Abstract
L'anorexie mentale (AN) est une maladie psychiatrique caractérisé par l'apport calorique trop restreinte et des niveaux anormalement élevés d'activité physique. Une maladie difficile à traiter, en raison du manque de compréhension de la neurobiologie sous-jacente, une a le taux de mortalité le plus élevé parmi les maladies psychiatriques. Pour répondre à ce besoin, les neuroscientifiques utilisent un modèle animal pour étudier comment les circuits neuronaux peut contribuer à la vulnérabilité à l'AN et peut être affectée par une. Anorexie (ABA) basé sur l'activité est un phénomène de bio-comportementale décrite chez les rongeurs que les modèles les symptômes clés de l'anorexie mentale. Lorsque les rongeurs avec accès gratuit à l'exercice volontaire sur une restriction expérience alimentaire de roue de roulement, ils deviennent hyperactifs - en cours d'exécution plus que des animaux avec un accès libre à la nourriture. Ici, nous décrivons les procédures par lesquelles ABA est induite dans C57BL / 6 femelles souris adolescentes. Le jour postnatal 36 (P36), l'animal est logé avec l'accès à l'exercice volontaire sur une courseroue. Après 4 jours d'acclimatation à la roue de roulement, le P40, tous les aliments est retiré de la cage. Pour les 3 prochains jours, la nourriture est retourné à la cage (permettant l'accès des animaux de la nourriture gratuite) pendant 2 heures par jour. Après le quatrième jour de la restriction alimentaire, l'accès libre à la nourriture est renvoyé et la roue de roulement est retiré de la cage pour permettre aux animaux de récupérer. Continue l'analyse multi-jour de course activité roues montre que les souris deviennent hyperactifs dans les 24 heures suivant le début de la restriction alimentaire. Les souris fonctionnent même pendant la période limitée durant laquelle ils ont accès à la nourriture. En outre, le rythme circadien de la roue fonctionnement est perturbé par l'expérience de la restriction alimentaire. Nous avons été en mesure de corréler les changements neurobiologiques avec divers aspects de la roue le comportement de roulement des animaux de mise en cause des régions particulières du cerveau et les changements neurochimiques avec résilience et la vulnérabilité à la nourriture restriction hyperactivité induite.
Introduction
L'anorexie mentale (AN) est une maladie psychiatrique caractérisé par une restriction excessive de la prise alimentaire, sur-exercice, et les craintes irrationnelles de prendre du poids. Une des maladies les plus mortelles psychiatriques 1, un traitement pharmacologique n'a pas accepté à ce jour, et les mécanismes et les effets de la maladie neurobiologiques sont mal compris. Nous étudions un modèle animal de l'AN pour explorer les changements neurobiologiques et neurochimiques associés aux symptômes caractéristique de la maladie.
Anorexie (ABA) basé sur l'activité est un phénomène de bio-comportementale décrite chez les rongeurs que les modèles certaines des caractéristiques d'un 2,3. Lorsque les rongeurs avec accès gratuit à l'exercice volontaire sur une roue de roulement expérience alimentaire restriction, beaucoup, mais pas tous, deviennent hyperactifs - en cours d'exécution plus que ce qu'ils ont couru avant le début de la nourriture restriction 3,4. Il ya eu beaucoup d'explications proposées pour les plus de l'exercice présenté parAnimaux ABA et aux patients une: qu'il est une forme de comportement alimentaire 5, un mécanisme pour faire face au stress de la nourriture restriction 6, une tentative pour augmenter la température du corps pendant baisse dues à la famine dans le métabolisme 7, ou un résultat de hypoleptinemia 8 . Ce modèle de rongeur reproduit les symptômes An de perte de poids de corps, l'hyperactivité, la restriction alimentaire volontaire en optant pour exécuter lors de l'accès limité de nourriture, les corrélations avec l'anxiété traits 9,10, et la vulnérabilité affectés par l'expérience de la vie au début 11. Alors que le modèle de rongeur ABA est considéré comme un modèle de stress, cela peut ne pas refléter exactement UN chez des patients humains, qui montrent une augmentation de la fonction immunitaire 12. Parmi les rongeurs et des patients humains, certaines personnes montrent plus vulnérables que d'autres. Alors que les études épidémiologiques cherchent à élucider les facteurs de risque pour un, relativement peu d'études ont tenté de comprendre le fondement neurobiologique des différences individuelles dans vulnerabilité à ABA induction chez les rongeurs.
Il est important de noter que le paradigme de l'ABA est largement utilisé, et son utilisation comme un modèle animal de l'AN a été largement revu 6,13-15. La contribution de ce travail actuel est de décrire les méthodes spécifiques utilisées pour induire ABA chez les souris femelles adolescentes et décrire les modifications qui étaient nécessaires pour apporter aux modèles de rongeurs existantes afin d'améliorer la survie chez les jeunes souris. En outre, nous discutons de différentes techniques qui peuvent être couplés avec le paradigme de comportement de l'ABA pour étudier d'autres aspects du modèle animal.
Le modèle de l'ABA de la souris permet l'exploration strictement de la neurobiologie de la maladie AN. Ceci est séparable des influences socio-culturelle, qui, sans aucun doute, contribuent vers la vulnérabilité d'une personne. Le modèle de l'ABA peut également être utilisée pour étudier l'effet de la restriction alimentaire récurrente ou d'autres formes de stress en combinaison avec un accès roue, de façonpour capturer certains aspects d'une rechute 16. La fonction du système de neurotransmetteur inhibiteur dans les centres de l'anxiété du cerveau a été étudié en utilisant des techniques de microscopie électronique 4,16,17. Arborisation dendritique a été étudiée en utilisant le traçage et l'analyse des cellules pyramidales dans le domaine de l'hippocampe 18,19 CA1 et l'amygdale 17 Neurolucida assistée. Effets de la restriction alimentaire et l'accès de la roue sur l'anxiété ont été étudiés en utilisant des tests comportementaux tels que le labyrinthe surélevé 10. La base génétique de vulnérabilité a été étudiée en utilisant différentes souches de souris consanguines 9. Manipulations pharmacologiques peuvent être testés dans un modèle animal avant les essais humains 20-24. Les animaux génétiquement modifiés et knockdown transitoire de gènes peuvent être utilisées pour étudier comment la manipulation des voies moléculaires particuliers peut affecter le comportement dans le paradigme de l'ABA. L'impact du stress en début de vie sur la vulnérabilité différentielle à ABA would être un autre sujet qui peut être abordé par cette approche.
Protocol
Toutes les procédures décrites dans ce protocole sont conformes à l'entretien et l'utilisation Commission institutionnelle animale de l'Université de New York (le bien-être animal # Assurance de A3317-01).
NOTE: Ce protocole a été optimisé pour les femmes adolescent souris C57BL / 6. Les animaux ont été logés dans un établissement qui tient RT à 72 ° ± 2 ° et l'humidité ambiante de 50% ± 10%. Salle de lumières allumées 7 heures-19 heures tous les jours.
1. Préparation des cages avec des roues de roulement
- Mettre en place l'ordinateur et une interface USB Hub dans une zone de sécurité de la salle de détention des animaux, loin de l'eau et de la circulation des piétons, mais assez proche pour la crémaillère de la cage courir pour être dans la gamme sans fil des émetteurs. Assurez-vous que l'ordinateur et Hub USB interface à la fois l'alimentation depuis une prise murale, et le Hub Interface USB se connecte à l'ordinateur via un câble USB. Utiliser un dispositif d'alimentation de secours pour alimenter à la fois l'ordinateur et le concentrateur USB.
- Connectez l'ordinateur to le Hub Interface USB en utilisant le câble USB fourni avec l'équipement de roue de roulement.
- Démarrez l'ordinateur et lancez le logiciel de roue de roulement en double-cliquant sur l'icône.
- Installez trois piles AAA dans la base de chacune des roues en cours d'exécution, et de confirmer que le logiciel de gestion de la roue a reconnu l'émetteur. Inscrivez chaque roue dans la fenêtre du programme sous la rubrique «capteurs de roues."
- Mettre en place la configuration de l'acquisition des données en fonction des spécifications particulières de l'expérience.
- Préparer une cage pour chaque sujet de la souris avec literie, nestlets, le libre accès à l'eau, et une roue qui tourne. Typiquement, 8 souris sont utilisés par expérience pour les études de neuroanatomie. Plus de souris peuvent être nécessaires pour des études comportementales pour assurer la puissance statistique adéquate.
- Assurez-vous que la roue de roulement est en mesure de se déplacer librement sans toucher les parois de la cage, panier de nourriture, ou supérieure de la cage. Tourner chaque roue quelques fois et confirmer que til met à jour le logiciel les chiffres de roue pour chaque roue.
2. Phase Acclimatation
- Placez chaque objet de la souris (femelle souris C57BL / 6; P36 d'âge) individuellement dans une cage avec une roue qui tourne.
- Ajouter une quantité pré-pesée de nourriture sèche (environ 100 g) à la trémie de la nourriture, et placer un récipient plein pré-pesée (environ 50 g) de nourriture humide dans la cage.
- Dans la fenêtre du programme, commencer l'acquisition des données et des données d'activité de la roue de stockage en sélectionnant l'option "Démarrer l'acquisition» dans le menu Fichier. Choisissez le répertoire dans lequel les données seront sauvegardées. Le logiciel va enregistrer tours de roue en continu jusqu'à ce que l'expérience est arrêtée manuellement.
- Peser l'animal, la nourriture humide, et la nourriture sèche tous les jours à l'heure que les lumières sont éteintes dans la salle. Remplir la nourriture sèche si le poids tombe en dessous de 50 g, et de remplacer le récipient de nourriture humide si la nourriture se dessèche ou se salit avec literie. Enregistrer manuellement la wheel compter chaque jour à cette heure ainsi, en cas de perte des données numériques.
3. Prend une restriction de nourriture
- Retirez tous les aliments secs et humides de la cage à midi (ou 7 heures avant que les lumières de la salle sont prévues pour éteindre) le premier jour de la restriction alimentaire.
- Le même jour, au début du cycle sombre, enregistrer le poids de l'animal et le comptage de roue. Déposer une quantité pré-pesée de nourriture sèche (environ 50 g) dans la trémie d'alimentation et une quantité pré-pesée de nourriture humide (environ 5 g) dans la cage dans une nacelle de pesée.
- Préparer une nouvelle cage avec la literie et nestlets pour chaque animal.
- Après 2 heures, transférer la roue de roulement à la cage frais préparé. Ce changement de la cage assure que l'animal reste restriction alimentaire jusqu'à la prochaine fois d'alimentation, au cas où certains miettes de nourriture ont diminué ou ont été amassé dans la litière. Afin de réduire le stress du changement de cage, ajouter deux poignées (environ 500 ml) de la souillésliterie de la vieille cage, et déplacer l'animal dans la nouvelle cage.
- Noter le poids de la nourriture humide et sèche qui reste à déterminer la quantité de nourriture qui a été mangé. Notez le nombre de roue à la fin de la période d'accès à la nourriture.
4. Surveillance de la santé animale au cours restriction alimentaire
- Chaque jour, dès le début du cycle sombre, enregistrer le poids de l'animal et le comptage de roue. Placez une quantité pré-pesée de nourriture sèche et humide à la cage.
- Si le poids du corps d'un animal tombe en dessous de 75% de leur poids corporel initial avant la restriction alimentaire, les retirer de l'expérience.
NOTE: D'autres indications de la faim excessive inclure une posture voûtée et l'incapacité de se déplacer autour de la cage. L'animal peut être froid au toucher et ne pas manger pendant la 2 h d'accès à la nourriture. - Préparer une nouvelle cage avec la literie et nestlets pour chaque animal.
- Après 2 heures, transférer la roue de roulement à la cage frais préparé. Ajouter two poignées (environ 500 ml) de la litière souillée de la vieille cage, et de déplacer les animaux dans la nouvelle cage.
- Noter le poids de la nourriture humide et sèche qui reste à déterminer la quantité de nourriture qui a été mangé. Notez le nombre de roue à la fin de la période d'accès à la nourriture.
5. Mettre fin à l'expérience
- Après trois jours de restriction alimentaire, fin à l'expérience de l'ABA. Euthanasier l'animal pour la collecte des tissus du cerveau, ou permettent aux animaux de récupérer avant de subir les tests de comportement supplémentaire.
- Cliquez sur l'option "Fin d'acquisition» dans le menu Fichier de la fenêtre du programme.
- Retirez les roues de roulement des cages, et retirer les piles de l'empattement.
- Si permettant aux animaux de récupérer, de retour d'une quantité pré-pesée de nourriture sèche à la trémie de la nourriture et de permettre l'accès des animaux ad libitum à la nourriture lors de la récupération.
Analyse des données 6.
- Enregistrer unedonnées de la roue de LL pour l'expérience dans un fichier .wls dans le répertoire choisi au début de l'expérience.
- Exporter des données vers un tableur en sélectionnant l'option "Exporter" dans le menu Fichier. Sélectionnez les fichiers souhaités .wls dans l'option "Data Source File". Sélectionnez la date et l'heure de début et de fin, et sélectionnez chaque capteur de roue pour l'exportation dans la liste des capteurs de roues.
Representative Results
Afin d'étudier l'effet de l'ABA dans une population similaire à l'anorexie mentale humaine, ces expériences ont été réalisées chez des souris adolescentes. Ainsi, l'acclimatation à la roue commence peu après le début de la puberté chez la souris, sur le P36 jour. La phase d'acclimatation est réalisée à partir de P36-P40, et la restriction alimentaire se produit à partir de P40-P43.
Souris adolescentes continuent de croître, et leur poids ne cesse d'augmenter à mesure qu'ils approchent l'âge adulte complet. Au cours de l'acclimatation de roue, les souris perdent généralement une petite quantité de poids ou plateau de poids. Après le début de la restriction alimentaire, le poids corporel des animaux ABA diminue fortement (figure 1). Le poids du corps d'animaux dans le groupe ABA peut être comparé à contrôler (CON) les animaux qui ne disposent pas de l'accès à une roue qui tourne et ne subissent restriction alimentaire.
L'activité de la roue de chaque animal peut être analysée de différentes manières: (1) La (24 h) roue quotidienneactivité des animaux de l'ABA peut être tracée, montrant que les animaux commencent à courir trop après le début de la restriction alimentaire (Figure 2). (2) L'activité de la roue de chaque animal peut être examinée à une échelle plus fine en utilisant le logiciel d'analyse, montrant le rythme circadien de l'activité de roue (Figure 3). (3) L'activité de la roue pendant 2 h d'accès à la nourriture indique restriction alimentaire volontaire, puisque les animaux choisissent de courir au lieu de manger. (4) Après le début de la restriction alimentaire, certains animaux montrent une augmentation de l'activité dans la période de temps juste avant le moment de l'alimentation. Cette augmentation quotidienne de l'activité locomotrice avant la présentation de la nourriture est appelé "la nourriture activité anticipée» (Figure 4). (5) La vitesse avec laquelle les animaux courent peut être comparé, à la fois la distance et la temps de séjour sur la roue sont surveillés en permanence. Changement de ces paramètres peut refléter la phase d'apprentissage de courir sur la roue.
16. Dans la même étude, il a également été montré que l'innervation GABAergique des cellules pyramidales de l'hippocampe CA1 a été augmenté dans les animaux qui ont montré une diminution hyperactivité dans une seconde expérience de l'ABA. Dans une étude utilisant des rats ABA, on a constaté que l'expression des récepteurs GABA contenant la sous-unité α4 de corrélation avec une diminution de l'hyperactivité, ou la résistance aux 25 ABA.
Figure 1. changements de poids corporel au cours de données ABA. De poids du corps est représentée d'une cohorte de cinq souris femelles adolescentes. La souris a eu accès en cours d'exécution de roue pour les 7 jours complets de l'expérience. Les quatre premiers jours ont été la phase d'acclimatation, après quoi la nourriture restriction a été imposée pour une période supplémentaire de trois jours. Jour 0 indique le début de la restriction alimentaire. Les barres d'erreur indiquent l'erreur standard de la moyenne. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 2. L'activité de roue Daily avant et après l'apparition de la restriction alimentaire. Quotidien (24 h) l'activité de la roue est indiquée pour une souris. Jour 0 indique le début de la restriction alimentaire. Nombre de l'activité quotidienne de roue augmente de près de deux fois après ladébut de la restriction alimentaire. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3. surveillé en permanence l'activité de roue de roulement sur l'expérience de huit jours. Est affiché à partir du logiciel d'analyse de roue Une capture d'écran. Cela montre l'activité de roue (chiffres de roue sur l'axe vertical) d'un simple clic de plus de huit jours (le temps sur l'axe horizontal) de l'accès à une roue qui tourne. Ci-dessous, l'intrigue de l'activité est une superposition indiquant les moments où les lumières sont sur et en dehors dans la salle. Avant le début de la restriction alimentaire, l'animal présente une activité minimale pendant le cycle de lumière. La première ligne verticale pointillée indique le début de la restriction alimentaire, les trois lignes suivantes indiquent l'alimentation de 2 heures commence chaque jour, et les flèches rouges indiquent èmee émergence de la nourriture activité anticipée au cours de la phase légère. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4. activité de roue est augmenté dans toutes les heures de la journée, mais la plus spectaculaire dans la période antérieure à la nourriture gratuite. Roue fonctionnement est représenté pour quatre secteurs de 6 h de la journée. Bars étiquetés «Avant FR" indiquent le nombre moyen de comptages de roue au cours des deux derniers jours de la phase d'acclimatation. Bars étiquetés «Pendant FR" indiquent les deux premiers jours de la ph de restriction alimentairease. "Recovery" indique les niveaux d'activité d'après des animaux ont été autorisés à récupérer sans roue de roulement pendant au moins 6 jours. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Discussion
Les aspects critiques du modèle de l'ABA sont (1) un accès gratuit à l'exercice volontaire sur une roue qui tourne et (2) la restriction alimentaire avec accès à la nourriture limité à une période de restriction de temps. L'accès à une roue de roulement permet à l'animal de choisir d'utiliser la roue et donne une indication de l'effet de la restriction alimentaire sur la motivation de l'animal à l'exercice. Inversement, l'accès alimentaire limitée dans le temps (plutôt que la restriction calorique) permet à l'expérimentateur de mesurer la restriction alimentaire volontaire de surveillance de la mesure dans laquelle les animaux choisissent de fonctionner pendant les heures limitées de l'accès aux aliments. De cette façon, l'ABA est un excellent modèle de l'auto-famine qui se produit dans une.
Afin de minimiser le bruit dans les données de comportement de la souris, il est important de réduire au minimum la quantité de stress imprévisible que l'expérience les animaux. Par exemple, la manipulation des animaux doit être maintenue à un minimum, avec les animaux seulement être dérangé pendant la pesée, une foisjour. La manipulation des animaux expérimentateur devrait être formé et à l'aise avec la manipulation des animaux. Si possible, une personne doit gérer les animaux pendant toute l'expérience pour éviter un stress supplémentaire. Senteurs et parfums devraient être évités. Le moment de la pesée et la livraison de la nourriture doit être fait pour être aussi régulier que possible, afin de minimiser toute imprévisibilité. Par mesure de précaution contre la perte de données, il est préférable d'alimenter l'ordinateur par le biais d'une alimentation de secours en cas de panne de courant; même une brève interruption de l'alimentation provoque le redémarrage de l'ordinateur et d'acquisition de données cessera. En outre, il est important de contrôler la durée de vie de la batterie des émetteurs de roue par jour. Si le niveau de la batterie devient faible, l'émetteur peut échouer par intermittence pour envoyer des données sur le moyeu, sous-estimant ainsi l'activité de l'animal.
Le protocole de la souris décrit ici a été modifié par rapport au protocole standard qui a été utilisé pour les rats 4. Souris femelles adolescentssont beaucoup plus vulnérables à la perte de poids excessive et de décès dus à la famine. Par conséquent, les modifications suivantes ont été apportées afin d'améliorer la survie à au moins trois jours de l'ABA. Tout d'abord, le premier jour de la restriction alimentaire a été raccourci en supprimant la nourriture à midi plutôt qu'à 20 heures de la journée précédente. En outre, la période de temps d'accès à la nourriture a été augmenté de 1 h à 2 h et la disponibilité de la nourriture humide a également été ajouté pour minimiser les effets de la déshydratation. Nous avons constaté que l'administration de nourriture humide à la souris grandement amélioré leur condition par trois jours de restriction alimentaire. Sans la nourriture humide, le poids corporel tombait beaucoup plus rapide et les animaux ont dû être retirés de l'environnement alimentaire restreint. Ces changements étaient suffisants pour permettre aux souris de survivre à travers trois jours complets de restriction alimentaire et facilement remettre de l'ABA.
Ce protocole d'ABA a quelques limitations importantes à considérer. Tout d'abord, il est nécessaire de loger les souris individuellement dans descages avec une roue de roulement afin de surveiller l'activité de roue de chaque souris indépendamment. Cela se traduit par l'isolement social des animaux, un facteur de stress connu pouvant affecter le comportement des animaux en cours de ABA ainsi que certains des circuits neuronaux qui sont étudiées 26. Jusqu'ici, il n'y a pas d'équipement disponible qui est en mesure de surveiller l'activité individuelle de souris co-logés, mais cela semble être un problème résoluble utilisant la technologie RFID et le suivi de balises attachés à chaque animal. Une autre conséquence potentiellement inévitable des animaux co-logement au cours de la restriction alimentaire est le risque que les animaux peuvent devenir agressifs envers leur compagnons de cage. Modification de la cage de l'animal après chaque session d'alimentation est un autre facteur de stress que nous avons eu à introduire en raison d'un animal thésaurisation alimentaire en vertu de la literie. Nous visons à minimiser le stress d'une nouvelle cage en introduisant une quantité substantielle de la litière souillée de la cage précédente dans la cage frais.
13,27 feux-sur. Ce peut être pour des raisons de commodité de l'expérimentateur, et il est important de noter que le délai de l'allocation alimentaire pendant la phase de lumière doit être augmentée pour améliorer la survie. Il a également suggéré que le blocage de l'accès à la roue de roulement lors de l'alimentation peut améliorer la survie, mais nous pensons que cela supprime l'aspect très intéressant de comportement qui est la décision prise par certains animaux à courir plutôt que de manger, aggravant encore l'auto-famine aspect du modèle ABA, mais capter une caractéristique de lacomportement humain associé à un.
Il est important de noter que ce protocole a été optimisé spécifiquement pour les femmes adolescent souris C57BL / 6. Si une souche de souris, le sexe ou le groupe d'âge différent doit être utilisé, certains paramètres du protocole peuvent nécessiter une modification. Il a également été démontré que la température ambiante affecte la gravité de ABA chez les rongeurs 28. Bien que nous ne tentons pas de faire varier la température ambiante pendant nos études, l'augmentation de la RT est susceptible d'améliorer les taux de survie chez les animaux de l'ABA.
L'avantage d'utiliser un modèle animal d'une maladie humaine, comme un, est qu'il est possible d'étudier l'anatomie et la physiologie du cerveau et les changements induits par l'accès à l'exercice volontaire et la restriction alimentaire dans un environnement contrôlé. L'utilisation de la souris dans le modèle de l'ABA permet l'utilisation d'approches génétiques puissants utilisant des animaux transgéniques et infection virale pour la manipulation génétique. Les futures études visent à étudier l'effet de gènes particuliers dans la résilienceou de la vulnérabilité à la nourriture hyperactivité induite restriction et l'auto-famine.
Acknowledgments
Ce travail a été soutenu par le programme de subvention de la Fondation Klarman troubles de l'alimentation de la recherche à CA; National Institutes for Health subventions R21MH091445-01 à CA, R21MH105846 à CA, R01NS066019-01A1 à CA, R01NS047557-07A1 à CA, NEI base Grant EY13079 à CA, R25GM097634-01 à CA, UL1 TR000038 du Centre national pour la promotion de translationnelle à TGC, Fonds Research Challenge de NYU à CA; Les bourses Fulbright et à YW C.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 | |
| Diet Gel 76A | Clear H2O | 72-07-5022 | |
| Mouse Diet 5001 | PMI |
References
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