Summary
Möss som individuellt inrymt med ett rinnande hjul medan ges begränsad tillgång till mat utveckla sänkningar av livsmedelskonsumtion och öka aktiviteten på igång hjulet. Detta experimentella fenomen kallas aktivitetsbaserat anorexi. Detta paradigm ger en experimentella verktyg för att studera neurobiologi och beteenden som underliggande aspekter av anorexia nervosa.
Abstract
Gnagare utveckla aktivitetsbaserade anorexi (ABA) när utsätts för en begränsad utfodringen schema och får gratis tillgång till ett rinnande hjul. Dessa villkor leda till en livshotande minskning i kroppsvikt. Dock anpassa gnagare utsatta för endast en av dessa villkor i slutändan för att återupprätta normal kroppsvikt. Ökad kör tillsammans med minskning i frivilliga födointag tyckas paradoxal ABA villkor, observeras ABA beteende över många däggdjursarter.
ABA paradigm ger en djurmodell för anorexia nervosa (AN), en ätstörning med svår dysreglering av aptit-beteende. Ämnen ligger ensamma med gratis tillgång till ett rinnande hjul. Varje dag, erbjuds föremål mat under en begränsad tid. Under loppet av experimentet minskar försökspersonens kroppsvikt från hög aktivitet och låga kaloriintaget. Studiens varaktighet varierar beroende på hur länge mat erbjuds dagligen, vilken typ av mat som erbjuds, stam av mus, om läkemedel testas, och miljömässiga faktorer.
En brist på effektiva farmakologiska behandlingar för en patienter, deras låg livskvalitet, höga kostnaderna för behandling och deras hög dödlighet tyder brådskan att ytterligare forskning AN. Vi tillhandahåller en grundläggande disposition för att utföra ABA experiment med möss, erbjuder en metod för att undersöka AN-liknande beteende för att utveckla nya terapier. Detta protokoll är optimerad för användning i Balb/cJ möss, men kan enkelt manipuleras för andra stammar, vilket ger stor flexibilitet i att arbeta med olika frågor, särskilt i samband med genetiska faktorer av ABA.
Introduction
Sedan 1953, har gnagare rapporterats att visa en paradoxal hyperaktivitet på Kör hjul när de får fri tillgång till hjulen samtidigt som genomgår frivillig hypophagia när mat tillgänglighet är begränsad1. Gnagare tappa däremot inte snabbt i kroppsvikt när erbjöd mat på ett schema utan att köra hjul eller när inrymt med rinnande hjul och erbjöd mat ad libitum1,2,3. ABA modellen ger tillförlitligt dramatiska nedgångar i kroppsvikt, hypophagia, hypotermi, förlust av brunst och ökad stimulering av HPA-axeln4. Slutändan, ABA leder till döden, om inte ämnet tas bort från paradigm5. ABA paradigm ger forskare med en djurmodell av ammoniumnitrat, en komplexa ätstörning som har svår dysreglering av aptit-beteende, som drabbar cirka 1 av 100 kvinnor och en mindre andel män6. Patienter som lider av AN ofta uppvisar hyperaktivitet, bestående av extrema mängder av motion och/eller allmänna rastlöshet7,8. Med en dödlighet på cirka 10% har AN den högsta dödligheten bland alla psykiatriska störningar9. Nuvarande behandling för AN är begränsad till kognitiva terapier, som det finns inga godkända farmakologiska behandlingar för dem som lider en10,11.
AN har vanligtvis betraktas som en sjukdom som drabbar främst kvinnor. Som en diagnos som är 10 gånger mer sannolikt hos honor än hanar, är kvinnliga försökspersoner som traditionellt i fokus i en12. Särskild hänsyn bör dock tas i exklusive hanar från studier. Även om diagnosen av en förblir lägre hos män, muskel dysmorphia (MD) är ett tillstånd som har många likheter med AN, däri kroppsuppfattning är förvrängd och kost är ofta störda. Det finns stöd för uppfattningen att MD och AN kan klassificeras på ett liknande sätt13,14,15. Detta kan tyda på att vissa fall av MD representerar den ”manliga versionen” av ammoniumnitrat. I samband med djurmodeller, har vissa rapporter antytt att män är mer mottagliga än Honor för ABA paradigm. Till exempel en nyligen genomförd studie visade en högre dödlighet och minskat födointag jämfört med kvinnor i C57Bl/6 möss16. En prediktor för känslighet för ABA är spontan fysisk aktivitet (SPA). Råttor med högre eller lägre SPA är mer benägna att gå ner i vikt i ABA paradigm, med hanråttor som visar en starkare effekt än honor17. Däremot har kvinnliga gnagare observerats för att utöva mer än män under begränsning av ABA18. Dessutom har studier med Balb/cJ möss visat den motsatta effekten av C57Bl/6 möss, där honmöss har en högre dödlighet och minskat födointag jämfört med män (figur 1)6. Med varierande resultat mellan könen i ABA paradigm och öka medvetenheten om män med störda äta mönster, bör både manliga och kvinnliga försökspersoner testas.
Bortsett från könsskillnader i ABA paradigm, måste ålder och stam beaktas när man väljer ämnen. Adolescent möss kan mer exakt modell AN, eftersom AN framträder vanligtvis i tonåren, som observerats med råttor och möss19,20,21,22. Stammar som är mer aktiva än andra på en basnivå har en högre känslighet och svårighetsgraden av ABA23. Stammar som är kända för att ha högre nivåer av ångest, såsom DBA/2, har ökat den rinnande aktivitet, vilket skulle indikera dropout snabbare i ABA paradigm24. Beroende på experimentell design, kan stam av val skräddarsys för att maximera längden på ABA.
ABA paradoxen är inte unik för möss. Andra däggdjur inklusive råttor, har hamstrar, gerbiler, grisar, gänget och marsvin visat detta fenomen6. Bevarande av ABA fenomenet över däggdjursarter tyder på att ABA paradigm kan ge ett translationell verktyg för att undersöka mekanismerna bakom anorexi-liknande beteende hos människor. Möss är särskilt väl lämpade för studier av mekanismerna bakom ABA. Möss kan hållas tätt och generationstid är relativt kort. Möss har en fullt sekvenserat genomet, och talrika inavlade, utkonkurrerat dö ut och särskilda stammar, såsom congenics, är tillgängliga. Ett stort antal genetiskt manipulerade linjer har genererats, vilket gör dem idealiska för studier bedömningen av genetisk påverkan på sjukdomar såsom AN. beroende på frågan till hands, forskare kan manipulera komplexa neurala kretsar eller gen uttryck att bedöma beteende i ABA paradigm, potentiellt svara på frågor om genetisk påverkan som inte är möjligt när man studerar människor.
Ett begränsat antal djurmodeller av AN finns för närvarande. Stress modeller inducera hypophagia hos gnagare med svans klämmande, nyhet-inducerad hypophagia, kallt bad och hjärnstimulering. Genom att framkalla stress, minska förändringar i HPA-axeln aptiten vilket resulterar i nedsatt kropp vikt25. HPA-axeln är dock också potent stimuleras av ABA, som också innehåller ytterligare funktioner i AN såsom hyperaktivitet. En annan modell att överväga i studerar AN är kronisk mat begränsning modell. Genom att begränsa mat till ett spektrum från 40 till 60% av ad lib, kan en efterlikna den fysiologiska Svaren till undernäring26. Även denna metod är effektiv för att studera effekterna av otillräcklig utfodring, reproducera det inte en kärnfråga av ammoniumnitrat, som är frivillig mat begränsning. I ABA paradigm, djur saknar mat tillgång för del av dagen, men också frivilligt minska födointaget om ett hjul är närvarande. Genetiska modeller har också använts för att undersöka etiologi av AN. forskare har hittat neurokemiska och genetiska faktorer inblandade i AN, såsom gen BDNF och neurotransmittorer dopamin och serotonin27. Användning av genetiska modeller är viktigt att förstå de neurala mekanismerna bakom AN. Dock genome wide associationsstudier för AN har ännu inte gett betydande träffar, och inga sällsynta varianter i AN har identifierats. Framtida studier bör kombinera en genetisk metod med ABA modellen att öka förståelsen för AN-relaterade fenotyper.
Utveckla modeller för hela psykiatriska störningar är nästan omöjligt på grund av den komplexitet och heterogenitet av mänskliga sjukdomar. Dock kan modellering specifika, väl definierade komponenter av en psykiatrisk sjukdom, unika insikter i den underliggande neurobiologi eller patofysiologi erhållas. Sådana biologiska insikter kan sedan användas för att identifiera nya behandlingar. Gnagare ABA paradigm ger därför ett prekliniska verktyg för att studera mekanismerna bakom AN-liknande beteende som inte etiskt kan studeras på människor, såsom effekterna av genetiska manipulationer, störningar till neurala kretsar, och den konsekvenserna av vissa miljöfaktorer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla metoderna som beskrivs här har godkänts av den institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC) vid University of California, San Diego.
1. möss
- Välja lämpliga mus stammen för studien.
- Köpa möss från en leverantör eller förstärka en linje för att få lämplig experimentell siffror.
- Grupp-hus köpt möss i djuranläggningen minst 1 vecka före början studien att under en riklig acklimatisering.
- Börja fasen före experimentella acklimatisering när möss är 8 veckor gamla.
2. bostäder
- Välj burar som är stor nog att rymma en un-blockerade rinnande hjul, mat kärl och en flaska vatten.
- Reglera rumstemperaturen och luftfuktigheten att komplettera hypotesen testas.
Obs: Högre temperaturer kommer att minska utvecklingen av ABA28.
3. kör hjul
- Välj hjul med trådlös kommunikation för att undvika potentiella distraktioner och förvecklingar i buren, se Tabell för material för ett exempel.
4. vattenflaskor
- Välj en vattenflaska som inte tävlar om utrymme med rinnande hjulet eller mat kärl i buren.
- Om att ge missbruksbehandling i dricksvattnet, silvertejp flaskan för att skapa en ljuskänslig miljö.
5. mat
- Välj en låg fetthalt chow lämpliga för hypotesen testas (t.ex., Envigos gnagare kost 8604).
Obs: Kost hög i fett och socker kan minska utvecklingen av ABA29. - Använd en liten glasburk för att tillhandahålla chow, ca 65 cm i diameter x 50 cm i höjd.
Obs: En automatisk matare kan användas istället för en glasburk, vilket kan minska stress genom att begränsa utredare störningar. Detta kan vara mest fördelaktiga om utför ABA studier med drogen manipulationer.
6. före experimentella acklimatisering fas
- Ställa in experimentella området genom att välja en bur rack nära laptop och hjul nav. Detta kommer att begränsa problem med dataöverföringen.
- Slå på den bärbara datorn och trådlösa hubbar.
- Öppna programvaran för hantering av hjulet på den bärbara datorn.
- Titta på programmet för att säkerställa både hubbar är aktiva.
- Öppna ”verktyg” och välj ”delete hjul”. Upprepa 5 gånger.
- Stänga programmet och öppna den igen.
- Placera 3 AAA-batterier till med ett axelavstånd batteri.
- Anslut batteri pack kablarna till hårdvaran i hjulbas. Detta kommer att vara frånkopplade före användning. Nära batteriet till hjulbas.
- Kontrollera programvaran att säkerställa Hjulbas är listad med ID ”1” under den lämpliga trådlösa hubben. Om basen inte är listad som ID ”1”, haka batteripaketet och börjar om med steg 6,2.
- Ändra hjulet ID från ”1” till mus-ID under namnkolumnen.
- Hålla sig löpande hjulets base till botten av buren med silvertejp för att säkerställa stabilitet. Låt inte någon tejp för att sticka ut, eftersom möss kommer att tugga på exponerade band.
- Välja en rinnande hjulskiva utan en korroderade magnetisk bit.
- Placera hjulet på basen och rotera hjulet för att verifiera clearance från bur väggar och gallerdurk.
- Snurra skivan ett visst antal rotationer att säkerställa hjulet kör programvara korrekt räknar rotationer.
- Förhindra att bitar av chow förlorade i sängkläder eller få våta av kanal-tejpning undersidan av mat burken i bur golvet, från rinnande ratten och vattenflaskan.
Obs: Våt chow ökar födointaget jämfört med torr chow30. - Placera 5 bitar av chow i burken.
Obs: Chow under pre experimentstadiet är tillgängliga ad libitum och behöver inte vara vägd. Exponering för kör hjul under perioden acklimatisering kan intensifiera ABA21,31. - Placera en full vattenflaska i buren och ge vatten ad libitum.
- Upprepa tills alla burar har en trådlöst ansluten rinnande hjul, mat och vatten.
- Placera individuellt möss i sina lämpliga burar.
- I hjulet hantering av programvara, gå till ”fil” och klicka ”starta förvärv”.
- Titta på programuppdateringen för att se till att hjulet rotationer som räknas och systemet fungerar bra.
- Acklimatisera möss till experimentella inhysa villkorar för 2 totala dagar.
- Bedöma möss under denna fas så att de är friska nog att hantera ABA experimentet.
- Kontrollera burar för eventuella översvämningar från flaskor vatten varje dag. Om flaskor har översvämmat, ersätta den gamla bur med en ny bur och upprepar de åtgärder som krävs för att följa hjul och mat till buren utan störningar.
- På dag 2, kontrollera burar för mat nivåer. Om mat är låg, Fyll på med 2 bitar av chow. Göra detta utan att störa möss.
Obs: Om under fasen före experimentella acklimatisering någon mus ställer ut hypophagia eller undervikt, ta bort musen från studien.
7. experimentella baslinjen fas - dag 1
- Välj ”slutet” och sedan ”starta förvärv” i programvaran för hantering av hjulet.
- Mäta ut 9 g chow i en liten plast bägare på en skala med 0.00 g känslighet. Spela in exakt vikt.
- Försiktigt bort och väger musen i en stor plast bägare på en skala med 0,0 g känslighet. Registrera vikt.
Obs: Det är viktigt att begränsa möss och hanterar stress, därför hantera dem tålmodigt. - Kassera all acklimatisering mat.
- Sök sängkläder för all mat som kan ha tagits bort från burk och kassera som också.
- Lämna vatten flaskan på plats, men se till att den är tillräckligt full.
- Rengör smutsiga kör hjul med 70% isopropanol och pappers handdukar.
- Om rengöring var nödvändig, efter isopropanol torkar, återgå musen till sin bur och ersätta buren på sträckbänken.
- Upprepa stegen tills varje mus vägs och 9 g mat är mätt ut och placeras i burar.
8. experimentell baslinjen fas - dagar 2-7
- Återgå till djuranläggningen vid samma tidpunkt varje dag. Inte variera i mätningar av över eller under 10 min.
- Mäta ut 9 g chow i en liten plast bägare på en skala med 0.00 g känslighet. Spela in exakt vikt.
- Försiktigt bort och väger musen i en stor plast bägare på en skala med 0,0 g känslighet. Registrera vikt.
- Dra mat burken ut ur buren och dumpa all mat i en liten bägare på 0.00 g skala.
- Om avföring och sängkläder finns i mat burken med maten, plocka ut alla sängkläder och avföring. Använd en liten sil för att gnugga pulveriserad mat till väger bägaren. Ta bort någon avföring innan du gör detta med pincett (om nödvändigt).
Obs: Sängkläder kommer inte att dela upp i mindre bitar att passa genom Silen. - Sök efter alla mat rester i buren och lägga till dem i bägaren vägas. Anteckna mängden mat kvar.
Obs: Om de sängkläder och bur måste sökas, är det bäst att göra det medan musen är i väga bägare eller överföring buren för att minska stress. - Kassera all mat.
- Om avföring och sängkläder finns i mat burken med maten, plocka ut alla sängkläder och avföring. Använd en liten sil för att gnugga pulveriserad mat till väger bägaren. Ta bort någon avföring innan du gör detta med pincett (om nödvändigt).
- Torka burken och placera tillbaka i buren. Byt tejp vid behov.
- Placera den tidigare uppmätta 9 g av nya livsmedel i burken.
- Rengör smutsiga kör hjul med 70% isopropanol, torka sedan hjulen. Gör denna en bur i taget och inte oavsiktligt interchange hjul.
- Avsluta och starta om förvärv i den rinnande program varannan dag.
- Upprepa dessa steg tills början av fasen begränsning.
9. experimentell begränsning fas - dag 1
- Avsluta och starta förvärv i programvaran för hantering av hjulet.
- Väga möss, gamla och nya mat per baslinjen protokoll.
- Rengör inte hjul nu. Detta kan distrahera möss under deras begränsad utfodring.
- Ge åtkomst till ny mat, 9 g av chow, 6 h. Registrera tid mat erbjuds.
Obs: Tiden under den lätta cykel som mat finns tillgänglig kommer att påverka utvecklingen av ABA. Eftersom möss sova normalt under lätta cykeln, förvärrar vilket ger tillgång till mat under denna tid utveckling av ABA, eftersom möss inte vanligtvis konsumerar merparten av deras dagliga mat vid denna tid. Omvänt, möss som gavs mat tillgång under mörka cykeln kommer att utveckla ABA långsammare32. Justera varaktigheten av mat tillgång kommer att resultera i längre eller kortare överlevnad gånger (figur 2). Mat föregripande verksamhet (FAA) är hyperaktivitet, vilket inträffar omedelbart innan mat erbjuds32,33,34. FAA kan påverka utvecklingen av ABA, som det har visats att förnekandet av den rinnande tillgång under FAA ameliorates ABA beteende32.- Ta bort mat exakt 6 h senare för varje mus och mäta den kvantitet som återstår. Registrera tid maten tas bort.
- Rengöra fälgar nu, om det behövs, och försök att göra det utan att få på dra mat från efterföljande burar.
- Väga maten och beräkna skillnaden i mat för att bestämma mängden mat som äts per mus.
- Beräkna dropout vikt för varje mus.
Obs: Dropout vikt är när en mus måste avlägsnas från experimentet när den når 75% av dess slutliga mätningen av kroppsvikt. Exempelvis om en mus väger 20 g i början av fasen begränsning, när den når 15 g måste det tas bort från experimentet. - Behålla en kopia av dropout vikter å i djuranläggningen.
Obs: Experiment utvärdera återhämtning från ABA kan prövas; mat ges antingen ad lib, eller hjul är låsta för att studera den process genom vilken möss återgå till en frisk kropp vikt34.
10. experimentell begränsning fas - dag 2 till 14
- Upprepa alla mätning steg i protokollet begränsning dag 1. Starta inte om hjulet förvärv.
- Om en mus når släppa vikt (75% av dess kroppsvikt), ta bort hjulet och mat burken från buren och ge gott om mat på botten av buren, sedan gå vidare med andra möss. När alla burar har närvarat till, avliva alla möss som har uppnått droppe vikt.
- Låt hjulet i varje mus för varaktigheten av experimentet.
- Kontrollera varje mus dagligen för eventuella skador. Om nödvändigt, klipp skadade tånaglar, behandla sår, etc. Ask djurvård personal om råd om du är osäker om hur gå vidare med en skada.
11. avsluta studien
- Om studien har pågått i 14 dagar, väga alla möss på dag 15. Begränsning dag 1 vikt anses en baslinje vikt.
Obs: Längden av studien kan ändras för att ta itu med hypotesen testas. Längre varaktighet mat tillgång perioder kan användas att förlänga studie. - Euthanize möss som behövs.
- Ta smutsig utrustning till lämpliga lokaler.
- Slut hjul antal förvärv på dag 15 att ge 10 hela dagar av data.
- Inaktivera trådlösa hjulnav.
- Extrahera data.
- Analysera data.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Hjärnan som härrör neurotrofa faktorn (BDNF), ett protein som bidrar till regleringen av utfodring samt vikt underhåll, reduceras i serum hos patienter med en35. Detta experiment bedömt effekterna av regelbunden utfodring, rinnande hjul tillgång eller båda på BDNF uttryck inom hippocampus (HPC), ventral tegmental area (VTA), nucleus accumbens (NAc) och mediala prefrontala cortex (mPFC). Uttryck av neuronala cell adhesion molekylen 1 (NCAM1) bedömdes också utforska idrottens effekter på BDNF inom den mesocorticolimbic vägen.
Möss inkvarterades individuellt inom en 12:12 ljus-mörker cykel i ett klimat kontrollerade rum i en anläggning med djurvård. Burar var utrustade med trådlöst rinnande hjul som förmedlas data varje 30 s till en laptop. Standard chow erbjöds i en burk ca 2 ”i diameter med väggar cirka 1,5” hög under både vid baslinjen och begränsning.
Fyra experimentella grupper tilldelades pseudo slumpmässigt: ad libitum (Ad Lib), schemalagd utfodring (STV), frihjul som kör och mat tillgång (kör) eller frihjul som kör med mat begränsning (ABA) (figur 3). Grupptilldelning bestämdes av initiala kroppsvikt att bilda fyra vikt motsvarande grupper. Möss individuellt förvaring och utfodring ad libitum med ständig tillgång till ett rinnande hjul för 2 dagar under perioden acklimatisering och 7 dagar under baslinjen.
Under den schemalagda mat tillgång upp till 12 dagar, var både STV och ABA grupper hade mat tillgång för endast 6 h per dag (09:00-15:00) och övervakas och tas bort om de träffade sin beräknade droppe vikt 25% av kroppsvikten start. Dagliga justeringar gjordes att begränsa mat åtkomst för gruppen STV, att säkerställa att gruppen STV hade en liknande andelen som ABA-grupp, vars medlemmar normalt förlora kroppsvikt snabbare. Varje kör mus var Okas till en ABA-mus för borttagning från studien, och varje Ad Lib mus var Okas till en STV-mus. Vänder säkerställt att alla möss har tagits bort från studien vid liknande tidpunkter. Denna design som är tillåten för jämförelse av genuttryck mellan grupper av möss som upplevt olika experimentella förhållanden under samma tidsperiod. Antalet dagar till borttagning tolkades som ett mått på överlevnad. En annan möjlighet är att inkludera en ytterligare kör grupp som inte är begränsad att äta så lite som gruppen ABA, men är försedd med ett överskott av mat under perioden 6 h. 5 experimentella grupper kan dessutom användas, inklusive båda formerna av gruppen kör. Valet av grupper beror på målet med studien.
Efter avlägsnande från ABA paradigm halshöggs möss för snabb hjärna extraktion. Vävnad från mPFC, HPC, NAc och VTA togs bort med en hjärna matris och vävnad punch och omedelbart snapin fryst med torris. Förvarades i-80 ° C frys innan RNA-extraktion.
Statistisk analys av data utfördes med hjälp av variansanalys (ANOVA) tester. För originalplansdata tillämpas ANOVA på varje beroende variabel (kroppsvikt, födointag och den rinnande). Post hoc analyser av variancen eller interaktioner utfördes. Bonferroni justeringar gjordes när post hoc analyser av variancen tillämpades.
Att analysera data från begränsning, allmänna linjära modeller (PROC GLIMMIX; SAS v9.2; koden tillgänglig från motsvarande författare på begäran) används för att bedöma varje variabel. Post hoc analyser används för att lösa interaktioner med metoden falsk upptäckten hastighet. Överlevnadsanalys utfördes med Kaplan-Meier testet med log rank (Mantel-Cox) och Peto-Peto-Wilcoxon post hoc tester. Betydelse fastställdes till p < 0,05.
Den rinnande påverkade inte kroppsvikt under baslinjen, medan livsmedelskonsumtionen ökade när du kör hjul fanns tillgängliga på baslinjen dagar 2-7. Före planerad utfodring, skiljde sig inte mellan grupperna kör och ABA aktivitet på igång hjulen.
Eftersom Ad Lib och kör möss var Okas till STV och ABA möss, respektive, fanns det ingen skillnad i överlevnad mellan experimentella grupper under schemalagda utfodring (figur 4en). Utan vänder reduceras överlevnad av ABA möss dramatiskt jämfört med kör och STV grupper35. Dock kroppsvikt var lägre på dag 1-5 i båda grupperna utsätts för schemalagda utfodring (STV och ABA grupper) (figur 4b). Planerad utfodring också nedsatt födointag på dag 1-5 i båda grupperna (figur 4c), men hade ingen effekt på den rinnande aktivitet (figur 4d). I denna studie var hyperaktivitet i gruppen ABA kort (1-3 dagar) och signifikanta jämfört med kör gruppen, kanske på grund av den snabbt vikande hälsan av möss i ABA skick.
Hjulet körs betydligt ökat BDNF uttryck inom VTA (figur 5en) medan mat begränsning ökat NCAM1 mRNA uttryck i VTA (figur 5b), men ändrade inte BDNF mRNA uttryck. Det fanns inga huvudsakliga effekter av hjul eller mat åtkomst eller interaktioner på BDNF eller NCAM1 mRNA uttryck inom NAc (figur 6). I mPFC, schemalagda utfodring minskade BDNF mRNA uttryck, men påverkade inte NCAM1 mRNA uttryck (figur 7). Hjulet tillgång förändrade inte genuttryck och inga interaktioner mat begränsning och hjulet tillgång hittades. Likaså i HPC, fanns det inga interaktioner mat begränsning och hjulet tillgång på BDNF eller NCAM1 mRNA uttryck, även om mat begränsning ökat NCAM1 mRNA uttryck (figur 8).
Figur 1 : Könsskillnader i ABA Paradigm. (en) Kumulativ överlevnad mellan manliga och kvinnliga möss över tid. (b), kroppsvikt mellan manliga och kvinnliga möss över begränsningen dagar (c) matintag mellan manliga och kvinnliga möss över begränsningen dagar. (d), hjulet kör mellan manliga och kvinnliga möss över begränsningen dagar. Denna siffra har ändrats från den ursprungliga publikationen6. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 : Effekter av utfodring gånger på ABA Spellängd. Denna figur visar hur många dagar möss kommer att förbli i begränsning beroende på hur länge mat finns. Detta visas för möss med och utan hjul. Denna siffra har ändrats från den ursprungliga publikationen35. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3 : ABA Paradigm försöksplanering. Denna bild visar uppsättningen för ABA experiment. Denna siffra har ändrats från den ursprungliga publikation36. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4 : Effekter av ABA Paradigm. (en) överlevnad, (b) daglig kroppsvikt, (c) mat som konsumeras och (d) den rinnande under mat begränsning. Siffror som kursiv skildra antalet möss kvar i ABA paradigm. Resultaten uttrycks som menar ± SEM. Denna siffra har ändrats från den ursprungliga publikation36. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 : Effekter av ABA på genuttryck i VTA. (en) BDNF, (b), NCAM1 uttryck i VTA för möss som utsätts för ABA villkor. Inläggningar visar den genomsnittliga BDNF och NCAM1 uttrycket under begränsning för oberoende måttet skildras. Resultaten visas som log2(RQ) ± SEM p < 0,05. Denna siffra har ändrats från den ursprungliga publikation36. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6 : Effekter av ABA på genuttryck i den Nucelus Accumbens. (en) BDNF, (b), NCAM1 uttryck i NAc för möss som utsätts för ABA villkor. Resultaten visas som log2(RQ) ± SEM p < 0,05. Denna siffra har ändrats från den ursprungliga publikation36. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7 : Effekter av ABA på genuttryck i mPFC. (en) BDNF, (b), NCAM1 uttryck i mPFC för möss som utsätts för ABA villkor. Infällt anger medelvärdet BDNF uttryck under begränsning för oberoende måttet skildras. Resultaten visas som menar log2(RQ) ± SEM p < 0,05. Denna siffra har ändrats från den ursprungliga publikation36. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8 : Effekter av ABA på genuttryck i HPC. (en) BDNF, (b), NCAM1 uttryck i HPC för möss som utsätts för ABA villkor. Inläggningar ange medelvärdet BDNF och NCAM1 uttryck under begränsning för oberoende måttet skildras. Resultaten visas som menar log2(RQ) ± SEM p < 0,05. Denna siffra har ändrats från den ursprungliga publikation36. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ABA experimentet kan ändras av praktiker att testa olika stammar, åldrar, droger och olika andra variabler i AN. uthärda i sinne genetiska variation, justeringar rinnande hjul eller mat tillgång period skulle öka eller minska svårighetsgraden av symtom och andelen avhopp. Detta kan bidra till att öka eller minska längden på experimentet, beroende på den experimentella frågan av intresse.
Noggrann mätning av födointag är en kritisk del av ABA paradigm, men kan ofta göras problematiska. Sängkläder, avföring och urin i mat burken, tillsammans med mat som flyttas in i bur utrymme ger svårigheter att korrekt vägning återstående mat. Möss också lämna små bitar av livsmedel och pulver i burken och hela buren. En sil hjälper till att minska problemet med siktning genom sängkläder för att hitta mat rester för korrekt vikt inspelningar, men metoden är inte ofelbara. Hantering av mössen för att få deras vikter är en annan avgörande, ännu confounding faktor i ABA paradigm. Med utredaren störningar är möss mer utsatta för stress, vilket kan förvärra villkoren för ABA.
ABA är en användbar metod att bedöma AN, men denna teknik har kommit med begränsningar. Den första begränsningen att överväga är att ABA modellen inte härma alla aspekter av anorexi. Till exempel kommer gnagare får tillgång till en fet kost inte utveckla ABA under typiska experimentella förhållanden30. Men finns praktiskt taget ingen djurmodeller att sammanfatta alla aspekter av en psykiatrisk sjukdom. ABA kunde således fortfarande ge viktiga insikter i AN-relaterade beteenden.
Läkemedelsbehandlingar kan också genomföras i ABA paradigm. Drug administration via dricksvattnet är perfekt, eftersom den undviker dagliga injektioner som kan ha oönskade effekter inklusive lokal irritation på injektionsstället och kortsiktiga sedering induceras av vissa läkemedel. Det är dock viktigt att justera koncentrationen av drogen dagligen för att upprätthålla konsekvent dosering, eftersom dagligt vattenintag förändras dramatiskt under loppet av ABA, första med ökningar i dricka och senare med sänkningar av vätskeförbrukning. Med hjälp av subkutan minipumpar för att leverera läkemedlet kontinuerligt är också möjligt med ABA paradigm; dock måste vara försiktig att mini pumparna är tillräckligt små för att tillåta möss att komma i och ur mat burkar och köra obehindrat på igång hjulet. Dessutom, användning av optogenetic fiberkablar är teoretiskt möjligt, men skulle kräva en modifierad set-up. Alternativt, manipulation av aktiviteten hos särskilda kretsar med designer receptorer uteslutande aktiveras av designer droger (DREADD) skulle kunna användas med ABA paradigmen utan komplikation av kvarliggande sladdar. Således skulle en mängd moderna Neurovetenskap verktyg kunna införlivas för att studera de neurala mekanismerna av ABA beteende.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete finansierades av en publicerade oberoende Investigator Award och en IMHRO Rising Star Depression Research Award i minne av George Largay till SCD.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Wireless Low Profile Running Wheels, Hubs, Software | Med Associates | ENV-047 | |
| Standard Teklad Rodent Chow | Envigo | 8604 | |
| 8 Week Old Mice | Jackson Laboratories | Balb/cJ | Strain used in our study - Can use other strains to assess ABA |
| Scout Pro Scale 200 g | Ohaus | SPE202 | Used to weigh mice |
| Scout Pro Scale 400 g | Ohaus | SPE402 | Used to weight food |
References
- Hall, J. F., Hanford, P. V. Activity as a function of a restricted feeding schedule. J Comp Physiol Psychol. 47 (5), 362-363 (1954).
- Hall, J. F., Smith, K., Schnitzer, S. B., Hanford, P. V. Elevation of activity level in the rat following transition from ad libitum to restricted feeding. J Comp Physiol Psychol. 46 (6), 429-433 (1953).
- Routtenberg, A., Kuznesof, A. W. Self-starvation of rats living in activity wheels on a restricted feeding schedule. J Comp Physiol Psychol. 64 (3), 414-421 (1967).
- Taksande, B. G., Chopde, C. T., Umekar, M. J., Kotagale, N. R. Agmatine attenuates hyperactivity and weight loss associated with activity-based anorexia in female rats. Pharmacol Biochem Behav. 132, 136-141 (2015).
- Boulton, A. A., Baker, G. B., Iverson, M. T. -M. Activity anorexia. Neuromethods, 18, Animal Models in Psychiatry. 1, Humana Press. Totowa, NJ. 267-311 (1991).
- Klenotich, S. J., Dulawa, S. C. The activity-based anorexia mouse model. Methods Mol Biol. 829, 377-393 (2012).
- Kron, L., Katz, J. L., Goryzynski, G., Weiner, H. Hyperactivity in anorexia nervosa: a fundamental clinical feature. Compr Psychiatry. 19 (5), 433-440 (1978).
- Hebebrand, J., et al. Hyperactivity in patients with anorexia nervosa and in semistarved rats: evidence for a pivotal role of hypoleptinemia. Physiol Behav. 79 (1), 25-37 (2003).
- Birmingham, C. L., Su, J., Hlynsky, J. A., Goldner, E. M., Gao, M. The mortality rate from anorexia nervosa. Int J Eat Disord. 38 (2), 143-146 (2005).
- Walsh, B. T., et al. Fluoxetine after weight restoration in anorexia nervosa: a randomized controlled trial. JAMA. 295 (22), 2605-2612 (2006).
- Kaye, W. H., et al. Double-blind placebo-controlled administration of fluoxetine in restricting- and restricting-purging-type anorexia nervosa. Biol Psychiatry. 49 (7), 644-652 (2001).
- Jagielska, G., Kacperska, I. Outcome, comorbidity and prognosis of anorexia nervosa. Psychiatr Pol. 51 (2), 205-218 (2017).
- Murray, S. B., et al. A comparison of eating, exercise, shape, and weight related symptomatology in males with muscle dysmorphia and anorexia nervosa. Body Image. 9 (2), 193-200 (2012).
- Nieuwoudt, J. E., Zhou, S., Coutts, R. A., Booker, R. Symptoms of muscle dysmorphia, body dysmorphic disorder, and eating disorders in a nonclinical population of adult male weightlifters in Australia. J Strength Cond Res. 29 (5), 1406-1414 (2015).
- Griffiths, S., Mond, J. M., Murray, S. B., Touyz, S. Positive beliefs about anorexia nervosa and muscle dysmorphia are associated with eating disorder symptomatology. Aust N Z J Psychiatry. 49 (9), 812-820 (2015).
- Achamrah, N., et al. Sex differences in response to activity-based anorexia model in C57Bl/6 mice. Physiol Behav. 170, 1-5 (2017).
- Perez-Leighton, C. E., Grace, M., Billington, C. J., Kotz, C. M. Role of spontaneous physical activity in prediction of susceptibility to activity based anorexia in male and female rats. Physiol Behav. 135, 104-111 (2014).
- Pirke, K. M., Broocks, A., Wilckens, T., Schweiger, U. Starvation-induced hyperactivity in the rat: the role of endocrine and neurotransmitter changes. Neurosci Biobehav Rev. 17 (3), 287-294 (1993).
- Doerries, L. E. Gender differences in activity anorexia: predictable, paradoxical, or enigmatic. Activity anorexia: Theory, research, and treatment. Epling, W. F., Pierce, W. D. , Erlbaum. Mahwah, NJ. 69-77 (1996).
- Woods, D. J., Routtenberg, A. "Self-starvation" in activity wheels: developmental and chlorpromazine interactions. J Comp Physiol Psychol. 76 (1), 84-93 (1971).
- Pare, W. P. The influence of food consumption and running activity on the activity-stress ulcer in the rat. Am J Dig Dis. 20 (3), 262-273 (1975).
- Boakes, R. A., Mills, K. J., Single, J. P. Sex differences in the relationship between activity and weight loss in the rat. Behav Neurosci. 113 (5), 1080-1089 (1999).
- Pjetri, E., et al. Identifying predictors of activity based anorexia susceptibility in diverse genetic rodent populations. PLoS One. 7 (11), (2012).
- Gelegen, C., et al. Difference in susceptibility to activity-based anorexia in two inbred strains of mice. Eur Neuropsychopharmacol. 17 (3), 199-205 (2007).
- Shimizu, N., Oomura, Y., Kai, Y. Stress-induced anorexia in rats mediated by serotonergic mechanisms in the hypothalamus. Physiol Behav. 46 (5), 835-841 (1989).
- Siegfried, Z., Berry, E. M., Hao, S., Avraham, Y. Animal models in the investigation of anorexia nervosa. Physiol Behav. 79 (1), 39-45 (2003).
- Kim, S. F. Animal models of eating disorders. Neuroscience. 211, 2-12 (2012).
- Gutierrez, E., Cerrato, M., Carrera, O., Vazquez, R. Heat reversal of activity-based anorexia: implications for the treatment of anorexia nervosa. Int J Eat Disord. 41 (7), 594-601 (2008).
- Brown, A. J., Avena, N. M., Hoebel, B. G. A high-fat diet prevents and reverses the development of activity-based anorexia in rats. Int J Eat Disord. 41 (5), 383-389 (2008).
- Boakes, R. A., Juraskova, I. The role of drinking in the suppression of food intake by rodent activity. Behav Neurosci. 115 (3), 718-730 (2001).
- Boakes, R. A., Dwyer, D. M. Weight loss in rats produced by running: effects of prior experience and individual housing. Q J Exp Psychol. 50 (2), 129-148 (1997).
- Dwyer, D. M., Boakes, R. R. Activity-based anorexia in rats as failure to adapt to a feeding schedule. Behav Neurosci. 111 (1), 195-205 (1997).
- Beneke, W. M., Schulte, S. E., Vander Tuig, J. G. An analysis of excessive running in the development of activity anorexia. Physiol Behav. 58 (3), 451-457 (1995).
- Dixon, D. P., Ackert, A. M., Eckel, L. A. Development of, and recovery from, activity-based anorexia in female rats. Physiol Behav. 80 (2-3), 273-279 (2003).
- Klenotich, S. J., et al. Olanzapine, but not fluoxetine, treatment increases survival in activity-based anorexia in mice. Neuropsychopharmacology. 37 (7), 1620-1631 (2012).
- Ho, E. V., Klenotich, S. J., McMurray, M. S., Dulawa, S. C. Activity-Based Anorexia Alters the Expression of BDNF Transcripts in the Mesocorticolimbic Reward Circuit. PLoS ONE. 11 (11), 0166756 (2016).
