Rolul foarte specific al neuronilor de hipocretină (Orexin) Activarea diferențială ca funcție a
Ronald McGregor
1 Administrația Veteranilor Sistemul de sănătate din Los Angeles, cercetare în neurobiologie (151A3), North Hills, California 91343 și
2 Departamentul de Psihiatrie și Științe Bio-Comportamentale și
3 Brain Research Institute, Universitatea din California la Los Angeles, Los Angeles, California 90095
Ming-Fung Wu
1 Administrația Veteranilor Sistemul de sănătate din Los Angeles, cercetare în neurobiologie (151A3), North Hills, California 91343 și
2 Departamentul de Psihiatrie și Științe Bio-Comportamentale și
3 Brain Research Institute, Universitatea din California la Los Angeles, Los Angeles, California 90095
Grace Barber
1 Administrația Veteranilor Sistemul de sănătate din Los Angeles, cercetare în neurobiologie (151A3), North Hills, California 91343 și
2 Departamentul de Psihiatrie și Științe Bio-Comportamentale și
3 Brain Research Institute, Universitatea din California din Los Angeles, Los Angeles, California 90095
Lalini Ramanathan
1 Administrația Veteranilor Sistemul de sănătate din Los Angeles, cercetare în neurobiologie (151A3), North Hills, California 91343 și
2 Departamentul de Psihiatrie și Științe Bio-Comportamentale și
3 Brain Research Institute, Universitatea din California din Los Angeles, Los Angeles, California 90095
Jerome M. Siegel
1 Administrația Veteranilor Sistemul de sănătate din Los Angeles, cercetare în neurobiologie (151A3), North Hills, California 91343 și
2 Departamentul de Psihiatrie și Științe Bio-Comportamentale și
3 Brain Research Institute, Universitatea din California din Los Angeles, Los Angeles, California 90095
Contribuțiile autorului: R.M., M.-F.W. și J.M.S. cercetare proiectată; R.M., M.-F.W., G.B. și L.R. cercetări efectuate; R.M., M.-F.W., G.B., L.R. și J.M.S. date analizate; R.M., M.-F.W., G.B., L.R. și J.M.S. a scris ziarul.
Abstract
Introducere
Disfuncția sistemului hipocretinei (Hcrt; orexin) la om, șoareci, șobolani și câini produce narcolepsie (Chemelli și colab., 1999; Lin și colab., 1999; Peyron și colab., 2000; Thannickal și colab., 2000; Sinton, 2011). La animalele normale, administrarea Hcrt într-o varietate de situri cerebrale (Nakamura și colab., 2000; España și colab., 2001; Korotkova și colab., 2003; Mieda și colab., 2004; Deadwyler și colab., 2007) este stârnirea și leziunea celulelor Hcrt (Gerashchenko și colab., 2001) provoacă somnolență. Neuronii Hcrt ating o activitate maximă în timpul trezirii și sunt minim activi în timpul somnului (Lee și colab., 2005; Mileykovskiy și colab., 2005). Un agent care blochează ambii receptori Hcrt s-a dovedit a fi eficient ca hipnotic (Brisbare-Roch și colab., 2007). O cantitate considerabilă de muncă a sugerat că eliberarea Hcrt este legată de consumul de alimente (Sakurai și colab., 1998), dar unele lucrări recente au ridicat îndoieli cu privire la specificitatea acestei relații (Wu și colab., 2002; Siegel, 2004; Funato și colab., 2009).
În general, studiile anterioare privind rolul comportamental al Hcrt la rozătoare au examinat funcția Hcrt numai în faza luminoasă (somn normal) sau întunecată (trezire normală), nu în ambele, și adesea în timpul unei singure sarcini. În studiul actual, am examinat atât capacitățile comportamentale ale șoarecilor Hcrt knock-out (KO), cât și activitatea neuronilor Hcrt, după cum se indică prin expresia Fos în colegii lor normali (WT). Am comparat aceste variabile în timpul fazelor de lumină și întuneric (de exemplu, perioadele de 12 ore în care luminile erau aprinse sau oprite). Am testat aceste animale pe sarcini motivate de întărirea hranei sau a apei, pe sarcini motivate de evitarea șocurilor, precum și ca răspuns la recompensă sau pedeapsă care nu depind de comportament.
În mod surprinzător, descoperim că șoarecii Hcrt KO au fost deficienți în a lucra pentru recompensă pozitivă în faza ușoară. Ei învață în același ritm ca și colegii lor de gunoi WT și au fost complet neafectați în a lucra pentru aceeași recompensă în faza întunecată.
În concordanță cu datele din KO, activitatea acestor celule în colegii lor WT, așa cum se indică prin expresia Fos, a fost maximă atunci când se lucra pentru recompensă pozitivă în timpul fazei luminoase, dar aceste celule nu au fost activate când au efectuat aceeași sarcină în întuneric fază. În plus, activarea celulelor Hcrt a fost dependentă de lumină, astfel încât aceste celule nu au fost activate de aceeași sarcină în faza de lumină circadiană la care au fost adaptate, în absența iluminării. Celulele Hcrt nu au fost activate numai prin recompensă. În timpul fazei luminoase, când animalele primesc recompense așteptate sau neașteptate, care nu depind de comportamentul de apăsare pe bară (operant), dar distribuite în același model și cantitate ca în sesiunile de presare pe bară, nu a fost observată nicio activare a Fosului în celulele Hcrt. Celulele Hcrt nu au fost activate în timpul evitării șocului în faza luminoasă sau întunecată, în ciuda nivelurilor maxime de excitare AEG. Ipotezăm că activitatea neuronilor Hcrt este legată de excitația necesară pentru a lucra pentru recompense în faza de lumină.
Materiale și metode
Subiecte
Aparat
Cuantificarea aportului de alimente
Pentru starea de presare a barelor alimentare, animalele au fost menținute la 85-90% din greutatea corporală inițială prin restricționarea consumului de alimente. Alimentele (LabDiet, PMI Nutrition) au fost raționate pe baza greutății zilnice a fiecărui animal. Odată ce greutatea animalului a devenit stabilă, aportul de alimente a fost restricționat și măsurat timp de 120 de minute între 11:00 A.M. și 1:00 P.M. în fiecare zi timp de 2 săptămâni în cușca de acasă. Apa era disponibilă ad libitum.
Cuantificarea aportului de apă
Pentru starea de presare a barei de apă, animalele au fost restricționate la apă, permițând accesul de două ori pe zi pentru un total de 90 de minute. Ședințele de băut au fost împărțite în două perioade: 60 min (11:00 AM până la 12:00 PM) și apoi 30 min (3:00 PM până la 3:30 PM). Odată ce animalele s-au adaptat la programul de băut, aportul de apă a fost măsurat timp de 60 de minute între 11:00 A.M. și 12:00 P.M. folosind un cilindru gradat în fiecare zi timp de 2 săptămâni în cușca de acasă. Mâncarea era disponibilă ad libitum.
Controlul camerei
Șoarecii au avut restricții alimentare pentru a menține 85-90% din greutatea lor corporală inițială, urmând aceeași procedură ca și pentru sarcina de operare a alimentelor. Odată ce greutatea animalelor s-a stabilizat, șoarecii au fost așezați zilnic în camerele de condiționare operante timp de 120 de minute, începând cu 2 ore după debutul fazei luminoase (între orele 9:00 și 13:00) sau 2 ore în faza întunecată (între orele 21:00 și 01:00). Atât lumina casei, cât și lumina tacului erau aprinse în timpul sesiunilor de lumină. Toate sesiunile experimentale au avut o durată de 120 de minute și au durat 5 săptămâni. Nu s-a dat mâncare, apă sau șoc în timpul ședințelor.
Proceduri chirurgicale: implantarea electrodului EEG și EMG
Opt animale, 5 KO și 3 WT au fost implantate cu EEG cortical și electrozi de electromiogramă a mușchilor gâtului (EMG) în condiții aseptice. Anestezia a fost indusă cu un amestec de ketamină/xilazină (100 mg/kg/15 mg/kg, i.p.) și apoi menținută cu un amestec gazos de izofluran în oxigen (0,6-1,2%) după ce animalele au fost plasate în dispozitivul stereotaxic. Temperatura corpului a fost menținută cu un tampon de încălzire circulat cu apă (Gaymar Industries). Capul a fost poziționat în cadrul stereotaxic, iar craniul a fost expus. Patru electrozi cu șurub din oțel inoxidabil, doi în oasele frontale [anteroposterior (AP): +1 mm; laterale: ± 1,5 mm, relativ la bregma) și două în oasele parietale (AP: +1 mm; lateral: ± 1,5 mm, relativ la lambda), au fost implantate pentru a înregistra EEG. Alți doi electrozi din sârmă din oțel inoxidabil au fost așezați în mușchii gâtului pentru a înregistra activitatea EMG. Toate cele șase conductoare ale electrodului au fost introduse într-un dop de plastic (SL6C/SB, Plastics One) care a fost apoi fixat pe craniu cu ciment dentar. A fost permisă o perioadă de recuperare postchirurgicală de 2 săptămâni înainte de efectuarea oricărui antrenament.