This protocol describes two different environmental manipulations and a concurrent brain infusion protocol to study environmentally-induced brain changes underlying adaptive behavior and brain repair in adult mice.
Varige endringer i hjernen eller 'hjernens plastisitet' grunn for adaptiv atferd og hjerne reparasjon etter sykdom eller skade. Videre kan interaksjoner med miljøet vårt indusere hjernens plastisitet. I økende grad er forskning forsøker å identifisere hvilke miljøer stimulerer hjernens plastisitet gunstig for å behandle hjernen og atferdsforstyrrelser. To miljø manipulasjoner er beskrevet som øker eller reduserer antall tyrosinhydroksylase immunopositive (TH +, det hastighetsbegrensende enzym i dopamin (DA) syntese) nevroner i den voksne mus midthjernen. Den første består av sammenkoblingen mannlige og kvinnelige mus sammen sammenhengende i en uke, noe som øker midthjernen TH + nevroner med ca 12% hos menn, men reduserer midthjernen TH + nevroner med ca 12% hos kvinner. Den andre består av boliger mus kontinuerlig i to uker i 'beriket miljøer' (EE) som inneholder kjører hjul, leker, tau, reirmateriale, etc., som jegncreases midthjernen TH + nevroner med ca 14% hos menn. I tillegg er en protokoll som er beskrevet for samtidig infusjon av legemidler direkte inn i midthjernen under disse miljø manipulasjoner for å identifisere mekanismene bak miljømessig induserte hjerne plastisitet. For eksempel, er EE-induksjon av mer midthjernen TH + nevroner avskaffet ved samtidig blokade av synaptiske innspill på midthjernen nerveceller. Sammen utgjør disse dataene indikerer at informasjon om miljøet er videreformidlet via synaptic innspill til midthjernen nerveceller til å slå på eller av uttrykk for 'DA' gener. Dermed forsvarlig miljø stimulering, eller narkotika målretting av de underliggende mekanismene, kan være nyttig for behandling av hjernen og atferdsforstyrrelser forbundet med ubalanser i midthjernen DA (f.eks Parkinsons sykdom, oppmerksomhetssvikt og hyperaktivitet, schizofreni, og narkotikaavhengighet).
DArgic signalering av nevroner i ventral tegmentale området (VTA) og substantia nigra pars comp (SNC) av midthjernen er tenkt å være viktig for belønning-motivert kognitive, emosjonelle og motoriske atferd. Men for mye eller for lite midthjernen DA signalering fører til mange invalidiserende symptomer i en rekke nevrologiske lidelser (f.eks Parkinsons sykdom, oppmerksomhetssvikt og hyperaktivitet lidelse, schizofreni, og narkotikaavhengighet). Legemidler som øker eller reduserer DA signale lindre disse symptomene, men de produserer også bivirkninger som skyldes feilregulert signale og off-target effekter. Legemidlets effekt avtar også over tid på grunn av kompenserende responser i hjernen. Utfordringen er derfor å gjenopprette normal midthjernen DA signalisering i en mer målrettet og fysiologisk måte, og et yndet tilnærming er ved å øke eller redusere antall midthjernen DA nevroner.
Bevis har vært samler for sevtater tiår at uttrykket av gener og proteiner som er involvert i metabolizing og trafficking DA og andre katekolaminer i modne voksne celler er modifiserbar (anmeldt i 1). I midthjernen, synker antall tyrosinhydroksylase immunopositive (TH +, det hastighetsbegrensende enzym i DA syntese) nevroner deretter øker etter neurotoxin administrasjon 2,3, mens antall TH immunonegative (TH-) nevroner viser motsatt mønster (dvs. opp- deretter avtar 3). Dette er konsistent med tap så få av "DA-fenotypen 'av enkelte celler. Antallet TH + jern og gjengetappholder SNC neuroner har også vist seg å endre seg i like, men motsatte retninger etter forskjellige behandlinger som endrer den elektriske aktiviteten i disse cellene 4,5. For eksempel infusjon av små-konduktans, kalsiumaktiverte kalium- (SK) kanal antagonist apamin inn i midthjernen i 2 uker reduserer antallet TH + og øker (med samme beløp) Number av TH- SNC nevroner 4,5. I motsetning til dette infusjon av SK-kanal-agonist 1-EBIO øker antallet TH + og avtar (med samme beløp) antall TH- SNC neuroner 4,5. Tilsvarende endringer ble sett etter en rekke behandlinger rettet mot SNC neuronal aktivitet, inkludert noen som målrettet afferente innganger 4. Denne åpenbare regulering av antall SNC DArgic neuroner ved neuronal aktivitet og afferent inngang øker muligheten for at miljøet eller oppførsel kan påvirke antallet SNC neuroner. Faktisk voksne mus eksponert for forskjellige miljøer har mer eller mindre midthjernen (SNC og VTA) TH + neuroner, og minst noen av disse miljøinduserte endringer oppheves ved samtidig blokade av synaptisk inngang i midthjernen 6. Målene med denne kommunikasjonen er å: (1) gi ytterligere detaljer om hvordan å gjennomføre våre miljø manipulasjoner og narkotika infusjoner; og (2) gi ytterligere data som støtter vår påstand at environment regulerer antall midthjernen DA nevroner, via afferent inngang.
Miljø manipulasjoner
Motivasjonen bak utformingen av disse miljø manipulasjoner (kjønn sammenkobling og miljø berikelse) var å avgjøre om miljøet, og / eller oppførsel bedt av miljøet, er assosiert med endringer i antall midthjernen DA nevroner. Fokuset var derfor på å gi miljøer og stimulere atferd som er egnet til å engasjere midthjernen DA signalering. Disse inkluderte sammenkobling med det motsatte kjønn, og miljøberikelse bestående tilgang til å kjøre hjul, ta…
The authors have nothing to disclose.
This study was supported by the National Health and Medical Research Council of Australia (NHMRC) Project grant 1022839. AJH is an Australian Research Council (ARC) FT3 Future Fellow (FT100100835). The Florey Institute of Neuroscience and Mental Health acknowledges support from the Victorian Government’s Operational Infrastructure Support Grant.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Isofluorane | Baxter Healthcare Pty Ltd, Baxter Drive, NSW 2146, Australia | AHN3640 | |
ALZET Osmotic pump 1002 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0004317 | |
ALZET Brain infusion kit 1 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0004760 | |
ALZET cannula holder 1 | DURECT Corporation, PO Box 530 Cupertino, CA 95015-0530 | 0008860 | |
Vertex Monomer Self-curing (dental acrylic solvent) | Vertex Dental, Postbus 10, 3700 AA ZEIST, The Netherlands | n/a | |
Vertex Self Curing (dental acrylic powder) | Vertex Dental, Postbus 10, 3700 AA ZEIST, The Netherlands | n/a | |
METACAM (Meloxicam) | Troy Laboratories, 98 long Street, smithfield NSW 2164 Australia | L10100 | |
Sodium Pentobarbitone | Lethabarb, Virbac, Milperra, NSW, Australia | 571177 | |
Normal goat serum | chemicon-temecula, CA | S26-Litre | |
Triton X-100 | Merck Millipore Headquarters , 290 Concord road, Billerica, MA 01821 | 1.08603.1000 | |
Polyclonal rabbit anti-tyrosine hydroxylase | Merck Millipore Headquarters , 290 Concord road, Billerica, MA 01821 | AB152 | |
Polyclonal biotinylated goat anti-rabbit | Dako Australia Pty. Ltd., Suite 4, Level 4, 56 Berry street, North Sydney, NSW, Australia 2060 | EO432 | |
Avidin peroxidase | Sigma-aldrich, Castle Hill, NSW 1765 AU | A3151-1mg | |
Diamino-benzidine | Sigma-aldrich, Castle Hill, NSW 1765 AU | D-5637 | |
Stereo Investigator | MicroBrightField Bioscience, 185 Allen Brook Lane, Suite 101, Williston, VT 05495 | n/a |