Abordagens comportamentais para estudar estresse inato em zebrafish

Summary

Este manuscrito descreve um método simples para medir o stress comportamentalmente no zebrafish adulto. A abordagem tira proveito da tendência inata que zebrafish preferem a metade inferior de um tanque quando em um estado estressante. Nós igualmente descrevemos métodos para acoplando o ensaio com farmacologia.

Abstract

Responder apropriadamente a estímulos estressores é essencial para a sobrevivência de um organismo. A pesquisa extensiva foi feita em um espectro largo de doenças stress-related e de desordens psiquiátricas, contudo uns estudos mais adicionais na regulação genética e neuronal do stress são exigidos ainda para desenvolver uma terapêutica melhor. O zebrafish fornece um modelo genético poderoso para investigar os fundamentos neural do stress, porque existe uma grande coleção de linhas mutantes e transgénicas. Além disso, a farmacologia pode ser facilmente aplicada ao zebrafish, pois a maioria das drogas pode ser adicionada diretamente à água. Nós descrevemos aqui o uso do “teste novo do tanque” como um método para estudar respostas inatas do esforço no zebrafish, e demonstramos como os fármacos ansiolíticos potenciais podem ser validados usando o ensaio. O método pode facilmente ser acoplado com as linhas do zebrafish que abrigando mutações genéticas, ou aquelas em que as aproximações transgénicas para manipular circuitos neural precisos são usadas. O ensaio também pode ser usado em outros modelos de peixes. Juntos, o protocolo descrito deve facilitar a adoção deste ensaio simples para outros laboratórios.

Introduction

As respostas ao estresse são Estados comportamentais e fisiológicos alterados resultantes de estímulos potencialmente prejudiciais ou aversivos. As respostas ao estresse são conservadas em todo o reino animal e são críticas para a sobrevivência de um organismo¹. Décadas de pesquisa expandiram enormemente nosso conhecimento de alguns dos mecanismos genéticos e neuronais subjacentes aos Estados de estresse. Hoje, as áreas do cérebro, como a amígdala e o estriado², e fatores genéticos como o hormônio liberador de corticotropina (CRH), e os receptores de glicocorticóide (gr) e Mineralocorticoide ( Mr) foram estudados extensivamente^3,4,5,6. Apesar destes resultados críticos, muito permanece desconhecido sobre a regulação genética e neuronal do stress. Como tal, muitos distúrbios relacionados com o stress sofrem de uma falta de terapêutica.

Organismos modelo geneticamente modificáveis fornecem uma ferramenta útil no estudo do controle genético e neuronal do comportamento. Os modelos de peixes, em particular, são extremamente poderosos: eles são pequenos organismos com tempos de geração curtos, seu uso em um ambiente laboratorial é facile, seus genomas são facilmente modificados, e, como um vertebrado, eles compartilham não só genética, mas também neuroanatômica homologia com seus homólogos mamíferos^7,8. Os ensaios padrão para o stress de medição podem ser emparelhados com as linhas do zebrafish que abrigando mutações genéticas, ou aquelas em que a manipulação de subconjuntos neuronal precisos é possível, e os efeitos de únicos genes ou de neurônios definidos podem ser avaliados ràpida e eficientemente.

Comportamentalmente, as respostas ao estresse podem ser caracterizadas em peixes como períodos de hiperatividade ou períodos prolongados de inatividade (semelhante a “congelamento”)⁹, redução da exploração¹⁰, respiração rápida, ingestão reduzida de alimentos¹¹, e um lugar-preferência para o fundo de um tanque¹². Por exemplo, quando colocado em um tanque desconhecido, o zebrafish adulto e outros modelos pequenos do peixe mostram uma preferência inicial para a metade inferior do tanque, contudo, sobre o tempo, os peixes começam a explorar as metades superiores e inferiores com freqüência próximo-igual¹². Tratamento de adultos com drogas conhecidas para reduzir a ansiedade causa peixe para explorar imediatamente a metade superior^10,13. Inversamente, as drogas que aumentam a ansiedade causam o peixe a mostrar forte preferência pela metade inferior do tanque^12,14,15. Assim, a exploração e a preferência reduzidas para a metade inferior do tanque são indicadores simples e de confiança do esforço.

Como a maioria dos vertebrados, as respostas ao estresse em peixes são impulsionadas pela ativação do eixo hipotálamo-hipófise-interrenal (HPI; análoga ao eixo hipotálamo-hipófise-adrenal [hPa] em mamíferos)^14,15. Neurónios hipotalâmicos expressando o sinal de hormônio liberador de corticotropina (CRH) para a hipófise, que por sua vez libera hormônio liberador Adrenocorticotrópico (ACTH). ACTH então sinaliza para a glândula interrenal para produzir e secretar cortisol, que tem um número de alvos a jusante¹⁶, sendo um deles feedback negativo dos neurônios hipotalâmicos produtores de CRH^{3,17, 18,19}.

Aqui, nós descrevemos um método para avaliar medidas comportáveis do stress inata. Para o comportamento, nós detalha protocolos usando o teste novo do mergulho do tanque^12,14. Em seguida, demonstramos, como exemplo, que uma droga ansiolítica conhecida, buspirona, reduz as medidas comportamentais do estresse.

Protocol

O protocolo foi aprovado pela instituição de cuidados institucionais de animais e uso Committeeat Florida Atlantic University. 1. preparação Designe um quarto isolado para executar estudos comportáveis, ou feche fora de uma seção de um quarto de modo que seja isolado.Nota: o quarto deve ser imperturbável e ter tráfego baixo para evitar interromper o comportamento normal dos peixes. Mova os seguintes materiais e equipamentos para a sala comportamental: (i) uma c…

Representative Results

Examinando o stress no zebrafishPara examinar o comportamento de estresse ao longo do tempo em zebrafish tipo selvagem, testamos peixes adultos da cepa AB24 no teste de tanque novo. Os adultos do AB foram submetidos ao protocolo como descrito acima. Momentaneamente, os peixes foram dados um período da Aclimação 1-h em um tanque na sala do comportamento. Um indivíduo foi colocado em um copo para 10-min, e depois colocado suavemente em um tanque desc…

Discussion

Zebrafish exibem uma resposta de stress robusta em um novo tanque
Aqui, nós descrevemos uma aproximação comportável simples para examinar respostas do esforço no zebrafish adulto, e validamos a aproximação como uma medida simples do stress usando a farmacologia.

O novo teste do tanque é um teste amplamente utilizado para examinar o estresse inato em zebrafish e outras espécies de peixes^12,14,<sup class="…

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