Kronisk stress shifts indsats-relaterede valg adfærd i en Y-Maze Barrier Opgave i Mus

Summary

Den Y-labyrint barriere opgave er en adfærd test, der undersøger motivation til at forbruge indsats for belønning. Her diskuterer vi test af flere velvaliderede kroniske stressfaktorer, herunder kronisk corticosteron og social nederlag stress med denne adfærd, samt den nye kroniske ikke-diskriminerende sociale nederlag stress (CNSDS), som er effektiv hos kvinder.

Abstract

Humørsvingninger, herunder svær depressiv lidelse, kan udfældes af kronisk stress. Y-labyrint barriere opgave er en indsats-relaterede valg test, der måler motivation til at forbruge indsats og opnå belønning. Hos mus påvirker kronisk stresseksponering i høj grad motivationen til at arbejde for en højere værdibelønning, når en mindre værdibelønning er frit tilgængelig sammenlignet med ustressede mus. Her beskriver vi den kroniske corticosterone administration paradigme, som producerer et skift i anstrengende reagerer i Y-labyrint barriere opgave. I Y-labyrinten opgave, den ene arm indeholder 4 fødevarer pellets, mens den anden arm indeholder kun 2 pellets. Efter mus lærer at vælge den høje belønning arm, barrierer med gradvist stigende højde er derefter indført i den høje belønning arm over flere test sessioner. Desværre, de fleste kroniske stress paradigmer (herunder corticosterone og sociale nederlag) blev udviklet i mandlige mus og er mindre effektive i kvindelige mus. Derfor diskuterer vi også kronisk ikke-diskriminerende social nederlag stress (CNSDS), en stress paradigme vi udviklet, der er effektiv i både mandlige og kvindelige mus. Gentage resultater med flere forskellige kroniske stressfaktorer i mandlige og kvindelige mus kombineret med øget brug af translationelt relevante adfærdsopgaver vil bidrage til at fremme forståelsen af, hvordan kronisk stress kan udløse affektive sindslidelser.

Introduction

Humørsvingninger som depression og angst er meget udbredt i dagens samfund. Årtiers arbejde har løbende søgt efter forbedrede behandlinger og relevante gnavere modeller til at studere disse komplekse lidelser¹. Kronisk stress er en medvirkende faktor for affektive sindslidelser som depression². Derfor kronisk stress paradigmer såsom kronisk social nederlag stress (SDS) og kronisk kortikosteron administration (CORT) blev udviklet i mandlige mus og er nu meget udbredt til at vurdere de neurobiologiske og adfærdsmæssige virkninger af kronisk stress eksponering. De mest udbredte adfærdsmæssige tests til vurdering af kroniske stresseffekter omfatter opgaver forbundet med undgåelse adfærd, såsom forhøjet plus labyrint, åbent felt, og nyhed undertrykt fodring, eller med antidepressiv effekt, såsom tvungen svømme test. Men disse adfærdsmønstre hos gnavere velsagtens mangler ansigt og, endnu vigtigere, prædiktiv gyldighed og translationel relevans for menneskelige lidelser såsom depression.

En populær kronisk stress paradigme, kronisk uforudsigelig mild stress (CUMS), er blevet valideret i udstrakt grad ved hjælp af adfærd såsom saccharose præference³. CUMS reducerer præferencen for en 1 % saccharoseopløsning sammenlignet med vand og fortolkes historisk som anhedonia-relateret adfærd^4,5. Denne reduktion i saccharosepræference er dog ikke observeret hos mennesker med svær depressiv lidelse^6,7. Desuden er saccharose præference ikke giver mulighed for undersøgelse af anstrengende belønning motivation.

For nylig har nogle forskning flyttet fokus til andre adfærdsmønstre forbundet med motivation og belønning^8,9. Disse opgaver har lovende translationel værdi, fordi relativt lignende adfærd vurderinger kan udføres i både mennesker og gnavere. Her beskriver vi CORT og SDS paradigmer og deres virkninger i en Y-labyrint barriere adfærdsmæssige opgave, der måler motivation til at udøve indsats for belønning. Vi diskuterer derefter et nyt kronisk stressparadigme, som vi udviklede, kronisk ikke-diskriminerende stress for socialt nederlag (CNSDS), som er effektivt hos både han- og hunmus.

Kronisk corticosterone administration (CORT) er et paradigme designet til at efterligne kronisk stress uden faktiske stress eksponeringer. Aktivering af hypothalamus-hypofyse-binyreakse ved stress resulterer i endogen frigivelse af binyresteroid cortisol hos mennesker^10,,11,,12 og corticosteron i mus^13,14. Levering af kortikosteron gennem drikkevandet af voksne mandlige mus i mindst 4 uger resulterer i maladaptive adfærdsmæssige reaktioner i undgåelse opgaver såsom åbent felt, forhøjet plus labyrint, og nyhed undertrykt fodring^{10,,11,,12,13,14,15,16}. Interessant, CORT påvirker også belønning behandling i instrumentale opgaver^16,17,18,19. CORT paradigme beskrevet her producerer en konsekvent serum koncentration på under 100 ng / ml CORT, hvilket er mere end fem gange mindre end den, der produceres af en akut stressor såsom tvungen svømme¹⁵. Derfor er det usandsynligt, at kronisk ADMINISTRATION AF CORT vil forårsage hypercortisolemia. Mens kronisk CORT kun er effektiv i mandlige mus²⁰, vi for nylig vist, at det producerer en robust skift i anstrengende reagerer i Y-labyrint barriere opgave²¹. Så meget som vi ved, dette var en af de første undersøgelser til at undersøge virkningerne af kronisk stress på en indsats-relaterede valg adfærd i mandlige mus²¹. En tidligere undersøgelse viste først virkningen af akut tilbageholdenhedsstress på indsatsbaseret beslutningstagning hos rotter²². I indsats-relaterede valg adfærd, et dyr vælger at enten udøve indsats for en høj værdi belønning eller acceptere en lavere værdi belønning, der er mere frit tilgængelige. Hos mennesker, indsats-udgifter til belønninger opgave (EEfRT), er et computerspil udviklet til at være analog med indsats-relaterede valg opgaver i mus²³. Depression resulterer i maladaptive reaktioner i EEfRT (nedsat sandsynlighed for at vælge hårde opgaver for høj værdi belønninger). Derfor er indsatsrelaterede valgopgaver hos gnavere særligt interessante på grund af deres translationelle relevans.

Kronisk social nederlag stress (SDS) er en af de mere udbredte prækliniske stress modeller i mandlige mus. Det er en 10-dages protokol, hvor store, aggressive pensionerede opdrætter CD-1 hanner angreb eksperimentelle mus, typisk C57BL/6J, i 5 min daglige sessioner²⁴. Dette producerer en robust maladaptive adfærdsmæssige fænotype i en delmængde af eksperimentelle mus. En social interaktion test bruges til at stratificere mus i modstandsdygtige eller modtagelige populationer til nederlag stress, og flere undersøgelser har brugt denne unikke egenskab ved SDS at sonde de molekylære og neurale kredsløb mekanismer underliggende stress afhængighed og modtagelighed. Her beskriver vi detaljerne i CORT paradigme og dens gennemførelse for Y-labyrint barriere adfærdsmæssige opgave. Vi diskuterer også SDS effekter i Y-labyrint barriere opgave. Den Y-labyrint barriere opgave er baseret på T-labyrint barriere opgave, som primært anvendes i rotter til at måle motivation til at forbruge indsats for høj eller lav belønninger til stede i de to arme af labyrinten^8,9,25. Denne opgave er også blevet gennemført for at studere anstrengende reagerer i mus administreret koffein eller dopamin antagonister i mus²⁶. Gnavere kan enten forbruge en større indsats ved at klatre barrierer gradvist stigende højde i den ene arm af labyrinten for en højere belønning værdi, typisk 4 belønning pellets, eller forbruge betydeligt mindre indsats i den anden arm af labyrinten til at modtage kun 2 belønning pellets⁹. 10-dages sociale nederlag paradigmer producere en robust maladaptive fænotype i modtagelige mus, der varer ca 30 dage, så vi ændrede Y-labyrint barriere opgave til hurtigere at træne og teste dyr for at fuldføre alle eksperimenter inden for denne 30-dages tidsramme²⁴. Derfor, her har vi også detaljer en Y-labyrint barriere adfærdsmæssige opgave protokol, der indeholder kondenserede træningssessioner og enkelt barriere test sessioner til at måle motivation til at forbruge indsats for belønning i kronisk stress-eksponerede mus.

Desværre, både kronisk kortikosteron og kronisk social nederlag stress blev udviklet i mandlige mus og er mindre effektive i kvindelige mus. Dette er meget problematisk, da kvinder er mere tilbøjelige end mænd til at blive diagnosticeret med affektive sindslidelser såsom depression¹. Smarte tilpasninger til SDS har tilladt brug i hunmus, men kræver vanskelige operationer eller kedelig^{urinopsamling 26,27}. Vi har for nylig beskrevet en simpel ændring af SDS paradigme, kaldet kronisk ikke-diskriminerende sociale nederlag stress (CNSDS). CNSDS giver mulighed for modtagelig og modstandsdygtig lagdeling af både forsøgsmus og^{hunmus 28}. Både kvindelige og mandlige modtagelige mus udsat for CNSDS viser øget undgåelse af åbne arme i forhøjet plus labyrint og af centrum i åbent felt og vise øget ventetid at spise i nyhed-undertrykt fodring. CNSDS også er mere effektiv end andre ændringer af SDS, som begge køn er kombineret i nederlag sessioner. Dette resulterer i et øget udbytte af eksperimentelle mus uden en tilhørende stigning i tid og kræfter, der kræves for at fuldføre protokollen. Derfor afslutter vi dette manuskript med en dybdegående præsentation af dette nyligt udviklede kroniske stressparadigme.

Protocol

Disse forsøg blev udført i overensstemmelse med NIH laboratorium dyrepleje retningslinjer og godkendt af Rutgers University Institutional Animal Care and Use Committee. 1. Kronisk kortikosteron (CORT) Tilfældigt tildele mus til behandlingsgrupper. Tilfældigt opdele voksne mandlige C57BL/6J mus i Køretøj og Corticosterone (CORT) grupper. Hus køretøj mus i forskellige bure, og CORT mus i andre, som deres behandling leveres via burets vandflaske. Mærk særlig…

Representative Results

Kronisk CORT blev administreret i 4 uger efterfulgt af Y-labyrint barriere uddannelse og test (Figur 1A). I en separat kohorte, 10-dages SDS paradigme blev ligeledes efterfulgt af uddannelse og test i Y-labyrint barriere opgave (Figur 1C), at bestemme effekten af disse kroniske stress paradigmer på indsats-relaterede valg adfærd i mandlige mus. Kronisk CORT og SDS både reduceret gennemsnitlige kropsvægt i forhold til vehicle mus og SDS Control mus som bestem…

Discussion

Mens den kroniske CORT paradigme giver en konstant CORT dosis i drikkevandet, fra erfaring kan der være nogle variation i mængden forbruges af mus. Desuden kan forbruget kun vurderes for det samlede bur, og et gennemsnit taget baseret på antallet af mus i buret. Derudover kan spild opstå ved vejning af flaskerne, overførsel af musene til adfærdstest eller ved skift til et nyt bur. Men, sporing Køretøj og CORT forbrug er stadig muligt og præcis på tværs af ugers behandling og adfærd test. Vi anbefaler på det …

Materials

Acrylic Sheet	McMaster Carr	8560K215	Clear, 3/16" thick, 24" X 36"
Beta-cyclodextrin	Sigma-Aldrich	C4767	500 mg
C57BL/6J Mice	Jackson Labs	000664	Adults age 7-8 weeks
Corticosterone	Sigma-Aldrich	C2505 or C27840	100 or 500 mg
Male CD-1 Mice	Charles River	022	"Retired Breeders"
PVC Acrylic Sheet	McMaster Carr	8560K215	White, 3/16" thick, 48" X 48"
Solidstate Ultrasonic Cleaner	Fisher Scientific	FS-28	Must reach 40 kHz
Steel Wire Cloth	McMaster Carr	9219T143	1 ft X 2 ft