이 작업은 스페인 과학혁신부(프로젝트 PID2020-113371RB-C21), IDAEA-CSIC, Severo Ochoa Centre of Excellence(CEX2018-000794-S)의 "Agencia Estatal de Investigación"의 지원을 받았습니다. Juliette Bedrossiantz는 스페인 정부와 유럽 사회 기금(ESF)이 공동 자금을 지원하는 박사 학위 보조금(PRE2018-083513)의 지원을 받았습니다.

성인 제브라피쉬의 신경 독성 효과를 평가하기 위한 행동 테스트 배터리

<ol>
	<li>Rald&#250;a, D., Pi&#241;a, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+zebrafish+assays+for+analyzing+drug+toxicity.">In vivo zebrafish assays for analyzing drug toxicity.</a> Expert Opinion on Drug Metabolism &amp; Toxicology. 10 (5), 685-697 (2014).</li><li>Faria, M., Prats, E., Bellot, M., Gomez-Canela, C., Rald&#250;a, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacological+modulation+of+serotonin+levels+in+zebrafish+larvae:+Lessons+for+identifying+environmental+neurotoxicants+targeting+the+serotonergic+system.">Pharmacological modulation of serotonin levels in zebrafish larvae: Lessons for identifying environmental neurotoxicants targeting the serotonergic system.</a> Toxics. 9 (6), 118 (2021).</li><li>Faria, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zebrafish+models+for+human+acute+organophosphorus+poisoning.">Zebrafish models for human acute organophosphorus poisoning.</a> Scientific Reports. 5, 15591 (2015).</li><li>Faria, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glyphosate+targets+fish+monoaminergic+systems+leading+to+oxidative+stress+and+anxiety.">Glyphosate targets fish monoaminergic systems leading to oxidative stress and anxiety.</a> Environment International. 146, 106253 (2021).</li><li>Faria, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screening+anti-predator+behaviour+in+fish+larvae+exposed+to+environmental+pollutants.">Screening anti-predator behaviour in fish larvae exposed to environmental pollutants.</a> Science of the Total Environment. 714, 136759 (2020).</li><li>Faria, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acrylamide+acute+neurotoxicity+in+adult+zebrafish.">Acrylamide acute neurotoxicity in adult zebrafish.</a> Scientific Reports. 8 (1), 7918 (2018).</li><li>Kalueff, A. V., Stewart, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zebrafish+Protocols+for+Neurobehavioral+Research.">Zebrafish Protocols for Neurobehavioral Research.</a> Neuromethods. , (2012).</li><li>Kalueff, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+comprehensive+catalog+of+zebrafish+behavior+1.0+and+beyond.">Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond.</a> Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).</li><li>Egan, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+behavioral+and+physiological+phenotypes+of+stress+and+anxiety+in+zebrafish.">Understanding behavioral and physiological phenotypes of stress and anxiety in zebrafish.</a> Behavioural Brain Research. 205, 38-44 (2009).</li><li>. Social behavior in Zebrafish Available from: <a target="_blank" href="https://www.noldus.com/applications/social-behavior-zebrafish">https://www.noldus.com/applications/social-behavior-zebrafish</a> (2012)</li><li>Green, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+high-throughput+neurophenotyping+of+zebrafish+social+behavior.">Automated high-throughput neurophenotyping of zebrafish social behavior.</a> Journal of Neuroscience Methods. 210 (2), 266-271 (2012).</li><li>Miller, N., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+shoaling+behaviour+in+zebrafish+(Danio+rerio).">Quantification of shoaling behaviour in zebrafish (Danio rerio).</a> Behavioural Brain Research. 184 (2), 157-166 (2007).</li><li>Landin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxytocin+receptors+regulate+social+preference+in+zebrafish.">Oxytocin receptors regulate social preference in zebrafish.</a> Scientific Reports. 10 (1), 5435 (2020).</li><li>Ogi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Social+preference+tests+in+zebrafish:+A+systematic+review.">Social preference tests in zebrafish: A systematic review.</a> Frontiers in Veterinary Science. 7, 590057 (2021).</li><li>Bedrossiantz, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+zebrafish+model+of+neurotoxicity+by+binge-like+methamphetamine+exposure.">A zebrafish model of neurotoxicity by binge-like methamphetamine exposure.</a> Frontiers in Pharmacology. 12, 770319 (2021).</li><li>Hamilton, T. J., Krook, J., Szaszkiewicz, J., Burggren, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shoaling,+boldness,+anxiety-like+behavior+and+locomotion+in+zebrafish+(Danio+rerio)+are+altered+by+acute+benzo[a]pyrene+exposure.">Shoaling, boldness, anxiety-like behavior and locomotion in zebrafish (Danio rerio) are altered by acute benzo[a]pyrene exposure.</a> Science of the Total Environment. 774, 145702 (2021).</li><li>Kane, A. S., Salierno, J. D., Brewer, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+32.">Chapter 32.</a> Fish models in behavioral toxicology: Automated Techniques, Updates, and Perspectives Methods in Aquatic Toxicology. Volume2, (2005).</li><li>Faria, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glyphosate+targets+fish+monoaminergic+systems+leading+to+oxidative+stress+and+anxiety.">Glyphosate targets fish monoaminergic systems leading to oxidative stress and anxiety.</a> Environment International. 146, 106253 (2021).</li><li>Maximino, C., Costa, B., Lima, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+monoaminergic+neuropsychopharmacology+in+zebrafish,+6+years+later:+Towards+paradoxes+and+their+solution.">A review of monoaminergic neuropsychopharmacology in zebrafish, 6 years later: Towards paradoxes and their solution.</a> Current Psychopharmacology. 5 (2), 96-138 (2016).</li><li>Maximino, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+serotonin+in+zebrafish+(Danio+rerio)+anxiety:+Relationship+with+serotonin+levels+and+effect+of+buspirone,+WAY+100635,+SB+224289,+fluoxetine+and+para-chlorophenylalanine+(pCPA)+in+two+behavioral+models.">Role of serotonin in zebrafish (Danio rerio) anxiety: Relationship with serotonin levels and effect of buspirone, WAY 100635, SB 224289, fluoxetine and para-chlorophenylalanine (pCPA) in two behavioral models.</a> Neuropharmacology. 71, 83-97 (2013).</li><li>Faria, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+potential+of+N-acetylcysteine+in+acrylamide+acute+neurotoxicity+in+adult+zebrafish.">Therapeutic potential of N-acetylcysteine in acrylamide acute neurotoxicity in adult zebrafish.</a> Scientific Reports. 9 (1), 16467 (2019).</li><li>Homer, B. D., Solomon, T. M., Moeller, R. W., Mascia, A., DeRaleau, L., Halkitis, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methamphetamine+abuse+and+impairment+of+social+functioning:+A+review+of+the+underlying+neurophysiological+causes+and+behavioral+implications.">Methamphetamine abuse and impairment of social functioning: A review of the underlying neurophysiological causes and behavioral implications.</a> Psychological Bulletin. 134 (2), 301-310 (2008).</li><li>Linker, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+the+maximum+predictive+validity+for+neuropharmacological+anxiety+screening+assays+using+zebrafish.">Assessing the maximum predictive validity for neuropharmacological anxiety screening assays using zebrafish.</a> Neuromethods. 51, 181-190 (2011).</li><li>Hartung, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+alternative+methods+to+a+new+toxicology.">From alternative methods to a new toxicology.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 77 (3), 338-349 (2011).</li><li>Cachat, J. M., Kalueff, A., Cachat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Video-Aided+Analysis+of+Zebrafish+Locomotion+and+Anxiety-Related+Behavioral+Responses.">Video-Aided Analysis of Zebrafish Locomotion and Anxiety-Related Behavioral Responses.</a> Zebrafish Neurobehavioral Protocols. Neuromethods. 51, (2011).</li><li>Rosemberg, D. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differences+in+spatio-temporal+behavior+of+zebrafish+in+the+open+tank+paradigm+after+a+short-period+confinement+into+dark+and+bright+environments.">Differences in spatio-temporal behavior of zebrafish in the open tank paradigm after a short-period confinement into dark and bright environments.</a> PLoS ONE. 6 (5), e19397 (2011).</li><li>Blaser, R., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral+phenotyping+in+Zebrafish:+Comparison+of+three+behavioral+quantification+methods.">Behavioral phenotyping in Zebrafish: Comparison of three behavioral quantification methods.</a> Behavioral Research Methods. 38 (3), 456-469 (2006).</li><li>Cachat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+neurophenotyping+of+adult+zebrafish+behavior.">Three-dimensional neurophenotyping of adult zebrafish behavior.</a> PLoS ONE. 6 (3), e17597 (2011).</li><li>Cachat, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deconstructing+adult+zebrafish+behavior+with+swim+trace+visualizations.">Deconstructing adult zebrafish behavior with swim trace visualizations.</a> Neuromethods. 51, 191-201 (2011).</li></ol>

저자는 이 연구가 잠재적인 이해 상충으로 해석될 수 있는 상업적 또는 재정적 관계가 없는 상태에서 수행되었음을 선언합니다.

NTT에서 관찰된 특징적인 불안 행동은 뇌에서 분석된 세로토닌 수치와 양의 상관관계가 있다21. 예를 들어, 5-HT 생합성 억제제인 파라-클로로페닐알라닌(PCPA)에 노출된 후, 물고기는 양성 지오택시와 뇌 5-HT 수치 감소를 나타냈으며, 이는 METH로 얻은 결과와 매우 유사했다22. 따라서 뇌 세로토닌 수치의 감소와 METH에 노출된 제브라피시에서 양성 지오택시가 나타나...

제브라피시(Danio rerio)는 생태독성학, 약물 발견 및 안전성 약리학 연구에서 인기 있는 척추동물 모델 종입니다. 저렴한 비용, 잘 정립된 분자 유전 도구, 신경계의 형태 형성 및 유지에 관여하는 주요 생리학적 과정의 보존으로 인해 제브라피시는 신경 행동 독성학을 포함한 신경 과학 연구에 이상적인 동물 모델입니다 1,2. 화학 물질의 신경 독성을 평가하기위한 주요 종점은 최근까지 신경 병리학 적 영향의 존재였습니다. 그러나 최근에는 행동 종점이 신경독성학적 스크리닝 프로토콜에 통합되었으며, 이러한 기능적 결과는 이제 화학물질의 잠재적인 신경독성을 식별하고 결정하는 데 일반적으로 사용됩니다 3,4. 더욱이, 어류의 매우 경미한 행동 변화조차도 자연 조건에서 동물의 생존을 위태롭게 할 수 있기 때문에 행동 종점은 생태학적 관점에서 매우 관련성이 높다5.
성체 제브라피시 연구에서 가장 많이 사용되는 행동 분석 중 하나는 불안과 유사한 행동을 측정하는 새로운 수조 테스트(NTT)입니다 6,7. 이 분석에서 물고기는 새로움(물고기가 낯선 수조에 놓임), 가벼운 혐오 자극에 노출되고 행동 반응이 관찰됩니다. NTT는 주로 물고기의 기초 운동 활동, 지오택시, 동결 및 불규칙한 움직임을 평가하는 데 사용됩니다. 불규칙한8은 갑작스런 방향 전환(지그재그)과 반복되는 가속(다팅)이 특징입니다. 그것은 경보 반응이며 일반적으로 동결 에피소드 전후에 관찰됩니다. 동결 행동은 수조 바닥에 있는 동안 물고기의 움직임(수술 및 안구 운동 제외)이 완전히 멈추는 것에 해당하며, 진정으로 인한 부동성과 구별되며, 이는 저운동, 무감각증 및 침몰을 유발합니다8. 얼어붙는 것은 일반적으로 높은 스트레스 및 불안 상태와 관련이 있으며 복종하는 행동의 일부이기도 합니다. 복잡한 행동은 동물의 불안 상태를 나타내는 훌륭한 지표입니다. NTT는 약리학적 및 유전자 조작에 민감한 것으로나타났으며9 불안 및 관련 장애의 신경 기초를 연구하는 데 유용한 도구가 되었다.
제브라피시는 매우 사회적인 종이기 때문에 다양한 사회적 행동을 측정할 수 있습니다. 숄링 테스트(shoaling test, ST)와 사회적 선호도 테스트(social preference test, SPT)는 사회적 행동을 평가하기 위해 가장 많이 사용되는 분석법이다10. ST는 물고기의 공간적 행동과 움직임 패턴을 정량화하여11 물고기가 함께 그룹화하는 경향을 측정합니다. ST는 집단 역동성, 리더십, 사회적 학습을 연구하고 많은 어종의 사회적 행동을 이해하는 데 유용하다12. 성체 제브라피쉬의 SPT는 생쥐13에 대한 사회적 신규성 테스트에 대한 크롤리의 선호도에서 채택되었으며, 이 모델 종14의 사회적 상호작용 연구를 위한 인기 있는 행동 분석법이 되었다. 이 두 가지 검사는 또한 약물 스크리닝 분석에 사용하기 위해 조정되었으며 사회적 행동을 조절하는 새로운 화합물을 식별하기 위한 가능성을 보여주었습니다 15,16.
일반적으로, 성체 제브라피쉬의 행동 분석은 활성 화합물 및 남용 약물의 행동 메커니즘 또는 신경 표현형에 대한 귀중한 정보를 제공할 수 있는 강력한 도구이다17. 이 프로토콜은 기초 물질 자원으로 이러한 행동 도구(behavioral tools)7 를 구현하는 방법과 광범위한 신경 활성 화합물의 효과를 특성화하기 위해 독성 분석에 적용하는 방법을 상세히 설명한다. 또한 신경 활성 화합물(메스암페타민)에 대한 급성 노출의 신경 행동 효과를 평가하기 위해 동일한 테스트를 적용할 수 있을 뿐만 아니라 살충제(글리포세이트)의 환경 농도에 만성적으로 노출된 후 이러한 영향을 특성화할 수도 있습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aquarium Cube shape</td>
			<td>Blau Aquaristic</td>
			<td>7782025</td>
			<td>Cubic Panoramic 10 &#160;(10 L, 20 cm x 20 cm x 25 cm, 5 mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethovision software</td>
			<td>Noldus</td>
			<td>Ethovision XT</td>
			<td>Version 12.0 or newer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GigE camera</td>
			<td>Imaging Development Systems</td>
			<td>UI-5240CP-NIR-GL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GraphPad Prism 9.02</td>
			<td>GraphPad software Inc</td>
			<td>GraphPad Prism 9.02</td>
			<td>&#160;For Windows</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IDS camera manager</td>
			<td>Imaging Development Systems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED backlight illumination</td>
			<td>Quirumed</td>
			<td>GP-G2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPSS Software</td>
			<td>IBM</td>
			<td>IBM SPSS v26</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>uEye Cockpit software&#160;</td>
			<td>Imaging Development Systems</td>
			<td>version 4.90</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

neurotoxicity assessment in adult danio rerio using a battery of behavioral tests in a single tank

신경 병리학적 효과의 존재는 수년 동안 화학 물질의 신경 독성을 평가하기 위한 주요 종점임이 입증되었습니다. 그러나 지난 50년 동안 화학 물질이 모델 종의 행동에 미치는 영향은 적극적으로 조사되었습니다. 점진적으로 행동 종점이 신경독성학적 스크리닝 프로토콜에 통합되었으며, 이러한 기능적 결과는 이제 화학물질의 잠재적인 신경독성을 식별하고 결정하는 데 일상적으로 사용됩니다. 성체 제브라피시의 행동 분석은 불안, 사회적 상호 작용, 학습, 기억 및 중독을 포함한 광범위한 행동을 연구할 수 있는 표준화되고 신뢰할 수 있는 수단을 제공합니다. 성체 제브라피쉬의 행동 분석에는 일반적으로 물고기를 실험장에 배치하고 비디오 추적 소프트웨어를 사용하여 행동을 기록 및 분석하는 것이 포함됩니다. 물고기는 다양한 자극에 노출될 수 있으며 다양한 지표를 사용하여 행동을 정량화할 수 있습니다. 새로운 수조 테스트는 물고기의 불안과 같은 행동을 연구하기 위해 가장 널리 받아들여지고 널리 사용되는 테스트 중 하나입니다. 떼를 지어 다니고 사회적 선호도 테스트는 제브라피쉬의 사회적 행동을 연구하는 데 유용합니다. 이 분석은 전체 떼의 거동을 연구하기 때문에 특히 흥미롭습니다. 이러한 분석은 재현성이 높고 약리학적 및 유전자 조작에 민감한 것으로 입증되어 행동의 기저에 있는 신경 회로와 분자 메커니즘을 연구하는 데 유용한 도구가 되었습니다. 또한 이러한 분석은 약물 스크리닝에 사용되어 행동의 잠재적 조절제일 수 있는 화합물을 식별할 수 있습니다.
이 연구에서는 기분전환용 약물인 메스암페타민(methamphetamine)과 환경오염물질인 글리포세이트(glyphosate)의 영향을 분석하면서 어류 신경독성학에 행동 도구를 적용하는 방법을 보여줍니다. 이 결과는 신경 기능을 변화시킬 수 있는 분자 메커니즘에 대한 통찰력을 제공하는 것 외에도 환경 오염 물질 및 약물의 신경 독성학적 영향을 이해하는 데 성인 제브라피쉬의 행동 분석이 크게 기여했음을 보여줍니다.

The zebrafish (Danio rerio) is a popular model vertebrate species for ecotoxicology, drug discovery, and safety pharmacology studies. Its low cost, well-established molecular genetic tools, and conservation of key physiological processes involved in the morphogenesis and maintenance of the nervous system make zebrafish an ideal animal model for neuroscience research, including neurobehavioral toxicology1,2. The main endpoint for evaluating the neurotoxicity of a chemical was, until recently, the presence of neuropathological effects. Lately, however, behavioral endpoints have been incorporated into neurotoxicological screening protocols, and these functional outcomes are now commonly used to identify and determine the potential neurotoxicity of chemicals3,4. Moreover, behavioral endpoints are highly relevant from an ecological point of view, as even a very mild behavioral change in fish could endanger the survival of the animal in natural conditions5.
One of the most used behavioral assays in adult zebrafish research is the novel tank test (NTT), which measures anxiety-like behavior6,7. In this assay, fish are exposed to novelty (fish are placed in an unfamiliar tank), a mild aversive stimulus and their behavioral responses are observed. NTT is used to assess basal locomotor activity, geotaxis, freezing, and erratic movements of fish, principally. Erratic8 is characterized by abrupt changes of direction (zigzagging) and repeated episodes of accelerations (darting). It is an alarm reaction and is usually observed before or after freezing episodes. Freezing behavior corresponds to a complete cessation of the fish&#39;s movements (except for opercular and ocular movements) while on the bottom of the tank, as distinguished from immobility caused by sedation, which causes hypolocomotion, akinesia, and sinking8. Freezing is usually related to a high state of stress and anxiety and is also part of submissive behavior. Complex behaviors are excellent indicators of the state of anxiety of animals. NTT has been shown to be sensitive to pharmacological and genetic manipulation9, making it a valuable tool for studying the neural basis of anxiety and related disorders.
Zebrafish are a highly social species, so we can measure a wide range of social behaviors. The shoaling test (ST) and the social preference test (SPT) are the most used assays to assess social behavior10. The ST measures the tendency of fish to group together11 by quantifying their spatial behavior and movement patterns. ST is useful for studying group dynamics, leadership, social learning, and understanding the social behavior of many fish species12. The SPT in adult zebrafish was adapted from Crawley&#39;s preference for social novelty test for mice13&#160;and quickly became a popular behavioral assay for the study of social interaction in this model species14. These two tests have also been adapted for use in drug screening assays and have shown promise for identifying novel compounds that modulate social behavior15,16.
In general, behavioral assays in adult zebrafish are powerful tools that can provide valuable information on the behavior mechanisms or the neurophenotypes of active compounds and abused drugs17. This protocol details how to implement these behavioral tools7 with basic material resources and how to apply them in toxicity assays to characterize the effects of a wide range of neuroactive compounds. In addition, we will see that the same tests can be applied to assess the neurobehavioral effects of acute exposure to a neuroactive compound (methamphetamine) but also to characterize these effects after chronic exposure to environmental concentrations of a pesticide (glyphosate).

저자 스포트라이트: 성체 제브라피시의 환경 및 약물 유발 행동 변화 평가 

단일 탱크에서 행동 테스트 배터리를 사용한 성인 Danio rerio 의 신경 독성 평가

Our main research aims to identify the behavioral effects induced by environmental pollutants and drugs in fish. Also trying to understand the mechanisms leading to these effects. A social and anxiety-like behavior cannot be conveniently addressed using embryos.We conduct studies targeting these behaviors in the adult Zebrafish model. This protocol details how to implement behavioral tools with basic material resources to facilitate the reproducibility of tests and harmonize the results obtained within the scientific community. The assays presented in this protocol have proven to be highly reproducible and sensitive to genetic and pharmacological manipulations, making them variable and noninvasive tools fostering the neural and molecular mechanisms underlying behavior.Once a behavioral effort has been identified, the most challenging part is to determine the specific modes of action leading to the observative efforts. Starting by the molecular initiating event where predictions can provide some clues on the molecular initiating event, we are still far from obtaining accurate predictions. We are currently interested in the determining the phase validity of the chemical models of Parkinson's disease developed in embryonic and adult Zebrafish by using MPTP and rotenone with the same, the kinematic of the gait-like movement or during an explosive movement like the acoustic evoked escape response, will be evaluated.

이 섹션에서는 어류 신경 독성학에서 이러한 행동 도구의 몇 가지 가능한 응용 프로그램을 살펴볼 것입니다. 다음 결과는 레크리에이션 약물인 메스암페타민(METH)의 급성 또는 폭음 효과와 수중 생태계에서 발견되는 주요 제초제 중 하나인 글리포세이트의 아만성 효과의 특성에 해당합니다.
성인 제브라피쉬의 메스암페타민 폭음 신경독성 모델의 특성 분석 NTT...

Watch this Scientific Journal Video about Assessment of Environmental and Drug-Induced Behavioral Changes in Adult Zebrafish at JoVE.com

여기에서는 단일 수조를 사용하여 성체 제브라피쉬에 대한 화학 물질(예: 메스암페타민 및 글리포세이트)의 잠재적인 신경 독성 영향을 효과적으로 결정하기 위해 새로운 수조, Shoaling 및 사회적 선호도 테스트를 포함한 포괄적인 행동 테스트 배터리를 제시합니다. 이 방법은 신경 독성 및 환경 연구와 관련이 있습니다.

The presence of neuropathological effects proved to be, for many years, the main endpoint for assessing the neurotoxicity of a chemical substance. ...

우리의 주요 연구는 어류의 환경 오염 물질과 약물에 의해 유발되는 행동 영향을 식별하는 것을 목표로 합니다. 또한 이러한 효과로 이어지는 메커니즘을 이해하려고 노력합니다. 사회적, 불안적 행동은 배아를 사용하여 편리하게 해결할 수 없습니다.우리는 성인 제브라피시 모델에서 이러한 행동을 목표로 하는 연구를 수행합니다. 이 프로토콜은 테스트의 재현성을 촉진하고 과학계 내에서 얻은 결과를 조화시키기 위해 기본 재료 자원으로 행동 도구를 구현하는 방법을 자세히 설명합니다. 이 프로토콜에 제시된 분석은 재현성이 높고 유전 및 약리학적 조작에 민감한 것으로 입증되어 행동의 기본 신경과 분자 메커니즘을 촉진하는 가변적이고 비침습적인 도구입니다.일단 행동적 노력이 확인되면, 가장 어려운 부분은 관찰적 노력으로 이어지는 구체적인 행동 방식을 결정하는 것이다. 예측이 분자 개시 사건에 대한 몇 가지 단서를 제공할 수 있는 분자 개시 사건부터 시작하여, 정확한 예측을 얻기까지는 아직 멀었습니다. 우리는 현재 MPTP 및 로테논을 사용하여 배아 및 성인 제브라피시에서 개발된 파킨슨병의 화학적 모델의 위상 타당도를 결정하는 데 관심이 있으며, 보행과 같은 움직임의 운동학 또는 음향 유발 탈출 반응과 같은 폭발적인 움직임 중에 평가될 것입니다.

neurotoxicity-assessment-adult-danio-rerio-using-battery-behavioral

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurotoxicity Assessment in Adult Danio rerio using a Battery of Behavioral Tests in a Single Tank

1.1K 조회수.  Institute for Environmental Assessment and Water Research (IDAEA-CSIC). 우리의 주요 연구는 어류의 환경 오염 물질과 약물에 의해 유발되는 행동 영향을 식별하는 것을 목표로 합니다. 또한 이러한 효과로 이어지는 메커니즘을 이해하려고 노력합니다. 사회적, 불안적 행동은 배아를 사용하여 편리하게 해결할 수 없습니다.우리는 성인 제브라피시 모델에서 이러한 행동을 목표로 하는 연구를 수행합니다. 이 프로토콜은 테스트의 재현성을 ?...

비디오: 저자 스포트라이트: 성체 제브라피시의 환경 및 약물 유발 행동 변화 평가 

The presence of neuropathological effects proved to be, for many years, the main endpoint for assessing the neurotoxicity of a chemical substance. However, in the last 50 years, the effects of chemicals on the behavior of model species have been actively investigated. Progressively, behavioral endpoints were incorporated into neurotoxicological screening protocols, and these functional outcomes are now routinely used to identify and determine the potential neurotoxicity of chemicals. Behavioral assays in adult zebrafish provide a standardized and reliable means to study a wide range of behaviors, including anxiety, social interaction, learning, memory, and addiction. Behavioral assays in adult zebrafish typically involve placing the fish in an experimental arena and recording and analyzing their behavior using video tracking software. Fish can be exposed to various stimuli, and their behavior can be quantified using a variety of metrics. The novel tank test is one of the most accepted and widely used tests to study anxiety-like behavior in fish. The shoaling and social preference tests are useful in studying the social behavior of zebrafish. This assay is particularly interesting since the behavior of the entire shoal is studied. These assays have proven to be highly reproducible and sensitive to pharmacological and genetic manipulations, making them valuable tools for studying the neural circuits and molecular mechanisms underlying behavior. Additionally, these assays can be used in drug screening to identify compounds that may be potential modulators of behavior.
We will show in this work how to apply behavioral tools in fish neurotoxicology, analyzing the effect of methamphetamine, a recreational drug, and glyphosate, an environmental pollutant. The results demonstrate the significant contribution of behavioral assays in adult zebrafish to the understanding of the neurotoxicological effects of environmental pollutants and drugs, in addition to providing insights into the molecular mechanisms that may alter neuronal function.

Here, we present a comprehensive behavioral test battery, including the novel tank, Shoaling, and social preference tests, to effectively determine the potential neurotoxic effects of chemicals (e.g., methamphetamine and glyphosate) on adult zebrafish using a single tank. This method is relevant to neurotoxicity and environmental research.

연구

신경과학

Experimental Tank Configuration and Video Recording Setup for Behavioral Testing in Adult Zebrafish

To begin, assemble the square experimental tanks, cameras, and computers. For individual behavior assays of zebra fish. Fill the tank with seven liters of 28 degrees Celsius well-oxygenated fish water.Adjust the position of the tank in front of the camera to avoid distorted images. Using the LED backlight, check the illumination setup, and turn on the camera. Next, open the camera manager to check the availability of the jiggy camera on the computer.Launch the jiggy camera controlling software and open the Camera option. Then select Monochrome Mode and adjust the image size. Open camera properties, and under Camera, set the pixel clock to maximum and frame rate to 30 frames per second.Then, adjust the exposure. Now under Image, set the gain to zero and adjust the black levels. In the Size tab, adjust the window dimensions to the region requiring engraving.Once done, close the camera properties. Next, create a general folder for the experiment session to save the camera settings and videos. Then click File, Save Parameters, and to file to save the settings.After configuring all cameras, open record video sequence and select Create to save as a new video file. Select max frames, and enter 10, 800 in the frame box. Then select Calculate Frame Rate.Introduce the fish one by one at the bottom of the experimental tanks for behavioral tests, and click Record to start the recording. For the shoaling test, introduce the shoal at the bottom of the experimental tank. For the social preference test, introduce the fish one by one at the bottom of the different experimental tanks.Once a chat box with a maximum number of frames achieved appears on the screen, click Accept. Then select Close to conclude the recording. Finally, remove the fish recorded for behavioral tests from the experimental tank and separate them from naive fish.

성체 제브라피쉬의 행동 테스트를 위한 실험 수조 구성 및 비디오 녹화 설정

Analysis of Recorded Videos for Behavioral Testing of Adult Zebrafish

Open the Analysis Software for examining fish behavioral test data. To elaborate on a new template, click on New from template, then Apply a pre-defined template followed by From video file. Then select a video from the template set up.In the Parameters window, select the model fish to adult zebrafish, the arena to Open field, square to one arena and the number of subjects per arena. Then choose the type of detection by Center point and adjust the frame rate to 30 FPS. Name the experiment as a template and store it in the same folder as the rest of the videos.Under Experiment Settings, review the configured setup. In Arena Settings, right click on the center of the screen and select Grab. From file in the display, select a good quality video image and click Accept to capture this image for the background settings.Using the 19 centimeters width of the tank as a scale, calibrate the captured image to create a calibrated rule. Then draw the arena, and using the frame function, delineate the shape zones. For the novel tank test and shoaling test, draw two equal horizontal boxes on the tank.Draw three equal vertical boxes for the social preference test. Under Trial Control Settings, put an infinite time condition and remove the other components. Next, under Detection Settings, select the video for analysis from the video file and check the detection quality.Click on Auto Detect to adjust the detection and refocus the animal. Under Trial Settings, input one trial. Then under Data Profiles, create results dialogue windows.And under Analyze Profiles, select the parameters to analyze. To copy and use the template, open the template file with behavior analysis software. Then go to File and click Save As to create a new identical file.Alternatively, select New from Template, then apply to custom template. Next, go to Arena Settings to readjust the template. Under Acquisition, select DDS, then click Ready to start to process the video.Once the acquisition is complete, go to track editor to check the processed video. Finally, in Statistics, click on Calculate, then Export Data. Anxiety behavior assessed in a novel tank test of zebrafish exposed to methamphetamine exhibited a decrease in distance traveled, exploration distance and time, and number of visits to the upper zone of the tank.The latency time before the first visit to the upper zone increased significantly. Freezing behavior increased also significantly after three hours of methamphetamine exposure. Social behavior assessed in the shoaling test of the methamphetamine treated fish displayed a behavioral phenotype of social isolation with an increased average and farthest distances between individuals.Social behavior assessed in the social preference test of the methamphetamine treated fish showed a significant decrease in time spent and distance traveled in the conspecific zone.