Summary

Matige Prenatale blootstelling aan alcohol en kwantificering van sociaal gedrag bij volwassen ratten

Published: December 14, 2014
doi:

Summary

The goal of the protocol presented here is to describe procedures to expose rats to moderate levels of alcohol during prenatal brain development and to quantify resulting alterations in social behavior during adulthood.

Abstract

Alterations in social behavior are among the major negative consequences observed in children with Fetal Alcohol Spectrum Disorders (FASDs). Several independent laboratories have demonstrated robust alterations in the social behavior of rodents exposed to alcohol during brain development across a wide range of exposure durations, timing, doses, and ages at the time of behavioral quantification. Prior work from this laboratory has identified reliable alterations in specific forms of social interaction following moderate prenatal alcohol exposure (PAE) in the rat that persist well into adulthood, including increased wrestling and decreased investigation. These behavioral alterations have been useful in identifying neural circuits altered by moderate PAE1, and may hold importance for progressing toward a more complete understanding of the neural bases of PAE-related alterations in social behavior. This paper describes procedures for performing moderate PAE in which rat dams voluntarily consume ethanol or saccharin (control) throughout gestation, and measurement of social behaviors in adult offspring.

Introduction

Naar schatting 1-5% van de kinderen zijn gediagnosticeerd met Foetaal Alcohol Spectrum Stoornissen (FASDs) 2, die Foetaal Alcohol Syndroom (FAS), gedeeltelijke FAS (PFAS), en alcohol gerelateerde Neurodevelopmental Disorders (ARNDs) 3 bevatten. Tekorten in sociaal gedrag en cognitie behoren tot de meest voorkomende negatieve resultaten waargenomen bij kinderen met FASDs 4-7. Negatieve gevolgen zijn niet beperkt tot zware prenatale blootstelling aan alcohol (PAE), matige PAE die niet leidt tot de opvallende morfologische, gedrags- en cognitieve tekorten kenmerkend FAS kan relatief subtiel, maar toch hardnekkige veroorzaken tekorten bij mensen met FASDs 8-10 en niet-menselijke dieren blootgesteld aan alcohol tijdens hersenontwikkeling 11. Het belang van het begrijpen van de gedrags- en overeenkomstige neurobiologische gevolgen van matige PAE wordt onderstreept door de huidige schattingen geven dat het merendeel van de FASD zaken binnen minder s vallenEvere bereik van het spectrum 12.

Verschillende onafhankelijke laboratoria hebben gemeld veranderingen in knaagdieren sociaal gedrag in verband met blootstelling ethanol tijdens de hersenontwikkeling, waaronder verminderde onderzoek en interactie 1,13-15, veranderd play 14,16,17, verhoogde agressieve interacties 17,18, wijzigingen in de gevoeligheid voor sociale stimuli 19-21, en ​​tekorten in sociaal verworven voedsel voorkeuren en geheugen maatschappelijke erkenning 22. Sociaal gedrag tekorten zijn waargenomen na blootstelling aan zware (bloed ethanol concentraties (Becs) ~ 300 mg / dl) 22,23 of meer gematigde niveaus van ethanol (Becs ~ 80 mg / dl) 1, en ​​in een breed scala van parameters voor andere belangrijke factoren, waaronder blootstelling timing, blootstellingsduur en de leeftijd bij gedrags- meting.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat veranderingen in specifieke aspecten van sociale interaction op volwassen leeftijd discrimineren ratten blootgesteld aan gematigde niveaus van alcohol uit controle dieren blootgesteld aan sacharine 1,18. Vooral gematigd PAE consistent geassocieerd met robuuste toename worstelen, waarbij verhogingen van agressief gedrag, en lagere sociaal onderzoek (bijv snuiven van de partner) in volwassenheid suggereert. Omdat veranderingen in sociaal gedrag zijn betrouwbaar gevolgen van PAE, kan de kwantificering van sociaal gedrag volgende PAE belang houden voor vooruitgang in de richting van een meer volledig begrip van de neurale basis van PAE-gerelateerde veranderingen in sociaal gedrag en de ontwikkeling van interventionele benaderingen. Het doel van dit document en de bijbehorende video is het geven van instructie op de gematigde PAE-protocol en de methoden voor het kwantificeren van sociaal gedrag bij volwassen nakomelingen die moeten betrouwbaar onderscheiden prenatale alcohol blootstelling van niet-blootgestelde nakomelingen rat.

Protocol

Alle procedures hier en in de bijgevoegde video beschreven zijn goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Comités van de Health Sciences Center en de campus van de Universiteit van New Mexico. 1. Prenatale blootstelling aan ethanol Het verkrijgen van alle benodigde materialen en chemicaliën: Natriumsaccharine zouthydraat, 190 proof ethanol (95% alcohol), kralen glas drinken buizen, natuurlijk rubber wit # 4 stopper één gat, 1 "bocht buizen-balpen, papier he…

Representative Results

In de loop van vele fokken rondes vrouwelijke ratten in de ethanol voorwaarde consequent drinken een gemiddelde van ongeveer 2,1 g / kg ethanol per 4 uur drinken sessie. Rat dammen verbruiken ongeveer de helft van de totale vier uur gedurende de eerste 15 tot 30 minuten na de introductie van het drinkwater buizen, waardoor een piek maternale serum ethanol concentratie van ongeveer 60 mg / dl, gemeten bij 45 min tijdstip. Over de resterende 3,5 uur van het drinkwater periode te blijven tot 5% ethanol consumeren een lager…

Discussion

De prenatale blootstelling alcohol paradigma beschreven omvat vrijwillige gebruik van ethanol (5% v / v) door dammen rat tijdens de zwangerschap. Er zijn een aantal protocollen voor het blootstellen van niet-menselijke dieren ethanol tijdens hersenontwikkeling voorgesteld in de literatuur, die verschillen wat betreft de timing, dosering, duur en route van toediening ethanol alsmede de soort onderzochte. Hoewel een grondige behandeling van de voordelen van verschillende blootstelling protocollen hier niet wordt verstrekt…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Support provided by grant AA019462 to DAH and AA019884 to DDS.

Materials

Saccharin sodium salt hydrate Sigma S1002
190 proof ethanol Sigma 493538
Beaded glass drinking tubes Fisher 14-955K
Natural rubber white #4 stopper one hole Plasticoid LSG4M181
1" bend tubes-ball point Ancare TD-199-3"
Paper rulers N/A N/A www.vendian.org/mncharity/dir3/paper_rulers
Apparatus for social interaction Custom built N/A 95 cm X 47 cm X 43 cm
Video cameras N/A N/A Capable of recording low/no light conditions
Infrared illuminators Vitek VT-IR1-12
Teklad laboratory grade sani-chips Harlan 7090A
Brush and dustpan N/A N/A
Isopropyl alcohol Sigma W292907
Chlorine Dioxide (1.5 mg Tablets) Quiplabs N/A Prepare per manufacturer's recommendation

References

  1. Hamilton, D. A., et al. Prenatal exposure to moderate levels of ethanol alters social behavior in adult rats: Relationship to structural plasticity and immediate early gene expression in frontal cortex. Behav. Brain Res. 207 (2), 290-304 (2010).
  2. May, P. A., et al. Approaching the prevalence of the full spectrum of Fetal Alcohol Spectrum Disorders in a South African population-based study. Alcohol. Clin. Exp. Res. 37 (5), 818-830 (2013).
  3. Chasnoff, I. J., Wells, A. M., Telford, E., Schmidt, C., Messer, G. Neurodevelopmental functioning in children with FAS, pFAS, and ARND. Journal of Developmental and Behavioral Pediatrics. 31 (3), 192-201 (2010).
  4. Disney, E. R., Iacono, W., McGue, M., Tully, E., Legrand, L. Strengthening the case: Prenatal alcohol exposure is associated with increased risk for conduct disorder. Pediatrics. 122 (6), E1225-E1230 (2008).
  5. Kelly, S. J., Goodlett, C. R., Hannigan, J. H. Animal models of fetal alcohol spectrum disorders: Impact of the social environment. Dev Disabil Res Rev. 15 (3), 200-208 (2009).
  6. Kelly, S. J., Day, N., Streissguth, A. P. Effects of prenatal alcohol exposure on social behavior in humans and other species. Neurotoxicol. Teratol. 22 (2), 143-149 (2000).
  7. Thomas, S. E., Kelly, S. J., Mattson, S. N., Riley, E. P. Comparison of social abilities of children with fetal alcohol syndrome to those of children with similar IQ scores and normal controls. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 22 (2), 528-533 (1998).
  8. Conry, J. Neuropsychological deficits in Fetal Alcohol Syndrome and fetal alcohol effects. Alcohol. Clin. Exp. Res. 14 (5), 650-655 (1990).
  9. Streissguth, A. P., et al. Fetal Alcohol Syndrome in adolescents and adults. JAMA-Journal of the American Medical Association. 265 (15), 1961-1967 (1991).
  10. Streissguth, A. P., Barr, H. M., Sampson, P. D. Moderate prenatal alcohol exposure: effects on child IQ and learning problems at age 7 1/2 years. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 14 (5), 662-669 (1990).
  11. Valenzuela, C. F., Morton, R. A., Diaz, M. R., Topper, L. Does moderate drinking harm the fetal brain? Insights from animal models. Trends Neurosci. 35 (5), 284-292 (2012).
  12. May, P. A., et al. Prevalence of children with severe Fetal Alcohol Spectrum Disorders in communities near Rome, Italy: New estimated rates are higher than previous estimates. Int. J. Env. Res. Public Health. 8 (6), 2331-2351 (2011).
  13. Tunc-Ozcan, E., Ullmann, T. M., Shukla, P. K., Redei, E. E. Low-dose thyroxine attenuates autism-associated adverse affects of fetal alcohol in male offspring’s social behavior and hippocampal gene expression. Alcohol. Clin. Exp. Res. 37 (11), 1986-1995 (2013).
  14. Middleton, F. A., Varlinskaya, E. I., Mooney, S. M. Molecular substrates of social avoidance seen following prenatal ethanol exposure and its reversal by social enrichment. Dev. Neurosci. 34 (2-3), 115-128 (2012).
  15. Varlinskaya, E. I., Mooney, S. M. Acute exposure to ethanol on gestational day 15 affects social motivation of female offspring. Behav. Brain Res. 261, 106-109 (2014).
  16. Meyer, L. S., Riley, E. P. Social play in juvenile rats prenatally exposed to alcohol. Teratology. 34 (1), 1-7 (1986).
  17. Royalty, J. Effects of prenatal ethanol exposure on juvenile play-fighting and postpubertal aggression in rats. Psychol Rep. 66 (2), 551-560 (1990).
  18. Hamilton, D. A., et al. Effects of moderate prenatal ethanol exposure and age on social behavior, spatial response perseveration errors and motor behavior. Behav. Brain Res. 269, 44-54 (2014).
  19. Kelly, S. J., Dillingham, R. R. Sexually dimorphic effects of perinatal alcohol exposure on social interactions and amygdala DNA and DOPAC concentrations. Neurotoxicol. Teratol. 16 (4), 377-384 (1994).
  20. Lugo, J. N., Marino, M. D., Cronise, K., Kelly, S. J. Effects of alcohol exposure during development on social behavior in rats. Physiology and Behavior. 78 (2), 185-194 (2003).
  21. Lugo, J. N., Marino, M. D., Gass, J. T., Wilson, M. A., Kelly, S. J. Ethanol exposure during development reduces resident aggression and testosterone in rats. Physiology and Behavior. 87 (2), 330-337 (2006).
  22. Kelly, S. J., Tran, T. D. Alcohol exposure during development alters social recognition and social communication in rats. Neurotoxicol. Teratol. 19 (5), 383-389 (1997).
  23. Mooney, S. M., Varlinskaya, E. I. Acute prenatal exposure to ethanol and social behavior: Effects of age, sex, and timing of exposure. Behav. Brain Res. 216 (1), 358-364 (2011).
  24. Savage, D. D., Becher, M., de la Torre, A. J., Sutherland, R. J. Dose-dependent effects of prenatal ethanol exposure on synaptic plasticity and learning in mature offspring. Alcohol. Clin. Exp. Res. 26 (11), 1752-1758 (2002).
  25. Rasmussen, D. D., et al. Chronic daily ethanol and withdrawal: 1. Long-term changes in the hypothalamo-pituitary-adrenal axis. Alcohol. Clin. Exp. Res. 24 (12), 1836-1849 (2000).
  26. Savage, D. D., et al. Effects of a Novel Cognition-Enhancing Agent on Fetal Ethanol-Induced Learning Deficits. Alcohol. Clin. Exp. Res. 34 (10), 1793-1802 (2010).
  27. Goodlett, C. R., Johnson, T. B. Neonatal binge ethanol exposure using intubation: Timing and dose effects on place learning. Neurotoxicol. Teratol. 19 (6), 435-446 (1997).
  28. Staples, M. C., Rosenberg, M. J., Allen, N. A., Porch, M. W., Savage, D. D. . Impact of Combined Prenatal Ethanol and Prenatal Stress Exposure on Anxiety and Hippocampal-Sensitive Learning in Adult. 37 (12), 2039-2047 (2013).
  29. Champagne, F. A., Francis, D. D., Mar, A., Meaney, M. J. Variations in maternal care in the rat as a mediating influence for the effects of environment on development. Physiol. Behav. 79 (3), 359-371 (2003).
  30. Hamilton, D. A., et al. Patterns of social-experience-related c-fos and Arc expression in the frontal cortices of rats exposed to saccharin or moderate levels of ethanol during prenatal brain development. Behav. Brain Res. 214 (1), 66-74 (2010).
  31. Barnett, S. A. . A study in behaviour: Principles of ethology and behavioural physiology displayed mainly in the rat. , (1963).
  32. Pellis, S. M., Pellis, V. C. Play-fighting differs from serious fighting in both target of attack and tactics of fighting in the laboratory rat Rattus-Norvegicus. Aggressive Behav. 13 (4), 227-242 (1987).
  33. Meaney, M. J., Stewart, J. A descriptive study of social-development in the rat (Rattus-Norvegicus). Anim. Behav. 29 (1), 34-45 (1981).
  34. Pellis, S. M., Pellis, V. C. The prejuvenile onset of play fighting in laboratory rats (Rattus norvegicus). Dev. Psychobiol. 31 (3), 193-205 (1997).
  35. Himmler, B. T., Pellis, V. C., Pellis, S. M. Peering into the dynamics of social interactions: measuring play fighting in rats. J. Vis. Exp. (71), e4288-e4288 (2013).
  36. Panksepp, J., Siviy, S., Normansell, L. The psychobiology of play : Theoretical and methodological perspectives. Neurosci. Biobehav. Rev. 8 (4), 465-492 (1984).
  37. Siviy, S. M., Panksepp, J. Sensory modulation of juvenile play in rats. Dev. Psychobiol. 20 (1), 39-55 (1987).
  38. Pellis, S. M., et al. The effects of orbital frontal cortex damage on the modulation of defensive responses by rats in playful and nonplayful social contexts. Behav. Neurosci. 120 (1), 72-84 (2006).
  39. Blanchard, R. J., Blanchard, D. C., Takahashi, T., Kelley, M. J. Attack and defensive behavior in albino-rat. Anim. Behav. 25 (3), 622-634 (1977).

Play Video

Cite This Article
Hamilton, D. A., Magcalas, C. M., Barto, D., Bird, C. W., Rodriguez, C. I., Fink, B. C., Pellis, S. M., Davies, S., Savage, D. D. Moderate Prenatal Alcohol Exposure and Quantification of Social Behavior in Adult Rats. J. Vis. Exp. (94), e52407, doi:10.3791/52407 (2014).

View Video