El objetivo del protocolo actual es esbozar los pasos necesarios para establecer y utilizar un ensayo de preferencia social para el pez cebra adulto y demostrar que puede utilizarse para caracterizar los defectos sociales inducidos por el etanol.
Artículo de método
El objetivo del protocolo actual es esbozar los pasos necesarios para establecer y utilizar un ensayo de preferencia social para el pez cebra adulto y demostrar que puede utilizarse para caracterizar los defectos sociales inducidos por el etanol.
Los trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF) describen todos los defectos congénitos inducidos por el alcohol. Los defectos congénitos, como las deficiencias de crecimiento, las anomalías craneofaciales, conductuales y cognitivas, se asocian con el TEAF. Las dificultades sociales son anormalidades comunes del comportamiento asociadas con el TEAF y, a menudo, resultan en problemas de salud graves. Los modelos animales son fundamentales para comprender los mecanismos responsables de los defectos sociales inducidos por el etanol. Los peces cebra son vertebrados sociales que producen huevos transparentes fertilizados externamente; estas características proporcionan a los investigadores un procedimiento preciso pero simple para crear el fenotipo de TEAF y un comportamiento innato que se puede aprovechar para modelar los déficits sociales asociados con el TEAF. Por lo tanto, los peces cebra son ideales para caracterizar los déficits sociales del TEAF. El objetivo del protocolo actual es proporcionar al usuario un ensayo conductual simple que se pueda utilizar para caracterizar las consecuencias de un entorno negativo temprano durante el desarrollo y los efectos que puede tener en el comportamiento social en la edad adulta. El protocolo se puede utilizar para caracterizar el efecto que las mutaciones o los teratógenos tienen en el comportamiento social de los adultos. El protocolo descrito aquí demuestra cómo caracterizar el comportamiento social de peces individuales durante un ensayo social de 20 minutos. Además, los datos obtenidos utilizando el protocolo actual proporcionan evidencia de que el protocolo se puede utilizar para caracterizar los efectos de los defectos sociales inducidos por etanol embrionario en peces cebra adultos.
La exposición prenatal al alcohol puede provocar una variedad de defectos congénitos conocidos colectivamente como trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF)1. El deterioro del comportamiento, como las dificultades sociales, son defectos congénitos comunes asociados con el TEAF 2,3. Desafortunadamente, las dificultades sociales con frecuencia resultan en serios problemas de salud mental4, que pueden afectar negativamente la calidad de vida de las personas con TEAF. Por lo tanto, es primordial comprender los mecanismos responsables de los defectos sociales inducidos por el etanol.
El pez cebra tiene características biológicas y de comportamiento que lo hacen muy adecuado para avanzar en nuestra comprensión de los mecanismos responsables de los defectos sociales inducidos por el etanol. Por ejemplo, el pez cebra produce grandes cantidades de huevos transparentes fertilizados externamente; estas características biológicas permiten a los investigadores crear fácilmente fenotipos precisos y replicables de TEAF5. Para exponer los embriones al etanol a las 24 h después de la fertilización (hpf), simplemente se tiene que utilizar un microscopio de disección para examinar el óvulo transparente y estadificar el embrión basándose en trabajos publicados previamente como Kimmel et al.6, y luego colocar el óvulo en la concentración de etanol deseada durante el tiempo deseado. Dado que el corion es una barrera débil contra el alcohol7, el etanol baña fácilmente al embrión. Para detener la exposición, simplemente hay que retirar los huevos de la solución de etanol. Además de proporcionar a los investigadores un método simple pero preciso para crear fenotipos de TEAF, el pez cebra también permite a los investigadores hacer comparaciones genéticas con los humanos porque el 70% de los genes humanos tienen un ortólogo de pez cebra, por lo que son una herramienta valiosa paracomprender los genes relacionados con las enfermedades humanas. Además, a diferencia de otros modelos animales, el pez cebra forma grupos sociales9 llamados cardúmenes10. El comportamiento de cardumen puede utilizarse para caracterizar los efectos que la exposición embrionaria al etanol tiene sobre el comportamiento social11. Además, en el pez cebra se puede provocar una respuesta social mediante el uso de estímulos sociales controlados por computadora12 o un estímulo social en vivo13.
Trabajos previos han caracterizado la respuesta social del pez cebra adulto en grupos14, sin embargo, una limitación de este enfoque es la incapacidad de correlacionar el comportamiento de un pez individual con una medida específica como los cambios en los niveles de neurotransmisores11. El siguiente protocolo dará a los usuarios la capacidad de caracterizar el comportamiento social de un pez cebra adulto individual. Dado que el comportamiento social se adquiere para peces individuales, los usuarios del protocolo ahora pueden correlacionar el perfil de comportamiento adquirido de cada pez con un resultado dependiente. Por ejemplo, trabajos previos han demostrado que la exposición embrionaria al etanol altera la respuesta dopaminérgica a un estímulo social11. Si bien los datos mostrados aquí han utilizado la exposición embrionaria al etanol como variable independiente, los usuarios del protocolo pueden caracterizar los efectos que otros tratamientos farmacológicos o mutaciones genéticas tienen en el comportamiento social. Además, los usuarios del protocolo no se limitan a examinar cómo los tratamientos embrionarios alteran el comportamiento, sino que también pueden determinar cómo los tratamientos farmacológicos agudos en el pez cebra adulto impactan el comportamiento social15.
Todos los métodos descritos aquí han sido aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Dakota del Sur.
1. Alojamiento, cuidado y exposición al etanol embrionario del pez cebra
2. Aleatorización y configuración del tanque
3. Realización del ensayo social
La Figura 2 ha sido modificada de Fernandes et al.17 y muestra que la exposición embrionaria al etanol atenua la respuesta de cardumen al examinar la distancia desde el estímulo. Los datos de la Figura 2 representan la distancia con el estímulo social durante el ensayo de 20 minutos. El eje Y muestra la distancia en centímetros, mientras que el eje X muestra la prueba de 20 minutos dividida en intervalos de 1 minuto. La barra negra a lo largo del eje X representa el momento en que se han eliminado las barreras opacas y el estímulo social es visible para los peces de prueba. En todos los grupos inicialmente se observa un rápido descenso hacia el estímulo social una vez que éste se hace visible, lo cual se puede determinar por la pronunciada disminución de la distancia entre los minutos 9 y 10, sin embargo, mientras que los peces control se mantienen muy cerca del estímulo social tratados con alcohol no lo están; Esto sugiere que la exposición embrionaria al etanol afecta el comportamiento social de los adultos12,18.
La Figura 3 ha sido modificada de Fernandes et al.17 y utiliza datos recopilados de la medición de la distancia al estímulo para mostrar aún más el efecto que la exposición embrionaria al etanol tiene en la respuesta de cardúmenes. Los datos de la Figura 3 representan la reducción de la distancia hacia el estímulo social una vez que éste es visible. Calcular la reducción media de la distancia al estímulo; La distancia promedio al estímulo durante el período de estímulo (cuando el estímulo es visible) se restó de la distancia promedio al estímulo durante la habituación (cuando el estímulo social no es visible), por lo que un valor negativo mayor representa una respuesta social más fuerte.
La figura 4 muestra el tiempo de permanencia en las zonas frente a la distancia al estímulo. La Figura 4 ha sido modificada a partir de Fernandes et al.17. La Figura 4A muestra la cantidad de tiempo (eje Y) que los peces pasan en cada zona (eje X) mientras el estímulo es visible. Mientras que los peces de todos los grupos parecen mostrar una preferencia por la zona más cercana al estímulo social, los peces de control pasan casi el doble de tiempo en la zona 1 en comparación con los peces tratados con alcohol (Figura 4B). La Figura 4C muestra que la exposición embrionaria al etanol no afectó la movilidad, ya que no hubo diferencia entre los grupos a través de las zonas. Finalmente, la Figura 4D muestra que en ausencia de un estímulo social, los peces no pasan tiempo en la zona más cercana al estímulo social. Así, los resultados muestran que los peces control se acercan y se mantienen muy cerca del estímulo social cuando son visibles, mientras que los peces tratados con etanol no lo hacen. Además, los datos mostrados en la Figura 2 y la Figura 4C sugieren que la exposición embrionaria al etanol no afecta la capacidad de los peces para ver el estímulo social (Figura 2) o moverse (Figura 4C), por lo que proporciona una fuerte evidencia de que la exposición embrionaria al etanol afecta el comportamiento social en el pez cebra adulto.

Figura 1: Esquema del aparato conductual. Se utilizó un tanque de 37 L para analizar el comportamiento social de un pez cebra adulto (llamado ZT140) con y sin exposición embrionaria al etanol. Esta figura ha sido modificada con respecto a Fernandes et al.17. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: La exposición embrionaria al etanol atenua el comportamiento social en el pez cebra adulto. Distancia promedio entre el pez experimental adulto y el banco vivo trazado para intervalos de 1 min de la sesión de comportamiento de 20 min. Se muestran las medias ± SEM. Control (n = 12); Etanol al 1% (EtOH; n = 11). La barra horizontal sobre el eje X, de 10 a 20 minutos, representa una línea de tiempo durante la cual el banco vivo es visible para los sujetos experimentales. La concentración de alcohol se muestra encima de los gráficos. Esta figura ha sido modificada con respecto a Fernandes et al.17. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Los peces tratados con alcohol están significativamente más lejos del banco de peces vivos. Las barras representan la diferencia entre la distancia de los peces al banco vivo antes y después de que el banco vivo sea visible. Los valores negativos más grandes sugieren una respuesta más fuerte a los congéneres. Se muestran las medias ± SEM. Se muestran las medias ± SEM. Control (n = 12); Etanol al 1% (EtOH; n = 11). Esta figura ha sido modificada con respecto a Fernandes et al.17. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: La exposición embrionaria al etanol altera la duración del tiempo de permanencia en la zona 1 solo cuando el cardumen vivo es visible. (A) Las barras representan el tiempo pasado en las 10 zonas durante la presentación del estímulo. (B) Las barras representan el tiempo que se pasa en la zona 1 durante la presentación del estímulo. La zona 1 es la zona más cercana al banco de arena vivo, mientras que la zona 10 es la más alejada del banco de arena viva. Nótese la diferencia significativa en la cantidad de tiempo que los peces de control pasan en la zona. (C) Las barras representan el porcentaje promedio de tiempo pasado en todas las zonas durante la habituación, los primeros 10 min. (D) Las barras representan el tiempo pasado en la zona 1 durante la habituación. Se muestran las medias ± SEM. Los tamaños de muestra son los siguientes: Control (n = 12); etanol (EtOH; n = 11). Esta figura ha sido modificada con respecto a Fernandes et al.17. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
El pez cebra tiene una serie de características biológicas y de comportamiento que lo convierten en un organismo muy atractivo para la investigación que involucra los genes, el medio ambiente y el comportamiento 5,19. Este protocolo proporciona al usuario final una guía relativamente sencilla para analizar el comportamiento social, múltiples formas de cuantificar el comportamiento social, y tiene el potencial de vincular las respuestas conductuales de los peces individuales con tratamientos como la exposición embrionaria al etanol, las mutaciones genéticas u otras sustancias farmacológicas.
Para evaluar el comportamiento social en el pez cebra adulto, siga cuidadosamente este protocolo junto con el manual del usuario del software de seguimiento de su elección. Para construir la pista de pruebas, simplemente se necesita un tanque de 37 L con tapa y plástico corrugado ligero, dos tanques más pequeños para el estímulo social y una cámara; La mayoría de estos artículos se pueden comprar en tiendas de mascotas y en cualquier gran minorista. Cuando a un solo pez cebra se le presenta un grupo de peces cebra, el comportamiento natural del solo pez cebra es reducir la distancia al grupo mientras aumenta el tiempo que pasa en las proximidades del grupo19, este comportamiento se denomina respuesta de cardumen19. La respuesta de cardumen es un comportamiento social que se puede caracterizar de dos maneras: en primer lugar, cuando el estímulo social es visible se mide la distancia entre el estímulo social y el pez soltero12 y en segundo lugar se mide el tiempo que se pasa en la zona más cercana al estímulo social cuando es visible. Tener la capacidad de cuantificar el tiempo que el pez cebra pasa en una zona de 5 cm cuando el estímulo social es visible proporciona una fuerte evidencia de la respuesta social, dado que estos peces en promedio miden aproximadamente 4 cm de longitud.
Dividir el tanque de 50 cm en áreas de 10 o 5 cm ayuda en el análisis estadístico porque la probabilidad de que los peces de prueba estén en cualquier zona es la misma. A primera vista, tener dos medidas para el mismo resultado parece ser redundante. Sin embargo, la redundancia puede proporcionar validación. Además, las medidas de distancia y duración durante la habituación se pueden utilizar para determinar si un tratamiento afecta la visión o el movimiento. Este protocolo utiliza software de seguimiento automatizado disponible en el mercado13,18, pero es susceptible de otros sistemas de seguimiento o incluso de seguimiento manual por parte de un observador entrenado.
Independientemente del software de seguimiento utilizado, hay pasos críticos que se deben tomar para optimizar el seguimiento. Primero, seleccione un fondo que proporcione un contraste significativo en comparación con el pez que se está grabando. El pez cebra de tipo salvaje tiene rayas horizontales que son doradas y azules20; También tienen mosaicos de xantóforos amarillos, iridóforos plateados o azules y melanóforos negros20. Así, al caracterizar el comportamiento de los peces de tipo salvaje AB se utiliza un fondo blanco 12,13,17, por otro lado, cuando se caracteriza el comportamiento social de un pez cebra casper que carece de pigmento se utiliza un fondo negro17. En segundo lugar, asegúrese de que haya suficiente iluminación para rastrear a los peces experimentales. Si hay varias arenas de seguimiento, asegúrese de que la iluminación sea idéntica entre las arenas. Otro paso crítico es asegurarse de que el nivel del agua en el tanque de 37 L coincida con el nivel del agua en los tanques de 1,4 L, para garantizar que los peces de prueba no puedan nadar en áreas que no tengan el estímulo social. Además, asegúrese de que el tanque de 1,4 L esté en el marco cuando grabe los videos; Hacer esto proporcionará una copia de seguridad en caso de que se requiera la codificación manual de los datos o se necesite la verificación del lado del estímulo.
Los problemas típicos dentro del protocolo son que el sujeto no se rastrea correctamente, un período de habituación insuficiente y un breve retraso en el tiempo al tirar de las barreras opacas cuando se configuran varias arenas. Para evitar que el sujeto no se rastree correctamente, asegúrese de que haya suficiente contraste entre el pez y el fondo, como se mencionó anteriormente, y que se sigan las pautas del software. Además, si el software del usuario permite el seguimiento por infrarrojos, esto puede aliviar los problemas asociados con el contraste. Si bien 10 minutos puede parecer mucho tiempo para un período de habituación, nuestro trabajo no publicado sugiere que reducir el tiempo de habituación tiene un impacto negativo en el protocolo. Finalmente, si la barrera opaca entre los tanques de 37 L y 1.4 L se tira manualmente y si se configuran varias arenas, todas las barreras no se pueden tirar exactamente al mismo tiempo, a menos que varias personas estén tirando de las barreras. Alternativamente, si solo una persona está realizando el ensayo, entonces se debe implementar un contrapeso a las barreras de arena que se tiran primero.
Aunque el protocolo es sencillo, el costo del software de rastreo y la necesidad de tiempo adicional para caracterizar los peces individualmente son posibles escollos. Este protocolo utiliza software disponible comercialmente para rastrear el comportamiento de los peces experimentales, lo que evita el sesgo del observador y aumenta el rendimiento mediante la configuración de múltiples arenas y, por lo tanto, el registro de múltiples peces. A pesar de que se utilizó software comercial en este protocolo, hay otro software de seguimiento disponible, incluido el software gratuito. El uso de este protocolo con el seguimiento de la elección del usuario final reproducirá el ensayo social. En este protocolo se caracterizó el comportamiento de un pez individual; Otros se han centrado en examinar grupos de peces cebra14 , que es una forma de abordar el posible escollo de caracterizar un pez a la vez. Alternativamente, como se mencionó anteriormente, el uso de múltiples arenas de prueba al mismo tiempo puede aumentar el rendimiento mientras se mantiene la capacidad de asignar un perfil de comportamiento con un pez individual. Mantener la capacidad de correlacionar un perfil de comportamiento de un pez individual es importante porque le da al investigador la oportunidad de buscar la variabilidad dentro de un grupo de tratamiento. Aunque la exposición embrionaria al etanol se utilizó como variable independiente en los datos representativos, las aplicaciones futuras de la técnica descritas en el protocolo actual no se limitan simplemente a caracterizar los efectos de la exposición embrionaria al etanol en el comportamiento social. Por ejemplo, se puede determinar el efecto que las mutaciones genéticas21 u otros tratamientos farmacológicos22 tienen sobre el comportamiento social. Además, además de la exposición embrionaria al etanol, futuros trabajos pueden caracterizar el efecto que otros teratógenos tienen en el comportamiento social. Por lo tanto, el protocolo actual es útil para cualquier investigador interesado en comprender cómo los genes y/o el medio ambiente afectan el comportamiento social.
Los autores no tienen nada que revelar.
Los fondos para apoyar esta investigación fueron proporcionados por los Institutos Nacionales de Salud (NIH)/Instituto Nacional sobre el Abuso del Alcohol (NIAAA) [R00AA027567] a Y.F.
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