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.
Cambiamenti di lunga durata nel cervello o 'plasticità cerebrale' alla base di un comportamento adattivo e riparazione del cervello a seguito di malattia o infortunio. Inoltre, le interazioni con l'ambiente possono indurre la plasticità cerebrale. Sempre più spesso, la ricerca sta cercando di identificare quali ambienti stimolare la plasticità del cervello favorevole per il trattamento del cervello e disturbi comportamentali. Due manipolazioni ambientali vengono descritti che aumentare o diminuire il numero di tirosina idrossilasi immunopositive (TH +, l'enzima limitante della dopamina (DA) sintesi), i neuroni del mesencefalo topo adulto. Il primo comprende accoppiamento topi maschi e femmine insieme ininterrottamente per 1 settimana, che aumenta TH + mesencefalo neuroni di circa il 12% nei maschi, ma diminuisce TH + mesencefalo neuroni di circa il 12% nelle femmine. Il secondo comprende topi abitative ininterrottamente per 2 settimane in "ambienti arricchiti» (EE) contenenti ruote corsa, giocattoli, corde, materiale di nidificazione, ecc, che increases TH + mesencefalo neuroni di circa il 14% nei maschi. Inoltre, un protocollo è descritto per infusione contemporaneamente farmaci direttamente nel mesencefalo durante queste manipolazioni ambientali per identificare i meccanismi alla base della plasticità cerebrale ambientale indotta. Ad esempio, EE-induzione di più TH + mesencefalo neuroni è abolito dal blocco concomitante di ingresso sinaptica sui neuroni del mesencefalo. Insieme, questi dati indicano che le informazioni circa l'ambiente viene trasmessa tramite l'ingresso sinaptica di neuroni mesencefalo per attivare o disattivare l'espressione di geni 'DA'. Così, la stimolazione ambientale adeguata, o drug targeting dei meccanismi alla base, potrebbe essere utile per il trattamento di disturbi cerebrali e comportamentali connessi con gli squilibri in mesencefalo DA (ad esempio il morbo di Parkinson, deficit di attenzione e iperattività, schizofrenia, e la tossicodipendenza).
DArgic segnalazione dai neuroni nell'area ventrale tegmentale (VTA) e la substantia nigra pars compacta (SNC) del mesencefalo è pensato per essere importante per i comportamenti cognitivi, emotivi e motori ricompensa motivati. Tuttavia, troppo o troppo poco di segnalazione DA mesencefalo provoca molti sintomi invalidanti in una serie di disturbi neurologici (ad esempio il morbo di Parkinson, deficit di attenzione e iperattività, schizofrenia, e tossicodipendenza). I farmaci che aumentano o diminuiscono DA segnalazione alleviare questi sintomi, ma producono anche effetti collaterali riconducibili alla segnalazione disregolato ed effetti off-target. Efficacia Drug declina anche nel tempo a causa di reazioni compensatorie del cervello. La sfida è quindi di ripristinare la normale segnalazione DA mesencefalo in modo più mirato e fisiologico, e un approccio preferito è aumentando o diminuendo il numero di mesencefalo neuroni DA.
La prova si è accumulato per SEVdecenni rale che l'espressione di geni e proteine coinvolte nel metabolismo e il traffico DA e altre catecolamine in cellule adulte mature è modificabile (recensito in 1). Nel mesencefalo, il numero di tirosina idrossilasi immunopositive (TH +, l'enzima limitante nella sintesi) DA neuroni diminuisce quindi aumenta in seguito alla somministrazione neurotossina 2,3, mentre il numero di TH immunonegative (TH) neuroni mostra l'andamento opposto (vale a dire gli aumenti poi diminuisce 3). Questo è coerente con la perdita poi guadagno del 'DA fenotipo' da alcune cellule. Il numero di neuroni TH + e TH SNC è stato anche dimostrato di modificare in direzioni uguali ma opposti seguente vari trattamenti che alterano l'attività elettrica di queste cellule 4,5. Ad esempio, l'infusione della piccola conduttanza, potassio calcio-attivata (SK) canale antagonista Apamina nel mesencefalo per 2 settimane diminuisce il numero di TH + e aumenta (dello stesso importo) il number di TH SNc neuroni 4,5. Al contrario, l'infusione di SK agonisti canale 1-EBIO aumenta il numero di TH + e diminuisce (dello stesso importo) il numero di neuroni TH SnC 4,5. Modifiche simili sono state osservate in seguito a una serie di trattamenti mirati SNc attività neuronale, tra cui alcuni che mira ingressi afferenti 4. Questa apparente regolazione del numero di neuroni SNc DArgic per attività neuronale e input afferenti solleva la possibilità che l'ambiente o il comportamento possono influenzare il numero di neuroni SnC. Infatti topi adulti esposti ad ambienti differenti hanno più o meno mesencefalo (SNC e VTA) TH + neuroni, e almeno alcuni di questi cambiamenti ambientali indotti sono soppressi dal blocco concomitante di ingresso sinaptica nel mesencefalo 6. Gli obiettivi di questa comunicazione sono: (1) fornire ulteriori dettagli su come implementare le nostre manipolazioni ambientali e infusi di droga; e (2) fornire ulteriori dati a sostegno della nostra tesi che la postanvironment regola il numero di mesencefalo neuroni DA, tramite l'ingresso afferente.
Manipolazioni ambientali
La motivazione alla base della progettazione di queste manipolazioni ambientali (abbinamento di genere e di arricchimento ambientale) è stato quello di determinare se l'ambiente, e / o il comportamento richiesto dall'ambiente, è associata a cambiamenti nel numero di mesencefalo neuroni DA. L'attenzione è quindi di fornire ambienti e stimolando comportamenti che potrebbero coinvolgere la segnalazione DA mesencefalo. Questi abbinamento incluso c…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |