Étudier le comportement migraineux à l’aide de l’aversion à la lumière chez la souris

Summary

Les rongeurs ne sont pas en mesure de signaler les symptômes de la migraine. Ici, nous décrivons un paradigme de test gérable (tests clair/ sombre et champ ouvert) pour mesurer l’aversion à la lumière, l’un des symptômes les plus courants et les plus gênants chez les patients souffrant de migraines.

Abstract

La migraine est un trouble neurologique complexe caractérisé par des maux de tête et des anomalies sensorielles, telles que l’hypersensibilité à la lumière, observée sous forme de photophobie. Bien qu’il soit impossible de confirmer qu’une souris souffre de migraine, l’aversion à la lumière peut être utilisée comme substitut comportemental du symptôme migraineux de la photophobie. Pour tester l’aversion à la lumière, nous utilisons le test lumière/obscurité pour mesurer le temps que les souris choisissent librement de passer dans un environnement clair ou sombre. Le test a été affiné en introduisant deux modifications critiques: des pré-expositions à la chambre avant l’exécution de la procédure d’essai et un éclairage de chambre réglable, permettant l’utilisation d’une gamme d’intensités lumineuses allant de 55 lux à 27 000 lux. Parce que le choix de passer plus de temps dans l’obscurité est également révélateur d’anxiété, nous utilisons également un test d’anxiété indépendant de la lumière, le test en champ ouvert, pour distinguer l’anxiété du comportement aversif à la lumière. Ici, nous décrivons un paradigme de test modifié pour les tests en champ clair/sombre et ouvert. L’application de ces tests est décrite pour l’injection intrapéritonéale de peptide lié au gène de la calcitonine (CGRP) dans deux souches de souris et pour les études de stimulation cérébrale optogénétique.

Introduction

La migraine est une maladie neurologique répandue, touchant environ 17 % des ^Américains1 et est la deuxième cause d’invalidité dans le ^monde2,3. Les patients éprouvent des maux de tête qui durent de 4 à 72 heures accompagnés d’au moins un des symptômes suivants: nausées et / ou vomissements, ou photophobie et phonophobie4. Les progrès récents dans le développement d’anticorps peptidiques liés au gène de la calcitonine (CGRP) qui sont maintenant approuvés par la FDA ont commencé une nouvelle ère pour le traitement de la ^{migraine5,6,7}. Ces anticorps bloquent le CGRP ou son récepteur et préviennent les symptômes de la migraine chez environ 50 % des patients ^migraineux7. Au cours de la dernière année, deux antagonistes à petites molécules du récepteur CGRP ont également été approuvés par la FDA pour le traitement abortif de la migraine, et deux autres sont en cours de ^{développement8}. Malgré ces progrès thérapeutiques, les mécanismes par lesquels les crises de migraine se produisent restent encore insaisissables. Par exemple, les sites d’action CGRP ne sont pas connus. L’efficacité des anticorps thérapeutiques qui ne traversent pas sensiblement la barrière hémato-encéphalique suggère que le CGRP agit sur les sites périphériques, tels que les méninges et / ou les ganglions du trijumeau. Cependant, nous ne pouvons pas exclure des actions centrales au niveau des organes circumventriculaires, qui n’ont pas de barrière hémato-encéphalique9. Au moins pour la photophobie, nous pensons que cela est moins probable compte tenu de nos résultats avec l’aversion à la lumière en utilisant des souris transgéniques nestin/hRAMP1 chez lesquelles hRAMP1 est surexprimé dans le tissu ^nerveux10. Comprendre les mécanismes de la physiopathologie de la migraine fournira de nouvelles voies pour le développement de thérapies contre la migraine.

Les modèles animaux précliniques sont essentiels à la compréhension des mécanismes de la maladie et au développement de nouveaux médicaments. Cependant, l’évaluation de la migraine chez les animaux est difficile car les animaux ne peuvent pas signaler verbalement leurs sensations de douleur. Étant donné que 80 à 90% des patients migraineux présentent une ^{photophobie11}, l’aversion à la lumière est considérée comme un indicateur de migraine dans les modèles animaux. Cela a conduit à la nécessité de développer un test pour évaluer l’aversion à la lumière chez la souris.

Le test clair/foncé contient une zone claire et une zone sombre. Il est largement utilisé pour mesurer l’anxiété chez les souris en fonction de leur exploration spontanée de nouveaux environnements qui est contrée par leur aversion innée pour la ^lumière12. Certaines études définissent 1/3 de la chambre comme zone sombre, tandis que d’autres définissent 1/2 de la chambre comme zone sombre. Le premier paramètre est souvent utilisé pour détecter ^{l’anxiété13}. Bien que nous ayons initialement choisi des chambres claires / sombres de taille égale, nous n’avons pas comparé les deux tailles relatives. Nous pouvons faire remarquer que la taille globale des deux chambres n’est pas un facteur majeur puisque la boîte d’essai ^initiale14 était considérablement plus grande que l’appareil ^suivant15, mais les résultats étaient essentiellement les mêmes.

Deux modifications essentielles apportées à ce test lumière/obscurité pour évaluer l’aversion à la lumière étaient : la condition d’essai et l’intensité lumineuse (Figure 1). Tout d’abord, les souris sont préexposées à la chambre claire/sombre pour réduire l’entraînement ^{exploratoire16} (Figure 1A). La nécessité et les délais de pré-exposition dépendent des souches et des modèles de souris. Les souris Wildtype C57BL/6J nécessitent généralement deux ^{pré-expositions10}, tandis qu’une seule pré-exposition pour les souris CD1 est ^suffisante17. De cette manière, le comportement aversif à la lumière peut être démasqué dans ces deux souches de souris. Deuxièmement, l’éclairage de la chambre a été adapté pour inclure une plage réglable d’intensités lumineuses allant de faible (55 lux) à lumineux (27 000 lux) où 55 lux est comparable à une journée sombre et couverte, et 27 000 lux est comparable à une journée ensoleillée à ^l’ombre10. Nous avons constaté que l’intensité lumineuse requise varie en fonction de la souche et du modèle génétique. Pour cette raison, les individus devraient d’abord évaluer l’intensité lumineuse minimale pour leur paradigme expérimental.

Même avec ces modifications du test, qui peuvent révéler un phénotype aversif à la lumière, il est nécessaire de tester un comportement anxieux pour faire la distinction entre l’aversion à la lumière due à la lumière seule et l’anxiété. Le test en plein champ est un moyen traditionnel de mesurer l’anxiété basée sur l’exploration spontanée de nouveaux environnements. Il diffère du test lumière/obscurité en ce que l’entraînement exploratoire est contré par l’aversion innée pour les espaces ouverts non protégés. Le centre et les bords de la chambre sont à la lumière, de sorte que le test en champ ouvert est un test d’anxiété indépendant de la lumière. Ainsi, la combinaison des tests lumière/obscurité et champ ouvert nous permet de distinguer entre l’aversion à la lumière due à un évitement de la lumière et une augmentation globale de l’anxiété.

Le CGRP est un neuropeptide multifonctionnel qui régule la vasodilatation, la nociception et ^{l’inflammation18}. Il est largement exprimé dans les systèmes nerveux périphérique et central. Il joue un rôle important dans la physiopathologie de la ^migraine18. Cependant, le mécanisme sous-jacent à l’action du CGRP dans la migraine n’est pas clair. En utilisant les tests lumière/obscurité et champ ouvert avec ce paradigme de test modifié, nous avons pu identifier le comportement aversif de la lumière chez les souris suivant ^{l’administration} de CGRP ^{périphérique10,16} (Figure 2) et ^{centrale14,15,16,19}. En plus des neuropeptides, l’identification des régions du cerveau impliquées dans l’aversion à la lumière est également importante pour comprendre la physiopathologie de la migraine. Les noyaux thalamiques postérieurs sont une région intégrative du cerveau pour le traitement de la douleur et de la ^lumière19, et le thalamus est activé pendant la ^migraine20. Ainsi, nous avons ciblé les noyaux thalamiques postérieurs en injectant le virus adéno-associé (AAV) contenant de la channelrhodopsine-2 (ChR2) ou de l’eYFP dans cette région. En combinant cette approche optogénétique avec ces deux essais, nous avons démontré que la stimulation optique des neurones exprimant ChR2 dans les noyaux thalamiques postérieurs induisait une aversion à la ^lumière19 (Figure 3). Dans cette expérience, étant donné l’effet dramatique sur l’aversion à la lumière évoquée chez ces souris manipulées optogénétiquement, les pré-expositions à la chambre ont été ignorées.

Protocol

Les procédures animales ont été approuvées par le comité de soins et d’utilisation des animaux de l’Université de l’Iowa et effectuées conformément aux normes établies par les National Institutes of Health. 1. Essai clair/foncé Installation d’un appareil à chambre claire/sombre (voir tableau des matériaux). Tout l’équipement de cette section est disponible dans le commerce. Sur une étagère, placez la cabine insonorisante (intérieur :…

Representative Results

Ce paradigme de test comportemental est conçu pour tester le comportement aversif de la lumière. Il peut être réalisé à la fois sur des souris naïves de type sauvage et des souris optogénétiques pour étudier l’aversion à la lumière en temps réel lors de la stimulation d’une population neuronale ciblée. Cette procédure a été utilisée pour étudier l’effet du traitement CGRP périphérique chez les souris CD1 et C57BL/6J10,16<sup class="…

Discussion

Le test clair/foncé est largement utilisé pour évaluer les comportements ^anxieux12. Le test repose sur l’aversion innée des souris pour la lumière et leur volonté d’explorer lorsqu’elles sont placées dans un nouvel environnement (zone lumineuse). Cependant, comme nous le signalons ici, ce test peut également être utilisé pour évaluer le comportement aversif de la lumière.

Il est essentiel de tenir compte du nombre et de la nécessité des pré-expositi…

Materials

Activity monitor	Med Assoc. Inc		Software tracking mouse behavior
Customized acrylic shelf			For adjusting the height of the LED panel
Dark box insert	Med Assoc. Inc	ENV-511
DC power supply	Med Assoc. Inc	SG-500T
DC regulated power supply	Med Assoc. Inc	SG-506
Fiber-optic cannula	Doric	MFC_200/ 240-0.22_4.5mm_ZF1.25_FLT
Germicidal disposable wipes	Sani-Cloth	SKU # Q55172
Heat Sink	Wakefield	490-6K	Connecting to LED panel
IR controller power cable	Med Assoc. Inc	SG-520USB-1
IR USB controller	Med Assoc. Inc	ENV-520USB
Mating sleeve	Doric	SLEEVE_ZR_1.25
Modified LED light panel	Genaray Spectro	SP-E-360D	Daylight-balanced color (5600K)
Power supply	MEAN WELL USA	SP-320-12	Connecting to LED panel
Seamless open field chamber	Med Assoc. Inc	ENV-510S
Sound-attenuating cubicle	Med Assoc. Inc	ENV-022MD-027
Stand and clamp
Three 16-beam IR arrays	Med Assoc. Inc	ENV-256