Diese Arbeit wurde unterstützt durch den NIMH K99/R00 Pathway to Independence Award #MH120327, den Whitehall Foundation Grant #2022-08-051 und den NARSAD Young Investigator Grant #31308 der Brain & Behavior Research Foundation und der John and Polly Sparks Foundation. Die Autoren danken der Abteilung für Tierressourcen an der Georgia State University für die außergewöhnliche Pflege unserer Tiere und Ryan Sleeth für seine hervorragende technische Unterstützung bei der Einrichtung und Wartung unseres Videomanagementsystems. Dr. Bolton möchte sich auch bei Dr. Tallie Z. Baram für die hervorragende Ausbildung in der korrekten Umsetzung des LBN-Modells während ihres Postdoc-Stipendiums bedanken.

Modellierung von Widrigkeiten im frühen Leben bei Mäusen mit begrenzter Einstreu und Nistmöglichkeit

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte.

Dieser Artikel enthält ein detailliertes Protokoll zur Anwendung des LBN-Modells bei Mäusen. Dieses Modell ist ein wichtiges Instrument, um zu verstehen, wie eine ethologisch und translational relevante Form von chronischem Stress im frühen Leben zur Entwicklung neuropsychiatrischer Störungen bei den Nachkommen beiträgt13. Es ist auch nützlich, um das Verhalten von Müttern und Veränderungen im Gehirn der Muttertiere aus molekularer, neuroendokriner oder schaltkreisbasierter Perspektive zu ...

Die frühe postnatale Phase ist ein kritisches Entwicklungsfenster, in dem Umwelteinflüsse den Entwicklungsverlauf verschieben können. Zum Beispiel kann Widrigkeiten im frühen Leben (ELA) die Gehirnentwicklung verändern, um langfristige Veränderungen der kognitiven und emotionalen Funktionen hervorzurufen. Beispiele für ELA sind körperlicher oder emotionaler Missbrauch, Vernachlässigung, unzureichende Ressourcen und ein unvorhersehbares häusliches Umfeld, das in der Kindheit oder Jugend auftritt1. Es ist bekannt, dass ELA ein Risikofaktor für die Entwicklung von Störungen wie Depressionen, Substanzkonsumstörungen, posttraumatischen Belastungsstörungen (PTBS) und Angstzuständen ist 2,3,4,5. Dies ist wichtig, da sich die Kinderarmut in den USA in letzter Zeit mehr als verdoppelt hat, von 5,2 % im Jahr 2021 auf 12,4 % im Jahr 20226, und obwohl Armut an sich nicht unbedingt ELA ist, erhöht sie doch die Wahrscheinlichkeit verschiedener Arten von ELA7.
Tiermodelle sind seit langem unerlässlich, um die Auswirkungen von Stress im frühen Leben auf die Gehirnentwicklung und die Ergebnisse bei Erwachsenen zu verstehen. Die beiden wichtigsten Tiermodelle, die in den letzten Jahren verwendet wurden, um dieses Phänomen zu untersuchen, sind die mütterliche Trennung (MS) und eine verarmte Umgebung, die durch begrenztes Einstreu- und Nistmaterial (LBN) verursacht wird. MS wurde als Modell für elterliche Benachteiligung entwickelt8. Darin werden Nagetier-Muttertiere ihren Jungtieren weggenommen, in der Regel für mehrere Stunden, jeden Tag bis zur Entwöhnung8. Es wurde festgestellt, dass das MS-Paradigma zu depressiven und angstähnlichen Verhaltensweisen im Erwachsenenalter führt9 sowie zu einer abweichenden Reaktion auf chronischen Stress10,11. Auf der anderen Seite trennt das LBN-Modell, das zuerst im Baram-Labor12 entwickelt wurde, das Muttertier nicht von den Jungen, sondern modifiziert vielmehr die Umgebung, in der die Jungtiere aufgezogen werden, und ahmt eine ressourcenarme Umgebung nach12,13. Die Verringerung der Menge an Nistmaterial und die Verhinderung des direkten Zugangs zur Einstreu in diesem Modell führt zu einer Unterbrechung der mütterlichen Versorgung durch die Muttertiere3. Da eine robuste und vorhersagbare mütterliche Fürsorge für die ordnungsgemäße Entwicklung kognitiver und emotionaler Gehirnschaltkreise erforderlich ist14, kann eine fragmentierte mütterliche Fürsorge durch LBN zu einer Reihe von Ergebnissen führen, darunter eine überaktive Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse (HPA), ein verschobenes exzitatorisch-inhibitorisches Gleichgewicht in mehreren Hirnregionen, erhöhte Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH)-Spiegel und depressives Verhalten bei den Nachkommen13. 15,16,17,18,19.
Der genaue Mechanismus, durch den ELA zu einem erhöhten Risiko für neuropsychiatrische Störungen führt, ist nicht vollständig verstanden. Es wird angenommen, dass es mit Veränderungen in den Schaltkreisen der HPA-Achse zusammenhängt19,20, und neuere Erkenntnisse zeigen, dass dies durch Veränderungen in der synaptischen Beschneidung der Mikroglia verursacht werden kann19. Es hat sich gezeigt, dass das LBN-Modell ein entscheidendes Instrument ist, um den Einfluss der perinatalen Umgebung auf die Gehirnentwicklung und die langfristigen Verhaltensergebnisse zu verstehen. Obwohl dieses Modell ursprünglich für Ratten entwickelt wurde, wurde es auch für Mäuse angepasst, um die Vorteile der bestehenden transgenen Werkzeuge zu nutzen 12,13. Bemerkenswert ist, dass das Modell bei beiden Spezies sehr ähnlich ist und hochgradig konvergente Ergebnisse hervorruft, wie z. B. Veränderungen in der HPA-Achse, kognitive Defizite und depressives Verhalten, was seinen speziesübergreifenden Nutzen und sein translationales Potenzial unterstreicht. In diesem Artikel wird detailliert beschrieben, wie das Modell der begrenzten Einstreu und Nistung bei Mäusen angewendet werden kann, indem das Verhalten der Mutter und die Ergebnisse der Nachkommen gesammelt und analysiert werden, um die Wirksamkeit des Modells und die erwarteten Ergebnisse zu validieren.

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		<tr>
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limited bedding and nesting as a model for early-life adversity in mice

Widrigkeiten im frühen Leben (ELA) wie Missbrauch, Vernachlässigung, Mangel an Ressourcen und ein unvorhersehbares häusliches Umfeld sind ein bekannter Risikofaktor für die Entwicklung neuropsychiatrischer Störungen wie Depressionen. Tiermodelle für ELA wurden verwendet, um die Auswirkungen von chronischem Stress auf die Gehirnentwicklung zu untersuchen, und beruhen in der Regel auf der Manipulation der Qualität und/oder Quantität der mütterlichen Versorgung, da dies die Hauptquelle für frühe Lebenserfahrungen bei Säugetieren, einschließlich des Menschen, ist. Hier wird ein detailliertes Protokoll für die Anwendung des Limited Bedding and Nesting (LBN) Modells bei Mäusen zur Verfügung gestellt. Dieses Modell ahmt eine ressourcenarme Umgebung nach, die fragmentierte und unvorhersehbare Muster der mütterlichen Fürsorge während eines kritischen Entwicklungsfensters (postnatale Tage 2-9) provoziert, indem es die Menge an Nistmaterial begrenzt, das der Muttermutter zum Bau eines Nestes für ihre Jungtiere gegeben wird, und die Mäuse über eine Netzplattform im Käfig von der Einstreu trennt. Repräsentative Daten werden zur Verfügung gestellt, um die Veränderungen im mütterlichen Verhalten sowie die verminderten Jungtiergewichte und langfristigen Veränderungen der basalen Corticosteronspiegel zu veranschaulichen, die sich aus dem LBN-Modell ergeben. Als Erwachsene hat sich gezeigt, dass Nachkommen, die in der LBN-Umgebung aufgezogen wurden, eine abweichende Stressreaktion, kognitive Defizite und anhedonieähnliches Verhalten zeigen. Daher ist dieses Modell ein wichtiges Instrument, um zu definieren, wie die Reifung stressempfindlicher Gehirnschaltkreise durch ELA verändert wird und zu langfristigen Verhaltensänderungen führt, die eine Anfälligkeit für psychische Störungen verleihen.

The early postnatal period is a critical developmental window in which environmental influences can shift the trajectory of development. For example, early-life adversity (ELA) can alter brain development to provoke long-term changes in cognitive and emotional function. Examples of ELA include physical or emotional abuse, neglect, inadequate resources, and an unpredictable home environment occurring during childhood or adolescence1. It is known that ELA is a risk factor for developing disorders such as depression, substance use disorder, post-traumatic stress disorder (PTSD), and anxiety2,3,4,5. This is important given that the levels of childhood poverty in the US have more than doubled recently, from 5.2% in 2021 to 12.4% in 20226, and although poverty itself is not necessarily ELA, it does increase the probability of various types of ELA7.
Animal models have long been essential for understanding the effects of early-life stress on brain development and adult outcomes. The two main animal models used in recent years to dissect this phenomenon are maternal separation (MS) and an impoverished environment induced by limited bedding and nesting materials (LBN). MS was developed as a model of parental deprivation8. In it, rodent dams are taken away from their pups, usually for several hours, every day until weaning8. The MS paradigm has been found to result in depressive- and anxiety-like behaviors in adulthood9, as well as an aberrant response to chronic stress10,11. On the other hand, the LBN model, first developed in the Baram laboratory12, does not separate the dam from the pups, but rather modifies the environment in which the pups are reared, mimicking a low-resource environment12,13. Decreasing the amount of nesting material and preventing direct access to the bedding in this model results in disrupted maternal care from the dams3. Since robust and predictable maternal care is required for the proper development of cognitive and emotional brain circuits14, fragmented maternal care from LBN can result in a range of outcomes, including an over-active Hypothalamic-Pituitary-Adrenal (HPA) axis, shifted excitatory-inhibitory balance in multiple brain regions, increased corticotropin-releasing hormone (CRH) levels, and depressive-like behavior in the offspring13,15,16,17,18,19.
The exact mechanism by which ELA results in increased risk for neuropsychiatric disorders is not completely understood. It is thought to be related to alterations in the HPA axis circuitry19,20, and recent evidence shows that this may be caused by changes in microglial synaptic pruning19. The LBN model has been shown to be a crucial tool for understanding the perinatal environment&#39;s impact on brain development and long-term behavioral outcomes. Although this model was initially developed for rats, it has also been adapted for mice in order to take advantage of the existing transgenic tools12,13. Notably, the model is very similar in both species and provokes highly convergent outcomes, such as alterations in the HPA axis, cognitive deficits,&#160;and depressive-like behavior, thus highlighting its cross-species utility and translational potential. This article will provide a detailed description of how to employ the limited bedding and nesting model in mice, collecting and analyzing maternal behavior and offspring outcomes to validate the model&#39;s efficacy and the expected results.

Autor im Rampenlicht: Erforschung der Mikroglia-Interaktion und der Stress-Reaktions-Schaltkreise unter Verwendung des Limited Bedding and Nesting-Modells

Begrenztes Einstreuen und Nisten als Modell für Widrigkeiten im frühen Leben bei Mäusen

Die repräsentativen Ergebnisse zeigen, wie ELA, die durch eine verarmte Umgebung in LBN-Käfigen auferlegt wird, die mütterliche Fürsorge von Muttertieren und die physiologischen Ergebnisse der Nachkommen beeinflusst. Die tägliche Entropie im mütterlichen Betreuungsverhalten ist in LBN über die Tage P3-P6 höher (F1,58 = 7,21, p = 0,0094; Abbildung 2A) sowie die durchschnittliche Entropie jedes Damms aus diesem Zeitraum (t15 = 3,03, p = 0,0085; <...

Dieses Protokoll beschreibt ein Tiermodell, um zu untersuchen, wie sich Widrigkeiten im frühen Leben, hervorgerufen durch eine verarmte Umwelt und unvorhersehbare mütterliche Fürsorge in der frühen postnatalen Phase, auf die Gehirnentwicklung und das zukünftige Risiko psychischer Störungen auswirken.

Early-life adversity (ELA), such as abuse, neglect, lack of resources, and an unpredictable home environment, is a known risk factor for developing ...

limited-bedding-nesting-as-model-for-early-life-adversity

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Limited Bedding and Nesting as a Model for Early-Life Adversity in Mice

922 Aufrufe.  Georgia State University. In unserem Labor versuchen wir zu verstehen, wie sich Widrigkeiten im frühen Leben auf die Gehirnentwicklung und das spätere Risiko für psychische Störungen wie Depressionen und Sucht auswirken. Wir interessieren uns besonders dafür, wie Mikroglia, die mit stressempfindlichen Neuronen in mehreren Gehirnregionen interagieren, der Mechanismus sein könnte, durch den die Neuverdrahtung der Schaltkreise erfolgt. Wir haben bereits festgestellt, dass dieses Mo...

Serie: Autor im Rampenlicht: Erforschung der Mikroglia-Interaktion und der Stress-Reaktions-Schaltkreise unter Verwendung des Limited Bedding and Nesting-Modells

Early-life adversity (ELA), such as abuse, neglect, lack of resources, and an unpredictable home environment, is a known risk factor for developing neuropsychiatric disorders such as depression. Animal models for ELA have been used to study the impact of chronic stress on brain development, and typically rely on manipulating the quality and/or quantity of maternal care, as this is the major source of early-life experiences in mammals, including humans. Here, a detailed protocol for employing the Limited Bedding and Nesting (LBN) model in mice is provided. This model mimics a low-resource environment, which provokes fragmented and unpredictable patterns of maternal care during a critical developmental window (postnatal days 2-9) by limiting the amount of nesting materials given to the dam to build a nest for her pups and separating the mice from the bedding via a mesh platform in the cage. Representative data are provided to illustrate the changes in maternal behavior, as well as the diminished pup weights and long-term changes in basal corticosterone levels, that result from the LBN model. As adults, offspring reared&#160;in the LBN environment have been shown to exhibit an aberrant stress response, cognitive deficits, and anhedonia-like behavior. Therefore, this model is an important tool to define how the maturation of stress-sensitive brain circuits is altered by ELA and results in long-term behavioral changes that confer vulnerability to mental disorders.

This protocol describes an animal model for studying how early-life adversity, provoked by an impoverished environment and unpredictable maternal care during the early postnatal period, affects brain development and the future risk of mental disorders.