Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Здесь мы представляем комплексную батарею поведенческих тестов, включая новый аквариум, шолинг и тесты социальных предпочтений, для эффективного определения потенциального нейротоксического воздействия химических веществ (например, метамфетамина и глифосата) на взрослых рыбок данио, использующих один аквариум. Этот метод имеет отношение к нейротоксичности и экологическим исследованиям.
Наличие невропатологических эффектов в течение многих лет являлось основной конечной точкой для оценки нейротоксичности химического вещества. Однако в последние 50 лет активно исследуется влияние химических веществ на поведение модельных видов. Постепенно поведенческие конечные точки были включены в протоколы нейротоксикологического скрининга, и эти функциональные результаты в настоящее время регулярно используются для выявления и определения потенциальной нейротоксичности химических веществ. Поведенческие анализы взрослых рыбок данио-рерио предоставляют стандартизированные и надежные средства для изучения широкого спектра поведения, включая тревогу, социальное взаимодействие, обучение, память и зависимость. Поведенческие анализы взрослых рыбок данио-рерио обычно включают в себя помещение рыб на экспериментальную арену, запись и анализ их поведения с помощью программного обеспечения для видеослежения. Рыбы могут подвергаться воздействию различных стимулов, а их поведение может быть количественно оценено с помощью различных показателей. Новый аквариумный тест является одним из наиболее принятых и широко используемых тестов для изучения тревожного поведения у рыб. Тесты на косяки и социальные предпочтения полезны при изучении социального поведения рыбок данио. Этот анализ особенно интересен, так как изучается поведение всего косяка. Эти анализы оказались высоковоспроизводимыми и чувствительными к фармакологическим и генетическим манипуляциям, что делает их ценными инструментами для изучения нейронных цепей и молекулярных механизмов, лежащих в основе поведения. Кроме того, эти анализы могут быть использованы при скрининге лекарств для выявления соединений, которые могут быть потенциальными модуляторами поведения.
В этой работе мы покажем, как применять поведенческие инструменты в нейротоксикологии рыб, анализируя действие метамфетамина, рекреационного наркотика, и глифосата, загрязнителя окружающей среды. Результаты демонстрируют значительный вклад поведенческих анализов на взрослых рыбках данио-рерио в понимание нейротоксикологических эффектов загрязнителей окружающей среды и лекарств, а также дают представление о молекулярных механизмах, которые могут изменять функцию нейронов.
Рыбка данио-рерио (Danio rerio) является популярным модельным видом позвоночных для экотоксикологии, разработки лекарств и фармакологических исследований безопасности. Его низкая стоимость, хорошо зарекомендовавший себя молекулярно-генетический инструментарий и сохранение ключевых физиологических процессов, участвующих в морфогенезе и поддержании нервной системы, делают рыбку данио-рерио идеальной животной моделью для исследований в области нейробиологии, включая нейроповеденческую токсикологию 1,2. Основной конечной точкой для оценки нейротоксичности химического вещества до недавнего времени было наличие невропатологических эффектов. Однако в последнее время поведенческие конечные точки были включены в протоколы нейротоксикологического скрининга, и эти функциональные исходы в настоящее время широко используются для выявления и определения потенциальной нейротоксичности химических веществ 3,4. Более того, поведенческие конечные точки очень важны с экологической точки зрения, поскольку даже очень незначительные изменения в поведении рыб могут поставить под угрозу выживание животного в естественныхусловиях.
Одним из наиболее часто используемых поведенческих тестов в исследованиях взрослых рыбок данио является новый резервуарный тест (NTT), который измеряет тревожное поведение 6,7. В этом анализе рыбы подвергаются воздействию новизны (рыбы помещаются в незнакомый аквариум), мягкого аверсивного раздражителя и наблюдаются их поведенческие реакции. НТТ используется в основном для оценки базальной локомоторной активности, геотаксиса, замерзания и беспорядочных движений рыб. Неустойчивая8 характеризуется резкими изменениями направления (зигзагами) и повторяющимися эпизодами ускорений (рывок). Это тревожная реакция, которая обычно наблюдается до или после эпизодов замерзания. Поведение замерзания соответствует полному прекращению движений рыбы (за исключением оперкулярных и глазных движений) во время нахождения на дне аквариума, в отличие от неподвижности, вызванной седацией, которая вызывает гиполокомоцию, акинезию и погружение8. Замерзание обычно связано с высоким уровнем стресса и тревоги, а также является частью покорного поведения. Сложное поведение является отличным индикатором состояния беспокойства животных. Былопоказано, что НТТ чувствительна к фармакологическим и генетическим манипуляциям, что делает ее ценным инструментом для изучения нейронной основы тревоги и связанных с ней расстройств.
Рыбки данио-рерио являются очень социальным видом, поэтому мы можем измерить широкий спектр социального поведения. Тест на мелководье (ST) и тест социальных предпочтений (SPT) являются наиболее часто используемыми тестами для оценки социального поведения10. ST измеряет склонность рыб группироватьсявместе 11 путем количественной оценки их пространственного поведения и моделей движения. ST полезен для изучения групповой динамики, лидерства, социального обучения и понимания социального поведения многих видов рыб12. SPT у взрослых рыбок данио-рерио был адаптирован из теста Кроули на социальную новизну для мышей13 и быстро стал популярным поведенческим тестом для изучения социального взаимодействия у этого модельноговида. Эти два теста также были адаптированы для использования в скрининговых тестах на наркотики и показали перспективность для выявления новых соединений, которые модулируют социальное поведение15,16.
В целом, поведенческие анализы у взрослых рыбок данио-рерио являются мощными инструментами, которые могут предоставить ценную информацию о механизмах поведения или нейрофенотипах активных соединенийи злоупотребляемых наркотиков. В этом протоколе подробно описывается, как реализовать эти поведенческие инструменты7 с базовыми материальными ресурсами и как применять их в анализах токсичности для характеристики эффектов широкого спектра нейроактивных соединений. Кроме того, мы увидим, что те же самые тесты могут быть применены для оценки нейроповеденческих эффектов острого воздействия нейроактивного соединения (метамфетамина), а также для характеристики этих эффектов после хронического воздействия концентраций пестицида (глифосата) в окружающей среде.
Строгое соблюдение этических норм гарантирует благополучие и надлежащее обращение с рыбками данио, используемыми для экспериментов. Все экспериментальные процедуры проводились в соответствии с руководящими принципами, установленными Институциональными комитетами по уходу за животными и их использованию (CID-CSIC). Протоколы и результаты, представленные ниже, выполнены в соответствии с лицензией, выданной местным самоуправлением (номер договора 11336).
1. Содержание животных для поведенческого тестирования
Рисунок 1: Экспериментальные установки. Три конфигурации квадратного аквариума для изучения широкого спектра поведения взрослых рыбок данио. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Хронология эксперимента. Два предложения по планированию записи поведенческих анализов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
2. Экспериментальные конфигурации танка
3. Видеозапись для поведенческих тестов
4. Анализ записанных видео
5. Статистический анализ
В этом разделе мы рассмотрим некоторые возможные применения этих поведенческих инструментов в нейротоксикологии рыб. Следующие результаты соответствуют характеристике острых или запойных эффектов метамфетамина (МЕТАМ), рекреационного наркотика, и субхронических эффектов глифосата...
Характерное тревожное поведение, наблюдаемое при НТТ, положительно коррелировало с уровнями серотонина, проанализированными в мозге21. Например, после воздействия парахлорфенилаланина (PCPA), ингибитора биосинтеза 5-НТ, у рыб наблюдался положительный геотаксис, а также сниж?...
Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Эта работа была поддержана "Agencia Estatal de Investigación" Министерства науки и инноваций Испании (проект PID2020-113371RB-C21), IDAEA-CSIC, Центром передового опыта Северо Очоа (CEX2018-000794-S). Джульетт Бедроссианц получила грант (PRE2018-083513), софинансируемый правительством Испании и Европейским социальным фондом (ESF).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Aquarium Cube shape | Blau Aquaristic | 7782025 | Cubic Panoramic 10 (10 L, 20 cm x 20 cm x 25 cm, 5 mm) |
Ethovision software | Noldus | Ethovision XT | Version 12.0 or newer |
GigE camera | Imaging Development Systems | UI-5240CP-NIR-GL | |
GraphPad Prism 9.02 | GraphPad software Inc | GraphPad Prism 9.02 | For Windows |
IDS camera manager | Imaging Development Systems | ||
LED backlight illumination | Quirumed | GP-G2 | |
SPSS Software | IBM | IBM SPSS v26 | |
uEye Cockpit software | Imaging Development Systems | version 4.90 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены