Нейрони AgRP можуть збільшити споживання їжі в умовах придушення та гальмування апетиту

Анотація

ЗАЯВА ПРО ЗНАЧЕННЯ Мотивація прийому їжі залежить від відносного балансу активності в окремих регіонах мозку, які викликають або пригнічують апетит. Ненормальна кількість активності в нейронах, що викликають апетит, може спричинити ожиріння, тоді як ненормальна кількість активності в нейронах, що пригнічують апетит, може спричинити гіпотрофію та значне зниження маси тіла. Метою цього дослідження було визначити, чи може популяція нейронів, що викликають апетит ("нейрони AgRP"), спонукати споживання їжі для подолання придушення апетиту після введення різних сполучних речовин, що пригнічують апетит. Ми виявили, що стимулюючі нейрони AgRP можуть подолати різні форми придушення апетиту та зменшити нервову активність в окремій сукупності нейронів, що пригнічують апетит, надаючи нові уявлення про те, як мозок регулює споживання їжі.

нейрони

  • AgRP
  • апетит
  • CGRP
  • ChR2
  • прийом їжі
  • парабрахіальне ядро

Вступ

Мотивація прийому їжі залежить від відносного балансу активності між орексигенною та анорексигенною системами мозку (Sternson and Eiselt, 2017). Нейрони, що експресують пов'язаний з Агуті (AgRP), в дугоподібному ядрі гіпоталамуса є ключовою популяцією орексигенних нейронів, яка збільшує поведінку споживання їжі у відповідь на гомеостатичну потребу (Ільницька та Аргіропулос, 2008; Стернсон, 2013). Ці нейрони також експресують нейропептид Y та гальмівний нейромедіатор GABA (Tong et al., 2008; Wu et al., 2009). Нейрони AgRP підвищують активність у відповідь на депривацію їжі та введення орексигенного гормону греліну, як це продемонстровано експресією Fos (непрямий маркер нейрональної активності), електрофізіологічним записом на зрізах мозку та візуалізацією кальцію in vivo (Takahashi and Cone, 2005; Betley et al., 2015; Chen et al., 2015; Mandelblat-Cerf et al., 2015). Крім того, нейрони AgRP є як необхідними, так і достатніми для опосередкування поведінки при харчуванні: хемогенетичне інгібування нейронів AgRP значно зменшує годування (Krashes et al., 2011), а генетична абляція нейронів AgRP викликає голод (Luquet et al., 2005); навпаки, оптогенетична або хемогенетична стимуляція нейронів AgRP спричиняє швидке та оборотне збільшення споживання їжі (Aponte et al., 2011; Krashes et al., 2011).

Щоб організувати поведінку при вживанні їжі, нейрони AgRP проектують декілька надлишкових популяцій нейронів, розташованих нижче за течією (Betley et al., 2013). Щоб максимально сприяти вживанню їжі, нейрони AgRP можуть одночасно інгібувати інші системи мозку, які активно пригнічують апетит. Наприклад, стимуляція нейронів AgRP може інгібувати анорексигенні нейрони в ядрі паравентрикулярного таламуса, побічно відновлюючи подібні до голоду схеми реакції в корі острова після їжі (Livneh et al., 2017).

Нейрони AgRP можуть також прямо чи опосередковано інгібувати анорексигенні нейрони в парабрахіальному ядрі (PBN), які експресують пептид, пов'язаний з геном кальцитоніну (CGRP), і, як було показано, пригнічують апетит (Carter et al., 2013). Ці нейрони підвищують активність у відповідь на анорексигенні сигнали, такі як амілін та холецистокінін (CCK), гормони, що виділяються після їжі підшлунковою залозою та тонкою кишкою відповідно (Becskei et al., 2007; Carter et al., 2013). Нейрони PBN CGRP також посилюють експресію Fos після прийому екзогенних засобів, що пригнічують апетит, таких як хлорид літію (LiCl), сіль, яка створює шлунковий дискомфорт, та ліпополісахарид (LPS), компонент клітинної стінки бактерій, що викликає запалення (Rinaman and Dzmura, 2007; та ін., 2013, 2015). Оптогенетична або хемогенетична стимуляція нейронів PBN CGRP швидко і оборотно зменшує споживання їжі (Carter et al., 2013; Campos et al., 2016). Під час базових умов хіміогенетична інактивація нейронів PBN CGRP збільшує розмір їжі та тривалість, але не впливає на загальне споживання їжі з часом (Campos et al., 2016). Навпаки, під час пригнічення апетиту хіміогенетична інактивація нейронів PBN CGRP збільшує загальне споживання їжі (Carter et al., 2013; Campos et al., 2016). Постійна інактивація нейронів PGR CGRP через правцевий токсин повністю усуває насичувальний ефект CCK (Campos et al., 2016).

Нейрони AgRP посилають GABAergic проекції на PBN (Wu et al., 2009; Atasoy et al., 2012; Betley et al., 2013; Campos et al., 2016), припускаючи, що нейрони AgRP можуть прямо або опосередковано інгібувати нейрони CGRP PBN. . Відповідно до цієї гіпотези, нейрони CGRP є високоактивними після абляції нейрону AgRP (Wu et al., 2009; Campos et al., 2016), а стимулювання проекцій AgRP до PBN зменшує експресію Fos у нейронах PBN CGRP після введення анорексигенний гормон екзендін-4 (Campos et al., 2016).

Ми перевірили гіпотези, згідно з якими нейрони AgRP можуть подолати придушення апетиту після введення анорексигенних сполук та зменшити активність нейронів PBN CGRP. Ми виявили, що стимуляція нейронів AgRP або прогнозування нейрону AgRP до PBN збільшує споживання їжі після введення аміліну, CCK та LiCl, але не LPS. Стимуляція нейронів AgRP покращила придушення апетиту, спричинену хемогенетичною стимуляцією нейронів PBN CGRP, та зменшила експресію Fos у нейронах PBN CGRP за будь-яких умов. Наші висновки показують, що нейрони AgRP можуть подолати пригнічення апетиту на основі запалення та знизити активність в анорексигенних нейронах PBN CGRP, з’ясовуючи, як мозок балансує орексигенні та анорексигенні вхідні дані для регулювання поведінки годування.

Матеріали і методи

Усі експерименти були схвалені Інституційним комітетом з догляду та використання тварин в Уїльямс-коледжі та проводились відповідно до керівних принципів, описаних у Керівництві Національного інституту охорони здоров’я щодо догляду та використання лабораторних тварин. Ми використовували самців мишей AgRP Cre/+ (Tong et al., 2008; Jackson Laboratories, Catalogue # 012899), виведених на фоні C57BL/6. У деяких експериментах ми схрещували мишей AgRP Cre/Cre з мишами Calca Cre/+ (Carter et al., 2013), щоб отримати мишей AgRP Cre/+; Calca Cre/+. На момент операції всім мишам було 7–9 тижнів у віці та не більше 16–20 тижнів на момент припинення експериментів. Мишей утримували в окремих клітках з 12-годинним циклом світло/темрява при 22 ° C.

Підготовка вірусу.

Cre-індуковані рекомбінантні аденоасоційовані аденоасоційовані віруси серотипу 1 (AAV1), що несуть або трансгенні ChR2-mCherry (AV-1-20297P), eGFP (AV-1-ALL854), або TdTomato (AV-1-ALL864), отримані з Ядро вектора університету Пенсільванії. Cre-індуковані вектори AAV8, що містять або hM3Dq-mCherry (44361), або mCherry (50459), були отримані від Addgene. Вірусні аликвоти зберігали при -80 ° C до стереотаксичної ін'єкції.