Zebrafish içinde doğuştan stres eğitimi için davranışsal yaklaşımlar
Summary
Bu yazıda yetişkin zebrafish stres davranışsal ölçmek için basit bir yöntem açıklanmaktadır. Yaklaşım, stresli bir durumda, zebra balığı bir tankın alt yarısını tercih ettiği doğuştan gelen eğilimin avantajlarından yararlanır. Biz de Farmakoloji ile tahlil bağlantı için yöntemleri tarif.
Abstract
Stresli uyaranlara uygun şekilde yanıt vermek, bir organizmanın hayatta kalması için önemlidir. Kapsamlı araştırma stres ile ilgili hastalıklar ve psikiyatrik bozukluklar geniş bir spektrumunda yapılmış, henüz daha iyi terapötik geliştirmek için stres genetik ve nöronal düzenleme içine daha fazla çalışmalar hala gereklidir. Zebra balığı stres nöral temelleri araştırmak için güçlü bir genetik model sağlar, orada mutant ve transgenik hatları büyük bir koleksiyon var gibi. Ayrıca, farmakoloji kolayca zebrafish için uygulanabilir, çoğu ilaç doğrudan suya eklenebilir gibi. Biz zebrafish doğuştan stres tepkiler çalışması için bir yöntem olarak ‘ yeni tank testi ‘ kullanımı burada tarif ve nasıl potansiyel anksiyolitik ilaçlar tahlil kullanılarak doğrulanabilir gösterir. Yöntem kolayca genetik mutasyonlar içeren zebra balığı hatları ile birleşebilir, ya da hassas nöral devreleri manipüle etmek için transgenik yaklaşımlar kullanılır. Tahlil de diğer balık modellerinde kullanılabilir. Birlikte, açıklanan protokol diğer laboratuvarlara bu basit tahlil kabulü kolaylaştırmak gerekir.
Introduction
Stres tepkiler olası zararlı veya olumsuz uyaranlara kaynaklanan davranış ve fizyolojik durumları değiştirilir. Stres tepkiler Hayvan Krallığı boyunca temin edilir ve bir organizmanın hayatta kalması için önemlidir1. Yıllar süren araştırmalar, stres devletlerinin temelindeki genetik ve nöronal mekanizmalar hakkında bilgilerimizi büyük ölçüde genişletmiştir. Bugün, amigdala ve striatum2gibi beynin alanları ve kortikotropin serbest hormon (CRH) gibi genetik faktörler ve glukokortikoid (gr) ve mineralokortikoid reseptörleri ( Bay) kapsamlı3,4,5,6okudu. Bu kritik bulgulara rağmen, genetik ve nöronal stresin düzenlenmesi hakkında pek bilinmemektedir. Bu nedenle, birçok stres ile ilgili bozukluklar terapötik eksikliği muzdarip.
Genetiği değiştirilebilen model organizmalar, davranışların genetik ve nöronal kontrolünün çalışmasında yararlı bir araç sağlar. Balık modelleri, özellikle, son derece güçlüdür: onlar kısa nesil zaman ile küçük organizmalar, bir laboratuar ortamında kullanımı facile, onların genomları kolayca değiştirilebilir, ve, bir omurgası olarak, onlar sadece genetik paylaşmak, aynı zamanda nöroanatomik memeli meslektaşları ile Homoloji7,8. Stresi ölçmek için standart testler, genetik mutasyonlar içeren zebrafit hatları ile eşleştirilebilir veya hassas nöronal alt setlerin manipülasyonunun mümkün olduğu ve tek genlerin veya tanımlanmış nöronların etkileri hızla ve verimli bir şekilde değerlendirilebilir.
Davranışsal olarak, stres yanıtları, hiper-aktivite veya uzun süreli (‘ donma ‘)9, azaltılmış keşif10, hızlı nefes, azaltılmış gıda alımı11dönemleri olarak balık karakterize edilebilir ve bir yer-bir tank alt için tercih12. Örneğin, tanıdık olmayan bir tank içine yerleştirildiğinde, Yetişkin zebra balığı ve diğer küçük balık modelleri tankın alt yarısı için bir başlangıç tercihi gösterir, henüz, zamanla, Balık yakın eşit frekans12ile üst ve alt yarısı keşfetmeye başlar. Tedavi yetişkinlerin anksiyete neden balık hemen üst yarım10keşfetmek için bilinen ilaçlar ile,13. Bunun tersi olarak, endişeyi artıran ilaçlar, balık tankının alt yarısında güçlü bir tercih göstermesine neden olur12,14,15. Böylece, düşük keşif ve tank alt yarısında tercih stres basit ve güvenilir göstergeleri vardır.
Çoğu omurga gibi, balık stres tepkiler Hipotalamik-hipofiz-inter-renal eksen aktivasyonu ile tahrik edilir (HPI; memelilerde Hipotalamik-hipofiz-adrenal [hPa] eksenine benzer)14,16. Hipotalamik nöronlar hormon kortikotropin-serbest hormon ifade (CRH) hipofiz için sinyal, hangi sırayla serbest adrenokortikotropik hormon serbest (ACTH). ACTH o zaman inter-böbrek bezi üretmek ve salgıya kortizol, hangi aşağı hedefleri16, bunlardan biri CRHüreten hipotalamik nöronların negatif geribildirim olan bir dizi vardır sinyalleri3,17, 18,19.
Burada, doğuştan gelen stresin davranışsal önlemlerini değerlendirmek için bir yöntem tarif ediyoruz. Davranış için, biz detay protokolleri yeni tank dalış testi12,14kullanarak. Daha sonra, bir örnek olarak, bilinen bir anksiyolitik ilaç, Buspirone, stres davranışsal önlemleri azaltır göstermektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zebrafish, yeni bir tankta sağlam bir stres tepkisi sergiler
Burada, Yetişkin zebrafish stres yanıtlarını incelemek için basit bir davranışsal yaklaşım tarif, ve farmakoloji kullanarak stres basit bir ölçü olarak yaklaşımı doğrulamak.
Yeni tank testi, zebra balığı ve diğer balık türlerinde doğuştan gelen stresin incelenmesi için yaygın olarak kullanılan bir testtir12,14,<sup class="xre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Jüpiter yaşam bilimi girişimi ‘nden Florida Atlantic University ‘de ERD ve ACK ‘e fon tarafından destekleniyordu. Bu çalışma Ayrıca hibe R21NS105071 (ACK ve ERD) ve R15MH118625 (ERD) Ulusal Sağlık Enstitüleri ‘nden verilir tarafından desteklenmektedir.
Materials
| Camera | We use Point Grey Grasshopper3 USB camera with lens from Edmund Optics. | ||
| Infrared filter | Edmund Optics | ||
| Video Acquisition Program | Use programs such as Virtualdub or FlyCapture because the acquisition framerate can be set. | ||
| Infrared LED lights | |||
| Assay tank | Aquaneering | Part number ZT180 | Size: M3 1.8 liter |
| Stand and clamp, or standard tripod for camera | |||
| 250mL beaker | |||
| Tracking software | We use Ethovision XT 13 from Noldus Information Technology | ||
| Buspirone chloride | Sigma-Aldrich | B7148 | |
| Randomized trial generator | We use the RANDBETWEEN function in Microsoft Excel |
References
- McEwen, B. S. Stress, adaptation, and disease. Allostasis and allostatic load. Annals of the New York Academy of Sciences. 840, 33-44 (1998).
- Tovote, P., Fadok, J. P., Lüthi, A. Neuronal circuits for fear and anxiety. Nature Reviews Neuroscience. 16 (6), 317-331 (2015).
- Facchinello, N., et al. Nr3c1 null mutant zebrafish are viable and reveal DNA-binding-independent activities of the glucocorticoid receptor. Scientific Reports. 7 (4371), (2017).
- Ziv, L., et al. An affective disorder in zebrafish with mutation of the glucocorticoid receptor. Molecular Psychiatry. , (2013).
- Grone, B. P., Maruska, K. P. Divergent evolution of two corticotropin-releasing hormone (CRH) genes in teleost fishes. Frontiers in Neuroscience. , (2015).
- Fuller, P. J., Lim-Tio, S. S., Brennan, F. E. Specificity in mineralocorticoid versus glucocorticoid action. Kidney International. , (2000).
- Zhdanova, I. V. Sleep and its regulation in zebrafish. Reviews in the Neurosciences. 22 (1), 27-36 (2011).
- Patton, E. E., Zon, L. I. The art and design of genetic screens: zebrafish. Nature Reviews Genetics. , (2001).
- Duboué, E. R. E. R., Hong, E., Eldred, K. C. K. C., Halpern, M. E. M. E. Left Habenular Activity Attenuates Fear Responses in Larval Zebrafish. Current Biology. 27 (14), 2154-2162 (2017).
- Facchin, L., Duboue, E. R., Halpern, M. E. Disruption of Epithalamic Left-Right Asymmetry Increases Anxiety in Zebrafish. Journal of Neuroscience. 35 (48), 15847-15859 (2015).
- Øverli, &. #. 2. 1. 6. ;., Sørensen, C., Nilsson, G. E. Behavioral indicators of stress-coping style in rainbow trout: Do males and females react differently to novelty. Physiology and Behavior. , (2006).
- Levin, E. D., Bencan, Z., Cerutti, D. T. Anxiolytic effects of nicotine in zebrafish. Physiology & behavior. 90 (1), 54-58 (2007).
- Bencan, Z., Sledge, D., Levin, E. D. Buspirone, chlordiazepoxide and diazepam effects in a zebrafish model of anxiety. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 94 (1), 75-80 (2009).
- Cachat, J., et al. Measuring behavioral and endocrine responses to novelty stress in adult zebrafish. Nature Protocols. 5 (11), 1786-1799 (2010).
- Mathuru, A. S., et al. Chondroitin fragments are odorants that trigger fear behavior in fish. Current Biology. , (2012).
- Alsop, D., Vijayan, M. The zebrafish stress axis: Molecular fallout from the teleost-specific genome duplication event. General and Comparative Endocrinology. , (2009).
- Evans, A. N., Liu, Y., MacGregor, R., Huang, V., Aguilera, G. Regulation of Hypothalamic Corticotropin-Releasing Hormone Transcription by Elevated Glucocorticoids. Molecular Endocrinology. , (2013).
- Fenoglio, K. A., Brunson, K. L., Avishai-Eliner, S., Chen, Y., Baram, T. Z. Region-specific onset of handling-induced changes in corticotropin- releasing factor and glucocorticoid receptor expression. Endocrinology. , (2004).
- Liposits, Z., et al. Ultrastructural localization of glucocorticoid receptor (GR) in hypothalamic paraventricular neurons synthesizing corticotropin releasing factor (CRF). Histochemistry. , (1987).
- Facchin, L., Duboué, E. R., Halpern, M. E. Disruption of epithalamic left-right asymmetry increases anxiety in Zebrafish. Journal of Neuroscience. 35 (48), (2015).
- Chin, J. S., et al. Convergence on reduced stress behavior in the Mexican blind cavefish. 발생학. , (2018).
- Wong, K., et al. Analyzing habituation responses to novelty in zebrafish (Danio rerio). Behavioural Brain Research. 208 (2), 450-457 (2010).
- Matsunaga, W., Watanabe, E. Habituation of medaka (Oryzias latipes) demonstrated by open-field testing. Behavioural Processes. 85 (2), 142-150 (2010).
- Walker, C. Chapter 3 Haploid Screens and Gamma-Ray Mutagenesis. Methods in Cell Biology. , (1998).
- Rihel, J., et al. Zebrafish behavioral profiling links drugs to biological targets and rest/wake regulation. Science. 327, 348-351 (2010).
- Peal, D. S., Peterson, R. T., Milan, D. Small molecule screening in zebrafish. Journal of Cardiovascular Translational Research. , (2010).
- Murphey, R., Zon, L. Small molecule screening in the zebrafish. Methods. 39 (3), 255-261 (2006).
- Gammans, R. E., et al. Use of buspirone in patients with generalized anxiety disorder and coexisting depressive symptoms. A meta-analysis of eight randomized, controlled studies. Neuropsychobiology. 25 (4), 193-201 (1992).
- Maaswinkel, H., Zhu, L., Weng, W. The immediate and the delayed effects of buspirone on zebrafish (Danio rerio) in an open field test: A 3-D approach. Behavioural Brain Research. , (2012).
- Gebauer, D. L., et al. Effects of anxiolytics in zebrafish: Similarities and differences between benzodiazepines, buspirone and ethanol. Pharmacology Biochemistry and Behavior. , (2011).
- Maximino, C., et al. Fingerprinting of psychoactive drugs in zebrafish anxiety-like behaviors. PLoS ONE. , (2014).
- Horváth, J., Barkóczi, B., Müller, G., Szegedi, V. Anxious and nonanxious mice show similar hippocampal sensory evoked oscillations under urethane anesthesia: Difference in the effect of buspirone. Neural Plasticity. , (2015).
- Costall, B., Kelly, M. E., Naylor, R. J., Onaivi, E. S. Actions of buspirone in a putative model of anxiety in the mouse. Pharm Pharmacol. 40 (7), 494-500 (1988).
- Barros, M., Mello, E. L., Huston, J. P., Tomaz, C. Behavioral effects of buspirone in the marmoset employing a predator confrontation test of fear and anxiety. Pharmacology Biochemistry and Behavior. , (2001).
- Heinen-Kay, J. L., et al. Predicting multifarious behavioural divergence in the wild. Animal Behaviour. 121, 3-10 (2016).
- Thompson, R. R. J., Paul, E. S., Radford, A. N., Purser, J., Mendl, M. Routine handling methods affect behaviour of three-spined sticklebacks in a novel test of anxiety. Behavioural Brain Research. 306, 26-35 (2016).
- Hamilton, T. J., et al. Establishing zebrafish as a model to study the anxiolytic effects of scopolamine. Scientific Reports. , (2017).
- York, R. A., Fernald, R. D. The Repeated Evolution of Behavior. Frontiers in Ecology and Evolution. 4, 143 (2017).
- Jakka, N. M., Rao, T. G., Rao, J. V. Locomotor behavioral response of mosquitofish (Gambusia affinis) to subacute mercury stress monitored by video tracking system. Drug and Chemical Toxicology. , (2007).
- Hu, C. K., Brunet, A. The African turquoise killifish: A research organism to study vertebrate aging and diapause. Aging Cell. , (2018).
- Maximino, C., et al. Measuring anxiety in zebrafish: A critical review. Behavioural Brain Research. 214 (2), 157-171 (2010).
- Maximino, C., Marques de Brito, T., Dias, C. A. G., Gouveia, A., Morato, S. Scototaxis as anxiety-like behavior in fish. Nature protocols. 5 (2), 209-216 (2010).
- Godwin, J., Sawyer, S., Perrin, F., Oxendine, S., Kezios, Z. Adapting the Open Field Test to assess anxiety related behavior in zebrafish. Zebrafish Protocols for Neurobehavioral Research. , 181-189 (2012).
- Agetsuma, M., et al. The habenula is crucial for experience-dependent modification of fear responses in zebrafish. Nature Neuroscience. 13 (11), 1354-1356 (2010).
- Valente, A., Huang, K. H., Portugues, R., Engert, F. Ontogeny of classical and operant learning behaviors in zebrafish. Learning and Memory. , (2012).
- Baker, M. R., Goodman, A. C., Santo, J. B., Wong, R. Y. Repeatability and reliability of exploratory behavior in proactive and reactive zebrafish, Danio rerio. Scientific Reports. , (2018).
- Friedrich, R. W., Genoud, C., Wanner, A. A. Analyzing the structure and function of neuronal circuits in zebrafish. Frontiers in Neural Circuits. , 7 (2013).
- Friedrich, R. W., Jacobson, G. A., Zhu, P. Circuit Neuroscience in Zebrafish. Current Biology. 20 (8), (2010).
- Marquart, G. D., et al. A 3D Searchable Database of Transgenic Zebrafish Gal4 and Cre Lines for Functional Neuroanatomy Studies. Frontiers in Neural Circuits. , (2015).
- Randlett, O., et al. Whole-brain activity mapping onto a zebrafish brain atlas. Nature Methods. 12 (11), 1039-1046 (2015).
- Gupta, T., et al. Morphometric analysis and neuroanatomical mapping of the zebrafish brain. Methods. 1046 (18), 30011-30012 (2018).
- Marquart, G. D., et al. High-precision registration between zebrafish brain atlases using symmetric diffeomorphic normalization. GigaScience. , (2017).
- Ronneberger, O., et al. ViBE-Z: A framework for 3D virtual colocalization analysis in zebrafish larval brains. Nature Methods. , (2012).
- Subedi, A., et al. Adoption of the Q transcriptional regulatory system for zebrafish transgenesis. Methods. 66 (3), 433-440 (2014).
- Scheer, N., Campos-Ortega, J. A. Use of the Gal4-UAS technique for targeted gene expression in the zebrafish. Mechanisms of Development. 80 (2), 153-158 (1999).
- Chatterjee, D., Tran, S., Shams, S., Gerlai, R. A Simple Method for Immunohistochemical Staining of Zebrafish Brain Sections for c-fos Protein Expression. Zebrafish. , (2015).
