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이 프로토콜은 출생 후 초기에 빈곤한 환경과 예측할 수 없는 산모의 보살핌으로 인한 초기 삶의 역경이 뇌 발달과 정신 장애의 미래 위험에 어떻게 영향을 미치는지 연구하기 위한 동물 모델을 설명합니다.
학대, 방치, 자원 부족, 예측할 수 없는 가정 환경과 같은 초기 삶의 역경(ELA)은 우울증과 같은 신경 정신 질환 발병의 위험 요인으로 알려져 있습니다. ELA에 대한 동물 모델은 만성 스트레스가 뇌 발달에 미치는 영향을 연구하는 데 사용되어 왔으며, 일반적으로 인간을 포함한 포유류의 초기 생활 경험의 주요 원인이기 때문에 모성 관리의 품질 및/또는 양을 조작하는 데 의존합니다. 여기에서는 마우스에 LBN(Limited Bedding and Nesting) 모델을 사용하기 위한 자세한 프로토콜이 제공됩니다. 이 모델은 새끼를 위한 둥지를 짓기 위해 댐에 제공되는 둥지 재료의 양을 제한하고 케이지의 메쉬 플랫폼을 통해 쥐를 침대에서 분리함으로써 중요한 발달 기간(출생 후 2-9일) 동안 단편적이고 예측할 수 없는 모성 관리 패턴을 유발하는 자원이 부족한 환경을 모방합니다. LBN 모델로 인한 모성 행동의 변화, 강아지 체중 감소 및 기저 코르티코스테론 수치의 장기적 변화를 설명하기 위해 대표 데이터가 제공됩니다. 성인이 되었을 때 LBN 환경에서 자란 자손은 비정상적인 스트레스 반응, 인지 결핍 및 무쾌감증과 같은 행동을 보이는 것으로 나타났습니다. 따라서 이 모델은 스트레스에 민감한 뇌 회로의 성숙이 ELA에 의해 어떻게 변화되고 정신 장애에 취약성을 부여하는 장기적인 행동 변화를 초래하는지 정의하는 중요한 도구입니다.
출생 후 초기는 환경적 영향이 발달 궤도를 바꿀 수 있는 중요한 발달 시기입니다. 예를 들어, 어린 시절의 역경(ELA)은 뇌 발달을 변화시켜 인지 및 정서적 기능의 장기적인 변화를 유발할 수 있습니다. ELA의 예로는 신체적 또는 정서적 학대, 방치, 부적절한 자원, 아동기 또는 청소년기에 발생하는 예측할 수 없는 가정 환경등이 있다 1. ELA는 우울증, 약물 사용 장애, 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 및 불안과 같은 장애를 발병시키는 위험 요인으로 알려져 있습니다 2,3,4,5. 이는 미국의 아동 빈곤 수준이 2021년 5.2%에서 2022년 12.4%로 최근 두 배 이상 증가했다는 점을 감안할 때 중요합니다6, 빈곤 자체가 반드시 ELA는 아니지만 다양한 유형의 ELA의 가능성을 증가시킵니다7.
동물 모델은 어린 시절의 스트레스가 뇌 발달과 성인의 결과에 미치는 영향을 이해하는 데 오랫동안 필수적이었습니다. 최근 몇 년 동안 이 현상을 해부하기 위해 사용된 두 가지 주요 동물 모델은 모성 분리(MS)와 제한된 침구 및 둥지 재료(LBN)로 인한 빈곤한 환경입니다. 다발성경화증은 부모의 결핍의 모델로 개발되었다8. 그 안에서 설치류 댐은 젖을 뗄 때까지 매일 몇 시간 동안 새끼로부터 빼앗깁니다8. 다발성경화증 패러다임은 성인기에 우울증 및 불안과 유사한 행동을 유발하는 것으로 밝혀졌습니다.9 뿐만 아니라 만성 스트레스에 대한 비정상적인 반응을 보입니다10,11. 반면에, 바람 실험실(12)에서 처음 개발된 LBN 모델은 댐과 새끼를 분리하는 것이 아니라, 오히려 새끼가 사육되는 환경을 수정하여 자원이 적은 환경(12,13)을 모방한다. 이 모델에서는 둥지 재료의 양을 줄이고 침구에 직접 접근하는 것을 방지하면 댐으로 인한 모성 보호가 중단된다3. 인지 및 정서적 뇌 회로의 적절한 발달을 위해서는 견고하고 예측 가능한 모성 관리가 필요하기 때문에14, LBN의 단편적인 모성 관리는 과잉 활동성 시상하부-뇌하수체-부신(HPA) 축, 여러 뇌 영역에서의 흥분-억제 균형 변화, 부신피질자극호르몬 방출 호르몬(CRH) 수치 증가, 자손의 우울과 유사한 행동 등 다양한 결과를 초래할 수 있다13, 15,16,17,18,19.
ELA가 신경 정신 장애의 위험을 증가시키는 정확한 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다. 이는 HPA 축 회로(19,20)의 변화와 관련이 있는 것으로 생각되며, 최근의 증거는 이것이 미세아교세포 시냅스 가지치기(19)의 변화에 의해 야기될 수 있음을 보여준다. LBN 모델은 주산기 환경이 뇌 발달과 장기적인 행동 결과에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 도구인 것으로 나타났습니다. 이 모델은 처음에는 랫트를 위해 개발되었지만, 기존의 형질전환 도구(12,13)를 활용하기 위해 마우스에도 적용되었다. 주목할 만한 점은, 이 모델은 두 종 모두에서 매우 유사하며, HPA 축의 변화, 인지 결핍 및 우울증과 같은 행동과 같은 매우 수렴적인 결과를 유발하여 종 간 유용성과 번역 잠재력을 강조합니다. 이 기사에서는 마우스에서 제한된 침구 및 둥지 모델을 사용하는 방법에 대한 자세한 설명을 제공하고, 모델의 효능과 예상 결과를 검증하기 위해 모성 행동 및 자손 결과를 수집 및 분석합니다.
동물과 관련된 모든 절차는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)의 실험동물 관리 및 사용 가이드(National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals)에 따라 수행되었으며, 조지아 주립 대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(Institutional Animal Care and Use Committee)의 승인을 받았습니다(승인 번호 A24011). 생쥐는 조지아 주립 대학의 동물 시설에서 사육되고 관리되었습니다. 실험은 주산기(출생 후 일[P] 2-10) 동안 C57BL/6J 균주에 대해 수행되었으며 남성과 여성을 포함했습니다. 이 연구에 사용된 시약 및 장비는 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 재료 설정
2. LBN(Limited bedding and nesting) 패러다임
그림 1: 케이지 설정의 예. 이미지 왼쪽의 케이지는 전체 양의 침구와 전체 둥지가 포함된 표준 제어(CTL) 케이지를 보여줍니다. 오른쪽의 케이지는 침구 양의 절반, 둥지 절반, 침구에서 동물을 분리하기 위한 메쉬 칸막이로 구성된 제한된 침구 및 둥지(LBN) 설정을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 모성 행동 점수 매기기
행동 유형 | 약어 | 묘사 | ||||
핥아 / 그루밍 | Lg 전자 | 댐은 새끼를 핥거나 손질하는 데 종사하고 있습니다. | ||||
적극적인 간호 | 안 | 댐은 등을 구부리고 서서 새끼를 돌보고 있습니다. | ||||
새로운 액티브 간호 | (주)엔-안 | 이 동작은 댐이 수유를 중단했지만 빠르게 재개할 때 특히 사용됩니다. 이것은 3s 규칙의 예외입니다. | ||||
낮은 수유 | 천연가스 | 댐은 새끼에게 적극적으로 젖을 먹이고 있지만 등은 낮거나 거의 평평합니다. 이 동작은 일반적으로 일정 기간 후에 AN을 따릅니다. | ||||
사이드 간호 | 에스엔에스 | 댐은 수유할 때 옆으로 누워 있습니다(수동 간호라고도 함). | ||||
둥지 끄기 | O | 댐은 둥지에 있지 않으며 그녀는 먹거나 마시지 않습니다. 이것은 그녀가 우리 주위를 걷거나 탐험하는 것에서 관찰 할 수 있습니다. | ||||
음식/마실 거리 | E | 댐은 둥지에서 벗어나 먹거나 마시고 있습니다. | ||||
셀프 그루밍 | SG (영문) | 댐은 스스로를 손질하고 있습니다. | ||||
새끼 데리고 다니기 | C | 댐은 일반적으로 새끼를 둥지로 다시 이주시키기 위해 새끼를 운반합니다. | ||||
둥지 건물 | 주의: | 댐은 둥지를 적극적으로 건설하거나 이전하고 있습니다. | ||||
둥지에서 이동 | M | 댐이 둥지 위에서 움직이고 있습니다. 이것은 댐이 LG 또는 새끼를 킁킁거리거나 기르거나 밟는 것과 같은 모든 유형의 간호와는 다른 방식으로 새끼와 상호 작용하는 것을 나타냅니다. |
표 1: 모성 보호 행동에 대한 설명.
4. 모성 행동 데이터 분석
5. 엔트로피 계산
참고: 모성 보호 행동의 엔트로피 또는 예측 불가능성은 Vegetabile et al.23이 제안한 방법에 따라 계산됩니다. 이 방법은 모성 보호 행동이 행동 시퀀스의 엔트로피 속도를 추정하는 데 사용할 수 있는 마르코프 사슬로 작용한다는 가정을 기반으로 합니다. 각 댐의 일련의 거동은 경험적 전이 행렬 ij> i,j = 1... 한 행동 (i)에서 다른 행동 (j)으로 이동하는 조건부 확률 중 7 가지이며, 엔트로피 속도는 앞서 설명한 3,23과 같이 이로부터 계산되며 다음과 같습니다.
여기서 pij 는 댐이 행동 i를 수행하는 것이 관찰된 후 행동 j가 다음에 관찰될 조건부 확률이고,π i 는 행동 i가 관찰되는 빈도이며, M(=7)은 서로 다른 행동의 총 수입니다. 독자는 방정식의 이론적 토대에 대한 논의를 위해 Vegetabile et al.23 을 참조합니다. 여기서는 LBN 모델에 방법을 적용하는 방법에 초점을 맞춥니다.
대표적인 결과는 LBN 케이지의 빈곤한 환경으로 인해 부과된 ELA가 댐에서의 모성 보호와 자손의 생리적 결과에 어떻게 영향을 미치는지를 보여줍니다. 모성 돌봄 행동의 일일 엔트로피는 P3-P6일에 걸쳐 LBN에서 더 높습니다(F1,58 = 7.21, p = 0.0094; 그림 2A), 이 기간 동안 각 댐의 평균 엔트로피(t15 = 3.03, p = 0.0085; 그림 2B). 주목할 ...
이 기사에서는 마우스에 LBN 모델을 적용하기 위한 자세한 프로토콜을 제공합니다. 이 모델은 어린 시절의 만성 스트레스의 행동학적, 번역학적으로 관련된 형태가 어떻게 자손의 신경정신질환 발병에 기여하는지 이해하는 데 중요한 도구이다13. 또한 분자, 신경내분비 또는 회로 기반 관점에서 모성 행동과 댐 뇌의 변화를 연구하는 데 유용하다24. 이러한 유형?...
저자는 이해 상충이 없습니다.
이 연구는 NIMH K99/R00 Pathway to Independence Award #MH120327, Whitehall Foundation Grant #2022-08-051, Brain & Behavior Research Foundation 및 The John and Polly Sparks Foundation의 NARSAD Young Investigator Grant #31308의 지원을 받았습니다. 저자들은 동물을 특별히 보살펴 준 조지아 주립 대학의 동물 자원학과와 비디오 관리 시스템을 설정하고 유지 관리하는 데 탁월한 기술 지원을 해준 Ryan Sleeth에게 감사의 뜻을 전합니다. Bolton 박사는 또한 박사 후 연구원 기간 동안 LBN 모델의 적절한 구현에 대한 훌륭한 교육을 제공한 Tallie Z. Baram 박사에게 감사를 표하고 싶습니다.
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