Social trussel-sikkerhedstest afdækker psykosociale stressrelaterede fænotyper

Summary

Den sociale trussel-sikkerhedstest muliggør en samtidig vurdering af social undgåelsesudvikling som en måling af aversiv betinget læring og social trussel-sikkerhedsdiskriminationsevne, begge brugt til at identificere stressfølsomme og stressmodstandsdygtige individer inden for en enkelt gruppe kronisk socialt besejrede hanmus.

Abstract

Social stress er en væsentlig årsag til udviklingen af psykiske lidelser. For at øge translationsværdien af prækliniske studier bør social stressoplevelse og dens adfærdsmæssige indvirkning på mus være sammenlignelig med menneskers. Kronisk socialt nederlag (CSD) udnytter en type social stress, der involverer fysiske angreb og sensoriske trusler for at fremkalde mentale dysfunktioner, der ligner menneskelige affektive lidelser. For at styrke den psykosociale komponent i CSD blev der anvendt en 10-dages CSD-protokol, hvor daglige fysiske angreb standardiseres til tre 10-s episoder efterfulgt af en 24-timers sensorisk fase. Efter den 10^. sensoriske fase efterfølges CSD-protokollen af et raffineret adfærdsmæssigt assay kaldet social trussel-sikkerhedstest (STST). Post-stress adfærdsmæssige assays skal bestemme, hvordan og i hvilket omfang den sociale stressor har påvirket adfærd. STST tillader kronisk socialt besejrede hanmus at interagere med 2 nye hanindivider (sociale mål): et socialt mål fra den angribende stamme, der opstod i CSD-dagene, og det andet fra en ny stamme. Begge præsenteres samtidigt i forskellige rum i en tre-kammer testarena. Testen muliggør en samtidig vurdering af social undgåelsesudvikling for at måle vellykket aversiv betinget læring og social trussel-sikkerhedsdiskriminationsevne. Udviklingen af social undgåelse over for begge stammer afspejler en generaliseret aversiv respons og dermed en måling af stressfølsomhed. I mellemtiden afspejler udviklingen af social undgåelse over for kun den angribende stamme diskrimination mellem trusler og sikkerhed og dermed en måling af stressmodstandsdygtighed. Endelig afspejler fraværet af social undgåelse over for den angribende stamme nedsat aversiv betinget læring. Protokollen har til formål at forfine de aktuelt anvendte musemodeller for stressfølsomhed/modstandsdygtighed ved at inkludere translationelle kriterier, specifikt trussel-sikkerhedsdiskrimination og aversiv responsgeneralisering, for at kategorisere en enkelt gruppe kronisk socialt besejrede dyr i modstandsdygtige og modtagelige undergrupper, hvilket i sidste ende fremmer fremtidige translationelle tilgange.

Introduction

Stress defineres som forstyrrelse af homeostase forårsaget af fysiske eller psykologiske stimuli¹. Stress er en velkendt væsentlig risikofaktor for udvikling af psykiske lidelser som posttraumatisk stresslidelse, depression og angst ^2,3. Især social stress betragtes som en væsentlig risikofaktor for udvikling af stressrelaterede psykiske lidelser⁴. En type social stress, der har fået særlig betydning i forskningen, er social underordnelsesstress⁵. Mus, ligesom mennesker, er i stand til et rigt sæt social adfærd⁶, hvilket gør dem egnede til undersøgelser, der involverer social stress. I laboratorieindstillingen, når voksne mus er gruppehuset, etablerer de en social struktur, der involverer dannelsen af rang⁷. Derfor blev kolonimodellen designet til at studere virkningerne af naturligt etablerede sociale hierarkier i blandede kønsgrupper af mus⁸. I årenes løb er variationer af kolonimodellen blevet udviklet til at udnytte social underordnet stress, herunder gruppemodeller af samme køn, den sociale ustabilitetsmodel og indbrudskolonimodellen. I de senere år er en bestemt variant kendt som den mandlige beboer-ubuden gæst-model imidlertid blevet populariseret i litteraturen, hvilket forenkler den sociale kompleksitet til to mus: en beboer og en ubuden gæst. Dyret af interesse, kendt som ubuden gæst, placeres i buret hos en større, ældre og pensioneret opdrætter, kendt som beboeren eller aggressoren. Beboeren angriber derefter fysisk ubuden gæst som en konfrontationsmetode og etablerer et socialt hierarki, hvor beboeren er dominerende og ubuden gæst er underordnet. Når konfrontationer er engangsbegivenheder, klassificeres de som “akutte” (“den akutte sociale nederlagsmodel”), mens gentagne konfrontationer, der varer over flere dage (normalt 10), er kendt som “kroniske” (“kronisk social nederlagsmodel”). I modellen for kronisk socialt nederlag (CSD) er angreb intermitterende og typisk begrænset til en periode på 5-10 min⁹, kaldet den fysiske fase. Efter den fysiske fase holdes den ubudne gæst og beboer natten over i samme bur, adskilt i to med en maskevæg, hvilket giver mulighed for alle former for interaktion undtagen fysisk kontakt. Denne konfiguration, kendt som den sensoriske fase, fremkalder stress gennem det kontinuerlige udseende af trussel i stedet for direkte fysisk konfrontation. I 2018 introducerede van der Kooji og kolleger en modificeret kronisk social nederlagsbehandling for at fokusere på den psykosociale komponent i modellen ved at standardisere og strengt begrænse den fysiske fase¹⁰. Den modificerede model begrænser fysiske angreb til tre 10 s episoder med forskellige beboere, der forekommer i 15 minutters intervaller mellem episoder i den sensoriske fase. Efter den tredje fysiske episode varer den sensoriske fase natten over. Denne cyklus gentages i 10 på hinanden følgende dage med nye beboere pr. Episode. Den modificerede behandling forbedrer den translationelle gyldighed af den kroniske sociale nederlagsmodel, da den ubudne gæsts fysiske skade minimeres, og udfaldsvariabiliteten fra forskellige varigheder af fysiske angreb reduceres.

Da CSD-modellen bruges til at studere stressrelateret sygdom (f.eks. Depression, angst, posttraumatisk stresslidelse), vælges postadfærdsmæssige assays, herunder, men ikke begrænset til, adfærdsmæssige assays af aggression, hukommelse og anhedonia. I de senere år evaluerer post-CSD adfærdsmæssige assays hos mus ofte, hvordan og i hvilket omfang sociability påvirkes⁹. Sosialitet defineres som musens medfødte præference for socialt at interagere snarere end socialt at undgå en artsfælle. Da selskabelighed er udsat for stresseffekter, blev der etableret analyser, der udelukkende vurderer udviklingen af social undgåelse. Stress-induceret social undgåelse har en translationel relevans, da det repræsenterer et af de vigtigste adfærdsmæssige symptomer på social angst og depression hos mennesker¹¹. I lighed med mennesker udvikler ikke alle mus social undgåelse efter CSD-behandling, hvilket tyder på tilstedeværelsen af individualitet i stressrespons. Cohen og kolleger har foreslået cut-off adfærdsmæssige kriterier for at være en lovende tilgang til at studere neurobiologi af individualitet¹². Selektion af dyr baseret på adfærd resulterer i gruppedeling, hvilket understreger grundlaget for gen-miljøundersøgelser. Efterfølgende viser forskellige undergrupper ofte tydelig berigelse af specifikke genetiske varianter/modifikationer, som igen kan undersøges under forskellige miljøforhold¹³. Følgelig blev individualitet i udviklingen af social undgåelse udnyttet til at opdele den enkelte gruppe af kronisk socialt besejrede hanmus i to undergrupper: stressmodtagelig (socialt undgående) og stressmodstandsdygtig (socialt ikke-undgående ^9,14). Imidlertid bør fortolkningen af den sociale undgåelsesfænotype hos mus som en maladaptiv eller adaptiv adfærd overvejes i den overordnede sammenhæng med både behandlingen (her CSD) og adfærdsanalysen efter behandling. Derudover vil den valgte adfærdsmæssige analyse efter behandling ideelt set vurdere andre facetter af sociability og ikke kun social undgåelsesudvikling. Vores seneste arbejde afslørede involveringen af betinget læring i CSD-induceret social undgåelse¹⁵. Specifikt er CSD-induceret social undgåelse et aversivt betinget svar på de karakteristiske træk ved beboernes stamme, der tjener som den betingede stimulus til den ubetingede stimulus, nemlig beboernes angreb. Desuden kan nogle individer inden for den socialt undgående undergruppe skelne mellem træk ved de aversive beboers stamme og andre sikre nye stammer, mens andre individer viser generel social undgåelse til begge stammer. Vi foreslår her et raffineret adfærdsmæssigt post-CSD-assay: Social Threat-Safety Test (STST)¹⁵. I modsætning til andre sociale interaktionstest⁹ muliggør STST en samtidig vurdering af social undgåelsesudvikling som en måling af den korrekte aversive betingede respons (dvs. vellykket betinget læring) og social trussel-sikkerhedsdiskriminationsevne, som begge bruges til at identificere stressfølsomme og stressresistente individer inden for en enkelt gruppe kronisk socialt besejrede hanmus. Vurderingen af social trussel-sikkerhedsdiskrimination versus aversiv responsgeneralisering udvider de translationelle kriterier, der bruges til at klassificere den enkelte gruppe af kronisk socialt besejrede dyr i modstandsdygtige og modtagelige undergrupper.

Protocol

Alle forsøg blev udført i overensstemmelse med Rådets direktiv om pasning og anvendelse af dyr til forsøg og blev godkendt af lokale myndigheder (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz). Figur 1 repræsenterer en skematisk tidslinje. 1. Behandling Dyr af interesse: Få C57BL6/J hanmus ved 7 ugers alderen, og ved ankomsten, enkelthus i et temperatur- og fugtighedskontrolleret anlæg på en 12 timers lys-mørk cyklus (lys tændt: 8:00;…

Representative Results

Indeks for social interaktion som måling af aversiv betinget responsEt socialt interaktionsindeks ≥1 afspejler større social interaktion med det respektive sociale mål sammenlignet med udforskningen af de tomme maskeanlæg. Under baseline-betingelser, her defineret som hverken appetitive eller aversive erfaringer med de karakteriserende træk ved en specifik stamme (her både sociale mål for kontrolgruppen og det 129/Sv sociale mål for behandlingsgruppen), afspejles intakte sociale niveauer i …

Discussion

Adfærdsprotokollen her beskriver Social Threat-Safety Test, der bruges til at opdele en enkelt gruppe post-CSD-behandling i tre forskellige undergrupper, der tjener som en metode til at undersøge den underliggende biologi af stressfølsomhed og modstandsdygtighed og til at teste potentielle terapier. Den biologiske kontekst og tekniske detaljer skal nøje overvejes for at styre et grundigt eksperimentelt design.

Forskellige boligforhold kan ændre aggressionsniveauerne, hvilket potentielt ka…

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