사회적 위협-안전성 테스트로 심리사회적 스트레스 관련 표현형 밝혀

Summary

사회적 위협-안전 테스트는 혐오적 조건 학습 및 사회적 위협-안전 차별 능력의 측정으로서 사회적 회피 발달을 동시에 평가할 수 있으며, 둘 다 만성적으로 사회적으로 패배한 수컷 쥐의 단일 그룹 내에서 스트레스에 취약하고 스트레스 탄력적인 개인을 식별하는 데 사용됩니다.

Abstract

사회적 스트레스는 정신 장애 발병의 주요 원인이다. 전임상 연구의 중개 가치를 높이려면 사회적 스트레스 경험과 마우스에 대한 행동 영향이 인간과 비슷해야 합니다. 만성 사회적 패배(CSD)는 신체적 공격과 감각적 위협을 수반하는 일종의 사회적 스트레스를 활용하여 인간의 정서 장애와 유사한 정신 기능 장애를 유발합니다. CSD의 심리사회적 요소를 강화하기 위해 10일 CSD 프로토콜을 적용했는데, 이 프로토콜은 매일의 신체적 공격을 3번의 10초 에피소드로 표준화한 후 24시간 감각 단계를 수행했습니다. 10^번째 감각 단계 후, CSD 프로토콜은 사회적 위협-안전 테스트(STST)라고 하는 정교한 행동 분석이 뒤따릅니다. 스트레스 후 행동 분석은 사회적 스트레스 요인이 행동에 어떻게 그리고 어느 정도 영향을 미쳤는지 결정해야 합니다. STST는 만성적으로 사회적으로 패배한 수컷 마우스가 2개의 새로운 수컷 개체(사회적 표적)와 상호 작용할 수 있도록 합니다: 하나는 CSD 기간 동안 발생한 공격 균주의 사회적 표적이고 다른 하나는 새로운 균주의 사회적 표적입니다. 둘 다 3개의 챔버가 있는 테스트 경기장의 다른 구획에서 동시에 제공됩니다. 이 테스트를 통해 사회적 회피 발달을 동시에 평가하여 성공적인 혐오 조건 학습과 사회적 위협-안전 차별 능력을 측정할 수 있습니다. 두 균주에 대한 사회적 회피의 발달은 일반화된 혐오 반응을 반영하며, 따라서 스트레스 감수성의 측정을 반영합니다. 한편, 공격하는 변종에 대한 사회적 회피의 발달은 위협-안전 차별을 반영하며, 따라서 스트레스 회복력의 척도이다. 마지막으로, 공격하는 변종에 대한 사회적 회피의 부재는 손상된 혐오적 조건학습을 반영한다. 이 프로토콜은 만성적으로 사회적으로 패배한 동물의 단일 그룹을 회복력과 감수성 하위 그룹으로 분류하기 위해 번역 기준, 특히 위협-안전 차별 및 혐오적 반응 일반화를 포함하여 현재 사용되는 스트레스 감수성/회복력 마우스 모델을 개선하여 궁극적으로 미래의 번역 접근 방식을 발전시키는 것을 목표로 합니다.

Introduction

스트레스는 신체적 또는 심리적 자극에 의해 야기되는 항상성의 붕괴로 정의된다¹. 스트레스는 외상 후 스트레스 장애, 우울증 및 불안과 같은 정신 장애 발병의 주요 위험 요인으로 잘 알려져 있습니다 ^2,3. 특히 사회적 스트레스는 스트레스 관련 정신질환 발병의 주요 위험인자로 꼽힌다⁴. 연구에서 특히 중요시되고 있는 사회적 스트레스의 한 유형은 사회적 종속 스트레스(social subordination stress)⁵이다. 생쥐는 인간과 마찬가지로 다양한^{사회적 행동6}을 할 수 있어 사회적 스트레스와 관련된 연구에 적합하다. 실험실 환경에서 성인 쥐가 집단 수용 될 때, 그들은 랭크⁷의 형성과 관련된 사회 구조를 확립합니다. 따라서, 콜로니 모델은 생쥐의 혼성 집단에서 자연적으로 확립된 사회적 위계의 효과를 연구하기 위해 고안되었다⁸. 수년에 걸쳐 사회적 종속 스트레스를 활용하기 위해 동성 그룹 모델, 사회적 불안정 모델 및 침입자-식민지 모델을 포함한 식민지 모델의 변형이 개발되었습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 남성 거주자-침입자 모델로 알려진 특정 변형이 문헌에서 대중화되어 사회적 복잡성을 거주자와 침입자라는 두 마리의 쥐로 단순화했습니다. 침입자로 알려진 관심 동물은 거주자 또는 침략자로 알려진 더 크고 나이가 많고 은퇴 한 사육자의 케이지에 배치됩니다. 그런 다음 거주자는 대결의 방법으로 침입자를 물리적으로 공격하여 거주자가 지배적이고 침입자가 종속되는 사회적 위계를 설정합니다. 대립이 일회성 사건일 때 “급성”(“급성 사회적 패배 모델”)으로 분류되는 반면, 며칠(보통 10일)에 걸쳐 반복되는 대립은 “만성”(“만성적 사회적 패배 모델”)으로 알려져 있습니다. 만성 사회적 패배(CSD) 모델에서 공격은 간헐적이며 일반적으로 물리적 단계라고 하는 5-10분⁹의 기간으로 제한됩니다. 물리적 단계 이후, 침입자와 거주자는 같은 우리에서 하룻밤을 보내고, 그물망 벽으로 반으로 분리되어 신체적 접촉을 제외한 모든 형태의 상호 작용이 허용된다. 감각 단계(sensory phase)로 알려진 이 구성은 직접적인 물리적 대결 대신 위협의 지속적인 출현을 통해 스트레스를 유발한다. 2018년, van der Kooji와 동료들은 신체적 단계¹⁰을 표준화하고 엄격하게 제한함으로써 모델의 심리사회적 요소에 초점을 맞추기 위해 수정된 만성 사회적 패배 치료법을 도입했습니다. 수정된 모델은 신체적 공격을 감각 단계의 에피소드 간 15분 간격으로 발생하는 서로 다른 거주자와의 10초 에피소드 3회로 제한합니다. 세 번째 신체 에피소드 이후, 감각 단계는 밤새 지속됩니다. 이 주기는 에피소드당 새로운 거주자와 함께 10일 연속으로 반복됩니다. 수정된 치료법은 침입자의 신체적 피해가 최소화되고 물리적 공격의 차등 기간으로 인한 결과 변동성이 감소함에 따라 만성적인 사회적 패배 모델의 번역적 타당성을 향상시킵니다.

CSD 모델은 스트레스 관련 질병(예: 우울증, 불안, 외상 후 스트레스 장애)을 연구하는 데 활용되기 때문에 공격성, 기억 및 무쾌감증의 행동 분석을 포함하되 이에 국한되지 않는 행동 후 분석이 선택됩니다. 최근 몇 년 동안, 생쥐를 대상으로 한 CSD 후 행동 분석은 종종 사회성이 어떻게 그리고 어느 정도 영향을 받는지를 평가한다⁹. 사교성은 사회적으로 동종 관계를 피하기보다는 사회적으로 상호 작용하려는 쥐의 타고난 선호로 정의됩니다. 사교성은 스트레스 효과의 영향을 받기 때문에 사회적 회피 발달만을 평가하는 분석법이 확립되었습니다. 스트레스로 인한 사회적 회피는 인간의 사회적 불안과 우울증의 주요 행동 증상 중 하나이기 때문에 번역적 관련성이 있다¹¹. 인간과 마찬가지로 모든 쥐가 CSD 치료 후 사회적 회피를 발달시키는 것은 아니며, 이는 스트레스 반응에 개별성이 있음을 시사합니다. Cohen과 동료들은 개별성의 신경생물학을 연구하기 위한 유망한 접근법으로 컷오프 행동 기준을 제안했다¹². 행동에 기초한 동물 선택은 집단 분열을 초래하며, 이는 유전자 환경 연구의 기초를 강조합니다. 그 후, 상이한 하위집단은 종종 특정 유전적 변이/변형의 뚜렷한 농축을 보여주며, 이는 차례로 상이한 환경 조건 하에서 조사될 수 있다¹³. 따라서, 사회적 회피 발달의 개성은 만성적으로 사회적으로 패배한 수컷 쥐의 단일 그룹을 스트레스 감수성(사회적으로 회피형)과 스트레스 탄력성(사회적으로 회피적이지 않음)의 두 하위 그룹으로 나누기 위해 활용되었습니다 ^9,14. 그러나 마우스의 사회적 회피 표현형을 부적응 또는 적응 행동으로 해석하는 것은 치료(여기서는 CSD) 및 치료 후 행동 분석의 전반적인 맥락에서 고려되어야 합니다. 또한, 치료 후 행동 분석은 사회적 회피 발달뿐만 아니라 사교성의 다른 측면을 이상적으로 평가할 수 있습니다. 우리의 최근 연구는 CSD로 인한 사회적 회피에 조건학습이 관여한다는 것을 밝혔다¹⁵. 구체적으로, CSD에 의한 사회적 회피는 무조건 자극에 대한 조건 자극, 즉 거주자의 공격으로 작용하는 거주자 긴장의 특성에 대한 혐오적 조건 반응입니다. 더욱이, 사회적으로 회피하는 하위 그룹 내에서 일부 개인은 혐오적인 거주자 균주의 특성과 다른 안전한 새로운 균주의 특성을 구별할 수 있는 반면, 다른 개인은 두 균주 모두에 대해 일반화된 사회적 회피를 보입니다. 여기서 우리는 CSD 이후 정교한 행동 분석인 사회적 위협-안전 테스트(STST)¹⁵를 제안합니다. 다른 사회적 상호작용 테스트⁹와 달리, STST는 올바른 혐오적 조건화 반응(즉, 성공적인 조건학습)과 사회적 위협-안전 차별 능력의 측정으로서 사회적 회피 발달을 동시에 평가할 수 있으며, 이 두 가지 모두 만성적으로 사회적으로 패배한 수컷 쥐의 단일 그룹 내에서 스트레스에 취약하고 스트레스 탄력적인 개인을 식별하는 데 활용된다. 사회적 위협-안전 차별 대 혐오적 대응 일반화에 대한 평가는 만성적으로 사회적으로 패배한 동물의 단일 그룹을 회복력 있고 감수성이 있는 하위 그룹으로 분류하는 데 사용되는 번역 기준을 확장합니다.

Protocol

모든 절차는 실험 절차를 위한 동물의 관리 및 사용에 관한 유럽 공동체 이사회 지침에 따라 수행되었으며 지역 당국(Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz)의 승인을 받았습니다. 그림 1 은 도식 타임라인을 나타냅니다. 1. 시술 관심 동물: 생후 7주에 C57BL6/J 수컷 마우스를 확보하고, 도착 시 12시간 연한 주기(점등: 8:00, 소등: 20:00, 23°C, 습도 38…

Representative Results

혐오적 조건 반응의 척도로서의 사회적 상호 작용 지수사회적 상호 작용 지수 ≥1은 빈 메쉬 인클로저의 탐색과 비교하여 각 사회적 대상과의 더 큰 사회적 상호 작용을 반영합니다. 특정 균주의 특성화 형질에 대한 식욕 또는 혐오 경험이 없는 것으로 정의된 기준선 조건(여기서는 대조군에 대한 사회적 목표와 치료 그룹에 대한 129/Sv 사회적 목표 모두)에서 온전한 사교성 수준은 …

Discussion

여기에서 행동 프로토콜은 CSD 치료 후 단일 그룹을 세 개의 다른 하위 그룹으로 나누는 데 사용되는 사회적 위협-안전 테스트를 설명하며, 스트레스 감수성 및 회복력의 기본 생물학을 조사하고 잠재적인 치료법을 테스트하는 방법 역할을 합니다. 철저한 실험 설계를 안내하기 위해 생물학적 맥락과 기술적 세부 사항을 신중하게 고려해야 합니다.

다양한 주거 환경에 따라 공…

Materials

Arenas	Noldus, Sociability cage, Wageningen, the Netherlands	https://www.noldus.com/applications/sociability-cage	Three-chambered, rectangle in shape with a total size of 60 cm x  40 cm, made of acrylic transparent walls and smooth floors
Camera for video recording	Basler AG, Germany An der Strusbek 60-62 22926 Ahrensburg	ace Classic acA1300-60gc	If using automatic detection program, make sure cameras are compatible
Camera objective	KOWA Kowa Optimed Deutschland GmbH Fichtenstr. 123 40233 Duesseldorf: LMVZ4411 | 1/1.8" 4.4~11mm Varifokal Objektiv	Part-No. 10504
Detection program/Timer	Noldus, EthoVision-XT, Wageningen, the Netherlands	https://www.noldus.com/ethovision-xt	Detection can be achieved either manually (using a timer or a software for manual scoring) or automatically
Housing cages	ZOONLAB GmbH, Hermannstraße 6, 44579 Castrop-Rauxel	3010010	Type 2 cages: 265 mm x 205 mm x 140 mm (l x w x h) i.e. 360 cm² bottom area. Made of Polycarbonate (Makrolone©) and Polysulfone. Lids are made of stainless steel. European standard cages for up to 5 mice (20–25 g). Autoclavable up to 134 °C
Mesh enclosures	Part of the Arena Package: Noldus, Sociability cage, Wageningen, the Netherlands	https://www.noldus.com/applications/sociability-cage	Small acrylic or metal cage-like with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm with openings of a 10 mm in size. Two mesh enclosures per arena would work but four is preferable (see point 2.5 in protocol)
Mesh wall	selfmade	N/A	Acrylic or metal, one for each cage. Size depends on cages used. The walls must not allow the two animals to have a physical contact
Social targets: Mice of the strains CD-1 and 129/Sv; retired male breeders	Mice provided by Charles River: Strain name: CD-1®IGS Mouse 129S2/SvPasCrl	Crl:CD1(ICR); 129S2/SvPasCrl	CD-1 and 129/Sv retired male breeders, single-housed, novel (unknown) conspecifics to the animals of interest. If retired male breeders are not available then males older than 1 year from both strains would suffice