Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Samtidig Påvisning av c-Fos Aktivering fra mesolimbiske og Mesocortical Dopamin Reward nettsteder Etter Naive sukker og fett Svelging i rotter

Published: August 24, 2016 doi: 10.3791/53897
Automatic Translation
*1, *2, 2,3
1Behavioral and Cognitive Neuroscience Cluster, Psychology Doctoral Program, The Graduate Center, CUNY, New York, NY, 2Department of Psychology, Queens College, CUNY, Flushing, NY, 3Behavioral and Cognitive Neuroscience Cluster, Psychology Doctoral Program, The Graduate Center, CUNY, Flushing, NY
* These authors contributed equally

Summary

Målet med denne studien er å identifisere belønning relaterte distribuert hjernenettverk ved opptegning en pålitelig immunhistokjemi teknikk som bruker mobil c-fos aktivisering for å måle samtidige endringer i dopamin trasé og terminal nettsider etter romanen inntak av fett og sukker i rotter.

Abstract

Denne studien bruker mobil c-fos aktivisering for å vurdere virkningene av romanen inntak av fett og sukker på hjernen dopamin (DA) baner i rotter. Inntak av sukker og fett er formidlet av sine medfødte attraksjoner samt lært preferanser. Brain dopamin, spesielt meso-limbiske og meso-kortikale anslag fra baksiden tegmentale området (VTA), har vært innblandet i begge disse ulærde og lærte responser. Konseptet med distribuerte hjernenettverk, karakterisert ved at flere områder og sender / peptid-systemene kommuniserer, er blitt foreslått å formidle velsmakende matinntak, men det er begrenset bevis for empirisk å demonstrere slike handlinger. Dermed utløser sukkerinntak DA frigivelse og øker c-fos-lignende immunoreaktivitet (FLI) fra individuelle VTA-DA-projeksjonssoner inkludert nucleus accumbens (NAC), amygdala (AMY) og mediale prefrontale cortex (MPFC) samt dorsal striatum. Videre sentrale administrasjonen av selektive DA-reseptorantagonister i disse områdeter forskjellig redusere kjøp og uttrykk for klimaanlegg smakspreferanser fremkalt av sukker eller fett. En tilnærming der for å avgjøre om disse områdene interaksjon som et distribuert hjernenettverk som svar på sukker eller fett inntaket ville være å samtidig vurdere om VTA og dens store mesotelencephalic DA projeksjonssoner (prelimbic og infralimbic MPFC, kjernen og skallet av NAC, basolateral og sentral-Cortico-medial AMY) samt rygg striatum ville DISPLAY koordinert og samtidig FLI aktivering etter oralt, ubetinget inntak av maisolje (3,5%), glukose (8%), fruktose (8%) og sakkarin (0,2 %) løsninger. Denne tilnærmingen er en vellykket første trinn i å identifisere muligheten for å bruke celle c-fos-aktivering samtidig over relevante hjernesider for å studere belønning relatert læring i inntak av velsmakende mat i gnagere.

Introduction

Brain dopamin (DA) har vært innblandet i sentrale reaksjoner på inntak av velsmakende sukker gjennom foreslåtte hedonic 1,2, innsats relaterte 3 og vanebasert 4,5 virkningsmekanismer. Den primære DA pathway innblandet i disse effektene stammer i ventral tegmentale området (VTA), og prosjekter til nucleus accumbens (NAC) kjerne og skall, den basolateral og sentral-Cortico-medial amygdala (AMY), og prelimbic og infralimbic medial prefrontal cortex (MPFC) (se vurderinger 6,7). VTA har vært innblandet i sukroseinntaket 8,9, og DA utgivelsen er observert etter sukkerinntak i NAC 10-15, AMY 16,17 og MPFC 18-20. Fettinntaket også stimulerer DA NAC frigi 21, og en annen DA-rike projeksjon sone til den dorsale striatum (caudate-putamen) er også forbundet med DA-mediert mating 22,23. Kelley 24-27 slås at disse flere prosjektion soner av denne DA-mediert system dannet en integrert og interaktiv distribuert hjernen nettverk gjennom omfattende og intime sammenhengene 28-34.

I tillegg til evnen til DA D1 og D2-reseptor-antagonister for å redusere inntak av sukker og fett 35-37 38-40 har DA signale også vært implisert i mediering av den evnen av sukker og fett for å produsere kondisjonesmakspreferanser (CFP) 41- 46. Microinjections av et DA D1 reseptor antagonist i NAC, AMY eller MPFC 47-49 eliminere oppkjøpet av CFP utløst av intragastrisk glukose. Mens microinjections av enten DA D1 eller D2 reseptorantagonister inn i MPFC eliminerer oppkjøpet av fruktose-CFP 50, er oppkjøp og uttrykk av fruktose-CFP forskjellig blokkert av DA-antagonister i NAC og AMY 51,52.

C-fos teknikk 53,54 har vært ansatt for å undersøke nevrale activation indusert av spiselig inntak og nevral aktivering. Uttrykket "c-fos aktivering" vil bli brukt gjennom hele manuskriptet, og er operasjonelt definert ved økt transkripsjon av c-Fos i løpet av neuronal depolarisering. Sukroseinntaket øket fos-lignende immunoreaktivitet (FLI) i den sentrale kjerne AMY, VTA samt skallet, men ikke kjerne, av NAC 55-57. Mens sukroseinntaket i sham-rotter mating betydelig økt FLI i AMY og NAC, men ikke VTA 58, intragastrisk sukrose eller glukose infusjoner betydelig økt FLI i NAC og sentrale og basolaterale kjerner av AMY 59,60. Gjentatt tilsats av sakkarose til planlagt chow adgang øket FLI i MPFC samt NAC skall og kjerne 61. En sukrosekonsentrasjon nedgiring paradigme avslørte at den største økning skjedde FLI i basolateral AMY og NAC, men ikke VTA 62. Etter conditioning, utryddelse av sukker relaterte naturlig reward atferd økte FLI i basolateral AMY og NAC 63. Videre sammenkobling sukker tilgjengeligheten til en tone resulterte i tonen senere økende FLI nivåer i basolateral AMY 64. Høy fettinntaket økte også FLI i NAC og MPFC områder 65-67.

De fleste av de tidligere omtalte studiene undersøkte sukker og fett effekter på c-fos aktivering i enkelt områder som ikke gir informasjon om identifikasjon av belønning relaterte distribuerte hjernenettverk 24-27. Videre mange av studiene heller ikke avgrense de relative bidragene fra sub-områder av NAC (kjerne og skall), AMY (basolateral og sentral-Cortico-mediale) og MPFC (prelimbic og infralimbic) som potensielt kan bli vurdert av nytte av gode romlige, encellede oppløsning i c-Fos kartlegging 68. Vårt laboratorium 69 sist brukte c-fos aktivering og samtidig målt endringer i VTA DA sti og dens projection soner (NAC, Amy og MPFC) etter romanen inntak av fett og sukker i rotter. Denne studien beskriver prosedyrer og metodiske tiltak for å samtidig analysere om akutt eksponering for seks forskjellige løsninger (maisolje, glukose, fruktose, sakkarin, vann og en fettemulsjon kontroll) ville forskjellig aktivere FLI i delområder av NAC, AMY, MPFC samt dorsal striatum. Dette samtidig påvisning av forskjeller tillatt bekreftelse av signifikante effekter på FLI i hvert område, og beslutning om hvorvidt endringer i ett bestemt område korrelert med endringer i beslektede områder, og dermed gi støtte til et distribuert hjernen nettverk 24-27. Disse prosedyrene testet om VTA, den prelimbic og infralimbic MPFC, kjernen og skallet av NAC, og basolateral og sentral-Cortico-medial AMY) samt rygg striatum ville DISPLAY koordinert og samtidig FLI aktivering etter oralt, ubetingede inntak av glukose (8%), fruktose (8%), maisolje (3,5%) og sakkarin (0,2%) løsninger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Disse eksperimentelle protokollene har blitt godkjent av Institutional Animal Care og bruk komité bekrefter at alle fag og prosedyrer er i samsvar med National Institutes of Health Guide for omsorg og bruk av forsøksdyr.

1. Temaer

  1. Kjøp og / eller type Sprague-Dawley hannrotter (260-300 g).
  2. Hus rotter individuelt i netting bur. Holde dem på en 12:12 timers lys / mørke syklus med rotte chow og vann tilgjengelig ad libitum.
  3. Tildele passende utvalgsstørrelser (for eksempel n ≈ 6-8) tilfeldig i grupper.

2. testapparatet og inntak Prosedyrer

  1. Bruk kalibrerte sentrifugerør med gummipropp og en 45 ° vinkel metall sipper røret for å gi nøyaktig måling (± 0,1 ml) av de presenterte løsninger. Fest dem til bur med en stram metall våren slik at synligheten av kalibreringer.
  2. Begrense matrasjoner (~15 / g / dag) av rottene for å redusere vekten til 85% av sin opprinnelige kroppsvekt for å øke motivasjon for å konsumere den løsninger. Merk: vektreduksjon bør ta mellom 3-5 dager.
  3. Gi pre-trening løsninger (10 ml) av 0,2% sakkarin for fire dager over en 1 hr økt for å maksimere sannsynligheten for at rottene vil prøve de påfølgende testløsninger med kort (mindre enn 1 min) latency.
  4. Bekrefte strømning gjennom sentrifugerøret ved å søle noen få dråper.
  5. Vei rør før og etter hver økt for å oppnå inntak måling.
  6. Utføre et inntak test på den femte dag i undergrupper som mottar en av seks løsninger (10 ml, 1 time): a) vann, b) ny smaksstoffer (0,05% kirsebærsmak) 0,2% sakkarin, c) 8% fruktose, d) 8 % glukose, e) 3,5% maisolje suspendert i 0,3% xantangummi, og f) 0,3% xantangummi.
  7. Pass på at næringsløsninger er isocaloric; således, er mais-oljekonsentrasjon på 3,5% isocaloric til 8% sukkerløsninger.
  8. Sørg thpå rotter prøveløsninger med kort ventetid (mindre enn 1 min). Hvis dette kravet ikke er oppfylt, og deretter kaste faget fra studien.

3. Tissue Forberedelse

  1. Bedøve hvert dyr etter en intraperitoneal injeksjon av pentobarbital 90 minutter etter den innledende eksponering i hver testløsning. Bekreft at dyr er skikkelig bedøvet ved å demonstrere at dyret er ikke lenger reagerer på slike reflekser som uttak til fots klype, blinkende følgende direkte på hornhinnen press eller hodet risting til dyp pinna stimulering.
  2. Perfuse hvert dyr tran som beskrevet tidligere 69.
    1. Anesthetize rotter med en overdose av natrium pentobarbital (65 mg / kg), fjerne brystkasse og utsette brystet for fri tilgang til hjertet 69.
    2. Sett nålen i toppen av venstre hjerteklaff, og kutte vena cava. Administrere fosfatbufferløsning (PBS, ~ 180 ml) etterfulgt av en fosfat-bufret fiksativ containing 4% paraformaldehyd (~ 180 ml).
    3. Sikre at dyret faktisk blir dynket riktig ved å undersøke hvorvidt væsken forlater andre hulrom, som nese, munn og genitalia. Merk: Riktig fiksering med paraformaldehyde vil bli ledsaget av store muskelbevegelser. Hvis dette ikke skjer, re-justere nålen til denne reaksjonen oppstår.
  3. Fjern hjernen fra skallen raskt ved å kutte pels og hud fra skallen. Bruk Rongeurs å knekke og fjerne bein fra hjernen beveger seg fra bakre til fremre. Arbeid først i området under og bak lillehjernen, som sikrer at rongeur er mellom benet og meningeal pia mater. Når toppen og sidene av skallen er fjernet, kan du bruke en liten slikkepott til å løfte hjernen fra basen, og klipp hjernenerver med liten saks. Vær forsiktig så du ikke skader hjernen mens du forsøker å fjerne beinet.
  4. Fix hjernen i en 4% paraformaldehyde løsning over natten ved 4 ° C.Plasser hjernen i en 30% sukrose / 70% PBS-oppløsning ved romtemperatur inntil de synker til bunnen av beholderen.
  5. Blokkere hjernen
    1. Fjern den rostrale del av hjernen skjæring på tvers kaudalt for luktelappen.
    2. Fjern hale delen av hjernen skjæring på tvers i nivå med cerebellum og pons.
  6. Mount hjernen coronally med hale del festet til det stadiet av en glidende mikrotom, og kutte koronale seksjoner (40 mikrometer) gjennom MPFC (2,86 til 2,20 mm rostral til bregma), NAC kjerne og skall og dorsal striatum (+ 1,76 til 1,60 mm rostralt til bregma), den AMY (-2,12 - -2,92 mm kaudalt til bregma), og VTA (-5,20 - -5,60 mm kaudalt til bregma). Bruk en rottehjerne atlas 70 for veiledning.
  7. Samle frittflytende deler til individuelle brønner i en 24-brønns plate som er fylt med PBS for eventuelt immunhistokjemisk analyse 71. Bruk Parafilm for å forsegle 24 vill plate for å sørge for at PBS ikke fordamper i beholderen og tørke opp hjernen. Oppbevar hjernevevet i 4 ° C.

4. c-fos Prosedyrer (Tilpasset fra 71)

  1. Hver del behandles med 5 ml 5% normalt geiteserum og 0,2% Triton X-100 i PBS i 1 time.
  2. Inkuber de behandlede seksjoner med primære antistoffer (kanin-anti-c-fos, 1: 5000) ved 4 ° C i 36 timer i brønner inneholdende 1 ml PBS.
  3. Skyll seksjoner 3 ganger med PBS (5 ml) i 10 minutter hver.
  4. Inkuber med sekundære antistoffer (biotinylert geit-anti-kanin, 1: 200) ved RT i 2 timer i brønner inneholdende 1 ml PBS.
  5. Skyll hver seksjon 3 x i PBS (5 ml) i 10 minutter hver.
  6. Inkuber skylt seksjonene i 2 timer i en kommersielt tilgjengelig avidin-pepperrot peroksydase blanding som kommer i et kit sammensatt av Avadin DH (100 ul) og biotinylert pepperrot peroksidase H (100 ul) i 5 ml PBS.
  7. Re-skyll delene 3x i PBS (5 ml) i 10 minutter hver.
  8. React seksjonene med 0,05% diaminobenzidin (DAB) i nærvær av 0,0015% H 2 O 2 i 5 - 10 minutter, avhengig av reaktiviteten av vev i brønner inneholdende 5 ml av DAB-løsning.
  9. Double-label VTA seksjoner. Inkuber dem med et tyrosin hydroksylase (TH) antistoff (kanin-anti-rotte TH, 1: 2000) i PBS (5 ml) over natten ved 4 ° C.
  10. Skyll seksjoner 3 ganger i PBS (5 ml) i 10 minutter hver.
  11. Inkuber med sekundære antistoffer (biotinylert geit-anti-kanin, 1: 200) i PBS (5 ml) ved romtemperatur i 2 timer.
  12. Skyll seksjoner 3 ganger i PBS (5 ml) i 10 minutter hver.
  13. Visualisere antistoffer ved hjelp av et sekundært antistoff-peroksydase kompleks. Reagere med en kombinasjon av 0,05% DAB og en 0,3% nikkelsulfatoppløsning, i 5 - 10 minutter, avhengig av reaksjonen av vev i brønner som inneholdt 5 ml av DAB / NiCl løsning.
  14. Sørg for at DAB løsningen er melkeaktig lys grønn i fargen fra dets reaksjon med 0,3% nikkelsulfat. Hvis løsningen er for grønt, da reaksjonen vil være for mørk.
  15. Monter alle deler ut mot gelatin-belagt lysbilder. La dem tørke over natten, og deretter dekke-slip med noen dråper av en Toluen-basert løsning (TBS).
  16. Kode lysbilder slik at den eksperimentelle tilstanden er ukjent for observatørene.

5. Fastsettelse av c-fos immunoreactive Teller

  1. Tildele par av objektive observatører å telle Fos-positive nevroner i disse regionene av interesse (ROI): prelimbic MPFC, infralimbic MPFC, NAC kjerne, NAC shell, basolaterale Amy kjerner, sentral-Cortico-medial AMY, dorsal striatum, og VTA. Avgrense om c-Fos immunoreaktivitets var til stede i TH + og TH- celler i VTA. Figur 1 gir en skjerm-fanget bilde av NAC fra mikroskopet.

Figur 1
Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

  1. Analyser minst tre representative skiver per side som er felles for alle dyr i alle testforhold.
  2. Bruke programvare og en optisk mikroskop for å analysere hele regionen for hver ROI ved å spore en disposisjon (figur 1).
    1. For et gitt område, åpne programmet og klikk på kjøpet rullegardinmenyen, og klikk "levende bilde". Ta med avkastningen i fokus, og klikk på skjermen for å etablere et referansepunkt. deretter tress valgt hjernen regionen bruker nettet som en veiledning. Når sporet er ferdig, telle celler (trinn 5.3.1.1 - 5.3.1.3).
      1. Dobbeltklikk på programvareikonet. Gå til menylinjen, klikk på "Erverv" og deretter "levende bilde". Ta med avkastningen i fokus, og klikk på skjermen for å etablere et referansepunkt.
      2. Gå til verktøylinjen rutenett og klikk "Display Grid" og "Bruk grid etiketter". Skissere ROI med en forhåndsbestemt spor.
      3. Tell alle cellene i hver ROI, velg en "+" i venstre sidebar å holde telling av c-fos celler. Klikk på hver celle enkeltvis for å registrere teller. Vurdere en celle positivt for c-fos når en definert mørk rød sirkel er observert (Figur 1).
    2. Gjenta denne prosessen for hvert område.
    3. Record teller i en lab notatbok og på datamaskinen for fremtidig analyse. Gå til menylinjen, klikk på "File", "Save Data File" for å lagre sporing og teller.
    4. Sørg for at inter-rater reliabilitet (ved hjelp av korrelasjon av tellinger) av de to uinformert raters for hver seksjon i hver ROI alltid overstiger 0,8.

    6. Statistikk

    1. Evaluere grunnlinje sakkarin inntakene i løpet av de første fire dager, ved bruk av en gjentatt tiltak for en-veis analyse av varians (ANOVA) å sammenligne de sakkarin inntak av dagene 1, 2, 3 og 4 69.
    2. Sammenligne sakkarin inntak (Dag 4) med test intakes (Dag 5) av de seks gruppene ved hjelp av en randomisert blokk 2-veis ANOVA 69.
    3. Bruk Tukey sammenligninger (p <0,05) for å bestemme de enkelte signifikante effekter 69.
    4. Bestem inter-rater reliabilitet, og deretter bruke en felles observatør teller.
    5. Gjennomsnittlig c-fos teller de tre representative skiver for hvert område 69.
      1. Utføre en en-veis ANOVA av c-fos-aktivering indusert ved inntak av de seks løsninger (3,5% maisolje, 8% glukose, 8% fruktose, 0,2% smaksstoffer sakkarin, xaNthan tannkjøtt kontroll og vann) for perilimbic MPFC 69.
      2. Gjenta parallelle analyser av seks grupper for infralimbic MPFC, NAC kjerne, NAC shell, basolateral AMY, sentral-Cortico-medial AMY, VTA og dorsal striatum. Bruk Tukey sammenligninger (p <0,05) for å vise de enkelte signifikante effekter 69.
    6. Sammenligne maisolje inntak med både vanninntaket og inntaket av sin suspensjon agent, xantangummi. Sammenlign fruktose og glukose inntak med både vanninntak og inntak av ikke-nærende søtningsstoff, sakkarin.
    7. Fastslå om det var signifikante sammenhenger mellom løsningsinntak og c-fos aktivering i hvert av områdene ved hjelp av Bonferroni r korrelasjoner (p <0,05).
      1. Systematisk sammenligne c-fos teller i perilimbic og infralimbic pre-frontal cortex for hvert dyr i 3,5% maisolje gruppe.
      2. Gjenta systematisk parallelle analyser av hvert par av de seks områdene (VTA, dorsal striatum, infralimbic MPFC, perilimbic MPFC, NAC kjerne, NAC shell, basolateral AMY, sentral-Cortico-medial AMY) for 3,5% maisolje.
      3. Gjenta systematisk parallelle analyser av disse seks steder for de andre fem forsøksinntaksbetingelser (8% glukose, 8% fruktose, 0,2% smaksstoffer sakkarin, xantangummi kontroll- og vann).
    8. Dra nytte av det faktum at de samme dyr innenfor en løsning tilstand ble vurdert på tvers av alle områder ved å bestemme signifikante sammenhenger mellom c-fos aktivering over løsninger og innenfor hver løsning med Bonferroni r korrelasjoner (p <0,05).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alle representative resultater er beskrevet nedenfor har blitt publisert tidligere 69, og er re-presenteres her for å støtte "proof of concept" i angir effektiviteten av teknikken.

løsning inntak
Det ble ikke observert signifikante forskjeller i baseline sakkarin inntak i løpet av de første fire dagene for alle dyr (F (3,108) = 57.27, p <0,001) med inntak (Dag 1: 1,3 (± 0,2) ml; Dag 2: 3,9 (± 0,4) ml ; dag 3: 5,9 (± 0,6) ml; dag 4: 7,1 (± 0,6) ml) signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) og progressivt økende. Fruktose og glukose inntak, men ikke maisolje eller sakkarin inntaket på dag 5 signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) økning i forhold til dag 4 sakkarin inntak (p <0,05, Tukey HSD-test) med fruktose (9,6 (± 0,4) ml ) og glukose (9,4 (± 0,6) ml) signifikant høyere enn saccHarin inntak. Videre, maisolje inntak (7,4 (± 0,6) ml) var signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) høyere enn xantangummi inntak.

Disse resultatene hevet muligheten for at oppløsningen inntak per se kan utgjøre en hvilken som helst observerte c-fos aktivering i en hvilken som helst av områdene. For å undersøke dette ble Bonferroni r korrelasjoner utført som inntak av de fem løsningene ble relatert til c-fos aktivering i hver av de seks steder. Signifikante korrelasjoner mislyktes i å bli observert mellom oppløsning inntak og c-fos-aktivering i kjernen (r (29) = 0,186), skall (r (29) = 0,029) eller total (r (29) = 0,10) NAc, den prelimbic ( r (29) = 0,23), infralimbic (r (29) = 0,30) eller total (r (29) = 0,14) MPFC, VTA (r (29) = 0,10), dorsal striatum (r (29) = 0,14 ) eller basolateral (r (29) = 0,47), centro-Cortico-medial (r (29) = 0,48) eller total (r (29) = 0,409) AMY. Gitt høyere korrelasjon mellom inntak og AMY c-fos aktivering, videre correlasjoner ble utført for hver enkelt oppløsning. Signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) forbindelser kunne ikke observeres mellom inntak og AMY FLI til fructose (basolateral (r = 0,15), centro-Cortico-medial (r = 0,13), totalt (r = 0,13)), glukose (basolateral (r = 0,17), centro-Cortico-medial (r = 0,17), total r = 0,13)), sakkarin (basolateral (r = 0,42), centro-Cortico-medial (r = 0,42), total (r = 0,42)) eller maisolje (basolateral (r = 0,54), centro-Cortico-medial (r = 0,59), total (r = 0,64)). En signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) ble negativ korrelasjon observert mellom xantangummi inntak og total AMY FLI (r = 0,94).

MPFC c-Fos Activation
Maisolje signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) øket total (figur 2A), infralimbic (figur 2B) og prelimbic (figur 2C) MPFC c-Fos teller i forhold til vann (*) eller xantangummien styre(#). Fruktose signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) økning c-Fos tellinger i infralimbic MPFC i forhold til vann (*) eller sakkarin (+) (figur 2B), men ikke totalt eller prelimbic MPFC teller. I motsetning til glukose eller sakkarin ikke klarte å endre totalt, perilimbic eller infralimbic MPFC c-Fos teller. Figur 3 viser representative MPFC deler av dyr som viser økt maisolje-indusert FLI i forhold til vann.

Figur 2
Figur 2. Fett eller sukker inntak Forskjellig Øker c-fos Activation i Medial prefrontal cortex (MPFC). Endringer i c-fos aktivering (gjennomsnitt ± SEM), er oppført i hele MPFC (panel A), infralimbic MPFC området (Panel B), og det prelimbic MPFC området (felt C) som følge av forbruk (1 time) av vann, sakkarin (0,2%), Xantangummi (kontroll for maisolje), glukose (8%), fruktose (8%) og maisolje (3,5%). (Tidligere publisert 69.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. Faktisk MPFC c-fos Activation Etter fett og sukker. C-fos-aktivering ble observert hos dyr eksponert for inntak av maisolje (paneler A (4 gangers forstørrelse) og C (10 gangers forstørrelse)), som var signifikant høyere enn for inntak av vann (Panel B (4 gangers forstørrelse) og D (10 gangers forstørrelse)). Representasjon av avgrensede delområder av Prelimbic (PL) og infralimbic (IL) MPFC er diagramed i Panels A (maisolje) og C (vann) som er den delen av tslange paneler (A og C) forstørret til 10-gangers forstørrelse i de tilsvarende panelene (B og D). Piler i Paneler C og D viser representative c-fos positive celler. Alle skala barer er 100 mikrometer. (Tidligere publisert 69.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

AMY c-Fos Activation
Maisolje signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) øket total AMY (figur 4A), basolateral (figur 4B) og sentral-Cortico-medial (figur 4C) underområdet AMY c-Fos teller i forhold til vann (*) eller xantangummi kontroll (#). Glukose også signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) øket total (figur 4A), basolateral (figur 4B) og sentral-Cortico-medial ( (figur 4A) og sentral-Cortico-medial sub-område (figur 4C) for AMY c-Fos teller i forhold til vann (*) eller sakkarin (+), men ikke i basolateral AMY underområdet. Sakkarin mislyktes i å endre total, basolateral eller sentral-Cortico-medial AMY c-Fos teller i forhold til vann. Detaljerte analyser av individuelle kjerner innenfor AMY avslørte at vesentlige endringer er angitt i den basolateral området av AMY ble også bemerket i de enkelte basolaterale og laterale amy kjerner. De betydelige endringene nevnt i sentral-Cortico-mediale området av AMY ble også bemerket i den enkelte sentral, kortikal og mediale AMY kjerner. Figur 5 viser representative Amy seksjonerav dyr som viser økt mais olje, glukose- og fruktose-indusert FLI i forhold til vann. (Tidligere publisert 69.)

Figur 4
Figur 4. Fett eller sukker inntak Forskjellig Øker c-fos aktivering i amygdala (AMY). Endringer i c-fos aktivering (gjennomsnitt ± SEM), er oppført i hele AMY (panel A), basolateral AMY området (panel B) , og den sentral-Cortico-medial AMY område (panel C) som følge av forbruk (1 time) av vann, sakkarin, xantangummi, glukose, fruktose eller maisolje. De betydelige endringene nevnt i basolateral området av AMY ble også registrert i de enkelte basolaterale og side Amy kjerner. De betydelige endringene nevnt i sentral-Cortico-mediale området av AMY ble også registrert i de enkelte sentrale, kortikal og mediale Amy kjerner. (Tidligere publiserte 69.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5. Faktisk AMY c-fos Activation Etter fett og sukker. C-fos aktivering ble observert i dyr eksponert for inntak av maisolje (Paneler A (4 ganger forstørrelse), D (10 ganger forstørrelse) og G (60- fold forstørrelse)), glukose (Panel B (4 gangers forstørrelse) og E (10 gangers forstørrelse)) og fruktose (paneler C (4-gangers forstørrelse) og F (10 ganger)), som var betydelig større enn det for inntak av vann (paneler H (4-gangers forstørrelse) og i (10 gangers forstørrelse)). representasjon avde avgrensede delområder i sentral-Cortico-medial (CMC) og basolateral (BLA) AMY er diagramed i Panels A (maisolje), B (glukose), C (fruktose) og H (vann) som er den delen av disse plater (A, B, C og H) forstørrede til 10-gangers forstørrelse i de tilsvarende paneler (D, E, F og i). Den avgrenset delområde i panel D (maisolje, 10 gangers forstørrelse) er forstørret til 60-gangers forstørrelse i panel D. Pilene i paneler D, E, F, G og I angir representative c-fos-positive celler. Alle skala barer er 100 mikrometer, bortsett Panel G (50 mikrometer). (Tidligere publisert 69.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

NAC c-Fos Activation
Maisolje signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) øket total (figur 6A) og kjerne ( (figur 6C). Glukose signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) økning c-Fos tellinger i NAc kjernen (figur 6B), men ikke i den totale NAc NAc eller skall i forhold til sakkarin (+) eller vann (*). I motsetning til dette, fruktose og sakkarin mislyktes i å skille seg fra vannet i å utløse c-Fos aktivering i NAc kjerne og / eller skallet. Figur 7 viser representative seksjoner i NAc kjernen av dyr som viser øket mais olje eller glukose-indusert FLI i forhold til vann .

Figur 6
Figur 6. fett eller sukker inntak Forskjellig Øker c-fos Activation i NAC. Endringer i c-fos-aktivering (gjennomsnitt ± SEM) i hele NAC (panel A), NAC kjerne (panel B), og NAC skall (Panel C) ved å følge forbruk (1 time) av vann, sakkarin, xantangummi, glukose, fruktose eller maisolje. (Tidligere publisert 69.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7
Figur 7. Faktisk NAC kjerne, men ikke NAC Shell c-fos Activation Etter fett og sukker. C-fos-aktivering ble observert hos dyr eksponert for inntak av maisolje (paneler A (4-ganger forstørrelse), D (10 gangers forstørrelse ) og G (60 gangers forstørrelse)) og glukose (Panel B (4 gangers forstørrelse) og E (10 gangers forstørrelse)) som var betydelig høyere enn for inntak av vann (paneler C (4-gangers forstørrelse) og F (10 ganger magnificasjon)). Fremstilling av de beskrevne sub-områder av det NAc kjernen og NAc skallet er diagramed i Panelene A (maisolje), B (glukose) og C (vann) som er en del av slike paneler (A, B, C og H) forstørret til 10-gangers forstørrelse i de tilsvarende panelene (D, E og F). Den avgrenset delområde i panel D (maisolje, 10 gangers forstørrelse) er forstørret til 60-gangers forstørrelse i Panel G. Pilene i paneler D, E, F og G angir representative c-fos-positive celler. Alle skala barer er 100 mikrometer. (Tidligere publisert 69.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Dorsal striatal c-Fos Activation
Maisolje signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) økning c-Fos tellinger i dorsal striatum i forhold til vann (*) eller xantangummi (#) (figure 8A). Glukose eller fruktose signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) økning rygg striatal FLI i forhold til sakkarin (+) (figur 8A). I kontrast, sakkarin ikke klarte å skille seg fra vannet i å få fram rygg striatal c-Fos aktivering. Figur 9 viser representative dorsal striatum deler av dyr som viser økt mais olje, glukose eller fruktose-indusert FLI i forhold til vann.

Figur 8
Figur 8. Fett eller sukker inntak Forskjellig Øker c-fos Activation i Dorsal striatum og Ventralt tegmentale området. Dorsal atriatal (panel A) og ventral tegmentale område (panel B) endringer ble registrert for c-fos aktivering (gjennomsnitt ± SEM) etter forbruk (1 time) av vann, sakkarin, xantangummi, glukose, fruktose eller maisolje. (Tidligere publisert 69.)

Figur 9
Figur 9. Faktisk Dorsal striatal c-fos Activation Etter fett og sukker. C-fos-aktivering ble observert hos dyr eksponert for inntak av maisolje (paneler A (4-ganger forstørrelse), D (10 gangers forstørrelse) og G (60 -gangers forstørrelse)), glukose (Panel B (4 gangers forstørrelse) og E (10 gangers forstørrelse)), fruktose (Paneler C (4-gangers forstørrelse) og F (10 gangers forstørrelse)) som var betydelig høyere enn for inntak av vann (Paneler H (4-gangers forstørrelse) og I (10 gangers forstørrelse)). Avgrenset sub-enreas av dorsal striatum i Panelene A (maisolje), B (glukose), C (fruktose) og H (vann) er angitt som forstørret til 10-gangers forstørrelse i de tilsvarende paneler (D, E, F og I). Den avgrenset delområde i panel D (maisolje, 10 gangers forstørrelse) er forstørret til 60-gangers forstørrelse i Panel G. Pilene i paneler D, E, F og G angir representative c-fos-positive celler. Alle skala barer er 100 mikrometer, bortsett Panel G (50 mikrometer). (Tidligere publisert 69.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

VTA c-Fos Activation
Maisolje signifikant (p <0,05, Tukey HSD-test) økning c-Fos tellinger i TH + VTA-celler i forhold til xantangummi kontroll (#) (figur 8B). I motsetning til dette, glukose, fruktose eller sakkarin unnlatt å endre c-Fos teller i VTA relative til vann. Figur 10 viser representative TH + og TH- og c-Fos-aktiverte VTA celler av dyr som viser økt maisolje-indusert FLI i forhold til vann.

Figur 10
Figur 10. Faktisk Ventral tegmentale område c-fos Activation Etter fett og sukker. VTA c-fos-aktivering ble observert hos dyr eksponert for maisolje (paneler A (fire ganger) og C (10-fold)) og vann (Panel B (4 ganger) og D (10-fold)). Svarte piler indikerer representative dobbel-merket TH / c-fos positive celler, mens grå piler indikerer representative c-fos bare celler. Alle skala barer er 100 mikrometer. (Tidligere publisert 69.) Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

ove_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Relasjoner av c-Fos Activation Blant nettsteder og løsninger
Mønsteret av c-Fos tellinger hos dyr eksponert for maisolje viste signifikante (p <0,05) positive korrelasjoner mellom NAc kjernen og enten NAc skall (r = 0,971) eller hele MPFC (r = 0,670), mellom prelimbic MPFC og enten infralimbic MPFC (r = 0,940) eller dorsal striatum (r = 0,849), mellom infralimbic MPFC og dorsal striatum (r = 0,749), mellom det basolateral og sentral-Cortico-medial AMY (r = 0,999), og mellom den dorsal striatum og VTA (r = 0,723). I motsetning til dette mønster av c-Fos tellinger hos dyr eksponert for maisolje viste signifikante (p <0,05) negative korrelasjoner mellom basolateral AMY og enten NAc kjerne (r = -0,712) eller skall (r = -0,708), og mellom sentral-Cortico-medial AMY og enten NAC kjerne (r = -0,712) eller skall (r = -0,710) sikret mønster av c-Fos teller i dyr eXposed til glukose avdekket signifikante (p <0,05) positive korrelasjoner mellom prelimbic og infralimbic MPFC (r = 0,930), mellom dorsal striatum og enten VTA (r = 0,821), basolateral (r = 0,910) eller sentral-Cortico-medial (r = 0,911) AMY, og mellom basolateral og sentral-Cortico-medial (r = 0,999) AMY. Mønsteret av c-Fos tellinger hos dyr eksponert for fruktose viste signifikante (p <0,05) positive korrelasjoner mellom NAc kjernen og enten NAc skall (r = 0,969) eller prelimbic MPFC (r = 0,740), mellom NAc skallet og den prelimbic MPFC (r = 0,733), mellom prelimbic og infralimbic MPFC (r = 0,959), og mellom den basolateral og sentral-Cortico-medial AMY (r = 0,996) sikret mønster av c-Fos tellinger hos dyr eksponert for sakkarin avslørt signifikant (p <0,05) positive korrelasjoner mellom NAc NAc kjerne og skall (r = 0,792), mellom NAc skallet og dorsal striatum (r = 0,715), og mellom den prelimbic MPFC ennd infralimbic MPFC (r = 0,999).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Målet med studien var å finne ut om kilden (VTA) og forhjernen projeksjon mål (NAC, Amy, MPFC) av DA belønning relaterte nevronene ble samtidig aktivert etter romanen inntak av fett og sukker i rotter ved bruk av mobil c-fos teknikk . Denne studien er en detaljert beskrivelse av protokollene fra en studie publisert tidligere 69. Det ble antatt at den VTA, dens store projeksjonssone til prelimbic og infralimbic MPFC, kjernen og skallet av NAC og basolateral og sentral-Cortico-medial AMY, samt dorsal striatum ville fungere som et distribuert hjerne nettverk 24 -27, og viser koordinert og samtidig FLI følgende oppfinneriske inntak av glukose (8%), fruktose (8%) og maisolje (3,5%) løsninger i forhold til sakkarin (0,2%), vann og andre kontrolløsninger. Maisolje, glukose og fruktose, men ikke sakkarin inntak produsert betydelig og differensial FLI aktivering av VTA, den prelimbic og infralimbic mPFC, kjernen og skallet av NAC, den basolateral og sentral-Cortico-medial AMY, og dorsal striatum. I tillegg til den c-fos teknikk, ble atferdsmessige tiltak av sukker, fett og kunstig søtningsmiddel inntak anvendes.

Et kritisk trinn inkludert rettidig sampling av inntaket slik at de ville være forholdsvis like, og dermed sikre at eventuelle forskjeller i c-fos-aktivering over områder var grunn til oppløsningen forbrukes snarere i enten et mønster eller omfanget av inntak. De fire dagene av baseline sakkarin inntak sørget for at mat-begrenset dyr samplet løsninger raskt, og dermed minimeres uspesifikke effekter. Et annet kritisk punkt var at prosedyren forårsaket minimal stress eller nyhet til dyrene som endringer i emosjonell valens uavhengig av inntak typen kan også produsere c-fos aktivering. Derfor funnene gir en overbevisende "proof of concept" for effektiviteten av denne tilnærmingen og protokoller knyttet tilidentifisere om akutt eksponering for fett (for eksempel maisolje), sukker (glukose og fruktose) og ikke-nærende søtningsstoff (sakkarin) løsninger samtidig aktivere DA-medierte ROI s på en måte som tyder på en koordinert distribuert hjerne-systemet 24-27.

Fordi optimal c-Fos aktivering krever tidssensitive reaksjoner før ofre 51,52, tidligere godkjente prosedyrer 42,44 maksimert løsning prøvetaking med kort ventetid i en-timers test. Således ble matvare begrenset rotter trent med 0,2% sakkarin oppløsninger (10 ml, 1 time) i 4 dager, og gitt testløsningen på den femte dagen. Baseline sakkarin inntak betydelig økte progressivt, og fruktose og glukose, men ikke maisolje eller sakkarin inntakene på den femte dag var betydelig høyere enn fjerde dag saccharin inntak. Derfor løsninger forbundet med økt FLI betydelig økt (glukose, fruktose) eller unnlatt å påvirke (maisolje) inntak reakkumulerte til forrige sakkarin trening, og syntes å være mediert gjennom en belønning relaterte atferds incentiver. Nøye vurdering må tas for å sikre prøvetaking og likestilling av atferd. Andre forskere effektivt kan bruke denne fremgangsmåten til å studere andre typer nye løsninger eller introdusere variasjoner i paradigmet for å forstå mekanismene knyttet til tilpasning og læring.

Fordelen med den foreliggende protokollen er muligheten til å sammenligne effekten av godt studert sukker (fruktose, glukose) og fett (maisolje) og sammenligne sine c-fos aktivere effekter med enn av viktige kontroller (ikke-næringsverdi søtningsmiddel, sakkarin, en kontroll emulgator, xantangummi, og vann), og deretter undersøke slike effekter på tvers av seks tilhørende hjerne-områder. Selv om denne metoden har åpenbare fordeler i å tillate samtidig undersøkelse på tvers av hjernesidene til de forskjellige velsmakende substanser, har den den ulempe å produsere en potensielt astronomisk datasettav celler som viser neuronal uttrykk. For å gjøre dette mer håndterlig, tok vi tilnærming til å analysere tre representative koronale skiver per side som er felles for alle dyr i alle testforhold. Dette selvfølgelig er ledsaget av forbeholdet av å velge de riktige nivåer av hver ROI i disse tre seksjoner. Gitt den brede rostro-hale omfanget av AMY, NAC, MPFC, dorsal striatum og VTA, bør dette forbeholdet ikke tas lett på. Videre er det da påligger etterforskerne å være konsekvent i nøyaktig velge hver av de tre representative seksjoner på tvers av alle dyr på tvers av alle områder. Mindre feil i dette valget kan føre til "falske positive" og "falske negative". Effektivitet av telling er også en relevant variabel. Vår løsning for dette potensialet forvirre var å tildele to uinformert raters for hver seksjon i hver ROI, og deretter sørge for at inter-rater reliabilitet (ved hjelp av korrelasjon av tellinger) alltid overskredet 0,8. Denne tilnærmingen, mens duplicative, ga oss langt større sikkerhet for nøyaktighet som inter-rater reliabilitet lett overskredet denne minimumskriterium. Under regioner av NAC (kjerne vs. skall), AMY (Baso-lateral vs. sentral-Cortico-mediale) og MPFC (perilimbic vs. infralimbic) ble analysert. Disse områdene kan deles videre, spesielt de individuelle Amy kjerner, lappen og matrise avdelinger av dorsal striatum, og NAC shell (toppunkt, bue, kjegle, overgangssone). Fordi NAC skallet ikke klarte å konsekvent vise endringer i FLI følgende maisolje, glukose eller fruktose, ble ytterligere under analyser av denne strukturen ikke utført. Definitive undersøkelse av patch og matrise soner av dorsal striatum kreves videre immunhistokjemiske teknikker som ikke var ansatt i denne studien, men vil være et viktig oppfølgingsstudie. Analyser av enkelt Amy kjerner innenfor hver sub-regionen vil også være en ekstra fremtidige studier.

Tidligere studier har vist at sucsteg inntaket øket FLI i den sentrale AMY kjernen, VTA samt skallet, men ikke kjerne, av NAC, men oral eller IG-sakkarin infusjoner er stort sett ineffektiv 55-57, 60-62. Glukose og fruktose inntak fremkalte sukker-spesifikke effekter på FLI med både effektiv i den sentrale-Cortico-medial AMY og dorsal striatum, tidligere effektive i NAC kjerne og basolateral AMY, og sistnevnte effektive i infralimbic MPFC. Sakkarin inntak klarte å lokke fram noen endringer i FLI i alle andre områder i forhold til vann. Fettinntaket økte også FLI i accumbal og MPFC områder i tidligere studier 65-67, og produserte samtidig betydelig aktivering i VTA, infralimbic og prelimbic MPFC, dorsal striatum, NAC kjerne, og basolateral og sentral-Cortico-medial AMY.

Selv om tidligere studier vist at sukker og fett inntaket indusert FLI i forhjernen meso-corticolimbic og Nigro-striatale DA systemer, denne studien systematiskevaluert samtidig FLI aktivering i VTA, basolateral og sentral-Cortico-medial AMY, dorsal striatum, prelimbic og infralimbic MPFC NAC kjerne og skall etter akutt inntak av maisolje, fruktose, glukose eller sakkarin. Betydelige FLI økninger ble svært knyttet til hverandre på tvers av forhjernen nettsteder, støtter ideen om distribuert hjernen nettverk aktivering formidling sukker og fett inntaket. Slike protokoller identifisere samtidige endringer i flere hjerne loci kan benyttes i henhold til kroniske og binging forhold samt henhold condition og preferanser. Disse studiene viser at en sterk anatomisk korrelerer (c-fos) kan brukes effektivt i flere hjernesider samtidig for å identifisere kandidater for formidling spiselig inntak og preferanser hos dyr som kan gi innsikt i menneskelige sykdommer relatert til fedme, diabetes og andre spiseforstyrrelser .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser.

Acknowledgments

Takket være Diana Icaza-Culaki, Cristal Sampson og teologiens Karagiorgis for deres harde arbeid på dette prosjektet.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Sprague-Dawley rats Charles River Laboratories CD-1
Wire Mesh Cages Lab Products, Seaford, DE 30-Cage rack
Rat Chow PMI Nutrition International 5001
Taut Metal Spring Lab Products, Seaford, DE n/a
Rat Weighing Scale Fisher Scientific Company n/a
Nalgene Centrifuge Tubes Lab Products, Seaford, DE 10-0501
Rubber Stopper Lab Products, Seaford, DE n/a
Metal Sippers Lab Products, Seaford, DE n/a
Saccharin Sigma Chemical Co 82385-42-0
Kool-Aid, Cherry Kool-Aid Commerical
Kool-Aid, Grape Kool-Aid Commercial
Fructose Sigma Chemical Co F0127
Glucose Sigma Chemical Co G8270
Corn Oil Mazzola Commerical
Xanthan Gum Sigma Chemical Co 11138-66-2
Sliding Microtome Microm International n/a
Neurolucida Camera MBF Bioscience Software application
Gelatin-coated Slides Fisher Scientific Company 12-550-343
Cover glass Fisher Scientific Company 12-545-M
Golden Nylon Brushes Loew-Cornell  2037
Natural Hair Sable  Loew-Cornell  2022
24 Well Plates Fisher Scientific 3527
6 Well Plates Fisher Scientific 3506
1 L Pyrex bottles Fisher Scientific 1395-1L
Tissue insert (tissue strainer) Fisher Scientific 7200214
Eagle pipettes  World Precision Instruments E10 for 1-10μl
Eagle pipettes  World Precision Instruments E100 for 20-100μl
Eagle pipettes  World Precision Instruments E200 for 50-200μl
Eagle pipettes  World Precision Instruments E1000 for 100-1000μl
Eagle pipettes  World Precision Instruments E5000 for 1000-5000μl 
Universal Tips .1-10 μl World Precision Instruments 500192
Universal Tips 5-200 μl World Precision Instruments 500194
Universal Tips 500-5,000 μl World Precision Instruments 500198
Blade Vibroslice 100 World Precision Instruments BLADE
DPX Mounting Medium  Electron Microscopy  13510
15 ml centrifuge tubes Biologix Research Co. 10-0501
Slide Boxes Biologix Research Co. 41-6100
Orbital Shaker  Madell Corporation   ZD-9556
weigh boats  Fisher Scientific 02-202-100
5 ml disposable pipettes Fisher Scientific 13-711-5AM
Stereo Investigator Software Micro Bright Field Software application
Name Company Catalog number Comments
Reagents
Paraformaldehyde Granular Fisher Scientific 19210
NaCl Fisher Scientific S271-1
Sodium Phophate Monobasic Fisher Scientific S468-500
Sodium Phosphate Diphasic Fisher Scientific BP332-500
Hydrogen Peroxide  Fisher Scientific H324-500
SafeClear II  Fisher Scientific 23-044-192
Methanol  Fisher Scientific A412-1
Normal Goat Serum Vector S-1000
Biotinylated Anti-Rabbit IgG (H+L) Vector BA-1000
ABC Kit Peroxidase Standard Vector PK-4000
Anti-cFos (Ab-5) Rabbit EMD chem/Cal Biochem PC38
Triton X 100 SigmaAldrich X-100
3,3' diaminobenzidine tetra hydrochloride  SigmaAldrich D5905
Sodium Hydroxide SigmaAldrich 5881
Primary TH anti body EMD Millipore AB152
Euthosol Virbac AH

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Koob, G. F. Neural mechanisms of drug reinforcement. Ann. N.Y. Acad. Sci. 654, 171-191 (1992).
  2. Wise, R. A. Role of brain dopamine in food reward. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 361, 1149-1158 (2006).
  3. Salamone, J. D., Correa, M. The mysterious motivational functions of mesolimbic dopamine. Neuron. 76, 470-485 (2012).
  4. Horvitz, J. C., Choi, W. Y., Morvan, C., Eyny, Y., Balsam, P. D. A "good parent" function of dopamine: transient modulation of learning and performance during early stages of training. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1104, 270-288 (2007).
  5. Wickens, J. R., Horvitz, J. C., Costa, R. M., Killcross, S. Dopaminergic mechanisms in actions and habits. J. Neurosci. 27, 8181-8183 (2007).
  6. Bjorklund, A., Dunnett, S. B. Dopamine neuron systems in the brain: an update. Trends Neurosci. 30, 194-202 (2007).
  7. Swanson, L. W. The projections of the ventral tegmental area and adjacent regions: a combined fluorescent retrograde tracer and immunofluorescence study in the rat. Brain Res. Bull. 9, 321-353 (1982).
  8. Cacciapaglia, F., Wrightman, R. M., Careli, R. M. Rapid dopamine signaling differentially modulates distinct microcircuits within the nucleus accumbens during sucrose-directed behavior. J. Neurosci. 31, 13860-13869 (2011).
  9. Martinez-Hernandez, J., Lanuza, E., Martinez-Garcia, F. Selective dopaminergic lesions of the ventral tegmental area impair preference for sucrose but not for male sex pheromones in female mice. Eur. J. Neurosci. 24, 885-893 (2006).
  10. Bassareo, V., Di Chiara, G. Differential influence of associative and nonassociative learning mechanisms on the responsiveness of prefrontal and accumbal dopamine transmission to food stimuli in rats fed ad libitum. J. Neurosci. 17, 851-861 (1997).
  11. Bassareo, V., Di Chiara, G. Differential responsiveness of dopamine transmission to food-stimuli in nucleus accumbens shell/core compartments. Neurosci. 89, 637-641 (1999).
  12. Cheng, J., Feenstra, M. G. Individual differences in dopamine efflux in nucleus accumbens shell and core during instrumental conditioning. Learn. Mem. 13, 168-177 (2006).
  13. Genn, R. F., Ahn, S., Phillips, A. G. Attenuated dopamine efflux in the rat nucleus accumbens during successive negative contrast. Behav. Neurosci. 118, 869-873 (2004).
  14. Hajnal, A., Norgren, R. Accumbens dopamine mechanisms in sucrose intake. Brain Res. 904, 76-84 (2001).
  15. Hajnal, A., Smith, G. P., Norgren, R. Oral sucrose stimulation increases accumbens dopamine in the rat. Am. J. Physiol. 286, R31-R37 (2003).
  16. Bassareo, V., Di Chiara, G. Modulation of feeding-induced activation of mesolimbic dopamine transmission by appetitive stimuli and its relation to motivational state. Eur. J. Neurosci. 11, 4389-4397 (1999).
  17. Hajnal, A., Lenard, L. Feeding-related dopamine in the amygdala of freely moving rats. Neuroreport. 8, 2817-2820 (1997).
  18. Bassareo, V., De Luca, M. A., Di Chiara, G. Differential expression of motivational stimulus properties by dopamine in nucleus accumbens shell versus core and prefrontal cortex. J. Neurosci. 22, 4709-4719 (2002).
  19. Feenstra, M., Botterblom, M. Rapid sampling of extracellular dopamine in the rat prefrontal cortex during food consumption, handling, and exposure to novelty. Brain Res. 742, 17-24 (1996).
  20. Hernandez, L., Hoebel, B. G. Feeding can enhance dopamine turnover in the prefrontal cortex. Brain Res. Bull. 25, 975-979 (1990).
  21. Liang, N. C., Hajnal, A., Norgren, R. Sham feeding corn oil increases accumbens dopamine in the rat. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 291, R1236-R1239 (2006).
  22. Dunnett, S. B., Iversen, S. D. Regulatory impairments following selective kainic acid lesions of the neostriatum. Behav. Brain Res. 1, 497-506 (1980).
  23. Salamone, J. D., Zigmond, M. J., Stricker, E. M. Characterization of the impaired feeding behavior in rats given haloperidol or dopamine-depleting brain lesions. Neurosci. 39, 17-24 (1990).
  24. Kelley, A. E. Ventral striatal control of appetitive motivation: role in ingestive behavior and reward-related learning. Neurosci. Biobehav. Rev. 27, 765-776 (2004).
  25. Kelley, A. E. Memory and addiction: shared neural circuitry and molecular mechanisms. Neuron. 44, 161-179 (2004).
  26. Kelley, A. E., Baldo, B. A., Pratt, W. E. A proposed hypothalamic-thalamic-striatal axis for the integration of energy balance, arousal and food reward. J. Comp. Neurol. 493, 72-85 (2005).
  27. Kelley, A. E., Baldo, B. A., Pratt, W. E., Will, M. J. Corticostriatal-hypothalamic circuitry and food motivation: integration of energy, action and reward. Physiol. Behav. 86, 773-795 (2005).
  28. Berendse, H. W., Galis-de-Graaf, Y., Groenewegen, H. J. Topographical organization and relationship with ventral striatal compartments of prefrontal corticostriatal projections in the rat. J. Comp. Neurol. 316, 314-347 (1992).
  29. Brog, J. S., Salyapongse, A., Deutch, A. Y., Zahm, D. S. The patterns of afferent innervation of the core and shell in the "accumbens" part of rat ventral striatum: immunohistochemical detection of retrogradely transported fluoro-gold. J. Comp. Neurol. 338, 255-278 (1993).
  30. McDonald, A. J. Organization of amygdaloid projections to the prefrontal cortex and associated stritum in the rat. Neurosci. 44, 1-14 (1991).
  31. McGeorge, A. J., Faull, R. L. The organization of the projection from the cerebral cortex to the striatum in the rat. Neurosci. 29, 503-537 (1989).
  32. Sesack, S. R., Deutch, A. Y., Roth, R. H., Bunney, B. S. Topographical organization of the efferent projections of the medial prefrontal cortex in the rat: an anterograde tract-tracing study with Phaseolus vulgaris leucoagglutinin. J. Comp. Neurol. 290, 213-242 (1989).
  33. Wright, C. I., Beijer, A. V., Groenewegen, H. J. Basal amygdaloid complex afferents to the rat nucleus accumbens are compartmentally organized. J. Neurosci. 16, 1877-1893 (1996).
  34. Wright, C. I., Groenewegen, H. J. Patterns of convergence and segregation in the medial nucleus accumbens of the rat: relationships of prefrontal cortical, midline thalamic and basal amygdaloid afferents. J. Comp. Neurol. 361, 383-403 (1995).
  35. Geary, N., Smith, G. P. Pimozide decreases the positive reinforcing effect of sham fed sucrose in the rat. Pharmacol. Biochem. Behav. 22, 787-790 (1985).
  36. Muscat, R., Willner, P. Effects of selective dopamine receptor antagonists on sucrose consumption and preference. Psychopharmacol. 99, 98-102 (1989).
  37. Schneider, L. H., Gibbs, J., Smith, G. P. D-2 selective receptor antagonists suppress sucrose sham feeding in the rat. Brain Res. Bull. 17, 605-611 (1986).
  38. Baker, R. W., Osman, J., Bodnar, R. J. Differential actions of dopamine receptor antagonism in rats upon food intake elicited by mercaptoacetate or exposure to a palatable high-fat diet. Pharmacol. Biochem. Behav. 69, 201-208 (2001).
  39. Rao, R. E., Wojnicki, F. H., Coupland, J., Ghosh, S., Corwin, R. L. Baclofen, raclopride and naltrexone differentially reduce solid fat emulsion intake under limited access conditions. Pharmacol. Biochem. Behav. 89, 581-590 (2008).
  40. Weatherford, S. C., Smith, G. P., Melville, L. D. D-1 and D-2 receptor antagonists decrease corn oil sham feeding in rats. Physiol. Behav. 44, 569-572 (1988).
  41. Azzara, A. V., Bodnar, R. J., Delamater, A. R., Sclafani, A. D1 but not D2 dopamine receptor antagonism blocks the acquisition of a flavor preference conditioned by intragastric carbohydrate infusions. Pharmacol. Biochem. Behav. 68, 709-720 (2001).
  42. Baker, R. M., Shah, M. J., Sclafani, A., Bodnar, R. J. Dopamine D1 and D2 antagonists reduce the acquisition and expression of flavor-preferences conditioned by fructose in rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 75, 55-65 (2003).
  43. Dela Cruz, J. A., Coke, T., Icaza-Cukali, D., Khalifa, N., Bodnar, R. J. Roles of NMDA and dopamine D1 and D2 receptors in the acquisition and expression of flavor preferences conditioned by oral glucose in rats. Neurobiol. Learn. Mem. 114, 223-230 (2014).
  44. Dela Cruz, J. A., et al. Roles of dopamine D1 and D2 receptors in the acquisition and expression of fat-conditioned flavor preferences in rats. Neurobiol. Learn. Mem. 97, 332-337 (2012).
  45. Yu, W. Z., Silva, R. M., Sclafani, A., Delamater, A. R., Bodnar, R. J. Pharmacology of flavor preference conditioning in sham-feeding rats: effects of dopamine receptor antagonists. Pharmacol. Biochem. Behav. 65, 635-647 (2000).
  46. Yu, W. Z., Silva, R. M., Sclafani, A., Delamater, A. R., Bodnar, R. J. Role of D(1) and D(2) dopamine receptors in the acquisition and expression of flavor-preference conditioning in sham-feeding rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 67 (1), 537-544 (2000).
  47. Touzani, K., Bodnar, R. J., Sclafani, A. Activation of dopamine D1-like receptors in nucleus accumbens is critical for the acquisition, but not the expression, of nutrient-conditioned flavor preferences in rats. Eur. J. Neurosci. 27, 1525-1533 (2008).
  48. Touzani, K., Bodnar, R. J., Sclafani, A. Dopamine D1-like receptor antagonism in amygdala impairs the acquisition of glucose-conditioned flavor preference in rats. Eur. J. Neurosci. 30, 289-298 (2009).
  49. Touzani, K., Bodnar, R. J., Sclafani, A. Acquisition of glucose-conditioned flavor preference requires the activation of dopamine D1-like receptors within the medial prefrontal cortex in rats. Neurobiol. Learn. Mem. 94, 214-219 (2010).
  50. Malkusz, D. C., et al. Dopamine signaling in the medial prefrontal cortex and amygdala is required for the acquisition of fructose-conditioned flavor preferences in rats. Behav. Brain Res. 233, 500-507 (2012).
  51. Bernal, S. Y., et al. Role of dopamine D1 and D2 receptors in the nucleus accumbens shell on the acquisition and expression of fructose-conditioned flavor-flavor preferences in rats. Behav. Brain Res. 190, 59-66 (2008).
  52. Bernal, S. Y., et al. Role of amygdala dopamine D1 and D2 receptors in the acquisition and expression of fructose-conditioned flavor preferences in rats. Behav. Brain Res. 205, 183-190 (2009).
  53. Dragunow, M., Faull, R. The use of c-fos as a metabolic marker in neuronal pathway tracing. J. Neurosci. Methods. 29, 261-265 (1989).
  54. VanElzakker, M., Fevurly, R. D., Breindel, T., Spencer, R. L. Environmental novelty is associated with a selective increase in Fos expression in the output elements of the hippocampal formation and the perirhinal cortex. Learn. Mem. 15, 899-908 (2008).
  55. Norgren, R., Hajnal, A., Mungarndee, S. S. Gustatory reward and the nucleus accumbens. Physiol. Behav. 89, 531-535 (2006).
  56. Park, T. H., Carr, K. D. Neuroanatomical patterns of fos-like immunoreactivity induced by a palatable meal and meal-paired environment in saline- and naltrexone-treated rats. Brain Res. 805, 169-180 (1998).
  57. Zhao, X. L., Yan, J. Q., Chen, K., Yang, X. J., Li, J. R., Zhang, Y. Glutaminergic neurons expressing c-Fos in the brainstem and amygdala participate in signal transmission and integration of sweet taste. Nan.Fang Yi.Ke.Da.Xue.Xue.Bao. 31, 1138-1142 (2011).
  58. Mungarndee, S. S., Lundy, R. F., Norgren, R. Expression of Fos during sham sucrose intake in rats with central gustatory lesions. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 295, R751-R763 (2008).
  59. Otsubo, H., Kondoh, T., Shibata, M., Torii, K., Ueta, Y. Induction of Fos expression in the rat forebrain after intragastric administration of monosodium L-glutamate, glucose and NaCl. Neurosci. 196, 97-103 (2011).
  60. Yamamoto, T., Sako, N., Sakai, N., Iwafune, A. Gustatory and visceral inputs to the amygdala of the rat: conditioned taste aversion and induction of c-fos-like immunoreactivity. Neurosci. Lett. 226, 127-130 (1997).
  61. Mitra, A., Lenglos, C., Martin, J., Mbende, N., Gagne, A., Timofeeva, E. Sucrose modifies c-fos mRNA expression in the brain of rats maintained on feeding schedules. Neurosci. 192, 459-474 (2011).
  62. Pecoraro, N., Dallman, M. F. c-Fos after incentive shifts: expectancy, incredulity, and recovery. Behav. Neurosci. 119, 366-387 (2005).
  63. Hamlin, A. S., Blatchford, K. E., McNally, G. P. Renewal of an extinguished instrumental response: Neural correlates and the role of D1 dopamine receptors. Neurosci. 143, 25-38 (2006).
  64. Kerfoot, E. C., Agarwal, I., Lee, H. J., Holland, P. C. Control of appetitive and aversive taste-reactivity responses by an auditory conditioned stimulus in a devaluation task: A FOS and behavioral analysis. Learn. Mem. 14, 581-589 (2007).
  65. Zhang, M., Kelley, A. E. Enhanced intake of high-fat food following striatal mu-opioid stimulation: microinjection mapping and fos expression. Neurosci. 99, 267-277 (2000).
  66. Teegarden, S. L., Scott, A. N., Bale, T. L. Early life exposure to a high fat diet promotes long-term changes in dietary preferences and central reward signaling. Neurosci. 162, 924-932 (2009).
  67. Del Rio, D., et al. Involvement of the dorsomedial prefrontal cortex in high-fat food conditioning in adolescent mice. Behav. Brain Res. 283, 227-232 (2015).
  68. Knapska, E., Radwanska, K., Werka, T., Kaczmarek, L. Functional internal complexity of amygdala: focus on gene activity mapping after behavioral training and drugs of abuse. Physiol. Rev. 87, 1113-1173 (2007).
  69. Dela Cruz, J. A. D., et al. c-Fos induction in mesotelencephalic dopamine pathway projection targets and dorsal striatum following oral intake of sugars and fats in rats. Brain Res. Bull. 111, 9-19 (2015).
  70. Paxinos, G., Watson, C. The rat brain in stereotaxic coordinates. , Elsevier. (2006).
  71. Ranaldi, R., et al. The effects of VTA NMDA receptor antagonism on reward-related learning and associated c-fos expression in forebrain. Behav. Brain Res. 216, 424-432 (2011).

Tags

Neuroscience biologisk psykologi C-fos immunoreaktivitets sukker inntak fett inntaket Belønning Palatability Amygdala Medial prefrontal cortex Nucleus accumbens caudatus / putamen Ventralt tegmentale området Distributed hjernen nettverk
Samtidig Påvisning av c-Fos Aktivering fra mesolimbiske og Mesocortical Dopamin Reward nettsteder Etter Naive sukker og fett Svelging i rotter
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dela Cruz, J. A. D., Coke, T.,… More

Dela Cruz, J. A. D., Coke, T., Bodnar, R. J. Simultaneous Detection of c-Fos Activation from Mesolimbic and Mesocortical Dopamine Reward Sites Following Naive Sugar and Fat Ingestion in Rats. J. Vis. Exp. (114), e53897, doi:10.3791/53897 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter