Here we present a protocol to induce activity-based anorexia (ABA) in female adolescent mice. ABA is a condition of hyperactivity evoked by imposing food restriction on rodents with access to a running wheel. This phenomenon is being used as a model to study the underlying neurobiology of anorexia nervosa.
Anorexia nervosa (AN) er en psykiatrisk sykdom preget av overdrevet begrenset kaloriinntak og unormalt høye nivåer av fysisk aktivitet. En utfordrende sykdom å behandle, på grunn av mangel på forståelse av de underliggende nevrobiologi, har AN den høyeste dødeligheten blant psykiatriske sykdommer. For å møte dette behovet, nevrologer bruker en dyremodell for å studere hvordan nevrale kretser kan bidra til sårbarhet for AN og kan påvirkes av AN. Aktivitetsbasert anoreksi (ABA) er en bio-behavioral fenomen beskrevet i gnagere at modellene de viktigste symptomer på anorexia nervosa. Når gnagere med fri tilgang til frivillig trening på en løpehjul erfaring mat begrensning, de blir hyperaktive – kjører mer enn dyr med fri tilgang til mat. Her beskriver vi de prosedyrer som ABA induseres hos unge kvinnelige C57BL / 6 mus. På postnatal dag 36 (P36), blir dyret plassert med tilgang til frivillig trening på en løpehjulet. Etter 4 dager med akklimatisering til løpehjulet, på P40, blir all maten fjernet fra buret. For de neste 3 dagene, er mat tilbake til buret (tillater dyr gratis mat tilgang) for 2 timer daglig. Etter den fjerde dagen av mat begrensning, er fri tilgang til mat returnert og løpehjulet er fjernet fra buret for å tillate dyrene å komme seg. Kontinuerlig flere dagers analyse av løpende hjul aktivitet viser at mus som blir hyperaktive innen 24 timer etter starten av mat begrensning. Musene kjøre selv under den begrensede tiden under hvilken de har tilgang på mat. I tillegg, circadian mønster av løpehjulet blir forstyrret av erfaringen fra mat begrensning. Vi har vært i stand til å relatere nevrobiologiske endringer med ulike aspekter av dyrenes hjulet kjører atferd for å implisere bestemte områder av hjernen og nevrokjemiske endringer med spenst og sårbarhet for mat-begrensning indusert hyperaktivitet.
Anorexia nervosa (AN) er en psykiatrisk sykdom preget av overdreven restriksjon av matinntak, over-trening, og irrasjonelle frykt for økende vekt. En av de mest dødelige psykiatriske sykdommer 1, har en ingen akseptert farmakologisk behandling hittil, og nevrobiologiske mekanismer og effekter av sykdommen er dårlig forstått. Vi studerer en dyremodell for AN å utforske de nevrobiologiske og nevrokjemiske endringer knyttet til kjennetegn symptomer på sykdommen.
Aktivitetsbasert anoreksi (ABA) er en bio-behavioral fenomen beskrevet i gnagere som modeller noen av karakteristikkene av AN 2,3. Når gnagere med fri tilgang til frivillig trening på en løpehjul erfaring mat-begrensning, mange, men ikke alle, blir hyperaktive – kjører mer enn de løp før utbruddet av mat-begrensning 3,4. Det har vært mange foreslåtte forklaringer på over-trening utstilt avABA dyr og AN pasienter: at det er en form for foraging atferd 5, en mekanisme for å takle stress på mat-begrensning 6, et forsøk på å heve kroppstemperaturen under sult-indusert fall i stoffskiftet 7, eller et resultat av hypoleptinemia 8 . Dette gnager modellen reproduserer AN symptomer på vekttap, hyperaktivitet, mat begrensning frivillig ved å velge å kjøre i et begrenset mat tilgang, korrelasjoner med angst trekk 9,10, og sårbarhet påvirket av tidlig livserfaring 11. Mens gnager modellen ABA regnes som en stress-modellen, dette kan ikke stemme overens AN hos mennesker, som viser økt immunforsvar 12. Blant både gnagere og menneskelige pasienter, noen individer vise mer sårbarhet enn andre. Mens epidemiologiske studier forsøker å belyse risikofaktorer for AN, har relativt få studier som har forsøkt å forstå nevrobiologisk grunnlag for individuelle forskjeller i vulnerability til ABA induksjon hos gnagere.
Det er viktig å merke seg at ABA paradigmet blir mye brukt, og dets anvendelse som en dyremodell av AN har blitt omfattende vurdert 6,13-15. Bidraget fra denne aktuelle arbeidet er å skissere konkrete metoder som brukes for å indusere ABA hos unge hunnmus og skissere endringene som var nødvendige for å gjøre til de eksisterende gnagermodeller for å bedre overlevelse hos unge mus. I tillegg har vi diskutere forskjellige teknikker som kan bli kombinert med ABA oppførsel paradigme for å studere andre aspekter av dyremodell.
Musen ABA modellen tillater utforskning strengt av nevrobiologi av sykdommen AN. Dette kan skilles ut fra de sosiokulturelle påvirkninger, som utvilsomt bidra til en persons sårbarhet. ABA Modellen kan også brukes til å undersøke effekten av tilbakevendende begrensning mat eller andre former for stress i kombinasjon med hjulet tilgang, så somå fange noen aspekter av AN tilbakefall 16. Hemmende nevrotransmitter system funksjon i hjernen angst sentre har blitt studert ved hjelp av elektronmikroskopteknikker 4,16,17. Dendrittiske arborization har blitt studert ved hjelp Neurolucida assistert sporing og analyse av pyramidale celler i CA1 innen hippocampus 18,19 og amygdala 17. Effekter av mat begrensning og hjul tilgang ved angst har blitt studert ved hjelp av atferdstester som forhøyet pluss labyrint 10. Den genetiske grunnlaget for sikkerhetsbrudd er blitt undersøkt ved hjelp av ulike innavlede stammer av mus 9. Farmakologiske manipulasjoner kan bli testet i en dyremodell før menneskelige forsøk 20-24. Genetisk modifiserte dyr og transient knockdown av gener som kan benyttes for å studere hvordan manipulering av bestemte molekylære reaksjonsveier kan påvirke atferden i ABA paradigmet. Virkningen av stress under tidlig liv på differensial sårbarhet for ABA wOuld være et annet emne som kan løses gjennom denne tilnærmingen.
De kritiske sider ved ABA-modellen er (1) fri adgang til frivillig trening på et løpehjul, og (2) begrensning mat med mat adgang er begrenset til en begrenset tidsperiode. Tilgang til et løpehjul gjør det mulig for dyret å velge å bruke hjulet og gir en indikasjon på effekten av mat begrensning på motivasjonen for dyret til å utøve. Omvendt, kan tidsbegrenset mat tilgang (heller enn kalori-restriksjon) experimenter å måle mat begrensning frivillig ved å overvåke hvorvidt dyrene velger å kjøre i løpet av de begrensede tidspunkter mat tilgang. På denne måten er ABA en utmerket modell av den selv sult som oppstår i AN.
For å minimalisere støy i mus atferdsdata, er det viktig å minimalisere mengden av uforutsigbart stress som det dyr erfaring. For eksempel bør håndtering av dyr holdes på et minimum, med dyrene bare blir forstyrret under veiingen, en gangdag. Eksperimentator håndtering av dyr skal være trent og komfortabel med å håndtere dyrene. Hvis det er mulig, bør en person håndtere dyrene gjennom hele eksperimentet for å unngå ytterligere stress. Dufter og parfymer bør unngås. Tidspunktet for veiing og levering av mat bør gjøres for å være så jevne som mulig, for å minimere eventuelle uforutsigbarhet. Som en forholdsregel mot tap av data, er det best å drive datamaskinen via en backup strømforsyning i tilfelle strømbrudd; enda et kort avbrudd av makt vil føre til at datamaskinen starter på nytt og datainnsamling vil opphøre. I tillegg er det viktig å overvåke batterilevetiden av hjul senderne daglig. Hvis batteriet blir svakt, kan senderen intermittent mislykkes i å sende data til navet, og dermed undervurderer aktiviteten av dyret.
Musen protokollen som beskrives her ble modifisert fra den standard-protokoll som er blitt brukt for rotter 4. Adolescent hunnmuser mye mer utsatt for overdreven vekttap og død på grunn av sult. Derfor ble følgende endringer foretas for å forbedre overlevelsen til minst tre dager med ABA. Først ble den første dagen av mat begrensning forkortet ved å fjerne mat til middag i stedet for på 20:00 av gårsdagen. Videre ble tidsrommet for mat adgang økte fra 1 time til 2 timer og tilgjengeligheten av våt mat ble også tilsatt for å minimalisere virkningene av dehydrering. Vi har funnet at administrering av våt mat til musene sterkt forbedret deres tilstand gjennom tre dager med mat begrensning. Uten den våte mat, ble kroppsvekten faller mye raskere og dyrene måtte bli fjernet fra maten begrenset miljø. Disse endringene var tilstrekkelig til at musene å overleve gjennom tre fulle dager med mat begrensning og lett gjenopprette fra ABA.
Denne protokollen for ABA har noen viktige begrensninger å vurdere. For det første er det nødvendig å huse musene individuelt ibur med et løpehjul for å overvåke hjulets aktiviteten til hver mus uavhengig. Dette resulterer i sosial isolering av dyrene, en kjent stressfaktor som kan påvirke oppførselen til dyrene under ABA, så vel som noen av de nevrale kretser som blir undersøkt 26. Så langt er det ikke er tilgjengelig utstyr som er i stand til å overvåke de enkelte aktivitet av co-huset mus, men dette synes å være et problem løses ved hjelp av RFID-teknologi og sporing koder tjoret til hvert dyr. Et annet potensielt uunngåelig konsekvens av dyr co-boliger under mat begrensning er risikoen for at dyrene kan bli aggressiv mot buret-mates. Endre dyrenes bur etter hver fôring økten er en annen stressfaktor at vi måtte innføre grunn av ett dyr hamstre mat under senger. Vi tar sikte på å minimalisere stress av et nytt bur ved å innføre en betydelig mengde skittent sengetøy fra foregå buret inn i den ferske buret.
<p class="jove_content"> Andre grupper som bruker ABA-modellen har valgt ulike parametere for sine fôring tidsplan. Valget av mate tid under den mørke fase av lys-mørke-syklus ikke er standard. Vi valgte å mate dyrene på den tiden at lysene slås av for å tillate en mer naturlig tidspunkt for dyrene å spise, siden nattlige musen er vanligvis mer våken og aktiv i denne perioden. Noen grupper mate dyrene i løpet av lys-on periode av dagen 13,27. Dette kan være på grunn av bekvemmeligheten av experimenter, og det er viktig å merke seg at tidsperioden for porsjonen i løpet av den lette fasen bør økes for å forbedre overlevelse. Det har også foreslått at blokkerer tilgangen til løpehjulet under fôring kan forbedre overlevelse, men vi føler at dette fjerner svært interessant aspekt av atferd som er avgjørelsen tatt av noen dyr å kjøre i stedet for å spise, noe som ytterligere forverrer selv sult aspekt av ABA-modellen, men å fange et kjennetegn påmenneskelig atferd forbundet med AN.Det er viktig å merke seg at denne protokollen er optimalisert spesielt for ungdom kvinnelige C57BL / 6 mus. Hvis en annen musestamme, kjønn, aldersgruppe eller skal anvendes, kan noen parametere av protokollen krever modifikasjon. Det har også vist seg at RT påvirker graden av ABA hos gnagere 28. Selv om vi ikke forsøke å variere RT for våre studier, øker RT er sannsynlig å forbedre overlevelse blant ABA dyr.
Fordelen ved å bruke en dyremodell av en human sykdom, slik som AN, er det er mulig å undersøke hjernen anatomi og fysiologi og endringer indusert ved tilgang til frivillig trening og mat begrensning i et kontrollert miljø. Bruken av mus på ABA modellen tillater bruk av kraftige genetiske metoder ved hjelp av transgene dyr og virusinfeksjon for genmanipulering. Fremtidige studier er rettet mot å studere effekten av bestemte gener i resilienseller sårbarhet for mat begrensning-indusert hyperaktivitet og selv sult.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av Den Klarman Foundation Grant Program i Spiseforstyrrelser Forskning til CA; National Institutes for Health Grants R21MH091445-01 til CA, R21MH105846 til CA, R01NS066019-01A1 til CA, R01NS047557-07A1 til CA, NEI Kjerne Grant EY13079 til CA, R25GM097634-01 til CA, UL1 TR000038 fra Nasjonalt Senter for fremme av translasjonell forskning til TGC, NYU forsknings Challenge Fund til CA; og Fulbright Tilskudd til YW C.
Wireless running wheel for mouse | Med Associates | ENV-044 | |
USB Interface Hub | Med Associates | DIG-804 | |
Wheel Manager Software | Med Associates | SOF-860 | |
Wheel Manager Data Analysis | Med Associates | SOF-861 |