Moderada exposición prenatal al alcohol y cuantificación de la conducta social en ratas adultas
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
Se estima que el 1-5% de los niños diagnosticados con trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF) 2, que incluyen el síndrome de alcoholismo fetal (FAS), SAF parcial (AFPs), y relacionados con el alcohol (ARND Trastornos del desarrollo neurológico) 3. Los déficits en la conducta social y la cognición son algunos de los resultados adversos más comunes observados en los niños con TEAF 4-7. Las consecuencias negativas no se limitan a la fuerte exposición prenatal al alcohol (PAE), como PAE moderada que no conduce a la déficits morfológicos, conductuales y cognitivos conspicua característica de FAS puede causar relativamente sutil, pero no obstante persistente déficit en los seres humanos con TEAF 08.10 y los animales no humanos expuestos a etanol durante el desarrollo cerebral 11. La importancia de comprender las consecuencias neurobiológicas del comportamiento y correspondientes de PAE moderada es subrayada por las estimaciones actuales indican que la gran mayoría de los casos EDAF caen dentro de los menos sEvere rango del espectro 12.
Varios laboratorios independientes han reportado alteraciones en el comportamiento social de roedores relacionados con etanol exposición durante el desarrollo del cerebro, incluyendo la disminución de la investigación y la interacción 1,13-15, alterado juego 14,16,17, el aumento de las interacciones agresivas 17,18, alteraciones en la capacidad de respuesta a los estímulos sociales 19-21, y déficit en las preferencias alimentarias socialmente adquiridos y la memoria de reconocimiento social 22. Déficits de comportamiento social se han observado tras la exposición a concentraciones de etanol (sangre (BEC) ~ 300 mg / dl) 22,23 pesados o los niveles más moderados de etanol (BEC ~ 80 mg / dl) 1, ya través de una amplia gama de parámetros para otro significativo factores, incluyendo el tiempo de exposición, la duración de la exposición, y la edad en el momento de la medición del comportamiento.
Investigaciones anteriores han demostrado que las alteraciones en aspectos específicos de int socialeseraction en la edad adulta discrimina ratas expuestas a niveles moderados de alcohol de los animales control expuestos a la sacarina 1,18. En particular, PAE moderado consistentemente se ha asociado con fuertes incrementos en la lucha libre, lo que sugiere un aumento del comportamiento agresivo, y los niveles más bajos de investigación social (por ejemplo, la inhalación de la pareja) en la edad adulta. Debido a las alteraciones en el comportamiento social son consecuencias fiables de PAE, la cuantificación de la conducta social siguiente PAE podrá celebrar importancia para avanzar hacia una comprensión más completa de las bases neurales de alteraciones relacionadas con el PAE en el comportamiento social y el desarrollo de enfoques de intervención. El objetivo de este trabajo y el vídeo asociado es proporcionar instrucción sobre el protocolo PAE moderado y métodos para la cuantificación de la conducta social en los hijos adultos que tienen fácil distinguir prenatal expuesto al alcohol de la descendencia no expuesta rata.
Protocol
Representative Results
Discussion
El paradigma de la exposición prenatal al alcohol descrito aquí implica el consumo voluntario de etanol (5% v / v) por las presas de rata durante el embarazo. Hay un número de protocolos para la exposición de los animales no humanos a etanol durante el desarrollo del cerebro representado en la literatura, que difieren con respecto a la temporización, la dosis, duración y la vía de administración de etanol, así como las especies objeto de la investigación. Aunque un tratamiento exhaustivo de las ventajas de los…
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
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Conry, J. Neuropsychological deficits in Fetal Alcohol Syndrome and fetal alcohol effects. Alcohol. Clin. Exp. Res. 14 (5), 650-655 (1990).
- Streissguth, A. P., et al. Fetal Alcohol Syndrome in adolescents and adults. JAMA-Journal of the American Medical Association. 265 (15), 1961-1967 (1991).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Meyer, L. S., Riley, E. P. Social play in juvenile rats prenatally exposed to alcohol. Teratology. 34 (1), 1-7 (1986).
- Royalty, J. Effects of prenatal ethanol exposure on juvenile play-fighting and postpubertal aggression in rats. Psychol Rep. 66 (2), 551-560 (1990).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Barnett, S. A. . A study in behaviour: Principles of ethology and behavioural physiology displayed mainly in the rat. , (1963).
- 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).
- Meaney, M. J., Stewart, J. A descriptive study of social-development in the rat (Rattus-Norvegicus). Anim. Behav. 29 (1), 34-45 (1981).
- Pellis, S. M., Pellis, V. C. The prejuvenile onset of play fighting in laboratory rats (Rattus norvegicus). Dev. Psychobiol. 31 (3), 193-205 (1997).
- 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).
- Panksepp, J., Siviy, S., Normansell, L. The psychobiology of play : Theoretical and methodological perspectives. Neurosci. Biobehav. Rev. 8 (4), 465-492 (1984).
- Siviy, S. M., Panksepp, J. Sensory modulation of juvenile play in rats. Dev. Psychobiol. 20 (1), 39-55 (1987).
- 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).
- 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).
