Sozialer Bedrohungs-Sicherheits-Test deckt psychosoziale Stress-bedingte Phänotypen auf

Summary

Der soziale Bedrohungs-Sicherheits-Test ermöglicht eine gleichzeitige Bewertung der Entwicklung sozialer Vermeidung als Maß für aversives konditioniertes Lernen und soziale Bedrohungs-Sicherheits-Unterscheidungsfähigkeit, die beide verwendet werden, um stressanfällige und stressresistente Individuen innerhalb einer einzigen Gruppe von chronisch sozial besiegten männlichen Mäusen zu identifizieren.

Abstract

Sozialer Stress ist eine der Hauptursachen für die Entstehung psychischer Störungen. Um den translationalen Wert präklinischer Studien zu erhöhen, sollten soziale Stresserfahrungen und ihre Auswirkungen auf das Verhalten von Mäusen mit denen des Menschen vergleichbar sein. Chronische soziale Niederlagen (CSD) nutzen eine Art von sozialem Stress, der körperliche Angriffe und sensorische Bedrohungen beinhaltet, um psychische Funktionsstörungen hervorzurufen, die menschlichen affektiven Störungen ähneln. Um die psychosoziale Komponente der CSD zu stärken, wurde ein 10-tägiges CSD-Protokoll angewendet, bei dem die täglichen körperlichen Attacken auf drei 10-Sekunden-Episoden standardisiert werden, gefolgt von einer 24-stündigen sensorischen Phase. Nach der 10. sensorischen Phase folgt auf das CSD-Protokoll ein verfeinerter Verhaltenstest, der als Social Threat-Safety Test (STST) bezeichnet wird^. Post-Stress-Verhaltenstests müssen bestimmen, wie und in welchem Ausmaß der soziale Stressor das Verhalten beeinflusst hat. Der STST ermöglicht es chronisch sozial besiegten männlichen Mäusen, mit 2 neuen männlichen Individuen (sozialen Zielen) zu interagieren: einem sozialen Ziel aus dem angreifenden Stamm, der während der CSD-Tage aufgetreten ist, und dem anderen aus einem neuartigen Stamm. Beide werden gleichzeitig in verschiedenen Kammern einer dreikammerigen Testarena präsentiert. Der Test ermöglicht eine gleichzeitige Beurteilung der Entwicklung sozialer Vermeidung, um erfolgreiches aversives konditioniertes Lernen und die Fähigkeit zur Unterscheidung sozialer Bedrohungen und Sicherheit zu messen. Die Entwicklung der sozialen Vermeidung gegenüber beiden Stämmen spiegelt eine generalisierte aversive Reaktion und damit eine Messung der Stressanfälligkeit wider. Währenddessen spiegelt die Entwicklung der sozialen Vermeidung gegenüber dem angreifenden Stamm eine Bedrohungs-Sicherheits-Diskriminierung und damit ein Maß für die Stressresilienz wider. Schließlich spiegelt das Fehlen einer sozialen Vermeidung gegenüber dem angreifenden Stamm ein beeinträchtigtes aversives konditioniertes Lernen wider. Das Protokoll zielt darauf ab, die derzeit verwendeten Mausmodelle der Stressanfälligkeit/Resilienz zu verfeinern, indem translationale Kriterien, insbesondere Bedrohungs-Sicherheits-Diskriminierung und aversive Reaktionsgeneralisierung, einbezogen werden, um eine einzelne Gruppe von chronisch sozial besiegten Tieren in resiliente und anfällige Untergruppen zu kategorisieren und schließlich zukünftige translationale Ansätze voranzutreiben.

Introduction

Stress ist definiert als die Störung der Homöostase durch physische oder psychische Reize¹. Stress ist ein bekannter Hauptrisikofaktor für die Entwicklung psychischer Störungen wie posttraumatische Belastungsstörungen, Depressionen und Angstzustände ^2,3. Insbesondere sozialer Stress gilt als wesentlicher Risikofaktor für die Entstehung stressbedingter psychischer Störungen⁴. Eine Art von sozialem Stress, der in der Forschung besonders an Bedeutung gewonnen hat, ist der soziale Unterordnungsstress⁵. Mäuse sind wie Menschen zu einem reichhaltigen Sozialverhalten fähig⁶, was sie für Untersuchungen mit sozialem Stress geeignet macht. Wenn erwachsene Mäuse im Labor in Gruppen untergebracht werden, etablieren sie eine soziale Struktur, die die Bildung von Rängen⁷ beinhaltet. Dementsprechend wurde das Koloniemodell entwickelt, um die Auswirkungen von natürlich etablierten sozialen Hierarchien in gemischtgeschlechtlichen Gruppen von Mäusen zu untersuchen⁸. Im Laufe der Jahre wurden Variationen des Koloniemodells entwickelt, um sozialen Unterordnungsstress zu nutzen, darunter gleichgeschlechtliche Gruppenmodelle, das Modell der sozialen Instabilität und das Eindringlingskoloniemodell. In den letzten Jahren wurde jedoch eine bestimmte Variante, die als männliches Bewohner-Eindringlings-Modell bekannt ist, in der Literatur populär gemacht, da sie die soziale Komplexität auf zwei Mäuse vereinfacht: einen Bewohner und einen Eindringling. Das Tier von Interesse, bekannt als Eindringling, wird in den Käfig eines größeren, älteren und pensionierten Züchters gesetzt, der als Bewohner oder Aggressor bekannt ist. Der Bewohner greift den Eindringling dann als Konfrontationsmethode körperlich an und etabliert eine soziale Hierarchie, in der der Bewohner dominant und der Eindringling untergeordnet ist. Wenn es sich bei Konfrontationen um einmalige Ereignisse handelt, werden sie als “akut” klassifiziert (das “akute soziale Niederlagenmodell”), während wiederholte Konfrontationen, die sich über mehrere Tage (in der Regel 10) erstrecken, als “chronisch” bezeichnet werden (das “chronische soziale Niederlagenmodell”). Im Modell der chronischen sozialen Niederlage (CSD) sind die Attacken intermittent und in der Regel auf einen Zeitraum von 5-10 Minuten⁹ beschränkt, der als körperliche Phase bezeichnet wird. Nach der physischen Phase werden der Eindringling und der Bewohner über Nacht im selben Käfig gehalten, der durch eine Netzwand in zwei Hälften getrennt ist, so dass alle Formen der Interaktion außer Körperkontakt möglich sind. Diese Konfiguration, die als sensorische Phase bezeichnet wird, induziert Stress durch das kontinuierliche Auftreten von Bedrohung anstelle einer direkten körperlichen Konfrontation. Im Jahr 2018 führten van der Kooji und Kollegen eine modifizierte Behandlung chronischer sozialer Niederlagen ein, um sich auf die psychosoziale Komponente des Modells zu konzentrieren, indem die körperliche Phase standardisiert und streng begrenzt^{wird 10}. Das modifizierte Modell begrenzt die körperlichen Angriffe auf drei 10-Sekunden-Episoden mit verschiedenen Bewohnern, die in 15-minütigen Intervallen zwischen den Episoden der sensorischen Phase auftreten. Nach der dritten körperlichen Episode dauert die sensorische Phase über Nacht. Dieser Zyklus wiederholt sich an 10 aufeinanderfolgenden Tagen mit neuen Bewohnern pro Episode. Die modifizierte Behandlung erhöht die translationale Validität des Modells der chronischen sozialen Niederlage, da der physische Schaden des Eindringlings minimiert wird und die Ergebnisvariabilität aufgrund der unterschiedlichen Dauer der körperlichen Angriffe reduziert wird.

Da das CSD-Modell zur Untersuchung stressbedingter Krankheiten (z. B. Depressionen, Angstzustände, posttraumatische Belastungsstörungen) verwendet wird, werden post-behaviorale Assays gewählt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Verhaltensassays zu Aggression, Gedächtnis und Anhedonie. In den letzten Jahren wurde in Post-CSD-Verhaltenstests an Mäusen häufig untersucht, wie und in welchem Ausmaß die Geselligkeit beeinträchtigt wird⁹. Geselligkeit ist definiert als die angeborene Vorliebe von Mäusen, sozial zu interagieren, anstatt einen Artgenossen sozial zu meiden. Da die Geselligkeit Stresseffekten unterliegt, wurden Assays etabliert, die ausschließlich die Entwicklung sozialer Vermeidung erfassen. Stressinduzierte soziale Vermeidung hat eine translationale Relevanz, da sie eines der Hauptverhaltenssymptome von sozialer Angst und Depression beim Menschen darstellt¹¹. Ähnlich wie beim Menschen entwickeln nicht alle Mäuse nach einer CSD-Behandlung eine soziale Vermeidung, was auf das Vorhandensein von Individualität in der Stressreaktion hindeutet. Cohen und Kollegen haben Cut-off-Verhaltenskriterien als vielversprechenden Ansatz für die Untersuchung der Neurobiologie der Individualität vorgeschlagen¹². Die Selektion der Tiere auf der Grundlage des Verhaltens führt zu einer Gruppeneinteilung, was die Grundlage für Gen-Umwelt-Studien unterstreicht. In der Folge zeigen verschiedene Untergruppen oft eine deutliche Anreicherung spezifischer genetischer Varianten/Modifikationen, die wiederum unter verschiedenen Umweltbedingungen untersucht werden können¹³. Dementsprechend wurde die Individualität in der Entwicklung der sozialen Vermeidung genutzt, um die einzelne Gruppe der chronisch sozial besiegten männlichen Mäuse in zwei Untergruppen zu unterteilen: stressanfällig (sozial vermeidend) und stressresilient (sozial nicht vermeidend ^9,14). Die Interpretation des Phänotyps der sozialen Vermeidung bei Mäusen als maladaptives oder adaptives Verhalten sollte jedoch sowohl im Gesamtkontext der Behandlung (hier CSD) als auch des Verhaltenstests nach der Behandlung betrachtet werden. Darüber hinaus würde der Verhaltenstest nach der Behandlung idealerweise andere Facetten der Geselligkeit und nicht nur die Entwicklung sozialer Vermeidung bewerten. Unsere jüngsten Arbeiten zeigten die Beteiligung von konditioniertem Lernen an CSD-induzierter sozialer Vermeidung¹⁵. Konkret handelt es sich bei der CSD-induzierten sozialen Vermeidung um eine aversive konditionierte Reaktion auf die charakterisierenden Merkmale des Bewohnerstamms, die als konditionierter Stimulus für den unkonditionierten Stimulus dienen, nämlich die Angriffe der Bewohner. Darüber hinaus können einige Individuen innerhalb der sozial vermeidenden Untergruppe zwischen den Merkmalen des aversiven Residentenstamms und denen anderer sicherer neuer Stämme unterscheiden, während andere Individuen eine generalisierte soziale Vermeidung beider Stämme zeigen. Wir schlagen hier einen verfeinerten Verhaltenstest nach dem CSD vor: den Social Threat-Safety Test (STST)¹⁵. Im Gegensatz zu anderen sozialen Interaktionstests⁹ ermöglicht der STST eine gleichzeitige Bewertung der Entwicklung sozialer Vermeidung als Messung der korrekten aversiven konditionierten Reaktion (d. h. des erfolgreichen konditionierten Lernens) und der Fähigkeit zur Unterscheidung sozialer Bedrohungen und Sicherheit, die beide verwendet werden, um stressanfällige und stressresistente Individuen innerhalb einer einzigen Gruppe von chronisch sozial besiegten männlichen Mäusen zu identifizieren. Die Bewertung der sozialen Bedrohungs-Sicherheits-Diskriminierung im Vergleich zur aversiven Verallgemeinerung erweitert die translationalen Kriterien, die zur Klassifizierung der einzelnen Gruppe chronisch sozial besiegter Tiere in widerstandsfähige und empfängliche Untergruppen verwendet werden.

Protocol

Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit der Richtlinie des Rates der Europäischen Gemeinschaften über die Pflege und Verwendung von Tieren für Versuchsverfahren durchgeführt und vom Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz genehmigt. Abbildung 1 zeigt eine schematische Zeitleiste. 1. Behandlung Tiere von Interesse: Besorgen Sie männliche C57BL6/J-Mäuse im Alter von 7 Wochen und bei der Ankunft in einem 12-stündigen Hell-Dunkel…

Representative Results

Sozialer Interaktionsindex als Maß für aversive konditionierte ReaktionenEin sozialer Interaktionsindex ≥1 spiegelt eine größere soziale Interaktion mit dem jeweiligen sozialen Ziel im Vergleich zur Erkundung der leeren Gittergehege wider. Unter Ausgangsbedingungen, die hier so definiert sind, dass sie weder appetitive noch aversive Erfahrungen mit den charakteristischen Merkmalen eines bestimmten Stammes haben (hier sowohl soziale Ziele für die Kontrollgruppe als auch das soziale Ziel 129/Sv …

Discussion

Das Verhaltensprotokoll beschreibt hier den Social Threat-Safety Test, der verwendet wird, um eine einzelne Gruppe nach einer CSD-Behandlung in drei verschiedene Untergruppen zu unterteilen, um die zugrunde liegende Biologie der Stressanfälligkeit und Resilienz zu untersuchen und mögliche Therapien zu testen. Der biologische Kontext und die technischen Details müssen sorgfältig berücksichtigt werden, um ein gründliches Versuchsdesign zu leiten.

Unterschiedliche Haltungsbedingungen könne…

Materials

Arenas	Noldus, Sociability cage, Wageningen, the Netherlands	https://www.noldus.com/applications/sociability-cage	Three-chambered, rectangle in shape with a total size of 60 cm x  40 cm, made of acrylic transparent walls and smooth floors
Camera for video recording	Basler AG, Germany An der Strusbek 60-62 22926 Ahrensburg	ace Classic acA1300-60gc	If using automatic detection program, make sure cameras are compatible
Camera objective	KOWA Kowa Optimed Deutschland GmbH Fichtenstr. 123 40233 Duesseldorf: LMVZ4411 | 1/1.8" 4.4~11mm Varifokal Objektiv	Part-No. 10504
Detection program/Timer	Noldus, EthoVision-XT, Wageningen, the Netherlands	https://www.noldus.com/ethovision-xt	Detection can be achieved either manually (using a timer or a software for manual scoring) or automatically
Housing cages	ZOONLAB GmbH, Hermannstraße 6, 44579 Castrop-Rauxel	3010010	Type 2 cages: 265 mm x 205 mm x 140 mm (l x w x h) i.e. 360 cm² bottom area. Made of Polycarbonate (Makrolone©) and Polysulfone. Lids are made of stainless steel. European standard cages for up to 5 mice (20–25 g). Autoclavable up to 134 °C
Mesh enclosures	Part of the Arena Package: Noldus, Sociability cage, Wageningen, the Netherlands	https://www.noldus.com/applications/sociability-cage	Small acrylic or metal cage-like with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm with openings of a 10 mm in size. Two mesh enclosures per arena would work but four is preferable (see point 2.5 in protocol)
Mesh wall	selfmade	N/A	Acrylic or metal, one for each cage. Size depends on cages used. The walls must not allow the two animals to have a physical contact
Social targets: Mice of the strains CD-1 and 129/Sv; retired male breeders	Mice provided by Charles River: Strain name: CD-1®IGS Mouse 129S2/SvPasCrl	Crl:CD1(ICR); 129S2/SvPasCrl	CD-1 and 129/Sv retired male breeders, single-housed, novel (unknown) conspecifics to the animals of interest. If retired male breeders are not available then males older than 1 year from both strains would suffice