מצע וקינון מוגבלים כמודל למצוקות בגיל צעיר בעכברים
Summary
פרוטוקול זה מתאר מודל של בעלי חיים לחקר האופן שבו מצוקה בגיל צעיר, הנגרמת על ידי סביבה ענייה וטיפול אימהי בלתי צפוי במהלך התקופה המוקדמת שלאחר הלידה, משפיעה על התפתחות המוח ועל הסיכון העתידי להפרעות נפשיות.
Abstract
מצוקה בגיל צעיר (ELA), כגון התעללות, הזנחה, מחסור במשאבים וסביבה ביתית בלתי צפויה, היא גורם סיכון ידוע לפיתוח הפרעות נוירופסיכיאטריות כגון דיכאון. מודלים של בעלי חיים עבור ELA שימשו לחקר ההשפעה של לחץ כרוני על התפתחות המוח, ובדרך כלל מסתמכים על מניפולציה של איכות ו / או כמות הטיפול האימהי, שכן זהו המקור העיקרי לחוויות חיים מוקדמות אצל יונקים, כולל בני אדם. כאן מסופק פרוטוקול מפורט לשימוש במודל Limited Bedding and Nesting (LBN) בעכברים. מודל זה מחקה סביבה דלת משאבים, המעוררת דפוסים מקוטעים ובלתי צפויים של טיפול אימהי במהלך חלון התפתחותי קריטי (ימים 2-9 לאחר הלידה) על ידי הגבלת כמות חומרי הקינון הניתנים לסכר לבניית קן לגורים והפרדת העכברים מהמצעים באמצעות פלטפורמת רשת בכלוב. נתונים מייצגים מסופקים כדי להמחיש את השינויים בהתנהגות האימהית, כמו גם את הירידה במשקל הגור והשינויים ארוכי הטווח ברמות הקורטיקוסטרון הבסיסי, הנובעים ממודל LBN. כבוגרים, צאצאים שגדלו בסביבת LBN הוכחו כמפגינים תגובת דחק חריגה, ליקויים קוגניטיביים והתנהגות דמוית אנהדוניה. לכן, מודל זה הוא כלי חשוב להגדיר כיצד ההבשלה של מעגלי מוח רגישים ללחץ משתנה על ידי ELA וגורמת לשינויים התנהגותיים ארוכי טווח המקנים פגיעות להפרעות נפשיות.
Introduction
התקופה המוקדמת שלאחר הלידה היא חלון התפתחותי קריטי שבו השפעות סביבתיות יכולות לשנות את מסלול ההתפתחות. לדוגמה, מצוקה בגיל צעיר (ELA) יכולה לשנות את התפתחות המוח כדי לעורר שינויים ארוכי טווח בתפקוד הקוגניטיבי והרגשי. דוגמאות של ELA כוללות התעללות פיזית או רגשית, הזנחה, משאבים לא מספיקים, וסביבה ביתית בלתי צפויה המתרחשת במהלך הילדות או ההתבגרות1. ידוע כי ELA הוא גורם סיכון להתפתחות הפרעות כגון דיכאון, הפרעת שימוש בחומרים, הפרעת דחק פוסט טראומטית (PTSD) וחרדה 2,3,4,5. זה חשוב בהתחשב בכך שרמות העוני בקרב ילדים בארה”ב יותר מהכפילו את עצמן לאחרונה, מ-5.2% ב-2021 ל-12.4% ב-20226, ולמרות שהעוני עצמו אינו בהכרח ELA, הוא כן מגדיל את ההסתברות לסוגים שונים של ELA7.
מודלים של בעלי חיים היו חיוניים זה מכבר להבנת ההשפעות של לחץ נפשי בגיל צעיר על התפתחות המוח ועל התוצאות של מבוגרים. שני המודלים העיקריים של בעלי חיים המשמשים בשנים האחרונות לניתוח התופעה הם הפרדה אימהית (MS) וסביבה ענייה הנגרמת על ידי מצע מוגבל וחומרי קינון (LBN). טרשת נפוצה פותחה כמודל של חסך הורי8. בתוכו, סכרי מכרסמים נלקחים מהגורים שלהם, בדרך כלל למספר שעות, כל יום עד לגמילה8. פרדיגמת הטרשת הנפוצה נמצאה כגורמת להתנהגויות דיכאוניות וחרדתיות בבגרות9, כמו גם לתגובה חריגה ללחץ כרוני10,11. לעומת זאת, מודל LBN, שפותח לראשונה במעבדת ברעם12, אינו מפריד את הסכר מהגורים, אלא משנה את הסביבה שבה מגדלים את הגורים, ומחקה סביבה דלת משאבים12,13. הפחתת כמות חומר הקינון ומניעת גישה ישירה למצעים בדגם זה גורמת לשיבוש הטיפול האימהי מהסכרים3. מאחר שטיפול אימהי חזק וצפוי נדרש להתפתחות תקינה של מעגלי מוח קוגניטיביים ורגשיים14, טיפול אימהי מקוטע מ-LBN יכול לגרום למגוון תוצאות, כולל ציר פעיל יתר על המידה של היפותלמוס-יותרת המוח-יותרת הכליה (HPA), שינוי איזון מעכב-עירור באזורים מרובים במוח, רמות מוגברות של הורמון משחרר קורטיקוטרופין (CRH) והתנהגות דמוית דיכאון בצאצאים13, 15,16,17,18,19.
המנגנון המדויק שבו ELA גורם לסיכון מוגבר להפרעות נוירופסיכיאטריות אינו מובן לחלוטין. הוא חשב להיות קשור לשינויים במעגלי ציר HPA19,20, וראיות אחרונות מראות כי זה עשוי להיגרם על ידי שינויים בגיזום סינפטי מיקרוגליאלי19. מודל LBN הוכח ככלי חיוני להבנת השפעת הסביבה הפרינטלית על התפתחות המוח ותוצאות התנהגותיות ארוכות טווח. למרות שמודל זה פותח בתחילה עבור חולדות, הוא הותאם גם לעכברים על מנת לנצל את הכלים הטרנסגניים הקיימים 12,13. יש לציין כי המודל דומה מאוד בשני המינים ומעורר תוצאות מתכנסות מאוד, כגון שינויים בציר HPA, ליקויים קוגניטיביים והתנהגות דמוית דיכאון, ובכך מדגיש את התועלת חוצת המינים שלו ואת הפוטנציאל התרגומי שלו. מאמר זה יספק תיאור מפורט של אופן השימוש במודל המצע והקינון המוגבל בעכברים, איסוף וניתוח התנהגות אימהית ותוצאות צאצאים כדי לאמת את יעילות המודל ואת התוצאות הצפויות.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מספק פרוטוקול מפורט ליישום מודל LBN בעכברים. מודל זה הוא כלי חשוב להבנת האופן שבו צורה אתולוגית ותרגומית רלוונטית של לחץ כרוני בראשית החיים תורמת להתפתחות הפרעות נוירופסיכיאטריות בצאצאים13. הוא שימושי גם לחקר התנהגות אימהית וכל שינוי במוח הסכרים מנקודת מבט מולקולרית, נ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי NIMH K99/R00 Pathway to Independence Award #MH120327, מענק קרן Whitehall #2022-08-051, ומענק חוקר צעיר NARSAD #31308 מהקרן לחקר המוח וההתנהגות וקרן ג’ון ופולי ספארקס. המחברים רוצים להודות למחלקה למשאבי בעלי חיים באוניברסיטת מדינת ג’ורג’יה על מתן טיפול יוצא דופן לבעלי החיים שלנו., ולראיין סלית’ על התמיכה הטכנית המצוינת שלו בהקמה ותחזוקה של מערכת ניהול הווידאו שלנו. ד”ר בולטון רוצה גם להודות לד”ר טלי ז. ברעם על הכשרה מצוינת ביישום נכון של מודל LBN במהלך הפוסט-דוקטורט שלה.
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
- Warhaftig, G., Almeida, D., Turecki, G. Early life adversity across different cell- types in the brain. Neurosci Biobehav Rev. 148, 105113 (2023).
- 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).
- Molet, J., et al. Fragmentation and high entropy of neonatal experience predict adolescent emotional outcome. Transl Psychiatry. 6 (1), e702 (2016).
- 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).
- Andersen, S. L. Neuroinflammation, early-life adversity, and brain development. Harv Rev Psychiatry. 30 (1), 24-39 (2022).
- Shrider, E. A., Creamer, J. . Poverty in the United States: 2022. , P60-P280 (2023).
- Roos, L. L., Wall-Wieler, E., Lee, J. B. Poverty and early childhood outcomes. Pediatrics. 143 (6), e20183426 (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Glynn, L. M., Baram, T. Z. The influence of unpredictable, fragmented parental signals on the developing brain. Front Neuroendocrinol. 53, 100736 (2019).
- Karst, H., et al. Acceleration of GABA-switch after early life stress changes mouse prefrontal glutamatergic transmission. Neuropharmacology. 234, 109543 (2023).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dahmen, B., et al. Effects of early-life adversity on hippocampal structures and associated HPA axis functions. Dev Neurosci. 40 (1), 13-22 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Gallo, M., et al. Limited bedding and nesting induces maternal behavior resembling both hypervigilance and abuse. Front behav neurosci. 13, 167 (2019).
- 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).
- Johnson, F. K., et al. Amygdala hyper-connectivity in a mouse model of unpredictable early life stress. Transl Psychiatry. 8 (1), 49 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Julie-Anne, B., et al. Reactivation of early-life stress-sensitive neuronal ensembles contributes to lifelong stress hypersensitivity. J Neurosci. 43 (34), 5996 (2023).
- 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).
- Block, C. L., et al. Prenatal environmental stressors impair postnatal microglia function and adult behavior in males. Cell Rep. 40 (5), 111161 (2022).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
.