Owulacja to proces, w którym jeden lub więcej dojrzałych oocytów jest uwalnianych z jajników raz na cykl estralny/menstruacyjny. Ponieważ rozmnażanie wszystkich gatunków ssaków zależy od produkcji gamet, zrozumienie mechanizmów regulujących owulację ma ogromny wpływ w różnych dziedzinach, od biomedycyny, przemysłu hodowlanego i utrzymania zagrożonych gatunków. Owulacja jest regulowana przez oś podwzgórze-przysadka-jajnik, która obejmuje kilka obszarów podwzgórza i pozapodwzgórza, gonadotropy w przedniej przysadce mózgowej oraz komórki osłonki i ziarnistości, które wraz z oocytami tworzą pęcherzyki jajnikowe wewnątrz jajników1.
Pęcherzyki jajnikowe rosną, rozwijają się i w końcu owulują w odpowiedzi na toniczne i fazowe wydzielanie hormonu folikulotropowego i hormonu luteinizującego, dwóch gonadotropin wydzielanych przez gonadotropy. Wzorzec wydzielania gonadotropin ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego rozwoju pęcherzyków jajnikowych i owulacji i jest regulowany przez hormon uwalniający gonadotropiny (GnRH)1,2. Ten neuropeptyd jest syntetyzowany przez neurony rozsiane po całym śródmózgowiu, a następnie wydzielany do wrotnego naczynia krwionośnego, które łączy podwzgórze i przedni płat przysadki. Aktywność wydzielnicza neuronów GnRH jest z kolei modulowana przez sygnał synaptyczny pochodzący z różnych struktur mózgu. Struktury te przekazują informacje o stanie środowiska zewnętrznego i wewnętrznego organizmu, w tym o dostępności pokarmu, długości fotoperiodu i stężeniu hormonów we krwi. W tym sensie kształtują one wzorzec rozrodczy każdego gatunku i należy określić konkretne role tych struktur, aby właściwie zrozumieć mechanizmy rządzące owulacją. Jako przykład wykazano, że wahania poziomu estradiolu podczas cyklu rujowego regulują wydzielanie GnRH; jednak neurony GnRH nie wyrażają izoformy receptora estradiolu potrzebnej do wykrycia takich zmian. Dwie populacje neuronów wyrażających te receptory znajdują się odpowiednio w rostralnym regionie okołokomorowym trzeciej komory i w jądrze łukowatym oraz stabilizują synapsy z neuronami GnRH. Istnieją dowody sugerujące, że neurony te interpretują stężenie estradiolu, a następnie stymulują aktywność neuronów GnRH poprzez uwalnianie kisspeptyny, silnego induktora wydzielania GnRH3.
Eksperymenty obejmujące termiczne lub chemiczne zmiany, a także mechaniczną deaferencję, pozwoliły badaczom określić udział kilku struktur mózgu w regulacji owulacji4,5,6,7,8,9,10, 11,12. Eksperymenty te mają jednak tę wadę, że są inwazyjne i traumatyczne, wymagają kilku dni rekonwalescencji przed oceną efektów leczenia, co utrudnia analizę ostrych skutków leczenia. Ponadto trwale wpływają na docelowe obszary i w dłuższej perspektywie zakłócają inne procesy fizjologiczne. Ze względu na te problemy, wyniki tych eksperymentów są zwykle zaciemnione przez homeostatyczne mechanizmy kompensacyjne w ciele zwierzęcia, a wydobycie dokładnych informacji na temat czasowej dynamiki regulacyjnej, w którą zaangażowany jest obszar, jest raczej trudne.
Mikroiniekcja leków, które przejściowo zakłócają aktywność neuronów za pomocą kaniul prowadzących, jest odpowiednią alternatywą, która przewyższa wady wymienione powyżej. Kaniule można umieścić w dowolnym obszarze mózgu za pomocą operacji stereotaktycznej, co pozwala badaczowi rozpocząć leczenie farmakologiczne po zniknięciu zakłócających skutków operacji. Czasowa mikroiniekcja leków pozwala naukowcom przetestować hipotezy dotyczące udziału regionu w określonym etapie procesu i może być wykonywana u zwierząt przytomnych, skrępowanych lub poruszających się swobodnie. Różne leki, w tym środki znieczulające miejscowo, agoniści, antagoniści, przeciwstawni agoniści i toksyny biologiczne, takie jak tetrodotoksyna (TTX), mogą być mikrowstrzykiwane do obszaru zainteresowania w określonym czasie.
TTX to biologiczna toksyna syntetyzowana przez bakterie żyjące w ciele rozdymki, a także innych kręgowców i bezkręgowców. TTX wycisza aktywność neuronalną poprzez selektywną i przejściową blokadę kanałów sodowych, co powoduje zahamowanie potencjałów czynnościowych zależnych od sodu. W obecności TTX komórki doświadczają zmiany w fazie depolaryzacji, a zatem nie są pobudliwe, ale pozostają żywe. Blokujący efekt TTX tłumaczy się jego składem molekularnym: grupa guanidynowa jest w stanie przejść przez zewnątrzkomórkowy aspekt kanału sodowego, ale reszta cząsteczki nie może przejść ze względu na swój rozmiar, więc jest zablokowana i blokuje kanał13,14,15,16,17. Mechanizm działania TTX pozwolił na wykorzystanie go jako narzędzia do badania układu nerwowego zarówno in vitro, jak i in vivo. Domózgowe wstrzyknięcie tej toksyny zostało wykorzystane do zbadania roli dyskretnych obszarów mózgu w kilku procesach, takich jak zachowywanie pamięci18, sen i pobudzenie19, rozpoznawanie miejsca20, nawigacja przestrzenna21, nadużywanie narkotyków22, termoregulacja23, rozwój schizofrenii24, zachowania seksualne25 oraz regulacja owulacji26. W tym protokole opisujemy wpływ na owulację przejściowej inaktywacji jąder podwzgórza przez mikroiniekcję TTX u przytomnych i nieskrępowanych szczurów.