Neuronii AgRP pot crește aportul alimentar în timpul condițiilor de suprimare și inhibare a apetitului

Abstract

DECLARAȚIE DE IMPORTANȚĂ Motivația de a mânca depinde de echilibrul relativ al activității în regiuni distincte ale creierului care induc sau suprima pofta de mâncare. O cantitate anormală de activitate în neuroni care induce pofta de mâncare poate provoca obezitate, în timp ce o cantitate anormală de activitate în neuroni care suprimă pofta de mâncare poate provoca malnutriție și o reducere severă a greutății corporale. Scopul acestui studiu a fost de a determina dacă o populație de neuroni cunoscuți ca induc pofta de mâncare („neuroni AgRP”) ar putea induce consumul de alimente pentru a depăși suprimarea poftei de mâncare după administrarea diferiților compuși care suprimă pofta de mâncare. Am descoperit că stimularea neuronilor AgRP ar putea depăși diferite forme de suprimare a apetitului și ar putea scădea activitatea neuronală într-o populație separată de neuroni care suprimă apetitul, oferind noi perspective asupra modului în care creierul reglează aportul de alimente.

aportul

  • AgRP
  • apetit
  • CGRP
  • ChR2
  • consumul de alimente
  • nucleul parabrahial

Introducere

Motivația de a mânca depinde de echilibrul relativ al activității dintre sistemele creierului orexigen și anorexigen (Sternson și Eiselt, 2017). Neuronii care exprimă proteina Agouti (AgRP) în nucleul arcuat al hipotalamusului sunt o populație neuronală cheie orexigenă care crește comportamentul de consum alimentar ca răspuns la nevoia homeostatică (Ilnytska și Argyropoulos, 2008; Sternson, 2013). Acești neuroni exprimă, de asemenea, neuropeptida Y și neurotransmițătorul inhibitor GABA (Tong și colab., 2008; Wu și colab., 2009). Neuronii AgRP cresc activitatea ca răspuns la lipsa de alimente și administrarea hormonului orexigenic grelină, după cum se demonstrează prin expresia Fos (un marker indirect al activității neuronale), înregistrarea electrofiziologică în feliile cerebrale și imagistica in vivo a calciului (Takahashi și Cone, 2005; Betley și colab., 2015; Chen și colab., 2015; Mandelblat-Cerf și colab., 2015). Mai mult, neuronii AgRP sunt atât necesari, cât și suficienți pentru medierea comportamentului de hrănire: inhibarea chimiogenetică a neuronilor AgRP scade semnificativ hrănirea (Krashes și colab., 2011) și ablația genetică a neuronilor AgRP provoacă foamete (Luquet și colab., 2005); în schimb, stimularea optogenetică sau chimiogenetică a neuronilor AgRP determină o creștere rapidă și reversibilă a aportului de alimente (Aponte și colab., 2011; Krashes și colab., 2011).

Pentru a orchestra comportamentul consumului de alimente, neuronii AgRP se proiectează către mai multe populații neuronale în aval redundante (Betley și colab., 2013). Pentru a promova maxim aportul de alimente, neuronii AgRP pot inhiba simultan alte sisteme cerebrale care suprimă activ apetitul. De exemplu, stimularea neuronilor AgRP poate inhiba neuronii anorexigenici din nucleul talamic paraventricular, restabilind indirect modele de răspuns de tip foame în cortexul insular după o masă (Livneh și colab., 2017).

Neuronii AgRP pot inhiba, de asemenea, direct sau indirect, neuronii anorexigenici din nucleul parabrahial (PBN) care exprimă peptida legată de gena calcitoninei (CGRP) și s-a dovedit că suprima pofta de mâncare (Carter și colab., 2013). Acești neuroni cresc activitatea ca răspuns la semnale anorexigenice, cum ar fi amilina și colecistochinina (CCK), hormoni secretați în urma unei mese de către pancreas și respectiv intestinul subțire (Becskei și colab., 2007; Carter și colab., 2013). Neuronii PBN CGRP cresc, de asemenea, expresia Fos după administrarea de inhibitori exogeni ai apetitului, cum ar fi clorura de litiu (LiCl), o sare care creează disconfort gastric și lipopolizaharida (LPS), o componentă a peretelui celular bacterian care induce inflamația (Rinaman și Dzmura, 2007; Carter și colab., 2013, 2015). Stimularea optogenetică sau chimiogenetică a neuronilor PBN CGRP reduce rapid și reversibil aportul de alimente (Carter și colab., 2013; Campos și colab., 2016). În condițiile inițiale, inactivarea chimiogenetică a neuronilor PBN CGRP crește dimensiunea și durata mesei, dar nu are niciun efect asupra aportului total de alimente în timp (Campos și colab., 2016). În schimb, în ​​timpul condițiilor de suprimare a apetitului, inactivarea chimiogenetică a neuronilor PBN CGRP crește aportul total de alimente (Carter și colab., 2013; Campos și colab., 2016). Inactivarea permanentă a neuronilor PBN CGRP prin intermediul toxinei tetanice elimină complet efectele sățioase ale CCK (Campos și colab., 2016).

Neuronii AgRP trimit proiecții GABAergic către PBN (Wu și colab., 2009; Atasoy și colab., 2012; Betley și colab., 2013; Campos și colab., 2016), sugerând că neuronii AgRP pot inhiba direct sau indirect neuronii PBN CGRP . În concordanță cu această ipoteză, neuronii CGRP sunt foarte activi după ablația neuronilor AgRP (Wu și colab., 2009; Campos și colab., 2016), iar stimularea proiecțiilor AgRP-la-PBN reduce expresia Fos în neuronii CGRP PBN după administrare al hormonului anorexigenic exendin-4 (Campos și colab., 2016).

Am testat ipotezele conform cărora neuronii AgRP ar putea depăși suprimarea poftei de mâncare după administrarea de compuși anorexigenici și scăderea activității în neuronii PBN CGRP. Am constatat că stimularea neuronilor AgRP sau a proiecțiilor AgRP neuron-PBN a crescut aportul de alimente după administrarea de amilină, CCK și LiCl, dar nu și LPS. Stimularea neuronilor AgRP a ameliorat suprimarea poftei de mâncare cauzată de stimularea chemogenetică a neuronilor PBN CGRP și reducerea expresiei Fos în neuronii PBN CGRP în toate condițiile. Descoperirile noastre arată că neuronii AgRP pot depăși suprimarea apetitului neinflamator și pot reduce activitatea în neuronii anorexigenici PBN CGRP, elucidând modul în care creierul echilibrează intrările orexigenice și anorexigenice pentru a regla comportamentul de hrănire.

Materiale și metode

Toate experimentele au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Colegiul Williams și au fost efectuate în conformitate cu liniile directoare descrise în Ghidul Institutelor Naționale de Sănătate pentru Îngrijirea și Utilizarea Animalelor de Laborator. Am folosit șoareci masculi AgRP Cre/+ (Tong et al., 2008; Jackson Laboratories, Catalog # 012899) crescuți pe un fundal C57BL/6. În unele experimente, am încrucișat șoareci AgRP Cre/Cre cu șoareci Calca Cre/+ (Carter și colab., 2013) pentru a produce șoareci AgRP Cre/+; Calca Cre/+. Toți șoarecii aveau 7-9 săptămâni în momentul intervenției chirurgicale și nu mai mult de 16-20 săptămâni la încetarea experimentelor. Șoarecii au fost adăpostiți în cuști individuale cu un ciclu de lumină/întuneric de 12 ore la 22 ° C.

Pregătirea virusului.

S-au obținut vectori de serotip 1 (AAV1) de virus recombinant adeno-asociat recombinabil inductibil care poartă fie ChR2-mCherry (AV-1-20297P), eGFP (AV-1-ALL854), fie TdTomato (AV-1-ALL864) Vector Core al Universității din Pennsylvania. Vectorii AAV8 inducibili de cre conținând fie hM3Dq-mCherry (44361), fie mCherry (50459) au fost obținuți de la Addgene. Alicote virale au fost depozitate la -80 ° C înainte de injecția stereotaxică.