Test av social hotsäkerhet avslöjar psykosociala stressrelaterade fenotyper

Summary

Det sociala hot-säkerhetstestet möjliggör en samtidig bedömning av social undvikandeutveckling som ett mått på aversiv betingad inlärning och social hot-säkerhetsdiskrimineringsförmåga, båda används för att identifiera stresskänsliga och stresståliga individer inom en enda grupp av kroniskt socialt besegrade hanmöss.

Abstract

Social stress är en viktig orsak till utvecklingen av psykiska störningar. För att öka det translationella värdet av prekliniska studier bör upplevelsen av social stress och dess beteendemässiga påverkan på möss vara jämförbar med den hos människor. Chronic Social Defeat (CSD) använder en typ av social stress som involverar fysiska attacker och sensoriska hot för att framkalla mentala dysfunktioner som liknar mänskliga affektiva störningar. För att stärka den psykosociala komponenten av CSD tillämpades ett 10-dagars CSD-protokoll där dagliga fysiska attacker standardiseras till tre 10-sekundersepisoder följt av en 24-timmars sensorisk fas. Efter den 10:^e sensoriska fasen följs CSD-protokollet av en förfinad beteendeanalys som kallas social threat-safety test (STST). Beteendeanalyser efter stress måste fastställa hur och i vilken utsträckning den sociala stressfaktorn har påverkat beteendet. STST gör det möjligt för kroniskt socialt besegrade hanmöss att interagera med 2 nya hanindivider (sociala mål): ett socialt mål från den attackerande stammen som påträffades under CSD-dagarna och det andra från en ny stam. Båda presenteras samtidigt i olika fack i en testarena med tre kammare. Testet möjliggör en samtidig bedömning av social undvikande utveckling för att mäta framgångsrik aversiv betingad inlärning och social hot-säkerhetsdiskrimineringsförmåga. Utvecklingen av socialt undvikande mot båda stammarna återspeglar en generaliserad aversiv respons och därmed ett mått på stresskänslighet. Samtidigt återspeglar utvecklingen av socialt undvikande mot endast den attackerande stammen diskriminering av hot och säkerhet och därmed ett mått på stresstålighet. Slutligen återspeglar frånvaron av socialt undvikande mot den attackerande stammen försämrad aversiv betingad inlärning. Protokollet syftar till att förfina de musmodeller som för närvarande används för stresskänslighet/resiliens genom att inkludera translationella kriterier, särskilt hot-säkerhetsdiskriminering och generalisering av aversiv respons, för att kategorisera en enda grupp av kroniskt socialt besegrade djur i motståndskraftiga och mottagliga undergrupper, vilket så småningom främjar framtida translationella metoder.

Introduction

Stress definieras som störning av homeostas orsakad av fysiska eller psykologiska stimuli¹. Stress är en välkänd stor riskfaktor för utveckling av psykiska störningar som posttraumatiskt stressyndrom, depression och ångest ^2,3. I synnerhet anses social stress vara en viktig riskfaktor för utveckling av stressrelaterade psykiska störningar⁴. En typ av social stress som har fått särskild betydelse i forskningen är social underordningsstress⁵. Möss, precis som människor, är kapabla till en rik uppsättning sociala beteenden⁶, vilket gör dem lämpliga för undersökningar som involverar social stress. I laboratoriemiljön, när vuxna möss hålls i grupp, etablerar de en social struktur som involverar bildandet av rang⁷. Följaktligen utformades kolonimodellen för att studera effekterna av naturligt etablerade sociala hierarkier i könsblandade grupper av möss⁸. Under årens lopp har varianter av kolonimodellen utvecklats för att utnyttja social underordningsstress, inklusive samkönade gruppmodeller, modellen för social instabilitet och inkräktarkolonimodellen. Under de senaste åren har dock en särskild variant som kallas den manliga inkräktarmodellen populariserats i litteraturen, vilket förenklar den sociala komplexiteten till två möss: en inneboende och en inkräktare. Djuret av intresse, känt som inkräktaren, placeras i buren hos en större, äldre och pensionerad uppfödare, känd som den boende eller angriparen. Den boende attackerar sedan fysiskt inkräktaren som en konfrontationsmetod, och etablerar en social hierarki där den boende är dominant och inkräktaren är underordnad. När konfrontationer är engångshändelser klassificeras de som “akuta” (“akuta sociala nederlagsmodellen”), medan upprepade konfrontationer som varar över flera dagar (vanligtvis 10) är kända som “kroniska” (den “kroniska sociala nederlagsmodellen”). I modellen för kroniskt socialt nederlag (CSD) är attackerna intermittenta och vanligtvis begränsade till en period på 5-10 minuter⁹, kallad den fysiska fasen. Efter den fysiska fasen hålls inkräktaren och den boende över natten i samma bur, separerade på mitten med en nätvägg, vilket möjliggör alla former av interaktion utom fysisk kontakt. Denna konfiguration, känd som den sensoriska fasen, inducerar stress genom det kontinuerliga utseendet av hot istället för direkt fysisk konfrontation. År 2018 introducerade van der Kooji och kollegor en modifierad behandling av kroniska sociala nederlag för att fokusera på den psykosociala komponenten i modellen genom att standardisera och strikt begränsa den fysiska fas¹⁰. Den modifierade modellen begränsar fysiska attacker till tre 10-sekundersepisoder med olika invånare, som inträffar i 15 minuters mellanrum mellan episoderna i den sensoriska fasen. Efter den tredje fysiska episoden varar den sensoriska fasen över natten. Denna cykel upprepas i 10 dagar i följd med nya invånare per avsnitt. Den modifierade behandlingen förbättrar den translationella validiteten av den kroniska sociala nederlagsmodellen eftersom den fysiska skadan på inkräktaren minimeras och utfallsvariabiliteten från olika varaktigheter av fysiska attacker minskar.

Eftersom CSD-modellen används för att studera stressrelaterad sjukdom (t.ex. depression, ångest, posttraumatiskt stressyndrom) väljs post-beteendeanalyser, inklusive, men inte begränsat till, beteendeanalyser av aggression, minne och anhedonia. Under de senaste åren har beteendeanalyser efter CSD på möss ofta utvärderat hur och i vilken utsträckning sällskapligheten^påverkas. Sällskaplighet definieras som mössens medfödda preferens att interagera socialt snarare än att socialt undvika en artfränder. Eftersom sällskaplighet är föremål för stresseffekter etablerades analyser som enbart bedömer social undvikande utveckling. Stressinducerat socialt undvikande har en translationell relevans eftersom det representerar ett av de viktigaste beteendemässiga symtomen på social ångest och depression hos människor¹¹. I likhet med människor utvecklar inte alla möss socialt undvikande efter CSD-behandling, vilket tyder på att det finns individualitet i stressresponsen. Cohen och kollegor har föreslagit att cut-off beteendekriterier är ett lovande tillvägagångssätt för att studera neurobiologin hos individualitet¹². Urval av djur baserat på beteende resulterar i gruppindelning, vilket understryker grunden för gen-miljöstudier. Därefter uppvisar olika undergrupper ofta en tydlig anrikning av specifika genetiska varianter/modifieringar, som i sin tur kan undersökas under olika miljöförhållanden¹³. Följaktligen användes individualitet i utvecklingen av socialt undvikande för att dela in den enda gruppen av kroniskt socialt besegrade hanmöss i två undergrupper: stressmottagliga (socialt undvikande) och stresståliga (socialt icke-undvikande ^9,14). Tolkningen av fenotypen socialt undvikande hos möss som ett maladaptivt eller adaptivt beteende bör dock övervägas i det övergripande sammanhanget för både behandlingen (här CSD) och beteendeanalysen efter behandlingen. Dessutom skulle den valda beteendeanalysen efter behandlingen helst bedöma andra aspekter av sällskaplighet och inte enbart social undvikande utveckling. Vårt senaste arbete avslöjade att betingad inlärning är involverad i CSD-inducerat socialt undvikande¹⁵. Specifikt är CSD-inducerat socialt undvikande en aversiv betingad respons på de karakteristiska dragen hos de boendes belastning som fungerar som den betingade stimulansen till den obetingade stimulansen, nämligen attackerna från de boende. Dessutom, inom den socialt undvikande undergruppen, kan vissa individer skilja mellan egenskaperna hos de aversiva invånarnas stam och de hos andra säkra nya stammar, medan andra individer visar generaliserat socialt undvikande av båda stammarna. Vi föreslår här en förfinad beteendeanalys efter CSD: Social Threat-Safety Test (STST)¹⁵. Till skillnad från andra sociala interaktionstester⁹ möjliggör STST en samtidig bedömning av social undvikande utveckling som ett mått på den korrekta aversiva betingade responsen (dvs. framgångsrik betingad inlärning) och social hot-säkerhetsdiskrimineringsförmåga, som båda används för att identifiera stressmottagliga och stresståliga individer inom en enda grupp av kroniskt socialt besegrade hanmöss. Bedömningen av social hot-säkerhetsdiskriminering kontra generalisering av aversiv respons utvidgar de translationella kriterierna som används för att klassificera den enda gruppen av kroniskt socialt besegrade djur i motståndskraftiga och mottagliga undergrupper.

Protocol

Alla försök utfördes i enlighet med Europeiska gemenskapernas rådsdirektiv om skötsel och användning av djur för försök och godkändes av lokala myndigheter (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz). Figur 1 visar en schematisk tidslinje. 1. Behandling Djur av intresse: Skaffa C57BL6/J-hanmöss vid 7 veckors ålder, och vid ankomsten, enkelhus i en temperatur- och luftfuktighetskontrollerad anläggning på en 12 timmars ljus-mör…

Representative Results

Index för social interaktion som ett mått på aversiv betingad responsEtt index för social interaktion ≥1 återspeglar större social interaktion med respektive socialt mål jämfört med utforskningen av de tomma näthägnaderna. Under baslinjeförhållanden, som här definieras som att de varken har aptitlig eller motbjudande erfarenhet av de karakteristiska egenskaperna hos en specifik stam (här både sociala mål till kontrollgruppen och 129/Sv sociala mål till behandlingsgruppen), återsp…

Discussion

Beteendeprotokollet här beskriver Social Threat-Safety Test, som används för att dela upp en enda grupp efter CSD-behandling i tre olika undergrupper, och fungerar som en metod för att undersöka den underliggande biologin för stresskänslighet och motståndskraft och för att testa potentiella terapier. Det biologiska sammanhanget och de tekniska detaljerna måste övervägas noggrant för att vägleda en grundlig experimentell design.

Olika inhysningsförhållanden kan förändra aggres…

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