Lo stress cronico sposta il comportamento di scelta correlato allo sforzo in un'attività di barriera del labirinto Y nei topi

Summary

Il compito di barriera Y-labirinto è un test di comportamento che esamina la motivazione a spendere sforzo per la ricompensa. Qui, discutiamo di testare più fattori di stress cronici ben convalidati tra cui corticosterone cronico e stress di sconfitta sociale con questo comportamento, così come il nuovo stress cronico non discriminatorio di sconfitta sociale (CNSDS), che è efficace nelle femmine.

Abstract

I disturbi dell’umore, compreso il disturbo depressivo maggiore, possono essere precipitati da stress cronico. Il compito di barriera Y-laze è un test di scelta legato allo sforzo che misura la motivazione a spendere sforzo e ottenere ricompensa. Nei topi, l’esposizione cronica allo stress influisce significativamente sulla motivazione a lavorare per una ricompensa di valore superiore quando una ricompensa di valore inferiore è liberamente disponibile rispetto ai topi non stressati. Qui descriviamo il paradigma cronico dell’amministrazione del corticosterone, che produce un cambiamento nella risposta sforzosa nel compito della barriera del labirinto Y. Nel compito del labirinto Y, un braccio contiene 4 pellet di cibo, mentre l’altro braccio contiene solo 2 pellet. Dopo che i topi imparano a selezionare il braccio ad alta ricompensa, le barriere con altezza progressivamente crescente vengono introdotte nel braccio ad alta ricompensa durante più sessioni di test. Sfortunatamente, la maggior parte dei paradigmi di stress cronico (tra cui corticosterone e sconfitta sociale) sono stati sviluppati nei topi maschi e sono meno efficaci nei topi femminili. Pertanto, discutiamo anche dello stress cronico non discriminatorio della sconfitta sociale (CNSDS), un paradigma di stress che abbiamo sviluppato che è efficace sia nei topi maschi che in quello femminile. Risultati ripetuti con più fattori di stress cronici distinti nei topi maschi e femmine combinati con un maggiore utilizzo di attività comportamentali traslazione rilevanti aiuterà a far progredire la comprensione di come lo stress cronico può precipitare disturbi dell’umore.

Introduction

Disturbi dell’umore come la depressione e l’ansia sono altamente prevalenti nella società di oggi. Decenni di lavoro hanno costantemente cercato trattamenti migliorati e modelli di roditori rilevanti per studiare questi disturbi complessi¹. Lo stress cronico è un fattore che contribuisce ai disturbi dell’umore come la depressione². Pertanto, i paradigmi di stress cronico come lo stress cronico da sconfitta sociale (SDS) e la somministrazione cronica di corticosterone (CORT) sono stati sviluppati nei topi maschi e sono ora ampiamente utilizzati per valutare gli effetti neurobiologici e comportamentali dell’esposizione cronica allo stress. I test comportamentali più utilizzati per valutare gli effetti di stress cronico includono compiti associati al comportamento di evitamento, come il labirinto elevato più, il campo aperto e l’alimentazione soppressa novità, o con l’efficacia antidepressiva, come il test di nuoto forzato. Tuttavia, questi comportamenti nei roditori probabilmente mancano di volto e, cosa più importante, di validità predittiva e rilevanza trassletica per disturbi umani come la depressione.

Un paradigma di stress cronico popolare, stress lieve cronico imprevedibile (CUMS), è stato convalidato ampiamente utilizzando comportamenti come la preferenza di saccarosio³. CUMS riduce la preferenza per una soluzione di saccarosio dell’1% rispetto all’acqua ed è storicamente interpretato come comportamento correlato all’anedonia^4,5. Tuttavia, questa riduzione della preferenza di saccarosio non è osservata negli esseri umani con disturbo depressivo^{maggiore 6,7}. Inoltre, la preferenza di saccarosio non consente lo studio della motivazione della ricompensa sforzosa.

Recentemente, alcune ricerche hanno spostato l’attenzione su altri comportamenti associati alla motivazione e alla^{ricompensa 8,9}. Questi compiti hanno un promettente valore traslazione perché valutazioni del comportamento relativamente simili possono essere condotte sia negli esseri umani che nei roditori. Qui, descriviamo i paradigmi CORT e SDS e i loro effetti in un compito comportamentale barriera Y-labirinto che misura la motivazione a sforzo per la ricompensa. Discutiamo poi di un nuovo paradigma di stress cronico che abbiamo sviluppato, lo stress cronico non discriminatorio della sconfitta sociale (CNSDS), che è efficace sia nei topi maschi che in quello femminile.

La somministrazione cronica di corticosterone (CORT) è un paradigma progettato per imitare lo stress cronico senza esposizioni effettive allo stress. L’attivazione dell’asse ipotalamo-pituitario-surenale da parte dello stress si traduce nel rilascio endogeno dello steroide surrenale cortisolo negli esseri umani^10,11,12 e corticosterone nei topi^13,14. La consegna di corticosterone attraverso l’acqua potabile di topi maschi adulti per almeno 4 settimane comporta risposte comportamentali disadattative in attività di prevenzione come campo aperto, elevato più labirinto, e l’alimentazione soppressa^{novità 10,11,12,13,14,15,16}. È interessante notare che CORT influisce anche sull’elaborazione delle ricompense nelle attività^{strumentali 16,17,18,19}. Il paradigma CORT qui descritto produce una concentrazione costante del siero inferiore a 100 ng/mL CORT, che è più di cinque volte inferiore a quella prodotta da un fattorino acuto come il nuoto forzato¹⁵. Pertanto, la somministrazione cronica di CORT è improbabile che causi ipercortisolemia. Mentre corT cronica è efficace solo nei topi maschi²⁰, abbiamo recentemente dimostrato che produce un robusto cambiamento nella risposta sforzosa nel compito barriera Y-labirinto²¹. Per la nostra conoscenza, questo è stato uno dei primi studi per esaminare gli effetti dello stress cronico su un comportamento di scelta legato allo sforzo nei topi maschi²¹. Uno studio precedente ha dimostrato per la prima volta l’impatto dello stress di moderazione acuta sul processo decisionale basato sullo sforzo nei ratti²². Nei comportamenti di scelta legati allo sforzo, un animale sceglie di esercitare uno sforzo per una ricompensa di alto valore o accettare una ricompensa di valore inferiore che è più liberamente disponibile. Negli esseri umani, la spesa di sforzo per il compito di premi (EEfRT), è un gioco per computer sviluppato per essere analogo ai compiti di scelta legati allo sforzo nei^{topi 23}. La depressione si traduce in risposte disadattative in EEfRT (diminuzione della probabilità di scegliere compiti difficili per premi di alto valore). Pertanto, i compiti di scelta relativi allo sforzo nei roditori sono particolarmente interessanti a causa della loro rilevanza traslazione.

Lo stress da sconfitta sociale cronica (SDS) è uno dei modelli di stress preclinico più ampiamente utilizzati nei topi maschi. Si tratta di un protocollo di 10 giorni in cui grandi, aggressivi maschi di allevamento in pensione CD-1 attaccano topi sperimentali, in genere C57BL/6J, in sessioni giornaliere 5 min²⁴. Questo produce un fenotipo comportamentale disadattativo robusto in un sottoinsieme di topi sperimentali. Un test di interazione sociale viene utilizzato per stratificare i topi in popolazioni resilienti o suscettibili allo stress da sconfitta, e diversi studi hanno usato questa caratteristica unica della SDS per sondare i meccanismi del circuito molecolare e neurale alla base della dipendenza dallo stress e della suscettibilità. Qui descriviamo i dettagli del paradigma CORT e la sua implementazione per l’attività comportamentale barriera Y-labirinto. Discutiamo anche degli effetti SDS nell’attività di barriera del labirinto Y. Il compito di barriera del labirinto Y si basa sul compito barriera T-labirinto, che viene utilizzato principalmente nei ratti per misurare la motivazione a spendere sforzo per premi alti o bassi presenti nei due bracci del labirinto^8,9,25. Questo compito è stato anche implementato per studiare la risposta sforzosa nei topi somministrati caffeina o dopamina antagonisti nei topi²⁶. I roditori possono spendere maggiore sforzo salendo barriere di altezza progressiva aumentando in un braccio del labirinto per un valore di ricompensa più alto, in genere 4 pellet di ricompensa, o spendere significativamente meno sforzo nell’altro braccio del labirinto per ricevere solo 2 pellet ricompensa⁹. I paradigmi di sconfitta sociale di 10 giorni producono un robusto fenotipo maladaptivo nei topi suscettibili che dura circa 30 giorni, quindi abbiamo modificato il compito della barriera del labirinto Y per addestrare e testare più rapidamente gli animali al fine di completare tutti gli esperimenti entro questo periodo di 30 giorni²⁴. Pertanto, qui dettagliamo anche un protocollo di attività comportamentale barriera Y-labirinto contenente sessioni di allenamento condensato e sessioni di test a barriera singola per misurare la motivazione a spendere sforzo per la ricompensa in topi esposti allo stress cronico.

Sfortunatamente, sia il corticosterone cronico che lo stress cronico della sconfitta sociale sono stati sviluppati nei topi maschi e sono meno efficaci nei topi femminili. Questo è altamente problematico come le donne sono più probabilità rispetto agli uomini per essere diagnosticati con disturbi dell’umore come la depressione¹. Adattamenti intelligenti alla SDS hanno permesso l’uso nei topi femminili, ma richiedono interventi chirurgici difficili o noiosa raccolta delle urine^26,27. Recentemente abbiamo descritto una semplice modifica al paradigma SDS, chiamata stress cronico non discriminatorio della sconfitta sociale (CNSDS). CNSDS consente una stratificazione suscettibile e resiliente di topi maschi e femmine^{sperimentali 28}. Sia i topi sensibili alle donne che i topi maschi esposti al CNSDS mostrano una maggiore evitamento delle braccia aperte nel labirinto elevato e del centro in campo aperto e mostrano una maggiore latenza da mangiare nell’alimentazione soppressa delle novità. CNSDS è anche più efficiente di altre modifiche a SDS, come entrambi i sessi sono combinati in sessioni di sconfitta. Ciò si traduce in un aumento della resa di topi sperimentali senza un aumento associato di tempo e fatica necessari per completare il protocollo. Pertanto, concludiamo questo manoscritto con una presentazione approfondita di questo paradigma di stress cronico recentemente sviluppato.

Protocol

Questi esperimenti sono stati condotti in conformità con le linee guida niD per la cura degli animali di laboratorio e approvati dal Comitato per la cura e l’uso degli animali istituzionali della Rutgers University. 1. Corticosterone cronico (CORT) Assegnare casualmente i topi ai gruppi di trattamento. Dividere casualmente i topi maschi adulti C57BL/6J in gruppi Vehicle e Corticosterone (CORT). Topi domestici in gabbie distinte e topi CORT in altri, poiché il loro trattamen…

Representative Results

Il CORT cronico è stato somministrato per 4 settimane seguito dall’addestramento e dai test sulla barriera del labirinto Y (Figura 1A). In una coorte separata, il paradigma SDS di 10 giorni è stato seguito allo stesso modo da formazione e test nell’attività di barriera del labirinto Y (Figura 1C), per determinare l’effetto di questi paradigmi di stress cronico sul comportamento di scelta correlato allo sforzo nei topi maschi. CorT cronico e SDS hanno ridotto …

Discussion

Mentre il paradigma CORT cronico fornisce una dose corT costante nell’acqua potabile, per esperienza ci può essere una certa variabilità nella quantità consumata dai topi. Inoltre, il consumo può essere valutato solo per la gabbia totale e una media presa in base al numero di topi nella gabbia. Inoltre, la fuoriuscita può verificarsi quando si pesano le bottiglie, si trasferiano i topi per il test di comportamento o quando si cambia in una gabbia fresca. Tuttavia, il monitoraggio del consumo di veicoli e CORT è anc…

Materials

Acrylic Sheet	McMaster Carr	8560K215	Clear, 3/16" thick, 24" X 36"
Beta-cyclodextrin	Sigma-Aldrich	C4767	500 mg
C57BL/6J Mice	Jackson Labs	000664	Adults age 7-8 weeks
Corticosterone	Sigma-Aldrich	C2505 or C27840	100 or 500 mg
Male CD-1 Mice	Charles River	022	"Retired Breeders"
PVC Acrylic Sheet	McMaster Carr	8560K215	White, 3/16" thick, 48" X 48"
Solidstate Ultrasonic Cleaner	Fisher Scientific	FS-28	Must reach 40 kHz
Steel Wire Cloth	McMaster Carr	9219T143	1 ft X 2 ft