Гальмівна взаємодія між нейронами орексину та харчуванням
Ж. Антоніо Гонсалес
1 лабораторія Мілл Хілл, Інститут Френсіса Крика, Лондон NW7 1AA, Великобританія
Ліз Т. Дженсен
2 Інститут клінічної медицини Орхуського університету, 8200 Орхус, Данія
Панайота Йорданіду
1 лабораторія Мілл Хілл, Інститут Френсіса Крика, Лондон NW7 1AA, Великобританія
Моллі Стром
3 Центр здоров'я Сайнсбері, Університетський коледж Лондона, Лондон W1T 4JG, Великобританія
Ларс Фуггер
2 Інститут клінічної медицини Орхуського університету, 8200 Орхус, Данія
4 Оксфордський центр нейрозапалення, Відділ клінічної неврології та відділення імунології людини MRC, Відділ клінічних нейронаук Наффілда, Інститут молекулярної медицини Ветералла, Оксфордський університет, Оксфорд OX3 9DS, Великобританія
Денис Бурдаков
1 лабораторія Мілл Хілл, Інститут Френсіса Крика, Лондон NW7 1AA, Великобританія
5 Інститут психіатрії, психології та неврології, Департамент нейробіології розвитку, Королівський коледж Лондона, Лондон WC2R 2LS, Великобританія
Пов’язані дані
Резюме
Результати і обговорення
Динаміка природної популяції клітин ОГ під час добровільного харчування
Клітини орексину/гіпокретину (ОН) активуються натще і на низькому рівні глюкози, і припускають, що вони керують їжею до тих пір, поки введена глюкоза повільно (протягом декількох хвилин) не інактивує їх (Малюнок 1 А) [19, 24]. Ми вимірювали активність популяції клітин ОН у мишей, що поводяться вільно, за допомогою волоконної фотометрії [17] індикатора активності GCaMP6s, націленого на клітини ОН, під час моніторингу прийому їжі за допомогою датчиків відеоспостереження або дотику (Рисунок 1 B; Рисунки S1 – S3). У мишей, що вільно поводяться, ми спостерігали коливання активності в клітинах OH-GCaMP6, але не в клітинах OH-eGFP (рис. 1 С). Величина цих коливань (~ 10% –40% ΔF/F) була подібною до динаміки мережі, зафіксованої подібними методами в інших регіонах мозку [25, 26]. Наше експериментальне кількісне визначення показників фотометрії дозволило припустити, що> 95% сигналу флуоресценції надходитиме на ∼0,5 мм від кінчика волокна (малюнки S2A та S2B), що добре підходить для розмірів кластеру ОН у гіпоталамусі миші. Ми підтвердили, що сигнал GCaMP6s відображає фізіологічну модуляцію клітин ОН шляхом відтворення раніше описаної активації клітин ОН звуками [14] та in vitro інгібування клітин ОН глюкозою [24] (малюнки S1C та S1D). Сигнал OH-GCaMP6s був прямо пропорційний швидкості випалу клітини OH (Рисунок S3).
Вплив харчування на динаміку природних клітин OH In Vivo
(А) Гіпотеза про часову модуляцію клітин ОН під час їжі.
(B) Зліва: схема націлювання GCaMP6s на клітини ОН для отримання даних, показаних на цьому малюнку (дані, що використовують альтернативне націлювання клітин ОН, показані на малюнках S2C – S2F). Справа: локалізація місця введення та шляху оптичного волокна. 3В, третій шлуночок; L, D, M, V, бічні, дорсальні, медіальні, черевні; VMH, вентромедіальний гіпоталамус; Дуга, дугоподібне ядро. Репрезентативне зображення n = 5 мозку.
(C) Зліва: схема запису. Справа: слід флуоресценції під час дослідження клітини для мишей, що експресують GCaMP6s або eGFP в нейронах ОН. Типові приклади n = 5 та n = 3 мишей відповідно.
(D) Слід флуоресценції під час введення їжі в клітку та її подальшого споживання (затінене апельсином місце). Їжею була крапля полуничного молочного коктейлю. Типовий приклад n = 5 мишей.
(E) Ліворуч: слід флуоресценції під час повторних припадків контакту з їжею (ділянки, затінені апельсином; їжа - це полуничний молочний коктейль). Типовий приклад n = 5 мишей. Справа: кількісне визначення зміни флуоресценції протягом перших 2 с послідовних припадків контакту з їжею (означає ± SEM, n = 3 миші).
(F) Зміна флуоресценції під час вилизування їжі, виявленого сенсорним датчиком (їжа - полуничний коктейль). Типовий приклад n = 5 мишей у восьми продуктах харчування, показаних у (H), праворуч.
(G) Вгорі: щільність ймовірності активності клітин ОН. Внизу: розподіл різниць у початковій стріпці тих самих даних. Типовий приклад n = 3 мишей.
(H) Ліворуч: графіки періодів подій, вирівняні до початку сутичок (пунктирна лінія). Теплова карта показує окремі спалахи (два на мишу), а слід під тепловою картою показує середнє значення пробних середніх показників від кожної миші (червона лінія; сірі лінії представляють SEM); n = 5 мишей. Справа: кількісна оцінка експерименту, показаного зліва, для різних продуктів харчування. У кожному стовпці відображається зміна флуоресценції протягом перших 4 с поєдинку вилизування (середні сигнали протягом 3,5-4 с мінус сигнал протягом −0,5 до 0 с, у рази відносно першого злизування). Дані є середніми значеннями ± SEM n = 4 мишей у кожній групі. Ліва колонка є контрольною (миші OH-eGFP); інші колонки - миші OH-GCaMP6; щодо харчових скорочень див. Додаткові експериментальні процедури; швидкий, нічний пост перед експериментом; годували, дозвільно годуючи перед експериментом. Усі зміни у мишей OH-GCaMP6s були значними (с 3.4).
Ми виявили, що контакт з продуктами харчування надзвичайно швидко пригнічує активність клітин ОН (рис. 1 D – 1H). Клітини ОН повернулись у вищий стан протягом декількох секунд після припинення контакту з їжею (Рисунки 1 D – 1F; Рисунок S2E), вказуючи на те, що швидка модуляція ОН-клітин не спричинена повільно змінюються харчовими сигналами. Цей ефект спостерігався як на голодуваних, так і на годуваних мишах OH-GCaMP6, але не в контролях OH-eGFP (рис. 1 H). Що стосується рідкої їжі, то падіння активності клітин ОН було очевидним лише за кілька злизувань (рис. 1 F; рисунки S2E та S2F). Депресія клітин ОГ, пов’язана з прийомом їжі, була подібною для продуктів різної консистенції (наприклад, чау проти йогурту) та різної апетитної цінності (наприклад, чау проти арахісового масла) (рис. 1 Н). Щоб підтвердити, чи відіграє роль калорійність, ми протестували нульову калорію «їжу» (розчин сукралози) і все ще спостерігали стійку інактивацію клітин ОН під час лизання (рис. 1 Н). Загалом, ці дані показують, що клітини ОН швидко інактивуються внаслідок прийому їжі, незалежно від властивостей їжі та енергетичного стану організму.
Природний вплив нейронів ОГ на харчування
Вищезазначені корелятивні дані мають дві можливі причинно-наслідкові інтерпретації: (1) клітини ОГ протистоять їжі, і їм заборонено вживати їжу, або (2) клітини ОН рухають їжу, і тому їжа припиняється незабаром після того, як клітини ОН замовчуються. Щоб розрізнити ці можливості, ми досліджували причинно-наслідковий зв'язок між природною активністю ОГ і харчуванням, інактивуючи клітини ОН у дорослих мишей за допомогою стратегії вибивання клітин, опосередкованої токсиновими рецепторами [27, 28].
Ми створили нових трансгенних мишей, у яких експресія людського рецептора дифтерійного токсину (DTR) управляється промотором ОН (див. Додаткові експериментальні процедури). У мишей OH-DTR, але не у контрольних мишей WT, ін’єкція дифтерійного токсину абляціювала всі клітини ОН, але не сусідні клітини, що містять меланін-концентрат, протягом декількох днів (рис. 2 A – 2D). Ця повна інактивація ОН-клітин, що не настільки легко досяжна за допомогою альтернативних методів мовчання, таких як опто- та хіміогенетика, може мати вирішальне значення для з'ясування їх повного впливу, оскільки фенотипи ключових дефіцитів не виявляються при частковій інактивації [13].