Yetişkin Farelerde Orta beyin dopamin Nöronlar Sayısının Çevre Modülleri
Summary
This protocol describes two different environmental manipulations and a concurrent brain infusion protocol to study environmentally-induced brain changes underlying adaptive behavior and brain repair in adult mice.
Abstract
Beyin veya beyin plastisite 'Uzun süreli değişiklikler hastalık ya da yaralanma aşağıdaki uyarlamalı davranış ve beyin onarımı altında yatan. Ayrıca, bizim çevre ile etkileşimleri beyin plastisite neden olabilir. Giderek, araştırma beyin ve davranış bozuklukları tedavisinde yararlı beyin plastisite teşvik hangi ortamlar belirlemek için çalışıyor. İki çevresel manipülasyonlar açıklanan hangi artırmak veya yetişkin fare orta beyindeki nöronlar tirozin hidroksilaz immünopozitif sayısını (TH +, dopamin (DA) sentezinde hız kısıtlayıcı enzim) azaltın. İlk eşleştirme erkek ve birlikte sürekli erkeklerde yaklaşık% 12 oranında orta beyin TH + nöronlar artar 1 hafta için dişi farelerin içermektedir, ancak kadınlarda yaklaşık% 12 oranında orta beyin TH + nöronlar azaltır. İkinci vb çalışan tekerlekleri, oyuncaklar, halatlar, yuvalama malzeme, içeren 'zenginleştirilmiş ortamlarda' (EE) 2 hafta boyunca sürekli konut fareler içermektedir ierkeklerde yaklaşık% 14 oranında orta beyin TH + nöronlar ncreases. Ayrıca, bir protokol eş zamanlı çevre kaynaklı beyin plastisite altında yatan mekanizmaları belirlemek yardımcı olmak için bu çevresel manipülasyonlar sırasında doğrudan orta beyin içine uyuşturucu beslerken için tarif edilmiştir. Örneğin, daha orta beyin TH + nöronların EE-indüksiyon orta beyin nöronlar üzerine sinaptik girdi eşzamanlı ablukası tarafından kaldırılmıştır. Birlikte, bu veriler çevre ile ilgili bilgiler veya 'DA' genlerin ifadesi kapatmak için orta beyin nöronların sinaptik giriş üzerinden geçirilen olduğunu göstermektedir. Böylece, altta yatan mekanizmaların hedef uygun çevresel stimülasyon ya da ilaç, orta beyin DA dengesizliklerin ile ilişkili beyin ve davranış bozuklukları tedavisinde yararlı olabilir (örn Parkinson hastalığı, dikkat eksikliği ve hiperaktivite bozukluğu, şizofreni, ve uyuşturucu bağımlılığı).
Introduction
Ortabeyin ventral tegmental alan (VTA) ve substantia nigra pars compactadaki (SNc) nöronların tarafından DArgic sinyal ödül motive bilişsel, duygusal ve motor davranışlar için önemli olduğu düşünülmektedir. Ancak, çok fazla veya çok az orta beyin DA sinyal birçok devre dışı nörolojik bozukluklar çeşitli belirtileri (örneğin Parkinson hastalığı, dikkat eksikliği ve hiperaktivite bozukluğu, şizofreni, ve uyuşturucu bağımlılığı) neden olur. Artırmak veya DA bu belirtileri hafifletmek sinyalizasyon azaltan ilaçlar, ancak onlar da düzensiz sinyal atfedilebilecek yan etkileri ve hedef dışı etkiler üretmek. İlaç etkinliği, aynı zamanda, beynin telafi tepkiler zamanla azalır. Bu bakımdan, bir daha hedefli ve fizyolojik şekilde normal orta beyin DA sinyal geri ve bir tercih yaklaşım artan ya da orta beyin DA nöron sayısını azaltarak gereğidir.
Kanıt sev için biriken edilmiştir(1 gözden) olgun yetişkin hücrelerde metabolize ve ticareti DA ve diğer katekolaminlerin yer alan genlerin ve proteinlerin ifadesi değiştirilebilir olduğunu eral yıl. TH immunonegative (TH-) nöron sayısı karşısında modelini gösterir iken orta beyin, tirozin hidroksilaz immünopozitif sayısı (TH + DA sentezi, oran-sınırlayıcı enzim) nöron sonra, (örneğin, bir artış nörotoksin verilmesini 2,3 aşağıdaki da artar sonra) 3 azalır. Bu daha sonra bazı hücreler tarafından 'DA fenotip' bir kazanç kaybı ile tutarlıdır. TH + ve TH- SNc nöronların sayısı da bu hücrelerin 4,5 elektrik aktivitesini değiştirmeyen farklı tedavilerin ardından eşit fakat ters yönde değiştirmek için gösterilmiştir. Örneğin, 2 hafta boyunca orta beyin içine küçük iletkenlik enfüzyon, kalsiyum ile aktive edilen potasyum (SK) kanalı antagonisti apamin (aynı miktarda) nu TH + ve artar sayısını azaltmaktadırTH- SNc ve mber 4,5 nöronlar. Buna karşılık, SK kanal agonisti 1-EBIO infüzyon TH + sayısını artırır ve (aynı tutarda) TH- SNc nöronlar 4,5 sayısını azaltır. Benzer değişiklikler, afferent girişi 4 hedef olan de dahil olmak üzere SNc nöronal aktivitenin, hedefleme çeşitli uygulamalar aşağıdaki görüldü. Nöronal aktivitenin ve afferent tarafından SNc DArgic nöronların sayısının bu bariz düzenleme ortamı veya davranış SNc nöron sayısını etkileyebilir olasılığını yükseltir. Farklı ortamlara maruz kalan Gerçekten de, yetişkin fareler daha az ya da orta beyin (SNc VTA) TH + nöronlar ve bu ortam ile endüklenen değişikliklerin en azından bir orta beyin 6 sinaptik giriş eşzamanlı ablukası ile ortadan kaldırılamaz sahiptir. (1) çevresel manipülasyonlar ve ilaç infüzyonu nasıl uygulanacağı konusunda daha fazla ayrıntı sağlamak;: Bu iletişim amaçları vardır ve (2) e bizim çekişme destekleyen daha fazla veri sağlamakbütünlüklü afferent yoluyla, orta beyin DA nöron sayısını düzenler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Çevre manipülasyonlar
Bu çevresel manipülasyonlar (cinsiyet eşleştirme ve çevresel zenginleştirme) tasarım arkasındaki motivasyon ortamına olup olmadığını belirlemek için, ve / veya çevre tarafından istendiğinde davranış, orta beyin DA nöronların sayısında değişiklikler ile ilişkilidir. Odak ortamları sağlanması ve orta beyin DA sinyal meşgul muhtemel davranışları uyarıcı nedenle oldu. Bu karşı cinse dahil eşleştirme, ve,, oyun keşfetmek tı…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by the National Health and Medical Research Council of Australia (NHMRC) Project grant 1022839. AJH is an Australian Research Council (ARC) FT3 Future Fellow (FT100100835). The Florey Institute of Neuroscience and Mental Health acknowledges support from the Victorian Government’s Operational Infrastructure Support Grant.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Isofluorane | Baxter Healthcare Pty Ltd, Baxter Drive, NSW 2146, Australia | AHN3640 | |
| ALZET Osmotic pump 1002 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0004317 | |
| ALZET Brain infusion kit 1 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0004760 | |
| ALZET cannula holder 1 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0008860 | |
| Vertex Monomer Self-curing (dental acrylic solvent) | Vertex Dental, Postbus 10, 3700 AA ZEIST, The Netherlands | n/a | |
| Vertex Self Curing (dental acrylic powder) | Vertex Dental, Postbus 10, 3700 AA ZEIST, The Netherlands | n/a | |
| METACAM (Meloxicam) | Troy Laboratories, 98 long Street, smithfield NSW 2164 Australia | L10100 | |
| Sodium Pentobarbitone | Lethabarb, Virbac, Milperra, NSW, Australia | 571177 | |
| Normal goat serum | chemicon-temecula, CA | S26-Litre | |
| Triton X-100 | Merck Millipore Headquarters , 290 Concord road, Billerica, MA 01821 | 1.08603.1000 | |
| Polyclonal rabbit anti-tyrosine hydroxylase | Merck Millipore Headquarters , 290 Concord road, Billerica, MA 01821 | AB152 | |
| Polyclonal biotinylated goat anti-rabbit | Dako Australia Pty. Ltd., Suite 4, Level 4, 56 Berry street, North Sydney, NSW, Australia 2060 | EO432 | |
| Avidin peroxidase | Sigma-aldrich, Castle Hill, NSW 1765 AU | A3151-1mg | |
| Diamino-benzidine | Sigma-aldrich, Castle Hill, NSW 1765 AU | D-5637 | |
| Stereo Investigator | MicroBrightField Bioscience, 185 Allen Brook Lane, Suite 101, Williston, VT 05495 | n/a |
References
- Aumann, T., Horne, M. Activity-dependent regulation of the dopamine phenotype in substantia nigra neurons. Journal of neurochemistry. 121, 497-515 (2012).
- Sauer, H., Oertel, W. H. Progressive degeneration of nigrostriatal dopamine neurons following intrastriatal terminal lesions with 6-hydroxydopamine: a combined retrograde tracing and immunocytochemical study in the rat. Neurosciences. 59, 401-415 (1994).
- Stanic, D., Finkelstein, D. I., Bourke, D. W., Drago, J., Horne, M. K. Timecourse of striatal re-innervation following lesions of dopaminergic SNpc neurons of the rat. The European journal of neuroscience. 18, 1175-1188 (2003).
- Aumann, T. D., et al. Neuronal activity regulates expression of tyrosine hydroxylase in adult mouse substantia nigra pars compacta neurons. Journal of neurochemistry. 116, 646-658 (2011).
- Aumann, T. D., et al. SK channel function regulates the dopamine phenotype of neurons in the substantia nigra pars compacta. Experimental neurology. 213, 419-430 (2008).
- Aumann, T. D., Tomas, D., Horne, M. K. Environmental and behavioral modulation of the number of substantia nigra dopamine neurons in adult mice. Brain and behavior. 3, 617-625 (2013).
- Paxinos, G., Franklin, K. B. J. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2001).
- Schultz, W. Behavioral dopamine signals. Trends in neurosciences. 30, 203-210 (2007).
- Sun, P., Smith, A. S., Lei, K., Liu, Y., Wang, Z. Breaking bonds in male prairie vole: long-term effects on emotional and social behavior, physiology, and neurochemistry. Behavioural brain research. 265, 22-31 (2014).
- Aponso, P. M., Faull, R. L., Connor, B. Increased progenitor cell proliferation and astrogenesis in the partial progressive 6-hydroxydopamine model of Parkinson’s disease. Neurosciences. 151, 1142-1153 (2008).
- Frielingsdorf, H., Schwarz, K., Brundin, P., Mohapel, P. No evidence for new dopaminergic neurons in the adult mammalian substantia nigra. Proc Natl Acad Sci U S A. 101, 10177-10182 (2004).
- Lie, D. C., et al. The adult substantia nigra contains progenitor cells with neurogenic potential. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 22, 6639-6649 (2002).
- Chen, Y., Ai, Y., Slevin, J. R., Maley, B. E., Gash, D. M. Progenitor proliferation in the adult hippocampus and substantia nigra induced by glial cell line-derived neurotrophic factor. Experimental neurology. 196, 87-95 (2005).
- Yoshimi, K., et al. Possibility for neurogenesis in substantia nigra of parkinsonian brain. Ann Neurol. 58, 31-40 (2005).
- Shan, X., et al. Enhanced de novo neurogenesis and dopaminergic neurogenesis in the substantia nigra of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-induced Parkinson’s disease-like mice. Stem Cells. 24, 1280-1287 (2006).
- Zhao, M., et al. Evidence for neurogenesis in the adult mammalian substantia nigra. Proc Natl Acad Sci U S A. 100, 7925-7930 (2003).
- Baker, H., Kawano, T., Margolis, F. L., Joh, T. H. Transneuronal regulation of tyrosine hydroxylase expression in olfactory bulb of mouse and rat. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 3, 69-78 (1983).
- Black, I. B., Chikaraishi, D. M., Lewis, E. J. Trans-synaptic increase in RNA coding for tyrosine hydroxylase in a rat sympathetic ganglion. Brain research. 339, 151-153 (1985).
- Zigmond, R. E., Chalazonitis, A., Joh, T. Preganglionic nerve stimulation increases the amount of tyrosine hydroxylase in the rat superior cervical ganglion. Neuroscience letters. 20, 61-65 (1980).
- Biguet, N. F., Rittenhouse, A. R., Mallet, J., Zigmond, R. E. Preganglionic nerve stimulation increases mRNA levels for tyrosine hydroxylase in the rat superior cervical ganglion. Neuroscience letters. 104, 189-194 (1989).
- Richard, F., et al. Modulation of tyrosine hydroxylase gene expression in rat brain and adrenals by exposure to cold. Journal of neuroscience research. 20, 32-37 (1988).
- Schalling, M., Stieg, P. E., Lindquist, C., Goldstein, M., Hokfelt, T. Rapid increase in enzyme and peptide mRNA in sympathetic ganglia after electrical stimulation in humans. Proc Natl Acad Sci U S A. 86, 4302-4305 (1989).
- Liaw, J. J., He, J. R., Barraclough, C. A. Temporal changes in tyrosine hydroxylase mRNA levels in A1, A2 and locus ceruleus neurons following electrical stimulation of A1 noradrenergic neurons. Brain research. Molecular brain research. 13, 171-174 (1992).
- Watabe-Uchida, M., Zhu, L., Ogawa, S. K., Vamanrao, A., Uchida, N. Whole-brain mapping of direct inputs to midbrain dopamine neurons. Neuron. 74, 858-873 (2012).
- Tepper, J. M., Lee, C. R. GABAergic control of substantia nigra dopaminergic neurons. Progress in brain research. 160, 189-208 (2007).
- Hannan, A. J. Environmental enrichment and brain repair: harnessing the therapeutic effects of cognitive stimulation and physical activity to enhance experience-dependent plasticity. Neuropathology and applied neurobiology. 40, 13-25 (2014).
- Nithianantharajah, J., Hannan, A. J. Enriched environments, experience-dependent plasticity and disorders of the nervous system. Nature reviews. Neuroscience. 7, 697-709 (2006).
- Chmiel, D. J., Noonan, M. Preference of laboratory rats for potentially enriching stimulus objects. Laboratory animals. 30, 97-101 (1996).
- Hanmer, L. A., Riddell, P. M., Williams, C. M. Using a runway paradigm to assess the relative strength of rats’ motivations for enrichment objects. Behavior research methods. 42, 517-524 (2010).
- Burrows, E. L., McOmish, C. E., Hannan, A. J. Gene-environment interactions and construct validity in preclinical models of psychiatric disorders. Progress in neuro-psychopharmacology & biological psychiatry. 35, 1376-1382 (2011).
- Van de Weerd, H. A., Van Loo, P. L. P., Van Zutphen, L. F. M., Koolhaas, J. M., Baumans, V. Strength of preference for nesting material as environmental enrichment for laboratory mice. Applied Animal Behaviour Science. 55, 369-382 (1998).
- Rampon, C., et al. Effects of environmental enrichment on gene expression in the brain. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97, 12880-12884 (2000).
- Eckert, M. J., Abraham, W. C. Effects of environmental enrichment exposure on synaptic transmission and plasticity in the hippocampus. Current topics in behavioral neurosciences. 15, 165-187 (2013).
- Sztainberg, Y., Chen, A. An environmental enrichment model for mice. Nature protocols. 5, 1535-1539 (2010).
- Sale, A., Berardi, N., Maffei, L. Environment and brain plasticity: towards an endogenous pharmacotherapy. Physiological reviews. 94, 189-234 (2014).
