Development of an ethologically relevant chronic stress model of depression

• Author(s): Correia, Ana Margarida Araújo, 1986-
• Date: 2010
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/2030
• Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
• Subject(s): Fisiologia animal; Hipocampo; Stress; Teses de mestrado
• Document Type: Master thesis
• Language: English
• Advisor(s): Strekalova, Tatyana; Pawluski, Jodi
• Contributor(s): Repositório da Universidade de Lisboa

Description

Tese de mestrado, (Biologia) Biologia Humana e Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010

It is known that the application of a 4-week chronic stress in C57BL/6 mice leads to the development of anhedonia, a core symptom of depression, assessed by the decrease in sucrose intake and preference. The chronic stress paradigm also leads to locomotor changes, anxietylike behavior and impairment in memory and learning. The aim of this project was to study the effects of the application of a shorter chronic stress (2 weeks), consisting only of ethological stressors on hedonic status, anxiety-like behavior, locomotion and hippocampus-dependent performance, in C57BL/6 mice. In study 1, animals’ daily water drinking patterns were evaluated in order to optimize a sucrose test. In study 2, mice were divided into control and stress groups, based on baseline body weight, sucrose test data and social status. Mice from stress group were then submitted to chronic stress, consisting of rat exposure over-night and social defeat using CD1 male mice. After the chronic stress procedure, body weight, hedonic status in the sucrose test, anxiety-like behavior in the elevated O-maze test, open-field activity at different times of the day cycle, and hippocampus-dependent performance in the food-displacement tube test and in the contextual fear-conditioning paradigm, were assessed. Mice showed, in study 1, a large variability in patterns of water consumption, suggesting the application of a sucrose test of longer duration. In study 2, stressed mice showed no significant decrease in sucrose preference, but they presented an increased water intake, which is regarded as a sign of stress. They also showed significant reduction in weight, compared to control mice, and significant anxiolytic-like changes both in O-maze and openfield tests. In addition, stressed mice spent less time freezing in the fear conditioning paradigm than control mice, showing impairment in hippocampus-dependent performance. We did not see significant differences between groups in the food-displacement tube test, however a positive correlation was found between freezing behavior and number of pellets taken from the tube. Together, our data suggests that applied here 2-week ethological stress induced a depressive-like phenotype and had signs of physiological impact in C57BL/6. However, more studies are required to validate this model.

A depressão é uma doença grave, que provoca risco de vida. De acordo com a Associacao Psiquiatrica Americana (Manual Estatistico e de Diagnóstico de Doenças Mentais, DSM-IV, 1994), uma pessoa diagnosticada com depressão deve apresentar, juntamente com humor disfórico e perda de interesse ou prazer em quase todas as actividades, ou seja anedonia, pelo menos 4 sintomas adicionais, entre os quais agitação ou retardo psicomotor, perda marcada de peso, perturbações de sono, diminuição de apetite, sentimentos de culpa ou ideação suicida, durante um periodo de pelo menos 2 semanas. Vários modelos animais são usados, usando roedores, para mimetizar esta doença, os quais se baseiam na aplicação de stressores aos animais, de modo a induzir caracteristicas tipicas de depressão e, assim, possibilitar o estudo em laboratorio desta sindrome. Estudos prévios mostram que a aplicação de stress crónico durante longos periodos de tempo induz, em murganhos C57BL/6, uma sindrome típica de depressão e anedonia, um sintoma chave da depressão, avaliado pela diminuição no consumo e preferência por uma solução de sucrose. Este paradigma conduz, ainda, a alterações na locomoção, no comportamento típico de ansiedade e a danos na memória e aprendizagem. No entanto, por motivos éticos, esforços têm sido efectuados no sentido de diminuir a carga de stress e desconforto em animais de laboratorio. O objectivo deste projecto foi, então, estudar os efeitos da aplicação de um stress crónico de menor duração (2 semanas), limitando-nos à utilização de stressores etológicos (naturais), no estado hedónico, comportamento tipico de ansiedade, locomoção e desempenho dependente do hipocampo, em murganhos C57BL/6. O estudo 1 consistiu na avaliação dos padrões diários de consumo de água de 23 animais durante 3 dias consecutivos, de modo a optimizar o teste de sucrose. Foram analisados tanto os seus valores totais de consumo de água, como os picos diários no consumo. No estudo 2, 32 murganhos C57BL/6 foram divididos em 2 grupos, controlo (n = 10) e stress (n = 22), usando como parâmetros o seu peso corporal base, os dados de um teste de sucrose (preferência pela solução de sucrose, consumo de água e de sucrose, e consumo total de liquidos) e o seu status social (agressivo, submisso ou neutro). Os animais do grupo stress foram, posteriormente, submetidos ao procedimento de stress crónico, durante 2 semanas, que consistiu na exposição a ratos durante a fase nocturna do seu ciclo diario, e derrota social, com exposição a murganhos machos CD1, duas vezes por dia. Relativamente ao estudo 1, verificou-se que a quantidade de líquido consumida variou significativamente ao longo dos 3 dias de teste. O volume de água consumido decresceu do dia 1 para o dia 2, e deste para o dia 3. Este decréscimo pode ser explicado por dois motivos: flutuações na temperatura, visto que ocorre uma diminuição no consumo de água quando a temperatura diminui, ou preferência dos animais por água fresca. Verificou-se, ainda, a existencia de 4 picos de consumo em murganhos C57BL/6: +2,5h, +5h, +7,5h e +10h, apos o inicio do teste. Os animais, em geral, não mantêm o mesmo pico no consumo de dia para dia. Estes dados evidenciam uma grande variabilidade na dinâmica diária de consumo de líquidos nestes animais, ressalvando a importância da utilização de testes de maior duração, quando se pretendam avaliar consumo de líquidos. Assim, escolhemos aplicar os testes de sucrose durante 24h, de modo a evitar o uso de protocolos de duração menor que podem ser erróneos. Quanto ao estudo 2, apos exposição a stress cronico, os seguintes parâmetros foram avaliados nos murganhos: peso corporal, estado hedónico no teste de sucrose, comportamento típico de ansiedade no teste 0-maze elevado, actividade em open-field a diferentes alturas do ciclo diário, e desempenho dependente do hipocampo no teste de deslocamento de comida de um tubo e no paradigma de condicionamento de medo contextual. Após a aplicação de stress crónico, embora tenhamos visto sinais de stress pelo aumento no consumo de água nos animais submetidos ao mesmo, ambos os grupos de animais não demonstraram uma preferência por sucrose em vez de água. Estes resultados demonstram a presenca de resultados anormais neste parâmetro no grupo controlo. Este comportamento anormal pode dever-se a falhas no teste de sucrose e não no procedimento de stress em si. Por razões técnicas, não nos foi possivel repetir este teste, o que nos deixa na incógnita quanto ao desenvolvimento ou não de anedonia. Contudo, tudo isto sugere que o nosso procedimento de curta duração e intensidade não conduziu a mudancas detectaveis no estado anedónico dos murganhos. A indução de anedonia pode, assim, necessitar de uma determinada carga de stress, que não foi alcancada com este modelo. Observou-se, ainda, um efeito do stress no peso corporal, sendo que os murganhos submetidos a stress sofreram uma redução significativa no peso corporal, quando comparados com os murganhos controlo. Relativamente ao teste de 0-maze, os murganhos stressados demoraram menos tempo a sair das areas fechadas do aparelho para as areas associadas a ansiedade, ou seja, abertas ao exterior. Despenderam, ainda, mais tempo nessas areas e sairam mais vezes para as mesmas, que os animais controlo. Estes comportamentos são comportamentos típicos ansiolíticos, ou seja, os animais não demonstraram sinais de ansiedade. Tais resultados podem ser devidos ao desenvolvimento de hiperactividade, uma caracteristica de murganhos C57BL/6 submetidos a stress. Esta hiperactividade pode ser causada tanto pela intensidade e duração do stress crónico como pela utilização de luz forte (25-Lux). Os resultados obtidos no teste de openfield corroboram os resultados obtidos no teste 0-maze. Neste teste observamos, tambem, sinais de hiperactividade quando realizado sob luz forte, sendo que os animais passaram menos tempo imóveis no total, e tanto na zona periférica como na zona central do aparelho, outro sinal de comportamento típico ansiolítico. No teste realizado sob luz vermelha, os animais não mostraram alterações na locomoção. Neste estudo, observamos que os animais stressados despenderam significativamente menos tempo estaticos no teste de condicionamento de medo contextual e mostraram uma tendencia para um aumento do tempo de latencia no comportamento de deslocamento e um número reduzido de pellets retirados do tubo, 1h apos o inicio do teste de deslocamento de comida de um tubo, quando comparados com o grupo controlo. Assim, esta parte do nosso estudo sugere a existência de danos na função do hipocampo, apos 2 semanas de stress. Este estudo revelou ainda, pela primeira vez, uma correlação positiva entre estes dois testes, mostrando que o teste de deslocamento de comida de um tubo pode ser um teste válido para a detecção de défices na função do hipocampo. Em conjunto, os nossos dados deixam em aberto a possibilidade de que o nosso modelo de stress crónico pode ter induzido anedonia, apenas não o conseguimos detectar com o nosso teste de sucrose. Os resultados obtidos acerca da plasticidade do hipocampo e as alterações observadas no teste do 0-maze e no peso corporal corroboram esta conclusao. Sugerimos que o nosso protocolo de stress induziu um fenotipo típico de depressão em murganhos C57BL/6. No entanto, mais estudos serão necessarios para validar este modelo.