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.
Mudanças duradouras no cérebro ou "plasticidade cerebral" subjazem o comportamento adaptativo e reparação cerebral após doença ou lesão. Além disso, as interações com o meio ambiente pode induzir plasticidade cerebral. Cada vez mais, a pesquisa está tentando identificar quais ambientes estimular a plasticidade cerebral benéfica para o tratamento de desordens cerebrais e comportamentais. Duas modificações ambientais que são descritos aumentar ou diminuir o número de tirosina-hidroxilase imunopositivas (TH +, a enzima limitante da velocidade de dopamina (DA síntese)) neurónios do mesencéfalo do rato adulto. O primeiro inclui o emparelhamento masculino e camundongos fêmeas juntos continuamente durante uma semana, o que aumenta TH mesencéfalo + neurônios em aproximadamente 12% no sexo masculino, mas diminui TH mesencéfalo + neurônios em aproximadamente 12% no sexo feminino. A segunda compreende ratos habitação continuamente por 2 semanas em "ambientes enriquecidos" (EE) contendo rodas de corrida, brinquedos, cordas, material de nidificação, etc., que increases TH mesencéfalo + neurônios em cerca de 14% no sexo masculino. Além disso, um protocolo é descrito por concomitantemente infundindo drogas diretamente no mesencéfalo durante estas manipulações ambientais para ajudar a identificar os mecanismos subjacentes a plasticidade do cérebro por motivos ambientais. Por exemplo, EE-indução de mais TH mesencéfalo + neurônios é abolida pelo bloqueio simultâneo de entrada sináptica em neurônios do mesencéfalo. Juntos, estes dados indicam que a informação sobre o meio ambiente é retransmitida via de entrada sináptica nos neurônios do mesencéfalo para ligar ou desligar a expressão de genes 'da'. Assim, a estimulação ambiental adequada, ou droga segmentação dos mecanismos subjacentes, pode ser útil para o tratamento de distúrbios cerebrais e comportamentais associados com desequilíbrios no mesencéfalo DA (por exemplo, doença de Parkinson, déficit de atenção e hiperatividade, esquizofrenia e dependência de drogas).
Sinalização DArgic pelos neurônios na área tegmental ventral (VTA) e substantia nigra pars compacta (SNC) do mesencéfalo é pensado para ser importante para os comportamentos cognitivos, emotivos e motoras motivou-recompensa. No entanto, muita ou pouca sinalização DA mesencéfalo causa muitos sintomas incapacitantes em uma variedade de distúrbios neurológicos (por exemplo, doença de Parkinson, déficit de atenção e hiperatividade, esquizofrenia e dependência de drogas). Drogas que aumentam ou diminuem a sinalização DA aliviar estes sintomas, no entanto, eles também produzem efeitos colaterais atribuíveis à sinalização desregulada e efeitos fora do alvo. A eficácia do fármaco também diminui ao longo do tempo, devido a respostas compensatórias do cérebro. Por isso, o desafio é restaurar a sinalização DA mesencéfalo normal em uma forma mais direccionada e fisiológico, e uma abordagem favorecido é aumentando ou diminuindo o número de neurônios DA mesencéfalo.
A evidência foi acumulando para several décadas que a expressão de genes e proteínas envolvidas no metabolismo e DA tráfico e outras catecolaminas em células de adulto é modificável (revisto em 1). No mesencéfalo, o número de tirosina-hidroxilase imunopositivas (TH +, a enzima limitante da velocidade na síntese de DA), em seguida, diminui, aumenta neurónios após a administração da neurotoxina 2,3, enquanto que o número de TH immunonegative (TH) neurónios mostra o padrão oposto (isto é, aumenta em seguida, diminui 3). Isto é consistente com a perda, em seguida, ganhar do "DA fenótipo 'por algumas células. O número de neurónios TH + TH e SNc também foi mostrado para mudar em direcções iguais mas opostos na sequência de vários tratamentos que alteram a actividade eléctrica destas células 4,5. Por exemplo, a infusão de pequeno-condutância, potássio activados por cálcio (SK) canal antagonista apamina em mesencéfalo durante 2 semanas, diminui o número de TH + e aumentos (pela mesma quantidade) o number de TH SNc neurônios 4,5. Em contraste, a infusão do agonista do canal SK-1 EBIO aumenta o número de TH + e diminui (pela mesma quantidade) o número de neurónios TH SNc 4,5. Alterações semelhantes foram vistos na sequência de uma variedade de tratamentos que visam a atividade neuronal do SNC, incluindo alguns que visava inputs aferentes 4. Esta aparente de regulação do número de neurónios SNc DArgic por actividade neuronal aferente e entrada levanta a possibilidade de que o ambiente ou comportamento pode influenciar o número de neurónios SNc. Na verdade ratos adultos expostos a diferentes ambientes têm mais ou menos mesencéfalo (SNc e VTA) TH + neurônios, e pelo menos algumas dessas mudanças induzidas pelo meio ambiente são abolidas pelo bloqueio simultâneo de entrada sináptica no mesencéfalo 6. Os objectivos desta comunicação são os seguintes: (1) fornecer mais detalhes sobre como implementar nossas manipulações ambientais e infusões de drogas; e (2) fornecer mais dados de apoio a nossa afirmação de que o environment regula o número de neurônios DA mesencéfalo, através da entrada de aferentes.
Manipulações ambientais
A motivação por trás do design dessas manipulações ambientais (emparelhamento de gênero e de enriquecimento ambiental) foi determinar se o meio ambiente, e / ou comportamento solicitado pelo ambiente, está associado a alterações no número de neurônios DA mesencéfalo. O foco foi, portanto, no fornecimento de ambientes e estimular comportamentos que são propensos a se envolver sinalização DA mesencéfalo. Estes emparelhamento incluído com o se…
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 |