Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Samtidig detektion av c-Fos Aktivering från mesolimbiska och Mesocortical dopamin belöning webbplatser Efter Naive socker och fett Förtäring i råttor

Published: August 24, 2016 doi: 10.3791/53897
Automatic Translation
*1, *2, 2,3
1Behavioral and Cognitive Neuroscience Cluster, Psychology Doctoral Program, The Graduate Center, CUNY, New York, NY, 2Department of Psychology, Queens College, CUNY, Flushing, NY, 3Behavioral and Cognitive Neuroscience Cluster, Psychology Doctoral Program, The Graduate Center, CUNY, Flushing, NY
* These authors contributed equally

Summary

Målet med denna studie är att identifiera belöningsrelaterade distribuerade hjärn nätverk genom att avgränsa en tillförlitlig immunhistologisk teknik som använder cellulär c-fos aktivering för att mäta samtidiga förändringar i dopaminvägar och terminalplatser efter nya intag av fett och socker i råttor.

Abstract

Denna studie använder cellulära c-fos aktivering för att utvärdera effekterna av nya intag av fett och socker på hjärnan dopamin (DA) vägar i råttor. Intag av socker och fett förmedlas genom sina inneboende attraktioner samt inlärda inställningar. Dopamin i hjärnan, speciellt meso-limbiska och meso-kortikala projektioner från ventrala tegmentområdet (VTA), har varit inblandad i båda dessa olärda och lärt svar. Begreppet distribuerade hjärn nätverk, där flera platser och sändare / peptidsystem samverkar, har föreslagits att förmedla välsmakande födointag, men det finns begränsad evidens empiriskt visar sådana åtgärder. Sålunda framkallar sockerintag DA frisättning och ökar c-fos-immunoreaktivitet (FLI) från individuella VTA DA projektionszoner inklusive nucleus accumbens (NAC), amygdala (AMY) och mediala prefrontala cortex (mPFC) såväl som den dorsala striatum. Vidare, central administration av selektiva DA-receptorantagonister i dessa webbplatsär differentiellt minska förvärv och uttryck av rade smakpreferenser som framkallas av socker eller fett. En metod med vilken för att avgöra om dessa platser samverkade som en distribuerad hjärnnätverk som svar på socker eller fettintag skulle vara att samtidig bedöma om VTA och dess viktigaste mesotelencephalic DA projektionszoner (prelimbic och infralimbic mPFC, kärna och skal av NAC, basolaterala och central-kortiko-mediala AMY) såväl som den dorsala striatum skulle uppvisa samordnade och samtidig FLI aktivering efter oral, obetingade intag av majsolja (3,5%), glukos (8%), fruktos (8%) och sackarin (0,2 %) lösningar. Detta tillvägagångssätt är ett framgångsrikt första steg i att identifiera möjligheten att använda cellulära c-fos aktivering samtidigt över relevanta hjärnsajter för att studera belöning relaterat lärande i intag av välsmakande mat i gnagare.

Introduction

Dopamin i hjärnan (DA) har varit inblandad i centrala svar på intag av välsmakande socker genom föreslagna hedoniska 1,2, ansträngning relaterade 3 och vana baserade 4,5 verkningsmekanismer. Den primära DA vägen inblandad i dessa effekter har sitt ursprung i den ventrala tegmentområdet (VTA), och projekt till nucleus accumbens (NAC) kärna och skal, det basolaterala och central kortiko-medial amygdala (AMY) och prelimbic och infralimbic mediala prefrontala cortex (mPFC) (se recensioner 6,7). VTA har varit inblandad i sackarosintag 8,9, och DA frisättning observeras efter intaget av socker i NAC 10-15, AMY 16,17 och mPFC 18-20. Fettintag stimulerar också DA NAC släppa 21, och en annan DA-rika projektion zonen till rygg striatum (caudatus-putamen) har också i samband med DA-medierad utfodring 22,23. Kelley 24-27 föreslog att dessa flera projektion zoner denna DA-medierad systemet bildade ett integrerat och interaktivt distribuerade hjärnan nätverk genom omfattande och intima förbindelser 28-34.

Förutom förmågan hos DA D1 och D2-receptorantagonister för att minska intaget av sockerarter 35-37 och fetter 38-40, har DA-signalering även implicerats vid mediering av förmågan hos socker och fett för att producera rade färgpreferenser (GFP) 41- 46. Microinjections av en DA D1-receptorantagonist till NAC, AMY eller mPFC 47-49 eliminera förvärv av GFP framkallade genom intragastrisk glukos. Medan microinjections antingen DA D1 eller D2-receptorantagonister in i mPFC eliminerar förvärvet av fruktos-GFP 50, är förvärv och uttryck av fruktos-GFP differentiellt blockerad av DA-antagonister i NAC och AMY 51,52.

C-fos teknik 53,54 har använts för att undersöka neurala activation induceras av palatable intag och neural aktivering. Termen "c-fos-aktivering" att användas genom hela manuskriptet, och är operativt definierad av ökad transkription av c-Fos under neuronal depolarisation. Sackaros Ingången ökade FOS-liknande immunoreaktivitet (FLI) i den centrala AMY kärna, VTA liksom skalet, men inte kärnan av NAC 55-57. Medan sackaros intag i sken utfodring råttor ökade signifikant FLI i AMY och NAC, men inte VTA 58, intragastriska sackaros eller glukos infusioner ökat markant FLI i NAC och centrala och basolaterala kärnor av AMY 59,60. Upprepad tillsats av sackaros planerad chow tillgång ökade FLI i mPFC samt NAC skal och kärna 61. En sackaroskoncentration nedväxling paradigm visade att de största FLI ökningar inträffade den basolaterala AMY och NAC, men inte den VTA 62. Efter konditionering, utrotning av socker relaterade natur reward beteenden ökade FLI i basolateral AMY och NAC 63. Dessutom para ihop socker tillgänglighet till en ton resulterade i tonen därefter öka FLI nivåer i den basolaterala AMY 64. Fettrik Ingången ökade också FLI i NAC och mPFC platser 65-67.

De flesta av de tidigare citerade studierna undersöktes socker och fett effekter på c-fos aktivering i enstaka platser som inte ger information om identifiering av belöningsrelaterade distribuerade hjärnnätverk 24-27. Vidare, många av studierna inte heller beskriva de relativa bidragen från delområden i NAC (kärna och skal), AMY (basolateral och central kortiko-mediala) och mPFC (prelimbic och infralimbic) som skulle kunna prövas av fördelen med utmärkt rumslig, encelliga upplösning i c-Fos kartläggning 68. Vårt laboratorium 69 används nyligen c-fos aktivering och samtidigt uppmätta förändringar i VTA DA vägen och dess proprojiceringszoner (NAC, Amy och mPFC) efter nya intag av fett och socker i råttor. Den aktuella studien beskriver förfaranden och metodiska steg för att samtidigt analysera om akut exponering för sex olika lösningar (majsolja, glukos, fruktos, sackarin, vatten och en fettemulsion kontroll) skulle differentiellt aktivera FLI i delområden av NAC, AMY, mPFC liksom den dorsala striatum. Denna samtidig detektion av skillnader får bekräftelse av en betydande inverkan på FLI i varje plats och beslut om huruvida förändringar i en viss webbplats korrelerade med förändringar i relaterade webbplatser, vilket ger stöd för ett distribuerat hjärnnätverk 24-27. Dessa testade förfaranden huruvida VTA, den prelimbic och infralimbic mPFC, kärnan och skalet av NAC, och den basolaterala och central-kortiko-mediala AMY) såväl som den dorsala striatum skulle uppvisa samordnade och samtidig FLI aktivering efter oral, obetingade intag av glukos (8%), fruktos (8%), majsolja (3,5%) och sackarin (0,2%) lösningar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dessa experimentella protokoll har godkänts av Institutional Animal Care och användning kommittén intygar att alla ämnen och förfaranden i enlighet med National Institutes of Health Guide för skötsel och användning av försöksdjur.

1. ämnen

  1. Inköp och / eller ras Sprague-Dawley (260-300 g).
  2. Hus råttor individuellt i nätburar. Underhålla dem på en 12:12 timmar ljus / mörker-cykel med råttfoder och vatten tillgängligt ad libitum.
  3. Tilldela lämpliga urvalsstorlekar (t.ex. n ≈ 6-8) slumpmässigt i grupper.

2. testapparaten och intag procedurer

  1. Använd kalibrerade centrifugrör med gummiproppar och en 45 ° vinkel metall sipper röret för att ge noggrann mätning (± 0,1 ml) av de presenterade lösningar. Fäst dem till hemmet burar med en spänd metallfjäder för att tillåta synlighet kalibreringar.
  2. Begränsa matransoner (~15 / g / dag) av råttorna för att minska vikten till 85% av deras ursprungliga kroppsvikt för att öka motivationen att konsumera lösningarna. Obs: Viktminskningen bör ta mellan 3-5 dagar.
  3. Ge pre-utbildningslösningar (10 ml) av 0,2% sackarin i fyra dagar under en 1 timme session för att maximera sannolikheten för att råttor kommer prova de efterföljande testlösningar med korta (mindre än en minut) latens.
  4. Bekräfta flödet genom centrifugröret genom att spilla några droppar.
  5. Väg rören före och efter varje session för att få insugs mätning.
  6. Utför en öppningstest på den femte dagen på undergrupper som fick en av sex lösningar (10 ml, 1 timme): a) vatten, b) nya smaksatt (0,05% körsbärssmak) 0,2% sackarin, c) 8% fruktos, d) 8 % glukos, e) 3,5% majsolja suspenderad i 0,3% xantangummi, och f) 0,3% xantangummi.
  7. Se till att näringslösningar är isocaloric; därför är majsoljekoncentration 3,5% isocaloric till sockerlösningar 8%.
  8. säkerställa thvid råttor provlösningar med kort latens (mindre än 1 min). Om detta krav inte uppfylls, sedan kasta föremål från studien.

3. Vävnadsberedning

  1. Söva varje djur genom en intraperitoneal injektion av pentobarbital 90 min efter initial exponering för varje testlösning. Bekräfta att djuren är korrekt bedövas genom att visa att djuret inte längre reagerar på sådana reflexer som tillbakadragande till fots nypa, blinkande efter direkt hornhinnan tryck eller huvudet skakar till djup pinna stimulering.
  2. Perfundera varje djur transkardiellt såsom beskrivits tidigare 69.
    1. Söva råttorna med en överdos av natrium pentobarbital (65 mg / kg), ta bort bröstkorgen och exponera bröstet för fri tillgång till hjärtat 69.
    2. Placera nålen i spetsen av den vänstra hjärtklaffen, och skär av hålvenen. Administrera fosfatbuffertlösning (PBS, ~ 180 ml) följt av en fosfatbuffrad fixativ containing 4% paraformaldehyd (~ 180 ml).
    3. Se till att djuret verkligen är perfusion korrekt genom att undersöka huruvida vätska lämnar andra håligheter, såsom näsa, mun och könsorgan. Obs: Korrekt fixering med paraformaldehyd kommer att åtföljas av stora muskelrörelser. Om detta inte sker, och justera nålen tills denna reaktion sker.
  3. Ta bort hjärnan från skallen snabbt genom att skära päls och hud bort från skallen. Använd rongeurs att knäcka och ta bort ben från hjärnan flyttar bakifrån och framåt. Arbete först i området nedanför och bakom lillhjärnan, se till att rongeur är mellan benet och meningeal pia mater. När toppen och sidorna av skallen avlägsnas, använda en liten spatel för att lyfta hjärnan från basen, och klipp kranialnerver med en liten sax. Var noga med att inte skada hjärnan samtidigt som man försöker ta bort benet.
  4. Fixa hjärnorna i en 4% paraformaldehydlösning över natt vid 4 ° C.Placera hjärnorna i en 30% sukros / 70% PBS-lösning vid rumstemperatur tills de avsätts i botten av behållaren.
  5. Blockera hjärnan
    1. Avlägsna den rostrala delen av hjärnan skära tvärs kaudalt luktloben.
    2. Ta bort den kaudala delen av hjärnan att skära på tvären på den nivå av lillhjärnan och hjärnbryggan.
  6. Montera hjärnan koronalt med den kaudala delen fäst vid stadiet av en glidande mikrotom och skär koronala sektioner (40 um) genom mPFC (2,86-2,20 mm rostralt till bregma), NAC kärna och skal och rygg striatum (+ 1,76-1,60 mm rostralt om bregma), den AMY (-2,12 - -2,92 mm kaudalt om bregma) och VTA (-5,20 - -5,60 mm kaudalt om bregma). Använd en råtthjärna atlas 70 för vägledning.
  7. Samla fritt flytande sektioner i enskilda brunnar i en 24-brunnars platta fylld med PBS för slutligen immunohistokemisk analys 71. Använd Parafilm för att täta 24 vill platta för att säkerställa att PBS inte avdunstar i behållaren och torka upp hjärnan. Lagra den hjärnvävnad i 4 ° C.

4. c-fos procedurer (Anpassad från 71)

  1. Behandla varje sektion med 5 ml 5% normalt getserum och 0,2% Triton X-100 i PBS under 1 timme.
  2. Inkubera de behandlade sektionerna med primära antikroppar (kanin-anti-c-fos, 1: 5000) vid 4 ° C under 36 h i brunnar innehållande 1 ml PBS.
  3. Skölj sektioner 3x med PBS (5 ml) under 10 min vardera.
  4. Inkubera med sekundära antikroppar (biotinylerad get-anti-kanin; 1: 200) vid RT under 2 h i brunnar innehållande 1 ml PBS.
  5. Skölj varje avsnitt 3x i PBS (5 ml) under 10 min vardera.
  6. Inkubera de sköljda avsnitt för två timmar i en kommersiellt tillgänglig avidin-pepparrotsperoxidas blandning som kommer i ett kit bestående av Avadin DH (100 pl) och biotinylerad pepparrotsperoxidas H (100 pl) i 5 ml PBS.
  7. Åter skölja sektionerna 3x i PBS (5 ml) under 10 min vardera.
  8. Reagera sektionerna med 0,05% diaminobensidin (DAB) i närvaro av 0,0015% H2O 2 för 5 - 10 min, beroende på reaktiviteten hos vävnaden i brunnar innehållande 5 ml av DAB-lösning.
  9. Dubbel etikett VTA sektioner. Inkubera dem med en tyrosinhydroxylas (TH) antikropp (kanin-anti-rått-TH, 1: 2000) i PBS (5 ml) över natten vid 4 ° C.
  10. Skölj sektionerna 3x i PBS (5 ml) under 10 min vardera.
  11. Inkubera med sekundära antikroppar (biotinylerad get-anti-kanin; 1: 200) i PBS (5 ml) vid rumstemperatur i 2 h.
  12. Skölj sektionerna 3x i PBS (5 ml) under 10 min vardera.
  13. Visualisera antikropparna genom användning av en sekundär antikropp-peroxidas-komplex. Reagera med en kombination av 0,05% DAB och en 0,3% nickelsulfatlösning, i 5 - 10 min, beroende på reaktionen av vävnaden i brunnar innehållande 5 ml av DAB / NiCb lösning.
  14. Säkerställa att DAB-lösning är mjölkig ljusgrön i färg från dets reaktion med 0,3% nickelsulfat. Om lösningen är alltför grönt, då reaktionen blir för mörkt.
  15. Montera alla delar på gelatinbelagda objektglas. Låt dem torka över natten, och sedan täcka-slip med några droppar av en toluen-baserad lösning (TBS).
  16. Kod glider så att den experimentella tillstånd är okänt för observatörerna.

5. Prövning av c-fos immunoreaktiva Räknar

  1. Tilldela par av objektiva observatörer att räkna Fos-positiva neuroner i dessa regioner av intresse (ROI): prelimbic mPFC, infralimbic mPFC, NAC kärna, NAC skal, basolaterala AMY kärnor, central kortiko-mediala AMY, rygg striatum, och VTA. Avgränsa om c-Fos-immunreaktivitet fanns i TH + och TH celler i VTA. Figur 1 visar en skärm-fångade bilden av NAC från mikroskopet.

Figur 1
Klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Analysera minst tre representativa skivor per sida som är gemensam för alla djur i alla testförhållanden.
  2. Använda programvara och ett optiskt mikroskop för att analysera hela regionen för varje ROI genom att spåra en kontur (Figur 1).
    1. För en given plats, öppnar du programmet och klicka på förvärvet rullgardinsmenyn och klicka på "sökarbilden". Bringa ROI i fokus och klicka på skärmen för att etablera en referenspunkt. därefter tress vald hjärnan region med galler som en guide. När spår är klar, räkna celler (steg 5.3.1.1 - 5.3.1.3).
      1. Dubbelklicka på ikonen programmet. Gå till menyraden, klicka på "Förvärv" och sedan "sökarbilden". Bringa ROI i fokus och klicka på skärmen för att etablera en referenspunkt.
      2. Gå till elnätet verktygsfältet och klicka på "Display Grid" och "Använd galler etiketter". Beskriv ROI med ett förutbestämt spår.
      3. Räkna alla celler i varje ROI, välj en "+" i det vänstra sidofältet för att hålla räkningen på c-fos celler. Klicka på varje cell för sig att registrera räknas. Betrakta en cell som är positivt för c-fos när en definierad mörkt röd cirkel observeras (Figur 1).
    2. Upprepa denna procedur för varje plats.
    3. Record räknas i ett labb anteckningsbok och på datorn för framtida analys. Gå till menyraden, klicka på "File", "Spara datafil" för att spara spårning och räknas.
    4. Se till att inter-rater reliability (med korrelation av räkningar) av de två oinformerade bedömare för varje avsnitt i varje ROI alltid överstiger 0,8.

    6. Statistik

    1. Utvärdera utgångs sackarin intag under de första fyra dagarna med hjälp av en upprepad-åtgärder en-vägs variansanalys (ANOVA) jämföra sackarin intaget av dag 1, 2, 3 och 4 69.
    2. Jämför sackarin intag (dag 4) med test intag (dag 5) av de sex grupper som använder en randomiserad-blocket 2-vägs ANOVA 69.
    3. Använd Tukeys jämförelser (p <0,05) för att fastställa individuella allvarliga effekter 69.
    4. Bestäm inter-rater reliability, och sedan använda en gemensam observatörs räknas.
    5. Medelvärdet av C-fos räknas för de tre representativa skivor för varje plats 69.
      1. Utföra en en-vägs ANOVA av c-fos-aktivering inducerad av intag av de sex lösningarna (3,5% majsolja, 8% glukos, 8% fruktos, 0,2% smaksatt sackarin, xaNthan gummi kontroll och vatten) för perilimbic mPFC 69.
      2. Upprepa parallella analyser av de sex grupperna för infralimbic mPFC, NAC kärna, NAC skal, basolaterala AMY, central kortiko-mediala AMY, VTA och rygg striatum. Använd Tukeys jämförelser (p <0,05) för att avslöja enskilda betydande effekter 69.
    6. Jämför majsolja intag med både vattenintaget och intaget av dess suspensionsmedel, xantangummi. Jämför fruktos och glukos intag med både vattenintaget och intag av de icke-närande sötningsmedel, sackarin.
    7. Fastställa huruvida signifikanta samband mellan lösnings intag och c-fos aktivering i varje platserna observerades med hjälp av Bonferroni r korrelationer (p <0,05).
      1. Systematiskt jämföra c-fos räknas i perilimbic och infralimbic pre-frontala cortex för varje djur i majsolja gruppen 3,5%.
      2. Upprepa systematiskt parallella analyser av varje par av de sex platser (VTA, rygg striatum, infralimbic mPFC, perilimbic mPFC, NAC kärna, NAC skal, basolaterala AMY, central kortiko-mediala AMY) för 3,5% majsolja.
      3. Upprepa systematiskt parallella analyser av dessa sex platser för de övriga fem experimentella intag förhållanden (8% glukos, 8% fruktos, 0,2% smaksatt sackarin, xantangummi kontroll och vatten).
    8. Utnyttja det faktum att samma djur inom en lösning tillstånd utvärderades över alla platser genom att bestämma signifikanta samband mellan c-fos aktivering över lösningar och inom varje lösning med hjälp av Bonferroni r korrelationer (p <0,05).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alla representativa resultat som beskrivs nedan har tidigare publicerats 69, och åter presenteras här för att stödja "proof of concept" för att indikera effektiviteten av tekniken.

lösnings intag
Signifikanta skillnader i baslinjen sackarin intag observerades under de första fyra dagarna för alla djur (F (3.108) = 57,27, p <0,001) med intag (Dag 1: 1,3 (± 0,2) ml, Dag 2: 3,9 (± 0,4) ml ; Dag 3: 5,9 (± 0,6) ml, Dag 4: 7,1 (± 0,6) ml) signifikant (p <0,05, Tukey HSD test) och successivt ökar. Fruktos och glukos intag, men inte majsolja eller sackarin intag på dag 5 signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) ökade i förhållande till dag 4 sackarin intag (p <0,05, Tukey HSD-test) med fruktos (9,6 (± 0,4) ml ) och glukos (9,4 (± 0,6) ml) signifikant högre än SACCHarin intag. Vidare, majsolja intag (7,4 (± 0,6) ml) var signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) högre än xantangummi intag.

Dessa resultat tog upp möjligheten att lösningen intag i sig skulle kunna förklara någon observerade c-fos aktivering i någon av platserna. För att undersöka detta har Bonferroni r korrelationer utfördes i vilken intaget av de fem lösningarna var relaterad till c-fos aktivering i var och en av de sex platser. Signifikanta korrelationer misslyckats med att observeras mellan lösning intag och c-fos aktivering i kärnan (r (29) = 0,186), skal (r (29) = 0,029) eller totalt (r (29) = 0,10) NAC den prelimbic ( r (29) = 0,23), infralimbic (r (29) = 0,30) eller totalt (r (29) = 0,14) mPFC, VTA (r (29) = 0,10), rygg striatum (r (29) = 0,14 ) eller den basolaterala (r (29) = 0,47), centro-kortiko-mediala (r (29) = 0,48) eller totalt (r (29) = 0,409) AMY. Med tanke på den högre korrelation mellan intag och AMY c-fos aktivering, ytterligare correlaningar utfördes för varje enskild lösning. Signifikant (p <0,05, Tukey HSD test) relationer misslyckades följas mellan intag och AMY FLI för fruktos (basolaterala (r = 0,15), centro-kortiko-mediala (r = 0,13), totalt (r = 0,13)), glukos (basolaterala (r = 0,17), centro-kortiko-mediala (r = 0,17), totalt r = 0,13)), sackarin (basolaterala (r = 0,42), centro-kortiko-mediala (r = 0,42), totalt (r = 0,42)) eller majsolja (basolaterala (r = 0,54), centro-kortiko-mediala (r = 0,59), totalt (r = 0,64)). En signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) var negativ korrelation observerades mellan xantangummi intag och total AMY FLI (r = 0,94).

mPFC c-Fos Aktivering
Majsolja signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) ökade totalt (figur 2A), infralimbic (figur 2B) och prelimbic (figur 2C) mPFC c-Fos räknar i förhållande till vatten (*) eller xantangummi kontroll(#). Fruktos signifikant (p <0,05, Tukey HSD test) ökade c-Fos räknas i infralimbic mPFC i förhållande till vatten (*) eller sackarin (+) (Figur 2B), men inte helt eller prelimbic mPFC räknas. Däremot glukos eller sackarin misslyckats med att ändra den totala, perilimbic eller infralimbic mPFC c-Fos räknas. Figur 3 visar representativa mPFC delar av djur som uppvisar ökad majsolja-inducerad FLI i förhållande till vatten.

figur 2
Figur 2. fett eller socker intag ökar Differentiellt c-fos aktivering i Medial prefrontala cortex (mPFC). Förändringar i c-fos aktivering (medelvärde ± SEM) noteras i hela mPFC (panel A), den infralimbic mPFC området (Panel B), och prelimbic mPFC area (panel C) efter förbrukning (1 timme) av vatten, sackarin (0,2%), Xantangummi (kontroll för majsolja), glukos (8%), fruktos (8%) eller majsolja (3,5%). (Tidigare publicerad 69.) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. Faktisk mPFC c-fos aktivering Efter fett och socker. C-fos aktivering observerades hos djur som exponerats för intag av majsolja (Paneler A (4 gångers förstoring) och C (10 gångers förstoring)) som var signifikant större än den för intag av vatten (paneler B (4-faldig förstoring) och D (10-faldig förstoring)). Representation av avgränsade delområden av Prelimbic (PL) och infralimbic (IL) mPFC är i diagramform i paneler A (majsolja) och C (vatten) som är den del av tslang paneler (A och C) förstorade till 10-faldig förstoring i de motsvarande panelerna (B och D). Pilar i Paneler C och D anger representativa c-fos-positiva celler. Alla skal barer är 100 pm. (Tidigare publicerad 69.) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

AMY c-Fos Aktivering
Majsolja signifikant (p <0,05, Tukey HSD test) ökad total AMY (Figur 4A), basolateral (figur 4B) och central kortiko-mediala (Figur 4C) delområdet AMY c-Fos räknar i förhållande till vatten (*) eller xantangummit kontrollen (#). Glukos också signifikant (p <0,05, Tukey HSD test) ökade totalt (figur 4A), basolateral (figur 4B) och central kortiko-mediala ( (figur 4A) och central kortiko-mediala delområde (Figur 4C) av AMY c-Fos räknar i förhållande till vatten (*) eller sackarin (+), men inte i den basolaterala AMY delområde. Sackarin misslyckades med att ändra totalt basolaterala eller central kortiko-mediala AMY c-Fos räknar i förhållande till vatten. Detaljerade analyser av enskilda kärnor inom AMY visade att betydande förändringar noteras i den basolaterala delen av AMY också noterades i de enskilda basolaterala och sido AMY kärnor. De betydande förändringar som noterats i den centrala-kortiko-mediala delen av AMY noterades också i de enskilda centrala, kortikal och mediala AMY kärnor. Figur 5 visar representativa AMY sektionerdjur som uppvisar ökad majs olje-, glukos- och fruktos-inducerad FLI i förhållande till vatten. (Tidigare publicerad 69.)

figur 4
Figur 4. fett eller socker intag ökar Differentiellt c-fos aktivering i amygdala (AMY). Förändringar i c-fos aktivering (medelvärde ± SEM) noteras i hela AMY (panel A), den basolaterala AMY området (panel B) , och den centrala-kortiko-mediala AMY area (panel C) efter förbrukning (1 timme) av vatten, sackarin, xantangummi, glukos, fruktos eller majsolja. De betydande förändringar som noterats i den basolaterala delen av AMY noterades också i de enskilda basolaterala och sido AMY kärnor. De betydande förändringar som noterats i den centrala-kortiko-mediala delen av AMY noterades också i de enskilda centrala, kortikal och mediala AMY kärnor. (Tidigare publicerad 69.) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5. Faktisk AMY c-fos aktivering Efter fett och socker. C-fos aktivering observerades hos djur som exponerats för intag av majsolja (Paneler A (4 gångers förstoring), D (10 gångers förstoring) och G (60- faldig förstoring)), glukos (paneler B (4-faldig förstoring) och E (10-faldig förstoring)), och fruktos (paneler C (4-faldig förstoring) och F (10-faldig)) som var signifikant större än den av intag av vatten (paneler H (4-faldig förstoring) och i (10-faldig förstoring)). representationde avgränsade delområden av central kortiko-mediala (CMC) och basolaterala (BLA) AMY är i diagramform i paneler A (majsolja), B (glukos), C (fruktos) och H (vatten) som är den del av dessa paneler (A, B, C och H) förstorade to10-faldig förstoring i de motsvarande panelerna (D, E, F och i). Den avgränsade delområde i panel D (majsolja, 10-faldig förstoring) är förstorad till 60-faldig förstoring i Panel D. Arrows in Paneler D, E, F, G och I indikerar representativa c-fos-positiva celler. Alla skal barer är 100 pm, med undantag för Panel G (50 pm). (Tidigare publicerad 69.) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

NAC c-Fos aktivering
Majsolja signifikant (p <0,05, Tukey HSD test) ökade totalt (figur 6A) och kärna ( (Figur 6C). Glukos signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) ökade c-Fos räknas i NAc kärna (Figur 6B), men inte i det totala NAc eller NAc manteln relativt sackarin (+) eller vatten (*). I motsats, fruktos och sackarin misslyckats med att skilja sig från vattnet i framkalla c-Fos-aktivering i NAC kärna och / eller skal. Figur 7 visar representativa avsnitt i NAC kärna djur som visar ökad majs olje- eller glukos-inducerad FLI i förhållande till vatten .

figur 6
Figur 6. fett eller socker intag ökar Differentiellt c-fos aktivering i NAC. Förändringar i c-fos aktivering (medelvärde ± SEM) i hela NAC (panel A), NAC kärna (Panel B), och NAC skal (Panel C) efter förbrukning (1 timme) av vatten, sackarin, xantangummi, glukos, fruktos eller majsolja. (Tidigare publicerad 69.) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 7
Figur 7. Faktisk NAC kärna, men inte NAC Shell c-fos aktivering Efter fett och socker. C-fos aktivering observerades hos djur som exponerats för intag av majsolja (Paneler A (4 gångers förstoring), D (10 gångers förstoring ) och G (60 gångers förstoring)) och glukos (paneler B (4-faldig förstoring) och E (10-faldig förstoring)) som var signifikant större än den för intag av vatten (paneler C (4-faldig förstoring) och F (10-faldig magnification)). Representation av avgränsade delområden NAC kärna och NAC skal är i diagramform i paneler A (majsolja), B (glukos) och C (vatten) som är den del av dessa paneler (A, B, C och H) förstoras till 10-faldig förstoring i de motsvarande panelerna (D, E och F). Den avgränsade delområde i panel D (majsolja, 10-faldig förstoring) är förstorad till 60-faldig förstoring i panel G. pilar i Paneler D, E, F och G indikerar representativa c-fos-positiva celler. Alla skal barer är 100 pm. (Tidigare publicerad 69.) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Dorsal Striatal c-Fos aktivering
Majsolja signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) ökade c-Fos räknas i dorsal striatum i förhållande till vatten (*) eller xantangummi (#) (Figure 8A). Glukos eller fruktos signifikant (p <0,05, Tukey HSD test) ökade rygg striatala FLI relativt sackarin (+) (Figur 8A). Däremot misslyckades sackarin skiljer sig från vatten för att framkalla dorsala striatum c-Fos-aktivering. Figur 9 visar representativa rygg striatala delar av djur som uppvisar ökad majs olje-, glukos eller fruktos-inducerad FLI i förhållande till vatten.

Figur 8
Figur 8. fett eller socker intag ökar Differentiellt c-fos aktivering i Dorsal striatum och ventrala tegmentområdet. Rygg atriatal (Panel A) och ventrala tegmentområdet (Panel B) förändringar noterades för c-fos aktivering (medelvärde ± SEM) efter förbrukning (1 timme) av vatten, sackarin, xantangummi, glukos, fruktos eller majsolja. (Tidigare publicerad 69.)

figur 9
Figur 9. Faktisk Dorsal Striatal c-fos aktivering Efter fett och socker. C-fos aktivering observerades hos djur som exponerats för intag av majsolja (Paneler A (4 gångers förstoring), D (10 gångers förstoring) och G (60 -faldig förstoring)), glukos (paneler B (4-faldig förstoring) och E (10-faldig förstoring)), fruktos (Paneler C (4-faldig förstoring) och F (10-faldig förstoring)) som var signifikant större än den för intag av vatten (Paneler H (4-faldig förstoring) och I (10-faldig förstoring)). Avgränsad sub-areas av den dorsala striatum i paneler A (majsolja), B (glukos), C (fruktos) och H (vatten) indikerade att förstoras till 10-faldig förstoring i de motsvarande panelerna (D, E, F och I). Den avgränsade delområde i panel D (majsolja, 10-faldig förstoring) är förstorad till 60-faldig förstoring i panel G. pilar i Paneler D, E, F och G indikerar representativa c-fos-positiva celler. Alla skal barer är 100 pm, med undantag för Panel G (50 pm). (Tidigare publicerad 69.) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

VTA c-Fos aktivering
Majsolja signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) ökade c-Fos räknas i TH + VTA-celler i förhållande till xantangummi kontroll (#) (Figur 8B). I motsats, glukos, fruktos eller sackarin misslyckades med att ändra c-Fos räknas i VTA relativa till vatten. Figur 10 visar representativa TH + och TH och c-Fos-aktiverade VTA celler av djur som uppvisar ökad majsolja-inducerad FLI i förhållande till vatten.

Figur 10
Figur 10. Faktisk ventrala tegmentområdet c-fos aktivering Efter fett och socker. VTA c-fos aktivering observerades hos djur som exponerats för majsolja (Paneler A (4-faldig) och C (10-faldig)) och vatten (panelerna B (4-faldig) och D (10-faldig)). Svarta pilar indikerar representativa dubbelmärkta TH / c-fos-positiva celler, medan grå pilarna indikerar representativa c-fos endast celler. Alla skal barer är 100 pm. (Tidigare publicerad 69.) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

ove_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Förhållanden av c-Fos aktivering bland webbplatser och lösningar
Mönstret av c-Fos räknas i djur som exponerats för majsolja visade signifikant (p <0,05) positiva korrelationer mellan NAC kärna och antingen NAC skal (r = 0,971) eller hela mPFC (r = 0,670), mellan prelimbic mPFC och antingen infralimbic mPFC (r = 0,940) eller rygg striatum (r = 0,849), mellan infralimbic mPFC och rygg striatum (r = 0,749), mellan den basolaterala och central kortiko-mediala AMY (r = 0,999), och mellan rygg striatum och VTA (r = 0,723). I motsats till detta mönster av c-Fos räknas i djur som exponerats för majsolja visade signifikanta (p <0,05) negativa korrelationer mellan den basolaterala AMY och antingen NAc kärnan (r = -0,712) eller skalet (r = -0,708), och mellan den centrala-kortiko-mediala AMY och antingen NAC kärna (r = -0,712) eller skal (r = -0,710) .Det mönster av c-Fos räknas i djur eXposed till glukos avslöjade signifikanta (p <0,05) positiva korrelationer mellan prelimbic och infralimbic mPFC (r = 0,930), mellan den dorsala striatum och antingen VTA (r = 0,821), basolateral (r = 0,910) eller central-kortiko-mediala (r = 0,911) AMY, och mellan den basolaterala och central kortiko-mediala (r = 0,999) AMY. Mönstret av c-Fos räknas i djur som exponerats för fruktos visade signifikant (p <0,05) positiva korrelationer mellan NAC kärna och antingen NAC skal (r = 0,969) eller prelimbic mPFC (r = 0,740), mellan NAC skal och prelimbic mPFC (r = 0,733), mellan prelimbic och infralimbic mPFC (r = 0,959), och mellan den basolaterala och central kortiko-mediala AMY (r = 0,996) .Det mönster av c-Fos räknas i djur som utsatts för sackarin avslöjade signifikant (p <0,05) positiva korrelationer mellan NAc kärnan och NAc skal (r = 0,792), mellan NAC skal och dorsala striatum (r = 0,715), och mellan de prelimbic mPFC ennd infralimbic mPFC (r = 0,999).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Målet med studien var att fastställa om källan (VTA) och framhjärnan projektions mål (NAC, Amy, mPFC) av DA belöning relaterade nervceller samtidigt aktiveras efter nya intag av fett och socker i råttor med hjälp av cellulära c-fos teknik . Den aktuella studien är en detaljerad beskrivning av protokollen från en studie tidigare 69 publicerade. Det antogs att VTA, skulle dess större projektionszoner till prelimbic och infralimbic mPFC, kärnan och skalet av NAC och den basolaterala och central-kortiko-mediala AMY, såväl som den dorsala striatum fungera som ett distribuerat hjärnnätverk 24 -27, och visar samordnas och samtidig FLI följande nya intag av glukos (8%), fruktos (8%) eller majsolja (3,5%) lösningar i förhållande till sackarin (0,2%), vatten och andra styrlösningar. Majsolja, glukos och fruktos, men inte sackarin intag producerat betydande och differentiell FLI aktivering av VTA, den prelimbic och infralimbic mPFC, kärnan och skalet av NAC, den basolaterala och central kortiko-medial AMY och rygg striatum. Utöver c-fos-teknik, var beteendemätningar av socker, fett och artificiella sötningsmedlet intag användes.

Ett kritiskt steg ingår tid provtagning av intaget så att de skulle vara jämförelsevis lika och därmed säkerställa att eventuella skillnader i c-fos aktivering över platser var på grund av att den lösning som konsumeras snarare antingen mönstret eller omfattningen av intag. De fyra dagar baslinjen sackarin intag säkerställas att livsmedels begränsade djur provtas lösningarna snabbt, och därmed minimeras icke-specifika effekter. En andra kritiska steget var att förfarandet orsakade minimal stress eller nyhet för djuren som förändringar i känslo valens oberoende av intag typ också kan producera c-fos aktivering. Slutsatserna ger en övertygande "proof of concept" för effektiviteten i detta tillvägagångssätt och protokoll i samband medidentifiera huruvida akut exponering för fett (t.ex. majsolja), socker (glukos och fruktos) och icke-närande sötningsmedel (sackarin) lösningar simultant aktivera DA-medierade ROI på ett sätt som tyder på en samordnad distribuerat hjärnsystemet 24-27.

Eftersom optimal c-Fos-aktivering kräver tidskänsliga svar före avlivning 51,52, tidigare validerade förfaranden 42,44 maximerad lösning provtagning med korta latency i 1-hr testet. Således var mat begränsade råttor tränade med 0,2% sackarin lösningar (10 ml, 1 timme) under 4 dagar, och med tanke på testlösningen på den femte dagen. Baseline sackarin intag avsevärt och gradvis ökat och fruktos och glukos, men inte majsolja eller sackarin intag på femte dagen var betydligt högre än fjärde dagen sackarin intag. Därför lösningar förknippade med ökad FLI ökade signifikant (glukos, fruktos) eller underlåtit att påverka (majsolja) intag remulativa till föregående sackarin träning, och verkade vara medierad genom en belöning relaterade beteendestimulansmekanism. Särskild uppmärksamhet måste vidtas för att säkerställa provtagning och lika beteende. Andra forskare effektivt kan använda den här proceduren för att studera andra typer av nya lösningar eller införa variationer i paradigm för att förstå mekanismerna i samband med anpassning och inlärning.

Fördelen med det nuvarande protokollet är förmågan att jämföra effekterna av väl studerade socker (fruktos, glukos) och fett (majsolja) och jämföra sina c-fos aktiverande effekter med än viktiga kontroller (icke-närande sötningsmedel, sackarin, en kontroll emulgeringsmedel, xantangummi och vatten), och sedan undersöka dessa effekter över sex relaterade hjärnplatser. Även om detta tillvägagångssätt har uppenbara fördelar i att tillåta samtidig behandling över hjärnan platser i de olika välsmakande ämnen, har den nackdelen att producera en potentiellt astronomiska datamängdav celler som uppvisar neuronal uttryck. För att göra detta mer hanterbart, tog vi metoden att analysera tre representativa koronala skivor per sida som är gemensam för alla djur i alla testförhållanden. Detta är naturligtvis åtföljs av varning att välja lämpliga nivåer för varje ROI i dessa tre sektioner. Med tanke på den breda rostro-caudal omfattningen av AMY, NAC, mPFC, rygg striatum och VTA, bör detta förbehåll inte tas på allvar. Vidare är det då åligger utredarna att vara konsekvent i exakt välja vart och ett av de tre representativa sektioner i alla djur över alla platser. Mindre fel i detta val kan leda till "falska positiva" och "falska negativa". Effektivitet att räkna är också en relevant variabel. Vår lösning för denna potential FÖRVÄXLA var att tilldela två oinformerade bedömare för varje avsnitt i varje ROI, och sedan se till att inter-rater reliability (med korrelation av räkningar) alltid översteg 0,8. Detta tillvägagångssätt, medan duplicative, gav oss mycket större säkerhet om noggrannhet som inter-rater reliability lätt överskridit detta minimikriterium. Delregioner i NAC (kärna kontra skal), AMY (baso-laterala kontra central kortiko-mediala) och mPFC (perilimbic vs infralimbic) analyserades. Dessa regioner skulle kunna delas upp på nytt, i synnerhet de enskilda AMY kärnor, plåstret och matris fack i den dorsala striatum, och NAC skal (vertex, välva, kon, mellanliggande zonen). Eftersom NAC skal misslyckades med att genomgående visa förändringar i FLI följande majsolja, glukos eller fruktos, var ytterligare under analyser av denna struktur inte utförts. Definitiv undersökning av plåstret och matriszoner rygg striatum krävde ytterligare immunohistokemiska tekniker som inte är anställda i den aktuella studien, men skulle vara en viktig uppföljningsstudie. Analyser av enskilda AMY kärnor inom varje delområde skulle också vara en extra framtida studier.

Tidigare studier visade att sucros Ingången ökade FLI i centrala AMY kärna, VTA liksom skalet, men inte kärnan av NAC, men orala eller IG sackarin infusioner är i stort sett ineffektiva 55-57, 60-62. Glukos och fruktos intag elicited sockerspecifika effekter på FLI med både effektiv i det centrala-kortiko-mediala AMY och dorsala striatum, den tidigare effektiva i NAc kärnan och den basolaterala AMY, och den senare effektivt vid infralimbic mPFC. Sackarin intag misslyckades att framkalla förändringar i FLI i någon webbplats i förhållande till vatten. Fettintag ökade också FLI i accumbal och mPFC platser i tidigare studier 65-67, och producerade samtidig betydande aktivering i VTA, infralimbic och prelimbic mPFC, rygg striatum, NAC kärna och basolaterala och central kortiko-mediala AMY.

Även tidigare studier har visat att socker och fettintag inducerad FLI i framhjärnan meso-corticolimbic och nigro-striatala DA-system, den aktuella studien systematisktutvärderas samtidig FLI aktivering i VTA, basolaterala och central kortiko-mediala AMY, rygg striatum, prelimbic och infralimbic mPFC NAC kärna och skal efter akut intag av majsolja, fruktos, glukos eller sackarin. Betydande FLI ökningar starkt relaterade till varandra över framhjärnan platser, stöder idén om distribuerade hjärnnätverksaktivering medla socker och fettintag. Sådana protokoll identifiera samtidiga förändringar i flera hjärn loci kan utnyttjas inom ramen för kroniska och binging villkor samt under konditionering och preferenser. Dessa studier visar att en stark anatomisk korrelation (c-fos) effektivt kan användas i flera hjärnsajter samtidigt för att identifiera kandidater för att förmedla välsmakande intag och preferenser hos djur som kan ge insikter i mänskliga sjukdomstillstånd relaterade till fetma, diabetes och andra ätstörningar .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inga konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Tack vare Diana Icaza-Culaki, Cristal Sampson och Theologia Karagiorgis för deras hårda arbete med detta projekt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Sprague-Dawley rats Charles River Laboratories CD-1
Wire Mesh Cages Lab Products, Seaford, DE 30-Cage rack
Rat Chow PMI Nutrition International 5001
Taut Metal Spring Lab Products, Seaford, DE n/a
Rat Weighing Scale Fisher Scientific Company n/a
Nalgene Centrifuge Tubes Lab Products, Seaford, DE 10-0501
Rubber Stopper Lab Products, Seaford, DE n/a
Metal Sippers Lab Products, Seaford, DE n/a
Saccharin Sigma Chemical Co 82385-42-0
Kool-Aid, Cherry Kool-Aid Commerical
Kool-Aid, Grape Kool-Aid Commercial
Fructose Sigma Chemical Co F0127
Glucose Sigma Chemical Co G8270
Corn Oil Mazzola Commerical
Xanthan Gum Sigma Chemical Co 11138-66-2
Sliding Microtome Microm International n/a
Neurolucida Camera MBF Bioscience Software application
Gelatin-coated Slides Fisher Scientific Company 12-550-343
Cover glass Fisher Scientific Company 12-545-M
Golden Nylon Brushes Loew-Cornell  2037
Natural Hair Sable  Loew-Cornell  2022
24 Well Plates Fisher Scientific 3527
6 Well Plates Fisher Scientific 3506
1 L Pyrex bottles Fisher Scientific 1395-1L
Tissue insert (tissue strainer) Fisher Scientific 7200214
Eagle pipettes  World Precision Instruments E10 for 1-10μl
Eagle pipettes  World Precision Instruments E100 for 20-100μl
Eagle pipettes  World Precision Instruments E200 for 50-200μl
Eagle pipettes  World Precision Instruments E1000 for 100-1000μl
Eagle pipettes  World Precision Instruments E5000 for 1000-5000μl 
Universal Tips .1-10 μl World Precision Instruments 500192
Universal Tips 5-200 μl World Precision Instruments 500194
Universal Tips 500-5,000 μl World Precision Instruments 500198
Blade Vibroslice 100 World Precision Instruments BLADE
DPX Mounting Medium  Electron Microscopy  13510
15 ml centrifuge tubes Biologix Research Co. 10-0501
Slide Boxes Biologix Research Co. 41-6100
Orbital Shaker  Madell Corporation   ZD-9556
weigh boats  Fisher Scientific 02-202-100
5 ml disposable pipettes Fisher Scientific 13-711-5AM
Stereo Investigator Software Micro Bright Field Software application
Name Company Catalog number Comments
Reagents
Paraformaldehyde Granular Fisher Scientific 19210
NaCl Fisher Scientific S271-1
Sodium Phophate Monobasic Fisher Scientific S468-500
Sodium Phosphate Diphasic Fisher Scientific BP332-500
Hydrogen Peroxide  Fisher Scientific H324-500
SafeClear II  Fisher Scientific 23-044-192
Methanol  Fisher Scientific A412-1
Normal Goat Serum Vector S-1000
Biotinylated Anti-Rabbit IgG (H+L) Vector BA-1000
ABC Kit Peroxidase Standard Vector PK-4000
Anti-cFos (Ab-5) Rabbit EMD chem/Cal Biochem PC38
Triton X 100 SigmaAldrich X-100
3,3' diaminobenzidine tetra hydrochloride  SigmaAldrich D5905
Sodium Hydroxide SigmaAldrich 5881
Primary TH anti body EMD Millipore AB152
Euthosol Virbac AH

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Koob, G. F. Neural mechanisms of drug reinforcement. Ann. N.Y. Acad. Sci. 654, 171-191 (1992).
  2. Wise, R. A. Role of brain dopamine in food reward. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 361, 1149-1158 (2006).
  3. Salamone, J. D., Correa, M. The mysterious motivational functions of mesolimbic dopamine. Neuron. 76, 470-485 (2012).
  4. Horvitz, J. C., Choi, W. Y., Morvan, C., Eyny, Y., Balsam, P. D. A "good parent" function of dopamine: transient modulation of learning and performance during early stages of training. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1104, 270-288 (2007).
  5. Wickens, J. R., Horvitz, J. C., Costa, R. M., Killcross, S. Dopaminergic mechanisms in actions and habits. J. Neurosci. 27, 8181-8183 (2007).
  6. Bjorklund, A., Dunnett, S. B. Dopamine neuron systems in the brain: an update. Trends Neurosci. 30, 194-202 (2007).
  7. Swanson, L. W. The projections of the ventral tegmental area and adjacent regions: a combined fluorescent retrograde tracer and immunofluorescence study in the rat. Brain Res. Bull. 9, 321-353 (1982).
  8. Cacciapaglia, F., Wrightman, R. M., Careli, R. M. Rapid dopamine signaling differentially modulates distinct microcircuits within the nucleus accumbens during sucrose-directed behavior. J. Neurosci. 31, 13860-13869 (2011).
  9. Martinez-Hernandez, J., Lanuza, E., Martinez-Garcia, F. Selective dopaminergic lesions of the ventral tegmental area impair preference for sucrose but not for male sex pheromones in female mice. Eur. J. Neurosci. 24, 885-893 (2006).
  10. Bassareo, V., Di Chiara, G. Differential influence of associative and nonassociative learning mechanisms on the responsiveness of prefrontal and accumbal dopamine transmission to food stimuli in rats fed ad libitum. J. Neurosci. 17, 851-861 (1997).
  11. Bassareo, V., Di Chiara, G. Differential responsiveness of dopamine transmission to food-stimuli in nucleus accumbens shell/core compartments. Neurosci. 89, 637-641 (1999).
  12. Cheng, J., Feenstra, M. G. Individual differences in dopamine efflux in nucleus accumbens shell and core during instrumental conditioning. Learn. Mem. 13, 168-177 (2006).
  13. Genn, R. F., Ahn, S., Phillips, A. G. Attenuated dopamine efflux in the rat nucleus accumbens during successive negative contrast. Behav. Neurosci. 118, 869-873 (2004).
  14. Hajnal, A., Norgren, R. Accumbens dopamine mechanisms in sucrose intake. Brain Res. 904, 76-84 (2001).
  15. Hajnal, A., Smith, G. P., Norgren, R. Oral sucrose stimulation increases accumbens dopamine in the rat. Am. J. Physiol. 286, R31-R37 (2003).
  16. Bassareo, V., Di Chiara, G. Modulation of feeding-induced activation of mesolimbic dopamine transmission by appetitive stimuli and its relation to motivational state. Eur. J. Neurosci. 11, 4389-4397 (1999).
  17. Hajnal, A., Lenard, L. Feeding-related dopamine in the amygdala of freely moving rats. Neuroreport. 8, 2817-2820 (1997).
  18. Bassareo, V., De Luca, M. A., Di Chiara, G. Differential expression of motivational stimulus properties by dopamine in nucleus accumbens shell versus core and prefrontal cortex. J. Neurosci. 22, 4709-4719 (2002).
  19. Feenstra, M., Botterblom, M. Rapid sampling of extracellular dopamine in the rat prefrontal cortex during food consumption, handling, and exposure to novelty. Brain Res. 742, 17-24 (1996).
  20. Hernandez, L., Hoebel, B. G. Feeding can enhance dopamine turnover in the prefrontal cortex. Brain Res. Bull. 25, 975-979 (1990).
  21. Liang, N. C., Hajnal, A., Norgren, R. Sham feeding corn oil increases accumbens dopamine in the rat. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 291, R1236-R1239 (2006).
  22. Dunnett, S. B., Iversen, S. D. Regulatory impairments following selective kainic acid lesions of the neostriatum. Behav. Brain Res. 1, 497-506 (1980).
  23. Salamone, J. D., Zigmond, M. J., Stricker, E. M. Characterization of the impaired feeding behavior in rats given haloperidol or dopamine-depleting brain lesions. Neurosci. 39, 17-24 (1990).
  24. Kelley, A. E. Ventral striatal control of appetitive motivation: role in ingestive behavior and reward-related learning. Neurosci. Biobehav. Rev. 27, 765-776 (2004).
  25. Kelley, A. E. Memory and addiction: shared neural circuitry and molecular mechanisms. Neuron. 44, 161-179 (2004).
  26. Kelley, A. E., Baldo, B. A., Pratt, W. E. A proposed hypothalamic-thalamic-striatal axis for the integration of energy balance, arousal and food reward. J. Comp. Neurol. 493, 72-85 (2005).
  27. Kelley, A. E., Baldo, B. A., Pratt, W. E., Will, M. J. Corticostriatal-hypothalamic circuitry and food motivation: integration of energy, action and reward. Physiol. Behav. 86, 773-795 (2005).
  28. Berendse, H. W., Galis-de-Graaf, Y., Groenewegen, H. J. Topographical organization and relationship with ventral striatal compartments of prefrontal corticostriatal projections in the rat. J. Comp. Neurol. 316, 314-347 (1992).
  29. Brog, J. S., Salyapongse, A., Deutch, A. Y., Zahm, D. S. The patterns of afferent innervation of the core and shell in the "accumbens" part of rat ventral striatum: immunohistochemical detection of retrogradely transported fluoro-gold. J. Comp. Neurol. 338, 255-278 (1993).
  30. McDonald, A. J. Organization of amygdaloid projections to the prefrontal cortex and associated stritum in the rat. Neurosci. 44, 1-14 (1991).
  31. McGeorge, A. J., Faull, R. L. The organization of the projection from the cerebral cortex to the striatum in the rat. Neurosci. 29, 503-537 (1989).
  32. Sesack, S. R., Deutch, A. Y., Roth, R. H., Bunney, B. S. Topographical organization of the efferent projections of the medial prefrontal cortex in the rat: an anterograde tract-tracing study with Phaseolus vulgaris leucoagglutinin. J. Comp. Neurol. 290, 213-242 (1989).
  33. Wright, C. I., Beijer, A. V., Groenewegen, H. J. Basal amygdaloid complex afferents to the rat nucleus accumbens are compartmentally organized. J. Neurosci. 16, 1877-1893 (1996).
  34. Wright, C. I., Groenewegen, H. J. Patterns of convergence and segregation in the medial nucleus accumbens of the rat: relationships of prefrontal cortical, midline thalamic and basal amygdaloid afferents. J. Comp. Neurol. 361, 383-403 (1995).
  35. Geary, N., Smith, G. P. Pimozide decreases the positive reinforcing effect of sham fed sucrose in the rat. Pharmacol. Biochem. Behav. 22, 787-790 (1985).
  36. Muscat, R., Willner, P. Effects of selective dopamine receptor antagonists on sucrose consumption and preference. Psychopharmacol. 99, 98-102 (1989).
  37. Schneider, L. H., Gibbs, J., Smith, G. P. D-2 selective receptor antagonists suppress sucrose sham feeding in the rat. Brain Res. Bull. 17, 605-611 (1986).
  38. Baker, R. W., Osman, J., Bodnar, R. J. Differential actions of dopamine receptor antagonism in rats upon food intake elicited by mercaptoacetate or exposure to a palatable high-fat diet. Pharmacol. Biochem. Behav. 69, 201-208 (2001).
  39. Rao, R. E., Wojnicki, F. H., Coupland, J., Ghosh, S., Corwin, R. L. Baclofen, raclopride and naltrexone differentially reduce solid fat emulsion intake under limited access conditions. Pharmacol. Biochem. Behav. 89, 581-590 (2008).
  40. Weatherford, S. C., Smith, G. P., Melville, L. D. D-1 and D-2 receptor antagonists decrease corn oil sham feeding in rats. Physiol. Behav. 44, 569-572 (1988).
  41. Azzara, A. V., Bodnar, R. J., Delamater, A. R., Sclafani, A. D1 but not D2 dopamine receptor antagonism blocks the acquisition of a flavor preference conditioned by intragastric carbohydrate infusions. Pharmacol. Biochem. Behav. 68, 709-720 (2001).
  42. Baker, R. M., Shah, M. J., Sclafani, A., Bodnar, R. J. Dopamine D1 and D2 antagonists reduce the acquisition and expression of flavor-preferences conditioned by fructose in rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 75, 55-65 (2003).
  43. Dela Cruz, J. A., Coke, T., Icaza-Cukali, D., Khalifa, N., Bodnar, R. J. Roles of NMDA and dopamine D1 and D2 receptors in the acquisition and expression of flavor preferences conditioned by oral glucose in rats. Neurobiol. Learn. Mem. 114, 223-230 (2014).
  44. Dela Cruz, J. A., et al. Roles of dopamine D1 and D2 receptors in the acquisition and expression of fat-conditioned flavor preferences in rats. Neurobiol. Learn. Mem. 97, 332-337 (2012).
  45. Yu, W. Z., Silva, R. M., Sclafani, A., Delamater, A. R., Bodnar, R. J. Pharmacology of flavor preference conditioning in sham-feeding rats: effects of dopamine receptor antagonists. Pharmacol. Biochem. Behav. 65, 635-647 (2000).
  46. Yu, W. Z., Silva, R. M., Sclafani, A., Delamater, A. R., Bodnar, R. J. Role of D(1) and D(2) dopamine receptors in the acquisition and expression of flavor-preference conditioning in sham-feeding rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 67 (1), 537-544 (2000).
  47. Touzani, K., Bodnar, R. J., Sclafani, A. Activation of dopamine D1-like receptors in nucleus accumbens is critical for the acquisition, but not the expression, of nutrient-conditioned flavor preferences in rats. Eur. J. Neurosci. 27, 1525-1533 (2008).
  48. Touzani, K., Bodnar, R. J., Sclafani, A. Dopamine D1-like receptor antagonism in amygdala impairs the acquisition of glucose-conditioned flavor preference in rats. Eur. J. Neurosci. 30, 289-298 (2009).
  49. Touzani, K., Bodnar, R. J., Sclafani, A. Acquisition of glucose-conditioned flavor preference requires the activation of dopamine D1-like receptors within the medial prefrontal cortex in rats. Neurobiol. Learn. Mem. 94, 214-219 (2010).
  50. Malkusz, D. C., et al. Dopamine signaling in the medial prefrontal cortex and amygdala is required for the acquisition of fructose-conditioned flavor preferences in rats. Behav. Brain Res. 233, 500-507 (2012).
  51. Bernal, S. Y., et al. Role of dopamine D1 and D2 receptors in the nucleus accumbens shell on the acquisition and expression of fructose-conditioned flavor-flavor preferences in rats. Behav. Brain Res. 190, 59-66 (2008).
  52. Bernal, S. Y., et al. Role of amygdala dopamine D1 and D2 receptors in the acquisition and expression of fructose-conditioned flavor preferences in rats. Behav. Brain Res. 205, 183-190 (2009).
  53. Dragunow, M., Faull, R. The use of c-fos as a metabolic marker in neuronal pathway tracing. J. Neurosci. Methods. 29, 261-265 (1989).
  54. VanElzakker, M., Fevurly, R. D., Breindel, T., Spencer, R. L. Environmental novelty is associated with a selective increase in Fos expression in the output elements of the hippocampal formation and the perirhinal cortex. Learn. Mem. 15, 899-908 (2008).
  55. Norgren, R., Hajnal, A., Mungarndee, S. S. Gustatory reward and the nucleus accumbens. Physiol. Behav. 89, 531-535 (2006).
  56. Park, T. H., Carr, K. D. Neuroanatomical patterns of fos-like immunoreactivity induced by a palatable meal and meal-paired environment in saline- and naltrexone-treated rats. Brain Res. 805, 169-180 (1998).
  57. Zhao, X. L., Yan, J. Q., Chen, K., Yang, X. J., Li, J. R., Zhang, Y. Glutaminergic neurons expressing c-Fos in the brainstem and amygdala participate in signal transmission and integration of sweet taste. Nan.Fang Yi.Ke.Da.Xue.Xue.Bao. 31, 1138-1142 (2011).
  58. Mungarndee, S. S., Lundy, R. F., Norgren, R. Expression of Fos during sham sucrose intake in rats with central gustatory lesions. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 295, R751-R763 (2008).
  59. Otsubo, H., Kondoh, T., Shibata, M., Torii, K., Ueta, Y. Induction of Fos expression in the rat forebrain after intragastric administration of monosodium L-glutamate, glucose and NaCl. Neurosci. 196, 97-103 (2011).
  60. Yamamoto, T., Sako, N., Sakai, N., Iwafune, A. Gustatory and visceral inputs to the amygdala of the rat: conditioned taste aversion and induction of c-fos-like immunoreactivity. Neurosci. Lett. 226, 127-130 (1997).
  61. Mitra, A., Lenglos, C., Martin, J., Mbende, N., Gagne, A., Timofeeva, E. Sucrose modifies c-fos mRNA expression in the brain of rats maintained on feeding schedules. Neurosci. 192, 459-474 (2011).
  62. Pecoraro, N., Dallman, M. F. c-Fos after incentive shifts: expectancy, incredulity, and recovery. Behav. Neurosci. 119, 366-387 (2005).
  63. Hamlin, A. S., Blatchford, K. E., McNally, G. P. Renewal of an extinguished instrumental response: Neural correlates and the role of D1 dopamine receptors. Neurosci. 143, 25-38 (2006).
  64. Kerfoot, E. C., Agarwal, I., Lee, H. J., Holland, P. C. Control of appetitive and aversive taste-reactivity responses by an auditory conditioned stimulus in a devaluation task: A FOS and behavioral analysis. Learn. Mem. 14, 581-589 (2007).
  65. Zhang, M., Kelley, A. E. Enhanced intake of high-fat food following striatal mu-opioid stimulation: microinjection mapping and fos expression. Neurosci. 99, 267-277 (2000).
  66. Teegarden, S. L., Scott, A. N., Bale, T. L. Early life exposure to a high fat diet promotes long-term changes in dietary preferences and central reward signaling. Neurosci. 162, 924-932 (2009).
  67. Del Rio, D., et al. Involvement of the dorsomedial prefrontal cortex in high-fat food conditioning in adolescent mice. Behav. Brain Res. 283, 227-232 (2015).
  68. Knapska, E., Radwanska, K., Werka, T., Kaczmarek, L. Functional internal complexity of amygdala: focus on gene activity mapping after behavioral training and drugs of abuse. Physiol. Rev. 87, 1113-1173 (2007).
  69. Dela Cruz, J. A. D., et al. c-Fos induction in mesotelencephalic dopamine pathway projection targets and dorsal striatum following oral intake of sugars and fats in rats. Brain Res. Bull. 111, 9-19 (2015).
  70. Paxinos, G., Watson, C. The rat brain in stereotaxic coordinates. , Elsevier. (2006).
  71. Ranaldi, R., et al. The effects of VTA NMDA receptor antagonism on reward-related learning and associated c-fos expression in forebrain. Behav. Brain Res. 216, 424-432 (2011).

Tags

Neurovetenskap Behavioral Neuroscience C-fos immunreaktivitet socker intag fettintag Belöna smak Amygdala Medial prefrontala cortex Nucleus accumbens caudatus / putamen ventrala tegmentområdet Distributed hjärnan nätverk
Samtidig detektion av c-Fos Aktivering från mesolimbiska och Mesocortical dopamin belöning webbplatser Efter Naive socker och fett Förtäring i råttor
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dela Cruz, J. A. D., Coke, T.,… More

Dela Cruz, J. A. D., Coke, T., Bodnar, R. J. Simultaneous Detection of c-Fos Activation from Mesolimbic and Mesocortical Dopamine Reward Sites Following Naive Sugar and Fat Ingestion in Rats. J. Vis. Exp. (114), e53897, doi:10.3791/53897 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter