,4 % im Jahr 20226, und obwohl Armut an sich nicht unbedingt ELA ist, erhöht sie doch die Wahrscheinlichkeit verschiedener Arten von ELA7.
Tiermodelle sind seit langem unerlässlich, um die Auswirkungen von Stress im frühen Leben auf die Gehirnentwicklung und die Ergebnisse bei Erwachsenen zu verstehen. Die beiden wichtigsten Tiermodelle, die in den letzten Jahren verwendet wurden, um dieses Phänomen zu untersuchen, sind die mütterliche Trennung (MS) und eine verarmte Umgebung, die durch begrenztes Einstreu- und Nistmaterial (LBN) verursacht wird. MS wurde als Modell für elterliche Benachteiligung entwickelt8. Darin werden Nagetier-Muttertiere ihren Jungtieren weggenommen, in der Regel für mehrere Stunden, jeden Tag bis zur Entwöhnung8. Es wurde festgestellt, dass das MS-Paradigma zu depressiven und angstähnlichen Verhaltensweisen im Erwachsenenalter führt9 sowie zu einer abweichenden Reaktion auf chronischen Stress10,11. Auf der anderen Seite trennt das LBN-Modell, das zuerst im Baram-Labor12 entwickelt wurde, das Muttertier nicht von den Jungen, sondern modifiziert vielmehr die Umgebung, in der die Jungtiere aufgezogen werden, und ahmt eine ressourcenarme Umgebung nach12,13. Die Verringerung der Menge an Nistmaterial und die Verhinderung des direkten Zugangs zur Einstreu in diesem Modell führt zu einer Unterbrechung der mütterlichen Versorgung durch die Muttertiere3. Da eine robuste und vorhersagbare mütterliche Fürsorge für die ordnungsgemäße Entwicklung kognitiver und emotionaler Gehirnschaltkreise erforderlich ist14, kann eine fragmentierte mütterliche Fürsorge durch LBN zu einer Reihe von Ergebnissen führen, darunter eine überaktive Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA), ein verschobenes exzitatorisch-inhibitorisches Gleichgewicht in mehreren Hirnregionen, erhöhte Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH)-Spiegel und depressives Verhalten bei den Nachkommen13. 15,16,17,18,19.
Der genaue Mechanismus, durch den ELA zu einem erhöhten Risiko für neuropsychiatrische Störungen führt, ist nicht vollständig verstanden. Es wird angenommen, dass es mit Veränderungen in den Schaltkreisen der HPA-Achse zusammenhängt19,20, und neuere Erkenntnisse zeigen, dass dies durch Veränderungen in der synaptischen Beschneidung der Mikroglia verursacht werden kann19. Es hat sich gezeigt, dass das LBN-Modell ein entscheidendes Instrument ist, um den Einfluss der perinatalen Umgebung auf die Gehirnentwicklung und die langfristigen Verhaltensergebnisse zu verstehen. Obwohl dieses Modell ursprünglich für Ratten entwickelt wurde, wurde es auch für Mäuse angepasst, um die Vorteile der bestehenden transgenen Werkzeuge zu nutzen 12,13. Bemerkenswert ist, dass das Modell bei beiden Spezies sehr ähnlich ist und hochgradig konvergente Ergebnisse hervorruft, wie z. B. Veränderungen in der HPA-Achse, kognitive Defizite und depressives Verhalten, was seinen speziesübergreifenden Nutzen und sein translationales Potenzial unterstreicht. In diesem Artikel wird detailliert beschrieben, wie das Modell der begrenzten Einstreu und Nistung bei Mäusen angewendet werden kann, indem das Verhalten der Mutter und die Ergebnisse der Nachkommen gesammelt und analysiert werden, um die Wirksamkeit des Modells und die erwarteten Ergebnisse zu validieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieser Artikel enthält ein detailliertes Protokoll zur Anwendung des LBN-Modells bei Mäusen. Dieses Modell ist ein wichtiges Instrument, um zu verstehen, wie eine ethologisch und translational relevante Form von chronischem Stress im frühen Leben zur Entwicklung neuropsychiatrischer Störungen bei den Nachkommen beiträgt13. Es ist auch nützlich, um das Verhalten von Müttern und Veränderungen im Gehirn der Muttertiere aus molekularer, neuroendokriner oder schaltkreisbasierter Perspektive zu …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch den NIMH K99/R00 Pathway to Independence Award #MH120327, den Whitehall Foundation Grant #2022-08-051 und den NARSAD Young Investigator Grant #31308 der Brain & Behavior Research Foundation und der John and Polly Sparks Foundation. Die Autoren danken der Abteilung für Tierressourcen an der Georgia State University für die außergewöhnliche Pflege unserer Tiere und Ryan Sleeth für seine hervorragende technische Unterstützung bei der Einrichtung und Wartung unseres Videomanagementsystems. Dr. Bolton möchte sich auch bei Dr. Tallie Z. Baram für die hervorragende Ausbildung in der korrekten Umsetzung des LBN-Modells während ihres Postdoc-Stipendiums bedanken.
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 |
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