Summary

Farelerde Erken Yaşam Sıkıntısı için Bir Model Olarak Sınırlı Yatak Takımı ve Yuvalama

Published: July 12, 2024
doi:

Summary

Bu protokol, doğum sonrası erken dönemde yoksul bir çevre ve öngörülemeyen anne bakımının neden olduğu erken yaşam sıkıntılarının beyin gelişimini ve gelecekteki zihinsel bozukluk riskini nasıl etkilediğini incelemek için bir hayvan modelini açıklamaktadır.

Abstract

İstismar, ihmal, kaynak eksikliği ve öngörülemeyen bir ev ortamı gibi erken yaşam sıkıntıları (ELA), depresyon gibi nöropsikiyatrik bozuklukların gelişmesi için bilinen bir risk faktörüdür. ELA için hayvan modelleri, kronik stresin beyin gelişimi üzerindeki etkisini incelemek için kullanılmıştır ve tipik olarak, insanlar da dahil olmak üzere memelilerde erken yaşam deneyimlerinin ana kaynağı olduğundan, anne bakımının kalitesini ve / veya miktarını manipüle etmeye dayanır. Burada, farelerde Sınırlı Yataklama ve Yuvalama (LBN) modelini kullanmak için ayrıntılı bir protokol sağlanmıştır. Bu model, yavruları için bir yuva inşa etmek için baraja verilen yuvalama malzemelerinin miktarını sınırlayarak ve fareleri kafesteki bir ağ platformu aracılığıyla yataktan ayırarak, kritik bir gelişimsel pencerede (doğum sonrası 2-9. günler) parçalanmış ve öngörülemeyen anne bakımı kalıplarını kışkırtan düşük kaynaklı bir ortamı taklit eder. LBN modelinden kaynaklanan anne davranışındaki değişikliklerin yanı sıra azalan yavru ağırlıklarını ve bazal kortikosteron seviyelerindeki uzun vadeli değişiklikleri göstermek için temsili veriler sağlanmıştır. Yetişkinler olarak, LBN ortamında yetiştirilen yavruların anormal bir stres tepkisi, bilişsel eksiklikler ve anhedoni benzeri davranışlar sergilediği gösterilmiştir. Bu nedenle, bu model, strese duyarlı beyin devrelerinin olgunlaşmasının ELA tarafından nasıl değiştirildiğini ve zihinsel bozukluklara karşı savunmasızlık sağlayan uzun vadeli davranış değişikliklerine yol açtığını tanımlamak için önemli bir araçtır.

Introduction

Doğum sonrası erken dönem, çevresel etkilerin gelişimin yörüngesini değiştirebileceği kritik bir gelişimsel penceredir. Örneğin, erken yaşam sıkıntısı (ELA), bilişsel ve duygusal işlevlerde uzun vadeli değişikliklere neden olmak için beyin gelişimini değiştirebilir. ELA örnekleri arasında fiziksel veya duygusal istismar, ihmal, yetersiz kaynaklar ve çocukluk veya ergenlik döneminde meydana gelen öngörülemeyen bir ev ortamı yer alır1. ELA’nın depresyon, madde kullanım bozukluğu, travma sonrası stres bozukluğu (TSSB) ve anksiyete gibi bozuklukların gelişimi için bir risk faktörü olduğu bilinmektedir 2,3,4,5. Bu, ABD’deki çocukluk çağı yoksulluğu düzeylerinin 2021’de %5,2’den 2022’de %12,4’e çıkarak son zamanlarda iki kattan fazla arttığı göz önüne alındığındaönemlidir 6 ve yoksulluğun kendisi mutlaka ELA olmasa da, çeşitli ELA türlerinin olasılığını artırır7.

Hayvan modelleri, erken yaşam stresinin beyin gelişimi ve yetişkin sonuçları üzerindeki etkilerini anlamak için uzun zamandır gerekli olmuştur. Son yıllarda bu fenomeni incelemek için kullanılan iki ana hayvan modeli, anne ayrılması (MS) ve sınırlı yatak ve yuvalama malzemelerinin (LBN) neden olduğu yoksul bir ortamdır. MS, ebeveyn yoksunluğunun bir modeli olarak geliştirilmiştir8. İçinde, kemirgen barajları, sütten kesilene kadar her gün birkaç saat boyunca, genellikle birkaç saat yavrularından alınır8. MS paradigmasının yetişkinliktedepresif ve anksiyete benzeri davranışlara 9 ve kronik strese karşı anormal bir tepkiyeneden olduğu bulunmuştur 10,11. Öte yandan, ilk olarak Baram laboratuvarında12 geliştirilen LBN modeli, barajı yavrulardan ayırmaz, bunun yerine yavruların yetiştirildiği ortamı değiştirerek düşük kaynaklı bir ortamı taklit eder12,13. Bu modelde yuvalama materyali miktarının azaltılması ve yataklara doğrudan erişimin engellenmesi, barajlardan kaynaklanan anne bakımının aksamasına neden olur3. Bilişsel ve duygusal beyin devrelerinin14 düzgün gelişimi için sağlam ve öngörülebilir anne bakımı gerektiğinden, LBN’den parçalanmış anne bakımı, aşırı aktif Hipotalamik-Hipofiz-Adrenal (HPA) ekseni, çoklu beyin bölgelerinde kaydırılmış uyarıcı-inhibitör denge, artmış kortikotropin salgılayan hormon (CRH) seviyeleri ve yavrularda depresif benzeri davranış13, 15,16,17,18,19.

ELA’nın nöropsikiyatrik bozukluklar için artmış riskle sonuçlandığı kesin mekanizma tam olarak anlaşılamamıştır. HPA eksen devresindeki(19,20) değişikliklerle ilgili olduğu düşünülmektedir ve son kanıtlar bunun mikroglial sinaptik budama19’daki değişikliklerden kaynaklanabileceğini göstermektedir. LBN modelinin, perinatal ortamın beyin gelişimi ve uzun vadeli davranışsal sonuçlar üzerindeki etkisini anlamak için çok önemli bir araç olduğu gösterilmiştir. Bu model başlangıçta sıçanlar için geliştirilmiş olsa da, mevcut transgenik araçlardan yararlanmak için fareler için de uyarlanmıştır12,13. Özellikle, model her iki türde de çok benzerdir ve HPA eksenindeki değişiklikler, bilişsel eksiklikler ve depresif benzeri davranışlar gibi oldukça yakınsak sonuçlara neden olur, böylece türler arası faydasını ve translasyon potansiyelini vurgular. Bu makale, farelerde sınırlı yatak ve yuvalama modelinin nasıl kullanılacağına, modelin etkinliğini ve beklenen sonuçları doğrulamak için anne davranışı ve yavru sonuçlarının nasıl toplanacağına ve analiz edileceğine dair ayrıntılı bir açıklama sağlayacaktır.

Protocol

Hayvanlarla ilgili tüm prosedürler, Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu’na uygun olarak gerçekleştirildi ve Georgia Eyalet Üniversitesi’nden Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylandı (onay numarası A24011). Fareler, Georgia Eyalet Üniversitesi’ndeki Hayvan Tesislerinde yetiştirildi ve bakımı yapıldı. Deneyler, perinatal dönemde (doğum sonrası gün [P] 2-10) bir C57BL / 6J suşu üzerinde gerçekleştirildi ve erkekleri ve …

Representative Results

Temsili sonuçlar, LBN kafeslerinde yoksul bir çevre tarafından uygulanan ELA’nın, barajlardan ve yavruların fizyolojik sonuçlarından kaynaklanan anne bakımını nasıl etkilediğini göstermektedir. Anne bakım davranışındaki günlük entropi, P3-P6 günlerinde LBN’de daha yüksektir (F1,58 = 7.21, p = 0.0094; Şekil 2A) ve bu zaman periyodundan itibaren her bir barajın ortalama entropisi (t15 = 3.03, p = 0.0085; Şekil…

Discussion

Bu makale, farelerde LBN modelini uygulamak için ayrıntılı bir protokol sağlar. Bu model, erken yaşamda etolojik ve translasyonel olarak ilgili bir kronik stres biçiminin yavrularda nöropsikiyatrik bozuklukların gelişimine nasıl katkıda bulunduğunu anlamak için önemli bir araçtır13. Anne davranışını ve barajların beynindeki herhangi bir değişikliği moleküler, nöroendokrin veya devre tabanlı bir bakış açısıyla incelemek için de yararlıdır24</sup…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma, Beyin ve Davranış Araştırma Vakfı ve John ve Polly Sparks Vakfı’ndan NIMH K99/R00 Bağımsızlığa Giden Yol Ödülü #MH120327, Whitehall Vakfı Hibe #2022-08-051 ve NARSAD Genç Araştırmacı Hibe #31308 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, hayvanlarımıza olağanüstü bakım sağladıkları için Georgia Eyalet Üniversitesi Hayvan Kaynakları Bölümü’ne ve video yönetim sistemimizin kurulması ve sürdürülmesindeki mükemmel teknik desteği için Ryan Sleeth’e teşekkür eder. Dr. Bolton ayrıca, doktora sonrası bursu sırasında LBN modelinin uygun şekilde uygulanması konusunda mükemmel eğitim için Dr. Tallie Z. Baram’a teşekkür eder.

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