Zebrafish में जंमजात तनाव का अध्ययन करने के लिए व्यवहार दृष्टिकोण
Summary
यह पांडुलिपि वयस्क zebrafish में व्यवहार व्यवहार के दबाव को मापने के लिए एक सरल विधि का वर्णन करता है । दृष्टिकोण जंमजात प्रवृत्ति का लाभ लेता है कि zebrafish एक टैंक के नीचे आधा पसंद करते है जब एक तनावपूर्ण स्थिति में । हम भी औषध विज्ञान के साथ परख युग्मन के लिए तरीकों का वर्णन ।
Abstract
तनावपूर्ण उत्तेजनों के लिए उचित जवाब एक जीव के अस्तित्व के लिए आवश्यक है । व्यापक अनुसंधान तनाव से संबंधित रोगों और मनोरोग विकारों की एक विस्तृत स्पेक्ट्रम पर किया गया है, अभी तक तनाव के आनुवंशिक और न्यूरोनल विनियमन में आगे के अध्ययन के लिए बेहतर चिकित्सा विज्ञान विकसित करने की आवश्यकता है । Zebrafish एक शक्तिशाली आनुवंशिक मॉडल के लिए तनाव की तंत्रिका मद की जांच प्रदान करता है, के रूप में वहां उत्परिवर्ती और ट्रांसजेनिक लाइनों का एक बड़ा संग्रह मौजूद है । इसके अलावा, औषध विज्ञान zebrafish के लिए आसानी से लागू किया जा सकता है, के रूप में ज्यादातर दवाओं पानी के लिए सीधे जोड़ा जा सकता है । हम यहां zebrafish में जंमजात तनाव प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए एक विधि के रूप में ‘ उपंयास टैंक टेस्ट ‘ के उपयोग का वर्णन है, और कैसे संभावित anxiolytic दवाओं परख का उपयोग कर मांय किया जा सकता है प्रदर्शन । विधि आसानी से zebrafish आनुवंशिक उत्परिवर्तनों शरण लाइनों के साथ युग्मित किया जा सकता है, या उन में जो सटीक तंत्रिका सर्किट हेरफेर के लिए ट्रांसजेनिक दृष्टिकोण का इस्तेमाल किया जाता है । परख भी अंय मछली मॉडल में इस्तेमाल किया जा सकता है । एक साथ, वर्णित प्रोटोकॉल अंय प्रयोगशालाओं के लिए इस सरल परख के गोद लेने की सुविधा चाहिए ।
Introduction
तनाव प्रतिक्रियाओं व्यवहार और शारीरिक संभावित हानिकारक या aversive उत्तेजनों के परिणामस्वरूप राज्यों बदल रहे हैं । तनाव प्रतिक्रियाओं पशु किंगडम भर में संरक्षित कर रहे हैं, और एक जीव1के अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण हैं । अनुसंधान के दशक बहुत आनुवंशिक और न्यूरोनल तनाव राज्यों अंतर्निहित तंत्र में से कुछ के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार किया है । आज, मस्तिष्क के क्षेत्रों जैसे प्रमस्तिष्कखंड और striatum2, और corticotropin रिहा हार्मोन (crh) जैसे आनुवंशिक कारकों, और glucocorticoid (जीआर) और खनिज ocorticoid रिसेप्टर्स ( श्री) बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया है3,4,5,6. इन महत्वपूर्ण निष्कर्षों के बावजूद, बहुत तनाव के आनुवंशिक और न्यूरोनल विनियमन के बारे में अज्ञात है । इस प्रकार, तनाव से संबंधित कई विकारों चिकित्सा विज्ञान की कमी से पीड़ित हैं ।
आनुवंशिक रूप से संशोंधित मॉडल जीवों के व्यवहार के आनुवंशिक और न्यूरोनल नियंत्रण के अध्ययन में एक उपयोगी उपकरण प्रदान करते हैं । मछली मॉडल, विशेष रूप से, बहुत शक्तिशाली हैं: वे छोटी पीढ़ी के समय के साथ छोटे जीव हैं, एक प्रयोगशाला की स्थापना में उनके उपयोग facile है, उनके जीनोम आसानी से संशोधित कर रहे हैं, और, एक कशेरुकी के रूप में, वे न केवल आनुवंशिक, लेकिन यह भी neuroसंरचनात्मक साझा उनके स्तनधारी7,8समकक्षों के साथ समजातता । मानक assays हैं, तनाव को मापने के लिए zebrafish आनुवंशिक उत्परिवर्तनों शरण लाइनों के साथ जोड़ा जा सकता है, या उन जिसमें सटीक न्यूरोनल सबसेट के हेरफेर संभव है, और एकल जीन या परिभाषित ंयूरॉंस के प्रभाव को तेजी से और कुशलता से मूल्यांकन किया जा सकता है ।
व्यवहारमौखिक रूप से, तनाव प्रतिक्रियाओं हाइपर के समय के रूप में मछली में विशेषता गतिविधि या निष्क्रियता के लंबे समय तक हो सकता है (‘ ठंड ‘ के समान)9, कम अंवेषण10, तेजी से श्वास, कम भोजन की खपत11, और एक प्लेस-एक टैंक12के नीचे के लिए वरीयता । उदाहरण के लिए, जब एक अपरिचित टैंक में रखा, वयस्क zebrafish और अंय छोटे मछली मॉडल टैंक के नीचे आधे के लिए एक प्रारंभिक वरीयता दिखाने के लिए, अभी तक, समय के साथ, मछली के पास बराबर आवृत्ति12के साथ शीर्ष और नीचे आधा तलाश शुरू करते हैं । चिंता को कम करने के लिए जाना जाता दवाओं के साथ वयस्कों के उपचार के कारण मछली तुरंत शीर्ष आधा10,13का पता लगाने के लिए । इसके विपरीत, दवाओं है कि चिंता बढ़ाने के लिए मछली के कारण टैंक के नीचे आधे के लिए मजबूत वरीयता दिखाने के लिए12,14,15। इस प्रकार, कम खोज और टैंक के निचले आधे के लिए वरीयता तनाव के सरल और विश्वसनीय संकेतक हैं ।
अधिकांश कशेरुकी की तरह, मछली में तनाव प्रतिक्रियाओं hypothalamic-पिट्यूटरी के सक्रियण द्वारा संचालित कर रहे हैं-अंतर्वृक्क अक्ष (hpi, स्तनधारियों में hypothalamic-पीयूषिका-अधिवृक्क [hpi] अक्ष के अनुरूप)14,16. Hypothalamic ंयूरॉंस व्यक्त हार्मोन corticotropin रिलीजिंग हार्मोन (CRH) संकेत करने के लिए पिट्यूटरी, जो बारी में adrenocorticotropic रिलीजिंग हार्मोन (ACTH) । तो acth अंतर-वृक्क ग्रंथि के उत्पादन के लिए संकेत और कोर्टिसोल, जो डाउनस्ट्रीम लक्ष्य16की एक संख्या है छिपाना, उनमें से एक crhउत्पादन हाइपोथैलेमस न्यूरॉन्स के नकारात्मक प्रतिक्रिया जा रहा है3,17, 18,19.
यहाँ, हम सहज तनाव के व्यवहार के उपायों का आकलन करने के लिए एक विधि का वर्णन. व्यवहार के लिए, हम विस्तार प्रोटोकॉल उपंयास टैंक डाइविंग परीक्षण12,14का उपयोग कर । हम तो एक उदाहरण के रूप में, प्रदर्शन, कि एक ज्ञात anxiolytic दवा, buspirone, तनाव के व्यवहार के उपायों को कम कर देता है.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zebrafish एक उपंयास टैंक में एक मजबूत तनाव प्रतिक्रिया एक्ज़िबिट
यहां, हम वयस्क zebrafish में तनाव प्रतिक्रियाओं की जांच के लिए एक सरल व्यवहार दृष्टिकोण का वर्णन है, और तनाव का एक सरल उपाय के रूप में इस दृष्टिक…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के धन से फ्लोरिडा अटलांटिक विश्वविद्यालय में बृहस्पति जीवन विज्ञान पहल से ERD और ACK को समर्थन किया गया । यह काम भी अनुदान R21NS105071 द्वारा समर्थित था (ACK और ERD को संमानित किया) और R15MH118625 (ERD को संमानित) स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थानों से ।
Materials
| Camera | We use Point Grey Grasshopper3 USB camera with lens from Edmund Optics. | ||
| Infrared filter | Edmund Optics | ||
| Video Acquisition Program | Use programs such as Virtualdub or FlyCapture because the acquisition framerate can be set. | ||
| Infrared LED lights | |||
| Assay tank | Aquaneering | Part number ZT180 | Size: M3 1.8 liter |
| Stand and clamp, or standard tripod for camera | |||
| 250mL beaker | |||
| Tracking software | We use Ethovision XT 13 from Noldus Information Technology | ||
| Buspirone chloride | Sigma-Aldrich | B7148 | |
| Randomized trial generator | We use the RANDBETWEEN function in Microsoft Excel |
References
- McEwen, B. S. Stress, adaptation, and disease. Allostasis and allostatic load. Annals of the New York Academy of Sciences. 840, 33-44 (1998).
- Tovote, P., Fadok, J. P., Lüthi, A. Neuronal circuits for fear and anxiety. Nature Reviews Neuroscience. 16 (6), 317-331 (2015).
- Facchinello, N., et al. Nr3c1 null mutant zebrafish are viable and reveal DNA-binding-independent activities of the glucocorticoid receptor. Scientific Reports. 7 (4371), (2017).
- Ziv, L., et al. An affective disorder in zebrafish with mutation of the glucocorticoid receptor. Molecular Psychiatry. , (2013).
- Grone, B. P., Maruska, K. P. Divergent evolution of two corticotropin-releasing hormone (CRH) genes in teleost fishes. Frontiers in Neuroscience. , (2015).
- Fuller, P. J., Lim-Tio, S. S., Brennan, F. E. Specificity in mineralocorticoid versus glucocorticoid action. Kidney International. , (2000).
- Zhdanova, I. V. Sleep and its regulation in zebrafish. Reviews in the Neurosciences. 22 (1), 27-36 (2011).
- Patton, E. E., Zon, L. I. The art and design of genetic screens: zebrafish. Nature Reviews Genetics. , (2001).
- Duboué, E. R. E. R., Hong, E., Eldred, K. C. K. C., Halpern, M. E. M. E. Left Habenular Activity Attenuates Fear Responses in Larval Zebrafish. Current Biology. 27 (14), 2154-2162 (2017).
- Facchin, L., Duboue, E. R., Halpern, M. E. Disruption of Epithalamic Left-Right Asymmetry Increases Anxiety in Zebrafish. Journal of Neuroscience. 35 (48), 15847-15859 (2015).
- Øverli, &. #. 2. 1. 6. ;., Sørensen, C., Nilsson, G. E. Behavioral indicators of stress-coping style in rainbow trout: Do males and females react differently to novelty. Physiology and Behavior. , (2006).
- Levin, E. D., Bencan, Z., Cerutti, D. T. Anxiolytic effects of nicotine in zebrafish. Physiology & behavior. 90 (1), 54-58 (2007).
- Bencan, Z., Sledge, D., Levin, E. D. Buspirone, chlordiazepoxide and diazepam effects in a zebrafish model of anxiety. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 94 (1), 75-80 (2009).
- Cachat, J., et al. Measuring behavioral and endocrine responses to novelty stress in adult zebrafish. Nature Protocols. 5 (11), 1786-1799 (2010).
- Mathuru, A. S., et al. Chondroitin fragments are odorants that trigger fear behavior in fish. Current Biology. , (2012).
- Alsop, D., Vijayan, M. The zebrafish stress axis: Molecular fallout from the teleost-specific genome duplication event. General and Comparative Endocrinology. , (2009).
- Evans, A. N., Liu, Y., MacGregor, R., Huang, V., Aguilera, G. Regulation of Hypothalamic Corticotropin-Releasing Hormone Transcription by Elevated Glucocorticoids. Molecular Endocrinology. , (2013).
- Fenoglio, K. A., Brunson, K. L., Avishai-Eliner, S., Chen, Y., Baram, T. Z. Region-specific onset of handling-induced changes in corticotropin- releasing factor and glucocorticoid receptor expression. Endocrinology. , (2004).
- Liposits, Z., et al. Ultrastructural localization of glucocorticoid receptor (GR) in hypothalamic paraventricular neurons synthesizing corticotropin releasing factor (CRF). Histochemistry. , (1987).
- Facchin, L., Duboué, E. R., Halpern, M. E. Disruption of epithalamic left-right asymmetry increases anxiety in Zebrafish. Journal of Neuroscience. 35 (48), (2015).
- Chin, J. S., et al. Convergence on reduced stress behavior in the Mexican blind cavefish. Developmental Biology. , (2018).
- Wong, K., et al. Analyzing habituation responses to novelty in zebrafish (Danio rerio). Behavioural Brain Research. 208 (2), 450-457 (2010).
- Matsunaga, W., Watanabe, E. Habituation of medaka (Oryzias latipes) demonstrated by open-field testing. Behavioural Processes. 85 (2), 142-150 (2010).
- Walker, C. Chapter 3 Haploid Screens and Gamma-Ray Mutagenesis. Methods in Cell Biology. , (1998).
- Rihel, J., et al. Zebrafish behavioral profiling links drugs to biological targets and rest/wake regulation. Science. 327, 348-351 (2010).
- Peal, D. S., Peterson, R. T., Milan, D. Small molecule screening in zebrafish. Journal of Cardiovascular Translational Research. , (2010).
- Murphey, R., Zon, L. Small molecule screening in the zebrafish. Methods. 39 (3), 255-261 (2006).
- Gammans, R. E., et al. Use of buspirone in patients with generalized anxiety disorder and coexisting depressive symptoms. A meta-analysis of eight randomized, controlled studies. Neuropsychobiology. 25 (4), 193-201 (1992).
- Maaswinkel, H., Zhu, L., Weng, W. The immediate and the delayed effects of buspirone on zebrafish (Danio rerio) in an open field test: A 3-D approach. Behavioural Brain Research. , (2012).
- Gebauer, D. L., et al. Effects of anxiolytics in zebrafish: Similarities and differences between benzodiazepines, buspirone and ethanol. Pharmacology Biochemistry and Behavior. , (2011).
- Maximino, C., et al. Fingerprinting of psychoactive drugs in zebrafish anxiety-like behaviors. PLoS ONE. , (2014).
- Horváth, J., Barkóczi, B., Müller, G., Szegedi, V. Anxious and nonanxious mice show similar hippocampal sensory evoked oscillations under urethane anesthesia: Difference in the effect of buspirone. Neural Plasticity. , (2015).
- Costall, B., Kelly, M. E., Naylor, R. J., Onaivi, E. S. Actions of buspirone in a putative model of anxiety in the mouse. Pharm Pharmacol. 40 (7), 494-500 (1988).
- Barros, M., Mello, E. L., Huston, J. P., Tomaz, C. Behavioral effects of buspirone in the marmoset employing a predator confrontation test of fear and anxiety. Pharmacology Biochemistry and Behavior. , (2001).
- Heinen-Kay, J. L., et al. Predicting multifarious behavioural divergence in the wild. Animal Behaviour. 121, 3-10 (2016).
- Thompson, R. R. J., Paul, E. S., Radford, A. N., Purser, J., Mendl, M. Routine handling methods affect behaviour of three-spined sticklebacks in a novel test of anxiety. Behavioural Brain Research. 306, 26-35 (2016).
- Hamilton, T. J., et al. Establishing zebrafish as a model to study the anxiolytic effects of scopolamine. Scientific Reports. , (2017).
- York, R. A., Fernald, R. D. The Repeated Evolution of Behavior. Frontiers in Ecology and Evolution. 4, 143 (2017).
- Jakka, N. M., Rao, T. G., Rao, J. V. Locomotor behavioral response of mosquitofish (Gambusia affinis) to subacute mercury stress monitored by video tracking system. Drug and Chemical Toxicology. , (2007).
- Hu, C. K., Brunet, A. The African turquoise killifish: A research organism to study vertebrate aging and diapause. Aging Cell. , (2018).
- Maximino, C., et al. Measuring anxiety in zebrafish: A critical review. Behavioural Brain Research. 214 (2), 157-171 (2010).
- Maximino, C., Marques de Brito, T., Dias, C. A. G., Gouveia, A., Morato, S. Scototaxis as anxiety-like behavior in fish. Nature protocols. 5 (2), 209-216 (2010).
- Godwin, J., Sawyer, S., Perrin, F., Oxendine, S., Kezios, Z. Adapting the Open Field Test to assess anxiety related behavior in zebrafish. Zebrafish Protocols for Neurobehavioral Research. , 181-189 (2012).
- Agetsuma, M., et al. The habenula is crucial for experience-dependent modification of fear responses in zebrafish. Nature Neuroscience. 13 (11), 1354-1356 (2010).
- Valente, A., Huang, K. H., Portugues, R., Engert, F. Ontogeny of classical and operant learning behaviors in zebrafish. Learning and Memory. , (2012).
- Baker, M. R., Goodman, A. C., Santo, J. B., Wong, R. Y. Repeatability and reliability of exploratory behavior in proactive and reactive zebrafish, Danio rerio. Scientific Reports. , (2018).
- Friedrich, R. W., Genoud, C., Wanner, A. A. Analyzing the structure and function of neuronal circuits in zebrafish. Frontiers in Neural Circuits. , 7 (2013).
- Friedrich, R. W., Jacobson, G. A., Zhu, P. Circuit Neuroscience in Zebrafish. Current Biology. 20 (8), (2010).
- Marquart, G. D., et al. A 3D Searchable Database of Transgenic Zebrafish Gal4 and Cre Lines for Functional Neuroanatomy Studies. Frontiers in Neural Circuits. , (2015).
- Randlett, O., et al. Whole-brain activity mapping onto a zebrafish brain atlas. Nature Methods. 12 (11), 1039-1046 (2015).
- Gupta, T., et al. Morphometric analysis and neuroanatomical mapping of the zebrafish brain. Methods. 1046 (18), 30011-30012 (2018).
- Marquart, G. D., et al. High-precision registration between zebrafish brain atlases using symmetric diffeomorphic normalization. GigaScience. , (2017).
- Ronneberger, O., et al. ViBE-Z: A framework for 3D virtual colocalization analysis in zebrafish larval brains. Nature Methods. , (2012).
- Subedi, A., et al. Adoption of the Q transcriptional regulatory system for zebrafish transgenesis. Methods. 66 (3), 433-440 (2014).
- Scheer, N., Campos-Ortega, J. A. Use of the Gal4-UAS technique for targeted gene expression in the zebrafish. Mechanisms of Development. 80 (2), 153-158 (1999).
- Chatterjee, D., Tran, S., Shams, S., Gerlai, R. A Simple Method for Immunohistochemical Staining of Zebrafish Brain Sections for c-fos Protein Expression. Zebrafish. , (2015).
