Экологические модуляций Количество мозга допамина нейронов у взрослых мышей
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
Продолжительно изменения в мозге или "пластичности мозга" лежат в основе адаптивного поведения и ремонт головного мозга следующую заболевания или травмы. Кроме того, взаимодействие с окружающей средой может вызывать пластичность мозга. Все больше исследований пытается определить, какие сред стимулировать пластичность мозга полезен при лечении мозг и поведенческих расстройств. Два экологические манипуляции описаны либо увеличить, либо уменьшить количество тирозингидроксилазы иммунопозитивных (TH +, то фермент, ограничивающий скорость дофамина (ДА) синтеза) нейроны в мозге взрослых мышей. Первый включает в себя сопряжения мужского и женского мышей вместе непрерывно в течение 1 недели, которая увеличивает мозга TH + нейроны приблизительно на 12% у мужчин, но снижает мозга TH + нейроны приблизительно на 12% у женщин. Второй включает в себя жилье мышей непрерывно в течение 2 недель в "обогащенных средах" (EE), содержащих ходовые колеса, игрушки, веревки, Верстка материал и т.д., которые яncreases мозга TH + нейроны примерно 14% у мужчин. Кроме того, протокол описан в одновременно придавая лекарств непосредственно в мозге в течение этих экологических манипуляций, чтобы помочь идентифицировать механизмы, лежащие в основе экологически индуцированной пластичность мозга. Например, EE-индукция более среднего мозга TH + нейронов отменены одновременным блокады синаптической вход на среднего мозга нейронов. Вместе, эти данные свидетельствуют о том, что информация об окружающей среде передается через синаптическую вход для среднего мозга нейронов включить или выключить экспрессии генов "Да". Таким образом, соответствующая экологическая стимуляция, или доставка лекарственных препаратов из основных механизмов, могут быть полезны для лечения головного мозга и поведенческих расстройств, связанных с дисбалансом в среднем мозге DA (например, болезнь Паркинсона, синдром дефицита внимания и гиперактивности, шизофрения, наркомания).
Introduction
Сигнализация DArgic нейронов в вентральной области покрышки (VTA) и черной субстанции Парс компактов (SNC) среднего мозга считается важным для вознаграждения почве познавательных, эмоциональных и моторных поведения. Однако, слишком много или слишком мало среднем мозге сигнализации DA вызывает много инвалидности симптомы в различных неврологических расстройств (например, болезнь Паркинсона, синдром дефицита внимания и гиперактивности расстройство, шизофрения, наркомания). Препараты, повышающие или снижающие DA сигнализации облегчить эти симптомы, однако они также производят побочные эффекты, относимые к дизрегуляции сигнализации и мимо цели эффекты. Эффективность лекарственного также снижается с течением времени из-за компенсаторных реакций головного мозга. Поэтому задача состоит в том, чтобы восстановить нормальную мозга сигнализации DA более целенаправленно и физиологическим путем, и выступает подход, увеличивая или уменьшая количество среднего мозга нейронов DA.
Данные накапливались в течение SEVEral десятилетия, что экспрессия генов и белков, участвующих в метаболизирующий и торговли DA и других катехоламинов в зрелых клеток взрослого может изменяться (обзор в 1). В среднем мозге, количество тирозин гидроксилазы иммунопозитивные (Th +, ограничивающим скорость ферментом в синтезе DA) нейронов уменьшается, то увеличивается следующих нейротоксина введение 2,3, в то время как количество TH immunonegative (Th-) нейронов показывает противоположный образец (то есть увеличивается затем уменьшается 3). Это согласуется с потерей затем получить из "DA" фенотипа некоторыми клетками. Количество нейронов Th + и th- SNC Также было показано, чтобы изменить в равных, но противоположных направлениях следующие различные процедуры, которые изменяют электрическую активность этих клеток 4,5. Например, настой из малого проводимости, кальций-активируемых калия (SK) канал антагонист апамин в мозге в течение 2 недель уменьшается количество TH + и возрастает (на ту же сумму) нюmber из Th- SNc нейронов 4,5. В отличие от этого, вливание агониста SK канал 1-EBIO увеличивает количество TH + и уменьшается (на ту же величину) числа нейронов th- SNC 4,5. Аналогичные изменения были замечены после различных обработок, направленных на активность нейронов SNC, в том числе и такие, которые направлены афферентные входы 4. Это кажущееся регулирование числа SNC DArgic нейронов нейронной активности и ввода афферентной повышает вероятность того, окружающей среды или поведение может влиять на численность SNC нейронов. Действительно взрослых мышей воздействию различных сред имеют более или менее мозга (SNC и VTA) Th + нейроны, и по крайней мере некоторые из этих изменений окружающей среды, вызванных отменены одновременным блокады синаптической вход в мозге 6. Цели этой связи являются: (1) представить дополнительную информацию о том, как реализовать наши экологические манипуляции и настои лекарственных средств; и (2) предоставить дополнительные данные, подтверждающие наше утверждение, что еnvironment регулирует количество среднего мозга нейронов Д.А., через вход афферентной.
Protocol
Representative Results
Discussion
Экологические манипуляции
Мотивация разработке этих экологических манипуляций (пол спаривания и окружающей среды обогащения) было определить, является ли окружающую среду, и / или поведения вызвано окружающей среды, связано с изменениями в количестве среднего мо?…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
- 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. Neuroscienze. 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. Neuroscienze. 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).
