Una prueba de seguridad y amenaza social descubre fenotipos relacionados con el estrés psicosocial

Summary

La prueba de seguridad y amenaza social permite una evaluación simultánea del desarrollo de la evitación social como una medida del aprendizaje condicionado aversivo y la capacidad de discriminación de la seguridad y la amenaza social, ambas utilizadas para identificar individuos susceptibles al estrés y resistentes al estrés dentro de un solo grupo de ratones machos crónicamente derrotados socialmente.

Abstract

El estrés social es una de las principales causas del desarrollo de trastornos mentales. Para mejorar el valor traslacional de los estudios preclínicos, la experiencia de estrés social y su impacto conductual en ratones deben ser comparables a los humanos. La derrota social crónica (DCS) utiliza un tipo de estrés social que implica ataques físicos y amenazas sensoriales para inducir disfunciones mentales que se asemejan a los trastornos afectivos humanos. Para fortalecer el componente psicosocial de la DCS, se aplicó un protocolo de DCS de 10 días en el que se estandarizan las agresiones físicas diarias a tres episodios de 10 s seguidos de una fase sensorial de 24 h. Después de la^10ª fase sensorial, el protocolo de CSD es seguido por un ensayo de comportamiento refinado llamado prueba de seguridad y amenaza social (STST). Los ensayos conductuales posteriores al estrés deben determinar cómo y en qué medida el factor de estrés social ha influido en el comportamiento. El STST permite a los ratones machos crónicamente derrotados socialmente interactuar con 2 nuevos individuos machos (objetivos sociales): un objetivo social de la cepa atacante encontrada durante los días de CSD y el otro de una nueva cepa. Ambos se presentan simultáneamente en diferentes compartimentos de un campo de pruebas de tres cámaras. La prueba permite una evaluación simultánea del desarrollo de la evitación social para medir el éxito del aprendizaje aversivo condicionado y la capacidad de discriminación social entre amenazas y seguridad. El desarrollo de la evitación social hacia ambas cepas refleja una respuesta aversiva generalizada y, por lo tanto, una medida de la susceptibilidad al estrés. Mientras tanto, el desarrollo de la evitación social hacia solo la cepa atacante refleja la discriminación entre amenazas y seguridad y, por lo tanto, una medida de la resiliencia al estrés. Por último, la ausencia de evitación social hacia la cepa atacante refleja un deterioro del aprendizaje aversivo condicionado. El protocolo tiene como objetivo refinar los modelos de susceptibilidad al estrés/resiliencia utilizados actualmente en ratones mediante la inclusión de criterios traslacionales, específicamente la discriminación de amenaza-seguridad y la generalización de la respuesta aversiva, para categorizar un solo grupo de animales crónicamente derrotados socialmente en subgrupos resilientes y susceptibles, avanzando eventualmente en futuros enfoques traslacionales.

Introduction

El estrés se define como la alteración de la homeostasis causada por estímulos físicos o psicológicos¹. El estrés es un factor de riesgo importante bien conocido para el desarrollo de trastornos mentales como el trastorno de estrés postraumático, la depresión y la ansiedad ^2,3. En particular, el estrés social se considera un factor de riesgo importante para el desarrollo de trastornos mentales relacionados con el estrés⁴. Un tipo de estrés social que ha cobrado especial importancia en la investigación es el estrés de subordinación social⁵. Los ratones, al igual que los humanos, son capaces de un rico conjunto^{de comportamientos sociales}, lo que los hace adecuados para investigaciones relacionadas con el estrés social. En el laboratorio, cuando los ratones adultos se alojan en grupo, establecen una estructura social que implica la formación de rangos⁷. En consecuencia, el modelo de colonia fue diseñado para estudiar los efectos de las jerarquías sociales establecidas naturalmente en grupos de ratones mixtos^8. A lo largo de los años, se han desarrollado variaciones del modelo de colonias para utilizar el estrés de subordinación social, incluidos los modelos de grupos del mismo sexo, el modelo de inestabilidad social y el modelo de colonias de intrusos. En los últimos años, sin embargo, se ha popularizado en la literatura una variante particular conocida como el modelo de residente-intruso macho, simplificando la complejidad social a dos ratones: un residente y un intruso. El animal de interés, conocido como intruso, se coloca en la jaula de un criador más grande, mayor y retirado, conocido como residente o agresor. Luego, el residente ataca físicamente al intruso como método de confrontación, estableciendo una jerarquía social en la que el residente es dominante y el intruso está subordinado. Cuando los enfrentamientos son eventos únicos, se clasifican como “agudos” (el “modelo de derrota social aguda”), mientras que los enfrentamientos repetidos que duran varios días (generalmente 10) se conocen como “crónicos” (el “modelo de derrota social crónica”). En el modelo de derrota social crónica (DCS), los ataques son intermitentes y, por lo general, se limitan a un período de 5 a 10 minutos⁹, denominado fase física. Después de la fase física, el intruso y el residente pasan la noche en la misma jaula, separados por la mitad con una pared de malla, lo que permite todas las formas de interacción excepto el contacto físico. Esta configuración, conocida como fase sensorial, induce estrés a través de la aparición continua de amenaza en lugar de la confrontación física directa. En 2018, van der Kooji y sus colegas introdujeron un tratamiento modificado de derrota social crónica para centrarse en el componente psicosocial del modelo mediante la estandarización y limitación estricta de la fase física¹⁰. El modelo modificado limita los ataques físicos a tres episodios de 10 s con diferentes residentes, que ocurren en intervalos de 15 minutos entre episodios de la fase sensorial. Después del tercer episodio físico, la fase sensorial dura toda la noche. Este ciclo se repite durante 10 días consecutivos con nuevos residentes por episodio. El tratamiento modificado mejora la validez traslacional del modelo de derrota social crónica, ya que se minimiza el daño físico del intruso y se reduce la variabilidad de los resultados a partir de las duraciones diferenciales de los ataques físicos.

Dado que el modelo CSD se utiliza para estudiar enfermedades relacionadas con el estrés (por ejemplo, depresión, ansiedad, trastorno de estrés postraumático), se eligen ensayos postconductuales, que incluyen, entre otros, ensayos conductuales de agresión, memoria y anhedonia. En los últimos años, los ensayos conductuales post-CSD en ratones a menudo evalúan cómo y en qué medida se ve afectada la sociabilidad⁹. La sociabilidad se define como la preferencia innata de los ratones por interactuar socialmente en lugar de evitar socialmente a un congéner. Dado que la sociabilidad está sujeta a los efectos del estrés, se establecieron ensayos que evalúan únicamente el desarrollo de la evitación social. La evitación social inducida por el estrés tiene una relevancia traslacional, ya que representa uno de los principales síntomas conductuales de la ansiedad social y la depresión en los seres humanos¹¹. Al igual que los humanos, no todos los ratones desarrollan evitación social después del tratamiento con DCS, lo que sugiere la presencia de individualidad en la respuesta al estrés. Cohen y sus colegas han propuesto que los criterios conductuales de corte son un enfoque prometedor para el estudio de la neurobiología de la individualidad¹². La selección de los animales basada en el comportamiento da lugar a la división del grupo, lo que subraya la base para los estudios gen-ambiente. Posteriormente, los diferentes subgrupos a menudo muestran un enriquecimiento distinto de variantes/modificaciones genéticas específicas, que a su vez pueden investigarse en diferentes condiciones ambientales¹³. En consecuencia, la individualidad en el desarrollo de la evitación social se utilizó para dividir el único grupo de ratones machos crónicamente derrotados socialmente en dos subgrupos: susceptibles al estrés (socialmente evitativos) y resistentes al estrés (socialmente no evitativos ^9,14). Sin embargo, la interpretación del fenotipo de evitación social en ratones como un comportamiento desadaptativo o adaptativo debe considerarse en el contexto general tanto del tratamiento (en este caso, el CSD) como del ensayo conductual posterior al tratamiento. Además, el ensayo conductual de elección posterior al tratamiento evaluaría idealmente otras facetas de la sociabilidad y no solo el desarrollo de la evitación social. Nuestro trabajo reciente reveló la implicación del aprendizaje condicionado en la evitación social inducida por el DCS¹⁵. Específicamente, la evitación social inducida por CSD es una respuesta condicionada aversiva hacia los rasgos característicos de la cepa de los residentes que sirve como estímulo condicionado al estímulo incondicionado, es decir, los ataques de los residentes. Además, dentro del subgrupo de evitación social, algunos individuos pueden discriminar entre los rasgos de la cepa de residentes aversivos y los de otras cepas nuevas seguras, mientras que otros individuos muestran una evitación social generalizada a ambas cepas. Proponemos aquí un refinado ensayo conductual post-CSD: el Test de Seguridad y Amenaza Social (STST)¹⁵. A diferencia de^{otras pruebas de} interacción social, el STST permite una evaluación simultánea del desarrollo de la evitación social como una medida de la respuesta condicionada aversiva correcta (es decir, el aprendizaje condicionado exitoso) y la capacidad de discriminación social de amenaza y seguridad, las cuales se utilizan para identificar individuos susceptibles al estrés y resistentes al estrés dentro de un solo grupo de ratones machos crónicamente derrotados socialmente. La evaluación de la discriminación entre amenazas sociales y seguridad frente a la generalización de la respuesta aversiva amplía los criterios traslacionales utilizados para clasificar el único grupo de animales crónicamente derrotados socialmente en subgrupos resilientes y susceptibles.

Protocol

Todos los procedimientos se llevaron a cabo de conformidad con la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas relativa al cuidado y la utilización de animales para procedimientos experimentales y fueron aprobados por las autoridades locales (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz). La figura 1 representa una línea de tiempo esquemática. 1. Tratamiento Animales de interés: Obtener ratones machos C57BL6/J a las 7 semanas de edad …

Representative Results

Índice de interacción social como medida de la respuesta aversiva condicionadaUn índice de interacción social ≥1 refleja una mayor interacción social con el objetivo social respectivo en comparación con la exploración de los recintos de malla vacíos. En condiciones basales, definidas aquí como no tener experiencia ni apetitiva ni aversiva con los rasgos característicos de una cepa específica (en este caso, tanto los objetivos sociales para el grupo de control como el objetivo social 129/…

Discussion

El protocolo conductual aquí describe la Prueba de Seguridad y Amenaza Social, utilizada para dividir un solo grupo después del tratamiento con CSD en tres subgrupos diferentes, que sirve como método para investigar la biología subyacente de la susceptibilidad al estrés y la resiliencia y para probar posibles terapias. El contexto biológico y los detalles técnicos deben considerarse cuidadosamente para guiar un diseño experimental exhaustivo.

Las diferentes condiciones de alojamiento p…

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