Évaluation de la neurotoxicité chez Danio rerio adulte à l’aide d’une batterie de tests comportementaux dans un seul réservoir
Summary
Ici, nous présentons une batterie complète de tests comportementaux, y compris le nouveau réservoir, les bancs et les tests de préférence sociale, pour déterminer efficacement les effets neurotoxiques potentiels des produits chimiques (par exemple, la méthamphétamine et le glyphosate) sur les poissons-zèbres adultes en utilisant un seul réservoir. Cette méthode est pertinente pour la recherche sur la neurotoxicité et l’environnement.
Abstract
La présence d’effets neuropathologiques s’est avérée être, pendant de nombreuses années, le principal critère d’évaluation de la neurotoxicité d’une substance chimique. Cependant, au cours des 50 dernières années, les effets des produits chimiques sur le comportement des espèces modèles ont été activement étudiés. Progressivement, les paramètres comportementaux ont été incorporés dans les protocoles de dépistage neurotoxicologique, et ces résultats fonctionnels sont maintenant couramment utilisés pour identifier et déterminer la neurotoxicité potentielle des produits chimiques. Les tests comportementaux chez les poissons-zèbres adultes fournissent un moyen standardisé et fiable d’étudier un large éventail de comportements, notamment l’anxiété, l’interaction sociale, l’apprentissage, la mémoire et la dépendance. Les tests comportementaux chez les poissons-zèbres adultes consistent généralement à placer le poisson dans une arène expérimentale et à enregistrer et analyser son comportement à l’aide d’un logiciel de suivi vidéo. Les poissons peuvent être exposés à divers stimuli, et leur comportement peut être quantifié à l’aide d’une variété de mesures. Le nouveau test en réservoir est l’un des tests les plus acceptés et les plus largement utilisés pour étudier le comportement anxieux chez les poissons. Les tests de bancs et de préférences sociales sont utiles pour étudier le comportement social du poisson-zèbre. Ce test est particulièrement intéressant puisque le comportement de l’ensemble du banc est étudié. Ces tests se sont avérés hautement reproductibles et sensibles aux manipulations pharmacologiques et génétiques, ce qui en fait des outils précieux pour étudier les circuits neuronaux et les mécanismes moléculaires sous-jacents au comportement. De plus, ces tests peuvent être utilisés dans le criblage de drogues pour identifier les composés qui peuvent être des modulateurs potentiels du comportement.
Nous montrerons dans ce travail comment appliquer des outils comportementaux en neurotoxicologie des poissons, en analysant l’effet de la méthamphétamine, une drogue récréative, et du glyphosate, un polluant environnemental. Les résultats démontrent la contribution significative des tests comportementaux chez le poisson-zèbre adulte à la compréhension des effets neurotoxicologiques des polluants environnementaux et des médicaments, en plus de fournir des informations sur les mécanismes moléculaires qui peuvent altérer la fonction neuronale.
Introduction
Le poisson-zèbre (Danio rerio) est une espèce de vertébré modèle populaire pour l’écotoxicologie, la découverte de médicaments et les études de pharmacologie de sécurité. Son faible coût, ses outils de génétique moléculaire bien établis et la conservation des processus physiologiques clés impliqués dans la morphogenèse et le maintien du système nerveux font du poisson-zèbre un modèle animal idéal pour la recherche en neurosciences, y compris la toxicologie neurocomportementale 1,2. Le critère d’évaluation principal de la neurotoxicité d’un produit chimique était, jusqu’à récemment, la présence d’effets neuropathologiques. Dernièrement, cependant, les paramètres comportementaux ont été incorporés dans les protocoles de dépistage neurotoxicologique, et ces résultats fonctionnels sont maintenant couramment utilisés pour identifier et déterminer la neurotoxicité potentielle des produits chimiques 3,4. De plus, les paramètres comportementaux sont très pertinents d’un point de vue écologique, car même un changement de comportement très léger chez les poissons pourrait mettre en danger la survie de l’animal dans des conditions naturelles5.
L’un des tests comportementaux les plus utilisés dans la recherche sur le poisson-zèbre adulte est le nouveau test en réservoir (NTT), qui mesure le comportement anxieux 6,7. Dans ce test, les poissons sont exposés à la nouveauté (les poissons sont placés dans un aquarium inconnu), à un léger stimulus aversif et à leurs réponses comportementales sont observées. Le NTT est utilisé pour évaluer l’activité locomotrice basale, la géotaxie, la congélation et les mouvements erratiques des poissons, principalement. L’erratique8 se caractérise par des changements brusques de direction (zigzag) et des épisodes répétés d’accélérations (dards). Il s’agit d’une réaction d’alarme qui est généralement observée avant ou après les épisodes de gel. Le comportement de congélation correspond à un arrêt complet des mouvements du poisson (à l’exception des mouvements operculaires et oculaires) lorsqu’il est au fond de l’aquarium, par opposition à l’immobilité causée par la sédation, qui provoque l’hypolocomotion, l’akinésie et le naufrage8. Le gel est généralement lié à un état élevé de stress et d’anxiété et fait également partie d’un comportement de soumission. Les comportements complexes sont d’excellents indicateurs de l’état d’anxiété des animaux. Il a été démontré que NTT est sensible aux manipulations pharmacologiques et génétiques9, ce qui en fait un outil précieux pour étudier les bases neuronales de l’anxiété et des troubles apparentés.
Le poisson-zèbre est une espèce très sociale, nous pouvons donc mesurer un large éventail de comportements sociaux. Le test de haut-fond (ST) et le test de préférence sociale (SPT) sont les tests les plus utilisés pour évaluer le comportement social10. Le ST mesure la tendance des poissons à se regrouper11 en quantifiant leur comportement spatial et leurs schémas de déplacement. Le ST est utile pour étudier la dynamique de groupe, le leadership, l’apprentissage social et la compréhension du comportement social de nombreuses espèces de poissons12. Le SPT chez le poisson-zèbre adulte a été adapté du test de préférence de Crawley pour la nouveauté sociale pour les souris13 et est rapidement devenu un test comportemental populaire pour l’étude de l’interaction sociale chez cette espèce modèle14. Ces deux tests ont également été adaptés pour être utilisés dans des tests de dépistage de drogues et se sont révélés prometteurs pour l’identification de nouveaux composés qui modulent le comportement social15,16.
En général, les tests comportementaux chez le poisson-zèbre adulte sont des outils puissants qui peuvent fournir des informations précieuses sur les mécanismes comportementaux ou les neurophénotypes des composés actifs et des drogues consommées17. Ce protocole détaille comment mettre en œuvre ces outils comportementaux7 avec des ressources matérielles de base et comment les appliquer dans des tests de toxicité pour caractériser les effets d’un large éventail de composés neuroactifs. De plus, nous verrons que les mêmes tests peuvent être appliqués pour évaluer les effets neurocomportementaux d’une exposition aiguë à un composé neuroactif (méthamphétamine) mais aussi pour caractériser ces effets après une exposition chronique à des concentrations environnementales d’un pesticide (glyphosate).
Protocol
Representative Results
Discussion
Les comportements anxieux caractéristiques observés dans le NTT ont été positivement corrélés avec les niveaux de sérotonine analysés dans le cerveau21. Par exemple, après exposition à la parachlorophénylalanine (PCPA), un inhibiteur de la biosynthèse de la 5-HT, les poissons ont présenté une géotaxie positive ainsi qu’une diminution des taux cérébraux de 5-HT22, des résultats très similaires à ceux obtenus avec la METH. Par conséquent, la diminution …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par l’Agencia Estatal de Investigación du Ministère espagnol de la Science et de l’Innovation (projet PID2020-113371RB-C21), IDAEA-CSIC, Centre d’Excellence Severo Ochoa (CEX2018-000794-S). Juliette Bedrossiantz a bénéficié d’une bourse de doctorat (PRE2018-083513) cofinancée par le gouvernement espagnol et le Fonds social européen (FSE).
Materials
| Aquarium Cube shape | Blau Aquaristic | 7782025 | Cubic Panoramic 10 (10 L, 20 cm x 20 cm x 25 cm, 5 mm) |
| Ethovision software | Noldus | Ethovision XT | Version 12.0 or newer |
| GigE camera | Imaging Development Systems | UI-5240CP-NIR-GL | |
| GraphPad Prism 9.02 | GraphPad software Inc | GraphPad Prism 9.02 | For Windows |
| IDS camera manager | Imaging Development Systems | ||
| LED backlight illumination | Quirumed | GP-G2 | |
| SPSS Software | IBM | IBM SPSS v26 | |
| uEye Cockpit software | Imaging Development Systems | version 4.90 |
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