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Research Article
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A tarefa da barreira do labirinto Y é um teste de comportamento que examina a motivação para gastar esforço para recompensa. Aqui, discutimos o teste de múltiplos estressores crônicos bem validados, incluindo corticosterona crônica e estresse de derrota social com esse comportamento, bem como o novo estresse crônico de derrota social não discriminatória (CNSDS), que é eficaz nas mulheres.
Transtornos de humor, incluindo transtorno depressivo grave, podem ser precipitados por estresse crônico. A tarefa de barreira do labirinto Y é um teste de escolha relacionado ao esforço que mede a motivação para gastar esforço e obter recompensa. Em camundongos, a exposição ao estresse crônico impacta significativamente a motivação para trabalhar por uma recompensa de maior valor quando uma recompensa de menor valor está livremente disponível em comparação com ratos não estressados. Aqui descrevemos o paradigma crônico da administração da corticosterona, que produz uma mudança na resposta esforçada na tarefa de barreira do labirinto Y. Na tarefa Y-maze, um braço contém 4 pelotas de alimentos, enquanto o outro braço contém apenas 2 pelotas. Depois que os ratos aprendem a selecionar o braço de alta recompensa, barreiras com altura progressivamente crescente são introduzidas no braço de alta recompensa durante várias sessões de teste. Infelizmente, a maioria dos paradigmas de estresse crônicos (incluindo corticosterona e derrota social) foram desenvolvidos em camundongos machos e são menos eficazes em camundongos fêmeas. Por isso, também discutimos o estresse crônico de derrota social não discriminatória (CNSDS), um paradigma de estresse que desenvolvemos que é eficaz tanto em camundongos masculinos quanto femininos. Repetir resultados com múltiplos estressores crônicos distintos em camundongos masculinos e femininos combinados com o aumento do uso de tarefas comportamentais translacionárias relevantes ajudará a avançar na compreensão de como o estresse crônico pode precipitar distúrbios de humor.
Transtornos de humor como depressão e ansiedade são altamente prevalentes na sociedade atual. Décadas de trabalho tem buscado continuamente tratamentos aprimorados e modelos de roedores relevantes para estudar esses transtornos complexos1. O estresse crônico é um fator contribuinte para transtornos de humor como a depressão2. Portanto, paradigmas crônicos de estresse, como o estresse de derrota social crônica (SDS) e a administração crônica de corticosterona (CORT) foram desenvolvidos em camundongos do sexo masculino e agora são amplamente utilizados para avaliar os efeitos neurobiológicos e comportamentais da exposição crônica ao estresse. Os testes comportamentais mais utilizados para avaliar os efeitos do estresse crônico incluem tarefas associadas ao comportamento de evasão, como labirinto elevado, campo aberto e alimentação suprimida por novidades, ou com eficácia antidepressivo, como teste de natação forçado. No entanto, esses comportamentos em roedores sem dúvida carecem de rosto e, mais importante, validade preditiva e relevância translacional para transtornos humanos como a depressão.
Um paradigma de estresse crônico popular, o estresse leve imprevisível crônico (CUMS), tem sido validado extensivamente usando comportamentos como a preferência de sacarose3. CUMS reduz a preferência por uma solução de sacarose de 1% em comparação com a água e é historicamente interpretado como comportamento relacionado à anedonia4,,5. No entanto, essa redução na preferência por sacarose não é observada em humanos com transtorno depressivo maior6,7. Além disso, a preferência por sacarose não permite o estudo da motivação de recompensa esforçada.
Recentemente, algumas pesquisas mudaram o foco para outros comportamentos associados à motivação e recompensa8,9. Essas tarefas têm um valor translacional promissor porque avaliações de comportamento relativamente semelhantes podem ser realizadas em humanos e roedores. Aqui, descrevemos os paradigmas CORT e SDS e seus efeitos em uma tarefa comportamental de barreira y-maze que mede a motivação para exercer esforços para recompensa. Em seguida, discutimos um novo paradigma de estresse crônico que desenvolvemos, o estresse crônico de derrota social não discriminatória (CNSDS), que é eficaz tanto em camundongos masculinos quanto femininos.
A administração crônica de corticosterona (CORT) é um paradigma projetado para imitar o estresse crônico sem exposições reais de estresse. Ativação do eixo hipotálamo-pituitário-adrenal por estresse resulta na liberação endógena do cortisol esteroide adrenal em humanos10,,11,12 e corticosterona em camundongos13,14. A entrega de corticosterona através da água potável de camundongos machos adultos por pelo menos 4 semanas resulta em respostas comportamentais mal adaptativas em tarefas de evasão, como campo aberto, labirinto mais elevado e alimentação suprimida de novidade10,11,,12,,13,,14,,15,,16. Curiosamente, o CORT também afeta o processamento de recompensas em tarefas instrumentais16,,17,18,19. O paradigma CORT descrito aqui produz uma concentração sêmua consistente abaixo de 100 ng/mL CORT, que é mais de cinco vezes menor do que a produzida por um estressor agudo, como o nado forçado15. Portanto, é improvável que a administração crônica de CORT cause hipercortisolemia. Embora o CORT crônico só seja eficaz em camundongos machos20,recentemente demonstramos que ele produz uma mudança robusta na resposta esforçada na tarefa de barreiray-maze 21. Para nosso conhecimento, este foi um dos primeiros estudos a examinar os efeitos do estresse crônico em um comportamento de escolha relacionado ao esforço em camundongos machos21. Um estudo anterior demonstrou pela primeira vez o impacto do estresse de contenção aguda na tomada de decisões baseadas em esforços em ratos22. Em comportamentos de escolha relacionados ao esforço, um animal opta por exercer esforços para uma recompensa de alto valor ou aceitar uma recompensa de menor valor que esteja mais livremente disponível. Em humanos, o esforço-gasto para a tarefa de recompensas (EEfRT), é um jogo de computador desenvolvido para ser análogo a tarefas de escolha relacionadas ao esforço em camundongos23. A depressão resulta em respostas mal adaptativas no EEfRT (menor probabilidade de escolher tarefas difíceis para recompensas de alto valor). Portanto, as tarefas de escolha relacionadas ao esforço em roedores são particularmente interessantes devido à sua relevância translacional.
O estresse de derrota social crônica (SDS) é um dos modelos de estresse pré-clínico mais utilizados em camundongos machos. É um protocolo de 10 dias onde grandes e agressivos criadores aposentados CD-1 machos atacam ratos experimentais, tipicamente C57BL/6J, em 5 min sessões diárias24. Isso produz um fenótipo comportamental mal adaptável robusto em um subconjunto de camundongos experimentais. Um teste de interação social é usado para estratificar camundongos em populações resilientes ou suscetíveis ao estresse de derrota, e vários estudos têm usado essa característica única da SDS para sondar os mecanismos de circuito molecular e neural subjacentes à dependência e suscetibilidade do estresse. Aqui descrevemos os detalhes do paradigma CORT e sua implementação para a tarefa comportamental da barreira do labirinto Y. Também discutimos os efeitos da SDS na tarefa de barreira do labirinto Y. A tarefa da barreira do labirinto Y é baseada na tarefa de barreira do labirinto T, que é usada principalmente em ratos para medir a motivação para gastar esforços para recompensas altas ou baixas presentes nos dois braços do labirinto8,,9,,25. Esta tarefa também foi implementada para estudar a resposta esforçada em camundongos administrados antagonistas de cafeína ou dopamina em camundongos26. Os roedores podem gastar maior esforço escalando barreiras de altura progressivamente crescente em um braço do labirinto por um valor de recompensa mais alto, tipicamente 4 pelotas de recompensa, ou gastar significativamente menos esforço no outro braço do labirinto para receber apenas 2 pelotas de recompensa9. Paradigmas de derrota social de 10 dias produzem um fenótipo mal adaptável robusto em camundongos suscetíveis que dura aproximadamente 30 dias, por isso modificamos a tarefa de barreira do labirinto Y para treinar e testar animais mais rapidamente, a fim de completar todos os experimentos dentro deste prazo de 30 dias24. Portanto, aqui também detalhamos um protocolo de tarefa comportamental da barreira y-maze contendo sessões de treinamento condensadas e sessões de teste de barreira única para medir a motivação para gastar esforços de recompensa em camundongos crônicos expostos ao estresse.
Infelizmente, tanto a corticosterona crônica quanto o estresse de derrota social crônica foram desenvolvidos em camundongos machos e são menos eficazes em camundongos fêmeas. Isso é altamente problemático, pois as mulheres são mais propensas do que os homens a serem diagnosticadas com transtornos de humor, como adepressão 1. Adaptações inteligentes às SDS permitiram o uso em camundongos femininos, mas exigem cirurgias difíceis ou coleta de urina tediosa26,27. Recentemente, descrevemos uma simples modificação no paradigma da SDS, chamado estresse crônico de derrota social não discriminatória (CNSDS). O CNSDS permite a estratificação suscetível e resiliente de camundongos experimentais masculinos e femininos28. Tanto camundongos suscetíveis femininos quanto machos expostos ao CNSDS mostram maior evasão de braços abertos em labirinto de mais elevados e do centro em campo aberto e apresentam maior latência para comer em alimentação suprimida por novidades. O CNSDS também é mais eficiente do que outras modificações na SDS, pois ambos os sexos são combinados em sessões de derrota. Isso resulta em um aumento do rendimento de camundongos experimentais sem um aumento associado no tempo e esforço necessário para completar o protocolo. Portanto, concluímos este manuscrito com uma apresentação aprofundada deste paradigma de estresse crônico recentemente desenvolvido.
Esses experimentos foram conduzidos em conformidade com as diretrizes de cuidados com animais laboratoriais do NIH e aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Rutgers.
1. Corticosterona crônica (CORT)
2. Estresse crônico de derrota social não discriminatória (CNSDS)
O CORT crônico foi administrado por 4 semanas seguido de treinamento e teste de barreira y-maze(Figura 1A). Em uma coorte separada, o paradigma de 10 dias da SDS foi seguido da mesma forma por treinamento e testes na tarefa de barreira do labirinto Y(Figura 1C),para determinar o efeito desses paradigmas de estresse crônico no comportamento de escolha relacionado ao esforço em camundongos machos. CORT crônico e SDS reduziram o peso médio do corpo em comparação com camundongos veiculares e camundongos de controle de SDS, conforme determinado por t-testes(Tabela 1). Esses camundongos também consumiram menos comida média de laboratório de gaiola doméstica durante os testes(Tabela 1).
Na coorte CORT, uma ANOVA mista com CORT como fator entre os sujeitos e semana como fator de subsetos indicam que os camundongos administrados por veículos e CORT consumiram um volume semelhante de líquido ao longo de 4 semanas de tratamento mais 3 semanas de testes de comportamento (7 semanas no total) (Figura 1B). Na coorte da SDS, os homens de Controle e Experimental completaram 10 dias do protocolo SDS, e foram avaliados para suscetibilidade ao protocolo SDS por meio de um teste de interação social onde o tempo gasto interagindo com um novo CD-1 masculino foi comparado ao tempo na zona de interação sem o CD-1 presente24. A ANOVA unidirecional indicou que a SDS produz um fenótipo mal adaptável em camundongos suscetíveis (60%), em comparação com ambos os camundongos resistentes (40%) ou Controlar camundongos não expostos a SDS (Figura 1D). Especificamente, os ratos suscetíveis ao SDS exibem uma redução no tempo gasto na zona de interação contendo um novo mouse CD-1, quando comparado com ratos SDS-Resiliente e Controle.
Em seguida, treinamos as coortes CORT (Camundongos Experimentais e de Controle) e SDS (Suscetível e Controle) na tarefa de barreira do labirinto Y(Figura 2A). Medimos o número de ensaios que os ratos control e experimental gastariam esforço para escalar uma barreira para uma recompensa de 4 pelotas, em vez de escolher o outro braço do labirinto Y que continha apenas 2 pelotas, mas não apresentava nenhuma barreira para subir. Para a SDS, uma ANOVA mista bidirecional, com SDS (Control, SDS-Susceptible, SDS-Resilient) como fator entre os sujeitos e braço (braço de RH, braço LR) como o fator dentro dos sujeitos foi usado para examinar a resposta esforçada no labirinto Y. Para o CORT crônico, uma ANOVA mista bidirecional, com administração CORT (Vehicle, CORT) como fator entre os sujeitos, e braço (RH, braço, braço LR) como fator dentro dos sujeitos. Tanto o CORT crônico quanto o SDS produziram uma mudança na resposta esforçada quando a altura da barreira aumentou para 15 cm e para 20 cm (Figura 2B e Figura 2C). Nenhum dos dois mudou de resposta quando apenas uma barreira de 10 cm estava no braço de RH. Além disso, em uma sessão de discriminação de recompensa após o teste, todos os camundongos responderam da mesma forma para o braço de RH quando uma barreira de 10 cm foi colocada em ambos os braços de RH e LR. Por fim, as ANOVAs bidireis com CORT ou SDS como fator entre os sujeitos e braço de RH ou LR como fator de dentro dos sujeitos revelam que a latência do braço de RH e LR com a barreira de 15 cm não foi impactada pela administração do CORT, e foi semelhante para ambos os grupos com braços de LR e RH(Figura 3). Assim, cort crônico e SDS robustamente mudam de esforço respondendo na tarefa de barreira do labirinto Y em camundongos machos.
É importante ressaltar que, se o CORT crônico ou a SDS prejudicam o aprendizado da tarefa de barreira do labirinto Y(Figura 4),esses camundongos podem não atingir o critério em sessões de treinamento de livre escolha, impactando a interpretação subsequente dos resultados da barreira. Portanto, mostramos resultados representativos potencialmente negativos mostrando essa diferença, avaliados utilizando amostras independentes separadas t-testes(Figura 4).
O procedimento cnsds produz um fenótipo mal adaptável robusto em camundongos suscetíveis c57BL/6J masculino e feminino(Figura 5A). Uma tarefa de interação social é usada para estratificar camundongos em resilientes (38,3%) e suscetíveis (61,7%) populações (Figura 5B), que podem ser ainda subdivididas por sexo (masculino: 43,3% resilientes, 56,7% suscetíveis; mulheres: 36,7% resilientes, 63,3% suscetíveis), utilizando ANOVAs unidirecionais entre o Controle de CNSDS, CNSDS Experimental-Resiliente e CNSDS Experimental-Suscetível. Embora este paradigma modificado produz efeitos mal-dados semelhantes aos SDS em comportamentos de evasão28,ele ainda não foi implementado em combinação com testes comportamentais relacionados à recompensa e motivação, como a tarefa de barreira do labirinto Y. É essencial que estudos futuros avaliem os efeitos de estressores como o CNSDS sobre comportamentos translacionalmente relevantes, como a tarefa de barreira do labirinto Y em machos e fêmeas.
| CORT crônico | Grupo | Peso corporal (g) | Comida Diária Dada (g) | ||
| Média | SEM | Média | SEM | ||
| Veículo | 26.3 | 0.75 | 2.8 | 0.086 | |
| Cort | 22.4 | 0.58 | 2.4 | 0.065 | |
| Estresse de derrota social | |||||
| Controle | 27.5 | 0.67 | 2.9 | 0.088 | |
| Sds | 23.8 | 0.66 | 2.5 | 0.074 |
Tabela 1: Peso corporal e quantidade de alimentos fornecidos diariamente. Os camundongos administrados por veículos e CORT, bem como os ratos control e SDS foram pesados semanalmente e a quantidade de alimentos dada foi registrada. O peso corporal médio (g) em todos os testes do labirinto Y e os alimentos médios diários (g) fornecidos são indicados.
Figura 1: A SDS induz um fenótipo depressivo caracterizado por menor interação social.
(A) Esquema representando a linha do tempo para os protocolos de barreira CORT e Y-maze. (B) Dados representativos que mostram o volume consumido (mL/g/dia) em camundongos administrados por Veículos e CORT. (C) Esquema representando a linha do tempo para os protocolos de barreira SDS e Y-maze. (D) Em um teste representativo de interação social, os ratos suscetíveis de SDS exibem tempo reduzido gasto interagindo com um novo mouse em comparação com ratos SDS Resilient ou Control. As barras são médias ± SEM. *p < 0,05. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: CORT e SDS mudam de esforço respondendo em uma tarefa de barreira de labirinto Y.
(A) Linha do tempo da tarefa de barreira y-maze para CORT e SDS. (B) Cort crônico reduz a seleção de braço de RH a 15cm e 20cm de altura de barreira. Este número foi modificado a partir de Dieterich et al. 202021. (C) Resultados representativos demonstrando que os camundongos suscetíveis à SDS reduzem a seleção de braço de RH a 15 cm e 20 cm de altura de barreira, em comparação com os camundongos Control ou SDS-Resilientes. As barras são médias ± SEM. *p < 0,05. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: A latência do labirinto y não é impactada pelo CORT crônico.
O CORT crônico não afeta a latência para selecionar braços LR ou HR no labirinto Y. Além disso, tanto os mouses do Veículo quanto do CORT selecionam o braço LR ou HR com latências semelhantes. Este número é reimpresso de Dieterich et al. 202021. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: CorT crônico e SDS prejudica a seleção de braço de RH de livre escolha.
Resultados representativos mostrando que os camundongos expostos tanto cort crônico ou SDS reduzem o número de seleções de braço de alta recompensa em comparação com os ratos de controle em treinamento de livre escolha, complicando a interpretação dos resultados e/ou atrasando ou impedindo a transição para testes de barreira. As barras são médias ± SEM. *p < 0,05. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Estratificação de camundongos machos e fêmeas expostos ao CNSDS em populações suscetíveis e resilientes.
(A) Esquema do paradigma experimental e de controle do CNSDS. Este número é reimpresso de Yohn et al. 201928. (B) O CNSDS produz uma estratificação robusta dos camundongos CNSDS-Resiliente (RES) e CNSDS-Suscetíveis (SUS). Este número é reimpresso de Yohn et al. 201928. As barras são médias ± SEM. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm nada a revelar.
A tarefa da barreira do labirinto Y é um teste de comportamento que examina a motivação para gastar esforço para recompensa. Aqui, discutimos o teste de múltiplos estressores crônicos bem validados, incluindo corticosterona crônica e estresse de derrota social com esse comportamento, bem como o novo estresse crônico de derrota social não discriminatória (CNSDS), que é eficaz nas mulheres.
Os autores gostariam de agradecer a Thomas Grace por construir labirintos Y, barreiras e gaiolas de derrota social. Os autores gostariam de agradecer a Jay Lee, Karina Stech e Prachi Srivastava pela ajuda com a coleta de dados. Este trabalho foi financiado pelo NIMH Grant R01 MH112861 (BAS).
| Folha de acrílico | McMaster Carr | 8560K215 | Transparente, 3/16" de espessura, 24" X 36" |
| Beta-ciclodextrina | Sigma-Aldrich | C4767 | 500 mg |
| C57BL/6J Camundongos | Jackson Labs | 000664 | Adultos de 7 a 8 semanas |
| Corticosterona | Sigma-Aldrich | C2505 ou C27840 | 100 ou 500 mg |
| Camundongos CD-1 machos | Charles River | 022 | "Criadores Aposentados" |
| Folha de Acrílico PVC | McMaster Carr | 8560K215 | Branco, 3/16" de espessura, 48" X 48" |
| Limpeza Ultrassônica de Estado Sólido | Fisher Scientific | FS-28 | Deve atingir 40 kHz |
| Pano de Fio de Aço | McMaster Carr | 9219T143 | 1 ft X 2 ft |
