Ziekte, hoofdletsel, genetische modificaties en de behandeling van muizen met medicijnen kunnen diepgaande effecten hebben op het gedrag. Door gebruik te maken van goed gekarakteriseerde en gevalideerde benaderingen zoals het begraven van marmer en het versnipperen van nestjes, kunnen dwangmatig gedrag nauwkeurig worden gedocumenteerd bij muizen als modellen van menselijke obsessieve-compulsieve stoornis en autismespectrumstoornis.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Marmer begraven en Nestlet verscheuren als Tests van Repetitive, dwangmatig-achtig gedrag in Muizen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Obsessief-compulsieve stoornis (OCS) en autismespectrumstoornissen (ASS) zijn ernstige en invaliderende psychiatrische aandoeningen en beide vormen een aanzienlijke volksgezondheidszorg, met name bij kinderen. Beide aandoeningen worden gekenmerkt door herhaalde uitingen van betekenisloze gedragingen. Personen met OCS vertonen vaak controlerend gedrag, frequent handen wassen en tellen. Kinderen met ASS houden zich ook bezig met repetitieve tikjes, flappen met de armen of handen, en schommelen. Deze gedragingen kunnen sterk variëren in intensiteit en frequentie van uiting. Meer intense vormen van repetitief gedrag kunnen zelfs tot verwondingen leiden (bijv. overmatig verzorgen, handen wassen en zelfstimulatie). Dit gedrag is dus zeer storend en maakt normaal sociaal discours moeilijk. Behandelingsopties voor repetitief gedrag bij OCS en ASS zijn enigszins beperkt en er is veel belangstelling voor het ontwikkelen van effectievere therapieën voor elke aandoening. Talrijke diermodellen voor het evalueren van dwangmatig gedrag zijn de afgelopen drie decennia ontwikkeld. Misschien zijn de diermodellen met de grootste validiteit en gebruiksgemak de marmeren begraaftest en de nestletversnipperingstest. Beide tests maken gebruik van het feit dat de doelgedragingen spontaan voorkomen bij muizen. In de marmeren begraaftest worden 20 marmeren op het oppervlak van schoon strooisel geplaatst. Het aantal begraven marmeren in een sessie van 30 minuten wordt genoteerd door onderzoekers die niet weten wat de behandeling of status van de proefpersonen is. In de nestletversnipperingstest wordt een nestlet van gepulpt katoenvezel vooraf gewogen en op het strooisel in de kooi geplaatst en wordt de hoeveelheid van het nestlet die intact blijft na een testperiode van 30 minuten bepaald. Momenteel beschrijven we protocollen voor en tonen we filmdocumentatie van marmeren begraafgedrag en nestletversnippering. Beide tests kunnen eenvoudig en nauwkeurig worden gewaardeerd en iedere test is gevoelig voor kleine veranderingen in de uiting van dwangmatig gedrag die het resultaat zijn van genetische manipulaties, ziekte of hoofdletsel.
Inleiding
Muismodellen van menselijk gedrag, en met name psychiatrische stoornissen, vormen belangrijke en essentiële experimentele benaderingen voor de studie van ziektemechanismen en voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Veel psychiatrische ziekten blijven buitengewoon moeilijk te modelleren bij dieren (bijv. schizofrenie). Dieren vertonen echter een groot aantal natuurlijke en karakteristieke gedragingen die gemakkelijk kunnen worden gekoppeld aan vergelijkbare gedragingen bij mensen. Beweging of activiteit is een voorbeeld van een gedrag bij dieren dat een tegenhanger heeft bij mensen. Knaagdieren houden zich vaak bezig met een verscheidenheid aan repetitieve gedragingen, waaronder kammen of graven. Een psychiatrische aandoening die bij mensen gepaard gaat met terugkerende en ongewenste gedragingen, is obsessieve-compulsieve stoornis (OCS). Gedragingen die kenmerkend zijn voor OCS omvatten controleren, tellen en overmatig wassen of kammen. OCS is een veel voorkomende (treft 1-3% van de bevolking) en invaliderende psychiatrische stoornis1. Er is een groot aantal farmacologische en gedragsgerichte benaderingen gebruikt om OCS te behandelen. Velen hiervan zijn niet voldoende voor langdurige verlichting en terugval is gebruikelijk aan het einde van een behandelingsregime2,3. Een andere psychiatrische aandoening die gepaard gaat met het uiten van repetitieve gedragingen, is autismespectrumstoornis (ASS). ASS wordt gekenmerkt door tekortkomingen in communicatie en sociale interactie en repetitieve, stereotiepe gedragingen, waaronder draaien, wiegen, vingerflikkeren of flappen en complexe lichaamsbewegingen. Het Centers for Disease Control and Prevention schat dat ongeveer 1 op de 88 kinderen wordt gediagnosticeerd met ASS. Behandelingsopties voor deze aandoening zijn zeer beperkt in aantal en effectiviteit4,5. De intensiteit en frequentie van het voorkomen van repetitieve gedragingen bij OCS en ASS kunnen zo groot worden dat ze de meeste andere normale gedragingen en sociale interacties bij patiënten met deze aandoeningen verdringen. Gezien de prevalentie en invaliderende aard van psychiatrische aandoeningen die worden gekenmerkt door repetitieve gedragingen, en gezien het gebrekkige begrip van hun oorzaken en beperkte behandelingsopties, krijgt het gebruik van diermodellen om deze gedragingen te bestuderen extra urgentie.
Er zijn de afgelopen 30 jaar een groot aantal diermodellen ontwikkeld van repetitieve gedragingen zoals gezien bij OCS en ASS, en er zijn talrijke uitstekende beoordelingen gepubliceerd die deze modellen beschrijven6-14. Over het algemeen kunnen deze gevestigde modellen worden ingedeeld als genetisch, farmacologisch, neurodevelopmentaal en gedragsgericht en de meeste vertonen goede face, construct en voorspellende validiteit6,7. We hebben twee gedragsmodellen gebruikt - marmer begraven en nestlet scheuren - om repetitieve gedragingen te beoordelen bij muizen genetisch gedepleteerd van serotonine15,16. Deze methoden hebben tal van voordelen, niet in de laatste plaats hun gebruiksgemak, de nauwkeurigheid waarmee de gedragingen kunnen worden gescored, het spontaan vertonen van deze gedragingen bij knaagdieren en hun gebruik bij high-throughput screening van genetisch gemodificeerde muizen voor abnormale gedragsfenotypen. Bovendien wordt elke test uitgevoerd in standaard en vertrouwde knaagdierverblijven die hetzelfde strooisel bevatten als in de thuiskooien van de proefpersonen, waardoor de noodzaak voor acclimatisatie van muizen aan nieuwe testkamers wordt geminimaliseerd. Voedsel- en/of waterbeperking zijn niet nodig om muizen te "motiveren" tot het uitvoeren van de test. De marmer begraven-test maakt gebruik van de neiging van muizen om te graven in natuurlijke omgevingen (bijv. holen, ontsnappingstunnels) en in standaardkooibeddingen, en de nestlet scheur-test benut het feit dat muizen van nature nesterdieren zijn die nesten bouwen ter bescherming van zichzelf en hun nakomelingen tegen omgevingscondities (bijv. geluid, licht, temperatuur). Met behulp van niet-gespecialiseerde en algemeen verkrijgbare knaagdierverblijfmaterialen zijn de marmer begraven en nestlet scheuren taken eenvoudige en krachtige gedragsmetingen van repetitieve, dwangmatig-achtige gedragingen bij muizen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle protocollen met dieren werden uitgevoerd in strikte overeenstemming met de aanbevelingen in de Gids voor de zorg en het gebruik van laboratoriumdieren van de National Institutes of Health. De protocollen werden goedgekeurd door het Institutioneel Comité voor zorg en gebruik van Wayne State University (Permit Nummer A3310-01).
1. Voorbereiding van kooien voor het marmer begraven en het vernietigen van nestlet
- Gebruik standaard polycarbonaat rattenkooien (26 cm x 48 cm x 20 cm) met passende filterdeksels voor de marmer begraven test. Voeg vers, ongeparfumeerd muizenbeddengoed toe aan elke kooi tot een diepte van 5 cm en maak het beddenoppervlak vlak door een andere kooi van dezelfde grootte op het oppervlak van het beddengoed te plaatsen. Dit heeft het extra voordeel dat er een sjabloon van evenwijdige lijnen op het beddenoppervlak wordt afgedrukt die kan worden gebruikt voor het plaatsen van marmer.
- Plaats standaard glazen speelgoedmarmeren (gesorteerd in stijlen en kleuren, 15 mm diameter, 5,2 g gewicht) voorzichtig op het oppervlak van het beddengoed in 5 rijen van 4 marmeren (zie Figuur 1A). Was marmeren in mild laboratoriumdetergens, spoel ze grondig af in gedistilleerd gedeïoniseerd water en droog ze voor elke gebruik.
- Gebruik standaard polycarbonaat rattenkooien (19 cm x 29 cm x 13 cm) met passende filterdeksels voor de nestlet vernietigingstest. Voeg vers, ongeparfumeerd muizenbeddengoed toe aan elke kooi tot een diepte van 0,5 cm en pak het beddengoed door een andere kooi van dezelfde grootte op het oppervlak van het beddengoed te plaatsen.
- Weeg commercieel verkrijgbare katoenvezel nestlets (5 cm x 5 cm, 5 mm dik, ~2,5 g elk) op een analytische weegschaal en plaats een nestlet op het beddengoed in elke testkooi (zie Figuur 3A).
- Stel stopklokken of timers in voor het bepalen van de duur van de sessies (30 min voor elke test).
2. Behandeling van dieren vóór het testen
- Houd muizen afzonderlijk of in groepen in een kamer met een 12-uur licht/donker cyclus. Bied alle muizen voedsel en water ad libitum. Behandel muizen voorzichtig gedurende drie tot vijf dagen vóór het testen. Gebruik muizen van beide geslachten voor beide tests.
- Voer gedragstesten uit tussen 9:00 uur en 16:00 uur en vervoer alle thuiskooien met muizen 60 minuten voor het begin van de test naar de testkamer.
3. Marmer begraven test
- Plaats een muis in een hoek van de kooi met marmeren, zorg ervoor dat de muis op het beddengoed zo ver mogelijk van de marmeren wordt geplaatst, en plaats het filterdeksel op de kooi. Onthouden van voedsel en water tijdens de test. Laat de muis 30 minuten ongestoord in de kooi blijven.
- Verwijder de muis en breng hem terug naar zijn thuiskooi na het voltooien van de test, zorg ervoor dat u de marmeren niet beweegt of losmaakt tijdens het verwijderen van het proefdier uit de kooi.
- Taakscorers (2-3) blind voor de behandelingscondities of het genotype van de geteste muis om het aantal begraven marmeren te tellen. Tel een marmer als begraven als twee derde van zijn oppervlakte is bedekt door beddengoed. Gemiddelde scores voor het aantal begraven marmeren voor elke muis.
- Haal alle 20 marmeren uit het beddengoed. Gooi het beddengoed weg.
4. Nestlet vernietigingstest
- Plaats een muis in een kooi met een enkele, vooraf gewogen nestlet en plaats het filterdeksel op de kooi. Onthouden van voedsel en water tijdens de test. Laat de muis 30 minuten ongestoord in de kooi met het nestlet.
- Verwijder de muis en breng hem terug naar zijn thuiskooi na het voltooien van de test. Verwijder het resterende intacte nestletmateriaal uit de kooi met pincetten en laat het O/N drogen.
- Weeg resterend onversneden nestlet en deel dit gewicht door het startgewicht om het percentage vernietigd nestlet te berekenen. Indien gewenst, scoor de vorm van het nest geproduceerd door de proefmuis met een definitieve 5-punts nestbeoordelingsschaal17 maar realiseer je dat deze schaal over het algemeen bedoeld is voor het scoren van nestbouw, niet obsessief-achtig versnipperen.
- Gooi resterend versnipperd nestletmateriaal en beddengoed weg.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Een primair voordeel van de tests voor het begraven van knikkers en het versnipperen van nestmateriaal is het feit dat beide afhankelijk zijn van natuurlijk en spontaan gedrag van muizen dat na voltooiing van de test gekwantificeerd kan worden, waardoor een enkele onderzoeker een experiment kan opzetten en vervolgens buiten de testruimte kan blijven tot de sessies zijn beëindigd. Een kritiek onderdeel van de test voor het begraven van knikkers is de zorgvuldige verwijdering van het proefdier uit de kooi na de test. Muize...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De marmeren begraaf- en nestletversnipperingstests zijn goede voorbeelden van gedragsmethoden voor het bestuderen van repetitieve en dwangmatig-achtige gedragingen bij muizen. Beide tests laten uitstekende gezichts-, construct- en voorspellende validiteit zien voor de menselijke aandoeningen die ze modelleren6-11. Deze repetitieve gedragingen zijn natuurlijk en spontaan bij knaagdieren en hun frequentie en intensiteit kunnen variëren na genetische modificaties, zoals nu is aangetoond, of na hoofdletsel en beha...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door subsidies van het Department of Veterans Affairs en de National Institutes of Health.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Glass toy marbles | local toy store | N/A | assorted styles, colors, clear, and opaque |
| Nestlets | Ancare | NES3600 | |
| N10 series mouse cage | Ancare | N10HT | standaard knaagdierkooi met draadtop |
| R20 series rat cage | Ancare | R20 | standaard knaagdierkooi met draadtop |
| Bed-o'Cobs | The Andersons | 8B | standaard knaagdier bulkbedding, 1/8 in |
Referenties
- Chamberlain, S. R., Blackwell, A. D., Fineberg, N. A., Robbins, T. W., Sahakian, B. J. The neuropsychology of obsessive compulsive disorder: the importance of failures in cognitive and behavioural inhibition as candidate endophenotypic markers. Neurosci. Biobehav. Rev. 29, 399-419 (2005).
- McGuire, J. F., Lewin, A. B., Horng, B., Murphy, T. K., Storch, E. A. The nature, assessment, and treatment of obsessive-compulsive disorder. Postgrad. Med. 124, 152-165 (2012).
- Fineberg, N. A., Brown, A., Reghunandanan, S., Pampaloni, I. Evidence-based pharmacotherapy of obsessive-compulsive disorder. Int. J. Neuropsychopharmacol. 15, 1173-1191 (2012).
- Dove, D., et al. Medications for adolescents and young adults with autism spectrum disorders: a systematic review. Pediatrics. 130, 717-726 (2012).
- Doyle, C. A., McDougle, C. J. Pharmacotherapy to control behavioral symptoms in children with autism. Expert Opin. Pharmacother. 13, 1615-1629 (2012).
- Albelda, N., Joel, D. Current animal models of obsessive compulsive disorder: an update. Neuroscience. 211, 83-106 (2012).
- Albelda, N., Joel, D. Animal models of obsessive-compulsive disorder: Exploring pharmacology and neural substrates. Neurosci. Biobehav. Rev. 36, 47-63 (2012).
- Wang, L., Simpson, H. B., Dulawa, S. C. Assessing the validity of current mouse genetic models of obsessive-compulsive disorder. Behav. Pharmacol. 20, 119-133 (2009).
- Joel, D. Current animal models of obsessive compulsive disorder: a critical review. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 30, 374-388 (2006).
- Witkin, J. M. Animal models of obsessive-compulsive disorder. Curr. Protoc. Neurosci. 30, 1-9 (2008).
- Deacon, R. M. Digging and marble burying in mice: simple methods for in vivo identification of biological impacts. Nat. Protoc. 1, 122-124 (2006).
- Moy, S. S., Nadler, J. J., Magnuson, T. R., Crawley, J. N. Mouse models of autism spectrum disorders: the challenge for behavioral genetics. Am. J. Med. Genet. C Semin. Med. Genet. 142, 40-51 (2006).
- Crawley, J. N. Mouse behavioral assays relevant to the symptoms of autism. Brain Pathol. 17, 448-459 (2007).
- Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C., Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nat. Rev. Neurosci. 11, 490-502 (2010).
- Angoa-Perez, M., et al. Genetic depletion of brain 5HT reveals a common molecular pathway mediating compulsivity and impulsivity. J. Neurochem. 121, 974-984 (2012).
- Kane, M. J., et al. Mice genetically depleted of brain serotonin display social impairments, communication deficits and repetitive behaviors: possible relevance to autism. PLoS One. 7, (2012).
- Deacon, R. M. Assessing nest building in mice. Nat. Protoc. 1, 1117-1119 (2006).
- Thomas, D. M., Angoa Perez,, Francescutti-Verbeem, D. M., Shah, M. M., Kuhn, D. M. The role of endogenous serotonin in methamphetamine-induced neurotoxicity to dopamine nerve endings of the striatum. J. Neurochem. 115, 595-605 (2010).
- Gyertyan, I. Analysis of the marble burying response: marbles serve to measure digging rather than evoke burying. Behav. Pharmacol. 6, 24-31 (1995).
- Thomas, A., et al. Marble burying reflects a repetitive and perseverative behavior more than novelty-induced anxiety. Psychopharmacology. 204, 361-373 (2009).
- Hayashi, E., Kuratani, K., Kinoshita, M., Hara, H. Pharmacologically distinctive behaviors other than burying marbles during the marble burying test in mice. Pharmacology. 86, 293-296 (2010).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
