Високоспецифічна роль диференціальної активації нейронів гіпокретину (орексину) як функція

Рональд Макгрегор

1 Адміністрація ветеранів, Велика система охорони здоров'я Лос-Анджелеса, дослідження нейробіології (151A3), Норт-Гіллс, Каліфорнія, 91343, та

2 Відділ психіатрії та біологічних поведінкових наук і

3 Інститут досліджень мозку Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, Лос-Анджелес, Каліфорнія 90095

Мін-Фун Ву

2 Відділ психіатрії та біологічних поведінкових наук і

3 Інститут досліджень мозку Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, Лос-Анджелес, Каліфорнія 90095

Грейс Барбер

2 Відділ психіатрії та біологічних поведінкових наук

3 Інститут досліджень мозку Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, Лос-Анджелес, Каліфорнія 90095

Лаліні Раманатан

2 Відділ психіатрії та біологічних поведінкових наук

3 Інститут досліджень мозку Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, Лос-Анджелес, Каліфорнія 90095

Джером М. Зігель

2 Відділ психіатрії та біологічних поведінкових наук і

3 Інститут дослідження мозку Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, Лос-Анджелес, Каліфорнія 90095

Вклади авторів: R.M., M.-F.W. та J.M.S. розроблені дослідження; R.M., M.-F.W., G.B. та L.R. виконані дослідження; R.M., M.-F.W., G.B., L.R. та J.M.S. проаналізовані дані; R.M., M.-F.W., G.B., L.R. та J.M.S. написав роботу.

Анотація

Вступ

Порушення функціонування системи гіпокретину (Hcrt; орексин) у людей, мишей, щурів та собак спричиняє нарколепсію (Chemelli et al., 1999; Lin et al., 1999; Peyron et al., 2000; Thannickal et al., 2000; Сінтон, 2011). У звичайних тварин введення Hcrt у різні ділянки мозку (Nakamura et al., 2000; España et al., 2001; Korotkova et al., 2003; Mieda et al., 2004; Deadwyler et al., 2007) є збудження та ураження клітин Hcrt (Геращенко та ін., 2001) викликає сонливість. Нейрони Hcrt досягають максимальної активності під час неспання і мінімально активні під час сну (Lee et al., 2005; Mileykovskiy et al., 2005). Показано, що засіб, який блокує обидва рецептори Hcrt, ефективний як снодійне (Brisbare-Roch et al., 2007). Значна кількість робіт свідчить про те, що вивільнення Hcrt пов’язане з прийомом їжі (Sakurai et al., 1998), але деякі останні роботи викликали сумнів у специфіці цього відношення (Wu et al., 2002; Siegel, 2004; Funato та ін., 2009).

Загалом, попередні дослідження поведінкової ролі Hcrt у гризунів вивчали функцію Hcrt лише під час світлової (нормальний сон) або темної (нормальне неспання) фази, а не обох, і часто під час лише одного завдання. У поточному дослідженні ми вивчали як поведінкові можливості мишей, що нокаутують Hcrt (KO), так і активність нейронів Hcrt, на що вказує експресія Fos у їх нормальних односеменних підстилках. Ми порівняли ці змінні під час світлової та темної фаз (тобто 12-годинних періодів, коли освітлення вмикалося або вимикалось). Ми тестували цих тварин на завданнях, мотивованих підсиленням їжі чи води, на завданнях, мотивованих уникненням шоку, а також у відповідь на винагороду чи покарання, що не залежить від поведінки.

Дивно, але ми виявляємо, що мишам Hcrt KO недостатньо працювало лише для отримання позитивної винагороди у легкій фазі. Вони вчаться з такою ж швидкістю, як і їх однокласники, і їм було абсолютно незручно працювати за ту саму винагороду в темну фазу.

Відповідно до даних в КО, активність цих клітин у їх односеменних підводних тваринах, як вказує вираз Фоса, була максимальною при роботі на позитивну винагороду під час світлової фази, але ці клітини не активувалися при виконанні одного і того ж завдання в темряві фаза. Крім того, активація клітин Hcrt залежала від світла, так що ці клітини не активувалися тим самим завданням у циркадній світловій фазі, до якої вони були пристосовані, за відсутності освітлення. Клітини Hcrt не активувались лише винагородою. Під час світлової фази, коли тварини отримують очікувані або несподівані винагороди, не залежно від поведінки натискання на штангу (оперант), але розподіляються за тією ж схемою та кількістю, що і на сеансах пресової штампу, у клітинах Hcrt не спостерігалося активації Fos. Клітини Hcrt не активувались під час уникнення шоку ні в світлій, ні в темній фазі, незважаючи на максимальний рівень збудження ЕЕГ. Ми припускаємо, що активність нейронів Hcrt пов'язана зі збудженням, необхідним для роботи за винагороду у світлій фазі.

Матеріали і методи

Предмети

Апарат

Кількісна оцінка споживання їжі

Що стосується стану пресової їжі, тварин підтримували на рівні 85–90% від їх початкової маси тіла, обмежуючи споживання їжі. Їжа (LabDiet, PMI Nutrition) була розподілена відповідно до добової ваги кожної тварини. Як тільки вага тварини стала стабільною, споживання їжі обмежували та вимірювали протягом 120 хв між 11:00 AM. та 13:00 кожен день протягом 2 тижнів у домашній клітці. Вода була доступна за бажанням.

Кількісна оцінка споживання води

Що стосується стану преса з водою, для тварин обмежували воду, дозволяючи доступ двічі на день протягом 90 хв. Питні сеанси були розділені на два періоди: 60 хв (з 11:00 до 12:00), а потім 30 хв (з 15:00 до 15:30). Після того, як тварини адаптувались до режиму пиття, споживання води вимірювали протягом 60 хв між 11:00. та 12:00 вечора використовуючи градуйований циліндр щодня протягом 2 тижнів у домашній клітці. Їжа була доступна за бажанням.

Контроль палати

Мишам обмежували їжу, щоб вони підтримували 85–90% від своєї початкової маси тіла, дотримуючись тієї самої процедури, що і для харчового операційного завдання. Як тільки вага тварин стабілізувався, мишей поміщали в оперантні кондиціонуючі камери щодня на 120 хв, починаючи через 2 год після настання світлової фази (між 9:00 та 13:00) або через 2 години в темну фазу (між 21:00 та 01:00). Під час світлових сеансів горіли як світло будинку, так і світло репліки. Усі експериментальні сеанси тривали 120 хв і тривали 5 тижнів. Під час сеансів не давали їжі, води та ударів.

Хірургічні процедури: імплантація електродів ЕЕГ та ЕМГ

Вісім тваринам, 5 KO і 3 WT, імплантували коркові ЕЕГ та електроміограми м'язів шиї (EMG) в асептичних умовах. Наркоз індукували сумішшю кетамін/ксилазин (100 мг/кг/15 мг/кг, внутрішньовенно), а потім підтримували газовою сумішшю ізофлурану в кисні (0,6–1,2%) після того, як тварин поміщали в стереотаксичний пристрій. Температуру тіла підтримували за допомогою нагрівальної подушки з циркуляцією води (Gaymar Industries). Голова була розміщена в стереотаксичній рамі, а череп був оголений. Чотири гвинтових електрода з нержавіючої сталі, два в лобових кістках [передньозадній (AP): +1 мм; латеральна: ± 1,5 мм щодо брегми) та дві в тім’яній кістці (AP: +1 мм; латеральна: ± 1,5 мм щодо лямбда) були імплантовані для реєстрації ЕЕГ. Два інші багатожильні електроди з нержавіючої сталі були поміщені в м'язи шиї для запису активності ЕМГ. Всі шість електродних відведень були вставлені в пластикову головку (SL6C/SB, Plastics One), яка потім була закріплена на черепі стоматологічним цементом. Постхірургічний період відновлення становив 2 тижні, перш ніж проводити будь-яке навчання.