Sociale dreigings-veiligheidstest onthult psychosociale stressgerelateerde fenotypes

Summary

De sociale dreiging-veiligheidstest maakt een gelijktijdige beoordeling van de ontwikkeling van sociale vermijding mogelijk als een meting van aversief geconditioneerd leren en het vermogen om sociale dreiging en veiligheid te discrimineren, beide gebruikt om stressgevoelige en stressbestendige individuen te identificeren binnen een enkele groep chronisch sociaal verslagen mannelijke muizen.

Abstract

Sociale stress is een belangrijke oorzaak van de ontwikkeling van psychische stoornissen. Om de translationele waarde van preklinische studies te vergroten, moeten de ervaring met sociale stress en de gedragsimpact ervan op muizen vergelijkbaar zijn met die van mensen. Chronische sociale nederlaag (CSD) maakt gebruik van een soort sociale stress met fysieke aanvallen en zintuiglijke bedreigingen om mentale disfuncties te veroorzaken die lijken op menselijke affectieve stoornissen. Om de psychosociale component van CSD te versterken, werd een 10-daags CSD-protocol toegepast waarin dagelijkse fysieke aanvallen worden gestandaardiseerd op drie 10 s-episodes, gevolgd door een 24-uurs sensorische fase. Na de 10e^sensorische fase wordt het CSD-protocol gevolgd door een verfijnde gedragstest die de sociale dreiging-veiligheidstest (STST) wordt genoemd. Post-stress gedragstesten moeten bepalen hoe en in welke mate de sociale stressor het gedrag heeft beïnvloed. De STST stelt chronisch sociaal verslagen mannelijke muizen in staat om te communiceren met 2 nieuwe mannelijke individuen (sociale doelen): een sociaal doelwit van de aanvallende stam die tijdens de CSD-dagen wordt aangetroffen en het andere van een nieuwe stam. Beide worden gelijktijdig gepresenteerd in verschillende compartimenten van een testarena met drie kamers. De test maakt een gelijktijdige beoordeling van de ontwikkeling van sociale vermijding mogelijk om succesvol aversief geconditioneerd leren en het vermogen tot discriminatie op het gebied van sociale dreiging en veiligheid te meten. De ontwikkeling van sociale vermijding ten opzichte van beide stammen weerspiegelt een gegeneraliseerde aversieve respons en dus een meting van stressgevoeligheid. Ondertussen weerspiegelt de ontwikkeling van sociale vermijding in de richting van alleen de aanvallende stam een weerspiegeling van discriminatie op het gebied van dreiging en veiligheid en dus een meting van stressbestendigheid. Ten slotte weerspiegelt de afwezigheid van sociale vermijding ten opzichte van de aanvallende soort een verminderd aversief geconditioneerd leren. Het protocol heeft tot doel de momenteel gebruikte muismodellen van stressgevoeligheid/veerkracht te verfijnen door translationele criteria op te nemen, met name dreiging-veiligheidsdiscriminatie en generalisatie van aversieve reacties, om een enkele groep chronisch sociaal verslagen dieren te categoriseren in veerkrachtige en vatbare subgroepen, en uiteindelijk toekomstige translationele benaderingen te bevorderen.

Introduction

Stress wordt gedefinieerd als de verstoring van de homeostase veroorzaakt door fysieke of psychologische prikkels¹. Stress is een bekende belangrijke risicofactor voor de ontwikkeling van psychische stoornissen zoals posttraumatische stressstoornis, depressie en angst ^2,3. Met name sociale stress wordt beschouwd als een belangrijke risicofactor voor de ontwikkeling van stressgerelateerde psychische stoornissen⁴. Een vorm van sociale stress die in het onderzoek bijzonder belangrijk is geworden, is sociale ondergeschiktheidsstress⁵. Muizen zijn, net als mensen, in staat tot een rijke reeks sociaal gedrag⁶, waardoor ze geschikt zijn voor onderzoeken met sociale stress. In de laboratoriumomgeving, wanneer volwassen muizen in groepen worden gehuisvest, vestigen ze een sociale structuur met de vorming van rangen⁷. Dienovereenkomstig werd het koloniemodel ontworpen om de effecten van natuurlijk gevestigde sociale hiërarchieën in muizengroepen van gemengd geslacht te bestuderen⁸. In de loop der jaren zijn variaties van het koloniemodel ontwikkeld om gebruik te maken van sociale ondergeschiktheidsstress, waaronder groepsmodellen van hetzelfde geslacht, het sociale instabiliteitsmodel en het indringer-koloniemodel. In de afgelopen jaren is echter een bepaalde variant die bekend staat als het mannelijke indringermodel gepopulariseerd in de literatuur, waardoor de sociale complexiteit wordt vereenvoudigd tot twee muizen: een bewoner en een indringer. Het dier van belang, bekend als de indringer, wordt in de kooi geplaatst van een grotere, oudere en gepensioneerde fokker, bekend als de bewoner of agressor. De bewoner valt de indringer vervolgens fysiek aan als een methode van confrontatie, waarbij een sociale hiërarchie ontstaat waarin de bewoner dominant is en de indringer ondergeschikt. Wanneer confrontaties eenmalige gebeurtenissen zijn, classificeren ze als “acuut” (het “acute sociale nederlaagmodel”), terwijl herhaalde confrontaties die meerdere dagen duren (meestal 10) bekend staan als “chronisch” (het “chronische sociale nederlaagmodel”). In het model van chronische sociale nederlaag (CSD) zijn aanvallen intermitterend en meestal beperkt tot een periode van 5-10 minuten⁹, de fysieke fase genoemd. Na de fysieke fase worden de indringer en de bewoner ‘s nachts in dezelfde kooi gehouden, in tweeën gescheiden met een gaaswand, waardoor alle vormen van interactie mogelijk zijn, behalve fysiek contact. Deze configuratie, bekend als de sensorische fase, veroorzaakt stress door de voortdurende verschijning van dreiging in plaats van directe fysieke confrontatie. In 2018 introduceerden Van der Kooji en collega’s een aangepaste chronische sociale nederlaagbehandeling om zich te concentreren op de psychosociale component van het model door de fysieke fase¹⁰ te standaardiseren en strikt te beperken. Het aangepaste model beperkt fysieke aanvallen tot drie episodes van 10 s met verschillende bewoners, die plaatsvinden in intervallen van 15 minuten tussen de episodes van de sensorische fase. Na de derde fysieke episode duurt de sensorische fase ‘s nachts. Deze cyclus herhaalt zich gedurende 10 opeenvolgende dagen met nieuwe bewoners per aflevering. De aangepaste behandeling verbetert de translationele validiteit van het chronische sociale nederlaagmodel, aangezien fysieke schade van de indringer wordt geminimaliseerd en de variabiliteit van de uitkomst door de differentiële duur van fysieke aanvallen wordt verminderd.

Aangezien het CSD-model wordt gebruikt om stressgerelateerde ziekten te bestuderen (bijv. depressie, angst, posttraumatische stressstoornis), worden post-gedragstesten gekozen, waaronder, maar niet beperkt tot, gedragstesten van agressie, geheugen en anhedonie. In de afgelopen jaren evalueren post-CSD-gedragstesten bij muizen vaak hoe en in welke mate de sociabiliteit wordt beïnvloed⁹. Sociabiliteit wordt gedefinieerd als de aangeboren voorkeur van muizen om sociaal te interageren in plaats van een soortgenoot sociaal te vermijden. Aangezien sociabiliteit onderhevig is aan stresseffecten, werden tests opgesteld die uitsluitend de ontwikkeling van sociale vermijding beoordelen. Door stress veroorzaakte sociale vermijding heeft een translationele relevantie, aangezien het een van de belangrijkste gedragssymptomen van sociale angst en depressie bij mensen vertegenwoordigt¹¹. Net als bij mensen ontwikkelen niet alle muizen sociale vermijding na CSD-behandeling, wat wijst op de aanwezigheid van individualiteit in stressresponsiviteit. Cohen en collega’s hebben afgesneden gedragscriteria voorgesteld als een veelbelovende benadering voor het bestuderen van de neurobiologie van individualiteit¹². Selectie van dieren op basis van gedrag resulteert in groepsdeling, wat de basis onderstreept voor gen-omgevingsstudies. Vervolgens vertonen verschillende subgroepen vaak een duidelijke verrijking van specifieke genetische varianten/modificaties, die op hun beurt kunnen worden onderzocht onder verschillende omgevingsomstandigheden¹³. Dienovereenkomstig werd individualiteit in de ontwikkeling van sociale vermijding gebruikt om de enkele groep chronisch sociaal verslagen mannelijke muizen in twee subgroepen te verdelen: stressgevoelig (sociaal vermijdend) en stressbestendig (sociaal niet-vermijdend ^9,14). De interpretatie van het fenotype van sociale vermijding bij muizen als een onaangepast of adaptief gedrag moet echter worden overwogen in de algemene context van zowel de behandeling (hier CSD) als de gedragstest na de behandeling. Bovendien zou de gedragstest na de behandeling idealiter andere facetten van sociabiliteit beoordelen en niet alleen de ontwikkeling van sociale vermijding. Ons recente werk onthulde de betrokkenheid van geconditioneerd leren bij CSD-geïnduceerde sociale vermijding¹⁵. In het bijzonder is CSD-geïnduceerde sociale vermijding een aversieve geconditioneerde reactie op de kenmerkende eigenschappen van de stam van de bewoners die dienen als de geconditioneerde stimulus voor de ongeconditioneerde stimulus, namelijk de aanvallen door de bewoners. Bovendien kunnen sommige individuen binnen de sociaal vermijdende subgroep onderscheid maken tussen de eigenschappen van de aversieve bewonersstam en die van andere veilige nieuwe stammen, terwijl andere individuen gegeneraliseerde sociale vermijding van beide stammen vertonen. We stellen hier een verfijnde gedragsmatige post-CSD-test voor: de Social Threat-Safety Test (STST)¹⁵. In tegenstelling tot andere sociale interactietests⁹, maakt de STST een gelijktijdige beoordeling van de ontwikkeling van sociale vermijding mogelijk als een meting van de juiste aversieve geconditioneerde respons (d.w.z. succesvol geconditioneerd leren) en het vermogen tot discriminatie op het gebied van sociale dreiging en veiligheid, die beide worden gebruikt om stressgevoelige en stressbestendige individuen te identificeren binnen een enkele groep chronisch sociaal verslagen mannelijke muizen. De beoordeling van sociale dreiging-veiligheidsdiscriminatie versus generalisatie van aversieve respons breidt de translationele criteria uit die worden gebruikt om de enkele groep chronisch sociaal verslagen dieren te classificeren in veerkrachtige en vatbare subgroepen.

Protocol

Alle procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtlijn van de Raad van de Europese Gemeenschappen betreffende de verzorging en het gebruik van dieren voor experimentele procedures en werden goedgekeurd door de lokale autoriteiten (Landesuntersuchungsamt Rheinland-Pfalz). Figuur 1 geeft een schematische tijdlijn weer. 1. Behandeling Dieren van belang: Verkrijg C57BL6/J mannelijke muizen op de leeftijd van 7 weken en bij aan…

Representative Results

Sociale interactie-index als een meting van aversieve geconditioneerde responsEen sociale interactie-index ≥1 weerspiegelt een grotere sociale interactie met het respectieve sociale doel in vergelijking met de verkenning van de lege mesh-behuizingen. Onder basiscondities, hier gedefinieerd als het hebben van geen appetitieve of aversieve ervaring met de kenmerkende eigenschappen van een specifieke stam (hier zowel sociale doelen voor de controlegroep als de 129/Sv sociale doelgroep voor de behandel…

Discussion

Het gedragsprotocol hier beschrijft de Social Threat-Safety Test, die wordt gebruikt om een enkele groep post-CSD-behandeling in drie verschillende subgroepen te verdelen, die dient als een methode om de onderliggende biologie van stressgevoeligheid en veerkracht te onderzoeken en om potentiële therapieën te testen. De biologische context en technische details moeten zorgvuldig worden overwogen om een grondig experimenteel ontwerp te sturen.

Verschillende huisvestingsomstandigheden kunnen de…

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