| License: Publishing license for publications excluding print on demand (3MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-299432
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.29943
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 13 May 2014 |
| Referee: | Prof. Dr. Inga D. Neumann |
| Date of exam: | 28 April 2014 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Tierphysiologie/Neurobiologie (Prof. Dr. Inga Neumann) |
| Keywords: | chronic psychosocial stress, oxytocin, pathologies |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 590 Zoological sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 29943 |
Abstract (English)
Chronic psychosocial stress is known to cause a variety of diseases including somatic, affective and substance abuse disorders. In this cotneext, the aims of the present thesis were to investigate the role of chronic psychosocial stress in the development of inflammation-related colorectal cancer as well as in the voluntary self-administration of EtOH. Another major goal of the experiments was to ...
Abstract (English)
Chronic psychosocial stress is known to cause a variety of diseases including somatic, affective and substance abuse disorders. In this cotneext, the aims of the present thesis were to investigate the role of chronic psychosocial stress in the development of inflammation-related colorectal cancer as well as in the voluntary self-administration of EtOH. Another major goal of the experiments was to determine the involvement of the central OXT system on the development of stress-related pathologies and whether exogenous OXT, either following a single acute injection (EtOH consumption) or after a chronic administration can attenuate or block the establishment of stress-related behavioural and physiological alterations.
In chapter 2, I describe the effects of a 19-day exposure to our established model of chronic psychosocial stress, i.e. CSC, on the development of inflammation-related colon cancer. I was able to demonstrate that stressed mice developed more rapidly morphological alterations including a granular mucosa, flat dysplasias and solid tumours compared to unstressed mice after AOM-DSS treatment. Moreover, despite these macroscopic changes of the colonic surface, changes on the molecular level were found that are closely related to carcinogenesis, namely, a shift towards a regulatory T-cell mediated immune response, increased expression patterns of proliferation promoting proteins and, in addition, an increased proliferation with a concomitant reduced apoptosis. Therefore, I propose the combination of the CSC paradigm with the AOM-DSS model as an important and attractive tool to study the underlying mechanisms of stress- and inflammation-induced colon carcinogenesis.
In chapter 3, as an important prerequisite for possible anxiety-induced EtOH consumption, I could demonstrate that a 15-day CSC exposure was sufficient to induce an anxiogenic phenotype in male mice. In fact, I was able to show that 15 days of CSC enhanced the consumption of, and the preference for EtOH compared to unstressed animals at EtOH doses ranging from 2 – 8%. Importantly, the increased consumption and preference was not due to any alterations in taste preference. Moreover, surgery for an icv guide cannula did not disrupt the differences in EtOH consumption of stressed and unstressed animals. The major goal of that study was to investigate, whether an acute peripheral or central OXT administration could reduce the 24-h EtOH intake. I demonstrated that the GABAB receptor agonist baclofen, taken as a control, reduced the EtOH consumption in stressed and unstressed animals, whereas OXT was only affective in SHC mice and only after peripheral injection. These results demonstrate the therapeutic efficacy of baclofen for the treatment of EtOH abuse, but also reveal the need for more studies investigating OXT as a possible medication to treat alcoholism.
In chapter 4, the major goal was to investigate whether chronic central OXT administration during 19 days of CSC could attenuate or prevent the establishment of stress-induced anxiety as well as physiological changes. As an important prerequisite, I could demonstrate that the implantation of an OMP and the central administration of VEH did neither influence the CSC-induced alterations nor induce behavioural or physiological stress symptoms in unstressed male mice. Moreover, I could show that chronic central infusion of OXT dose-dependently reduced OXTR binding within septal (DLS, VLS) and amygdaloid (MeA, CeA, BLA) subregions as well as the MeRN. Surprisingly, after 15 days of chronic treatment, OXT was anxiogenic at the high dose (10ng/h), whereas the low dose did not alter anxiety-related behaviour of mice. On the other hand, infused chronically during 19 days of CSC at low dose, OXT was able to prevent the stress-induced anxiety-related behaviour and also the physiological alterations induced by CSC. Since the only brain region showing a reduced OXTR binding after both CSC and chronic OXThigh administration was the MeRN, and because of the fact that chronic OXTlow was able to prevent this stress-induced downregulation of the OXTR, it is likely that the serotonergic and oxytocinergic systems are involved in the establishment and the prevention of the CSC-induced anxious phenotype. Therefore, manipulation of the central OXT system reflects an encouraging target for the treatment of stress-related pathologies. Due to dosage and temporal dynamics a greater understanding of the chronic effects is needed before the OXT system can be considered as possible therapeutic target for a successful medication of stress-induced disorders.
In summary, the results of the present thesis demonstrate that chronic psychosocial stress is linked to diverse pathologies. In combination with other studies demonstrating acute anxiolytic, anti-stress, and anti-addiction properties in rodents and humans, the central OXT system ranges as a possible target for the successful treatment of those pathologies. Due to the current lack of chronic administration studies and the few existing studies demonstrating positive as well as negative effects after a chronic OXT administration, more research is needed for a better understanding of the involvement of the OXT system in mediating stress effects and a successful treatment of patients.
Translation of the abstract (German)
Chronischer Stress, insbesondere chronisch psychosozialer Stress, ist in unserer heutigen Gesellschaft allgegenwärtig und stellt einen hohen Risikofaktor für die Entstehung somatischer Erkrankungen, wie Herz-Kreislaufstörungen, entzündliche Darmerkrankungen sowie Krebs dar. Darüber hinaus gilt chronischer Stress als etablierter Risokofaktor für die Entstehung affektiver Pathologien, wie ...
Translation of the abstract (German)
Chronischer Stress, insbesondere chronisch psychosozialer Stress, ist in unserer heutigen Gesellschaft allgegenwärtig und stellt einen hohen Risikofaktor für die Entstehung somatischer Erkrankungen, wie Herz-Kreislaufstörungen, entzündliche Darmerkrankungen sowie Krebs dar. Darüber hinaus gilt chronischer Stress als etablierter Risokofaktor für die Entstehung affektiver Pathologien, wie Depressions- und Angsterkrankungen, wird aber auch mit Suchterkrankungen, wie beispielsweise Alkoholismus in Verbindung gebracht. Wegen dieser allgegenwärtigen Präsenz von Stress und einer stetig steigenden Zahl an stressinduzierten Pathologien ist ein besseres Verständnis der Effekte einer chronischen Stressexposition auf emotionaler, physiologischer, immunologischer sowie molekularer Ebene dringend nötig. Ebenso ist auf Grund mangelnder erfolgreicher Behandlungsmöglichkeiten eine Weiterentwicklung bzw. Neuentwicklung geeigneter Therapien zwingend erforderlich.
Adäquate und hilfreiche Werkzeuge in der Beantwortung dieser Fragestellungen stellen geeignete Tiermodelle dar. Das in den Experimenten dieser Arbeit verwendete Modell der chronisch subordinierten Koloniehaltung (chronic subordinate colony housing (CSC)) repräsentiert ein präklinisch gut etabliertes Modell für chronisch psychosozialen Stress in männlichen Mäusen. Nach 19 Tagen entwickeln die CSC Tiere typische Symptome einer chronischen Stressexposition einschließlich einer reduzierten Körpergewichtszunahme, Atrophie der Thymusdrüse, sowie Hypertrophie der Nebennieren. Überdies hinaus entwickeln die gestressten Tiere eine spontane Colitis, welche sich auf eine lokale Immunsuppression in Kombination mit einer reduzierten Barrierefunktion des Darms zurückführen lässt. Auch eine chemisch induzierte Colitis nimmt einen deutlich schwereren Verlauf als in ungestressten Tieren. Desweiteren konnte in früheren Studien gezeigt werden, dass das CSC Paradigma ein gesteigertes Angstverhalten induziert, während das depressionsähnliche Verhalten der gestressten Tiere nicht verändert ist. Aufbauend auf diesen bereits publizierten Daten, die das CSC Paradigma als ein verlässliches Tiermodell für chonischen psychosozialen Stress ausweisen, war das Ziel dieser Promotionsarbeit das Wissen über den Einfluss von chronisch psychosizialem Stress auf die Entwicklung von entzündungsvermitteltem Darmkrebs sowie den Alkoholkonsum zu erweitern und das Potential des Neuropeptids Oxytozin als mögliche Medikation für stress-induzierte Pathologien zu erörtern.
Das Hauptziel der in Kapitel 2 beschriebenen Studie war die Untersuchung der Effekte von chronisch psychosozialem Stress auf eine chemisch induzierte, entzündungsvermittelte Coloncarzinogenese. Bezüglich der Morphologie des Darmepithels konnte ich zeigen, dass getresste Mäuse deutlich früher makroskopische Veränderungen der Mucosa aufweisen als nichtgestresste Kontrolltiere. Desweiteren war es mir mittels Immunhistochemie sowie TUNEL-Färbung möglich, eine gesteigerte Proliferationsrate mit einer zeitgleich verringerten Apoptoserate nachzuweisen. Diese zellulären Veränderungen konnte ich auch auf molekularer Ebene mit veränderter mRNA sowie Proteinexpression bekannter Proliferationsmarker (LRH-1; β-Katenin) bestätigen. Über dies hinaus, kam es zu einem „Shift“ von einer Th1-Zell-vermittelten, tumorprotektiven Immunantwort zu einer regulatorischen T-Zell-vermittelten Immunantwort. Dies konnte ich anhand von Immunhistochemie sowie Immunfluoreszenz aber auch der mRNA Expression entsprechender Zytokine sowie der FACS-Analyse der T-Zellzusammensetzung von mesenterialen Lymphknoten belegen. Diese Ergebnisse bestätigen einen begünstigenden Effekt von chronisch psychosozialem Stress auf das Tumorwachstum.
In Kapitel 3 wurden männliche C57BL/6 Mäuse 15 Tage dem CSC Paradigma ausgesetzt, um zu zeigen, dass zwei Wochen CSC, neben den beschriebenen physiologischen, stress-relevanten Symptomen ebenso das Angstverhalten zu steigern. Nach der Stress-Prozedur und dem Verhaltenstest wurde das Alkoholtrinkverhalten der Mäuse untersucht, um die Hpothese zu bestätigen, dass chronisch psychosozialer Stress die freiwillige Alkoholzufuhr steigert. Ich konnte einen erhöhten Alkoholkonsum für alle getesteten Konzentrationen zeigen (2 – 8%). Bezüglich des Hauptziels der in diesem Kapitel beschriebenen Studie, einer möglichen Reduktion der Alkoholaufnahme durch eine akute periphere oder zentrale Oxytozininjektion war ich in der Lage zu demonstrieren, dass das Neuropeptid nur in ungestressten Tieren und zusätzlich nur nach peripherer Administration, den Alkoholkonsum in Mäusen reduzierte. Nach peripherer Injektion des als Positivkontrolle verwendeten GABAB Rezeptor Agonist Baclofen, zeigten sowohl ungestresste als auch chronisch gestresste Tiere eine reduzierte Alkoholzufuhr. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potential von Baclofen als mögliche Medikation für die Behandlung von Alkoholismus, verdeutlichen aber auch den Bedarf weiterer Studien bezüglich des oxytozinergen Systems als potentielles Behandlungsziel.
Das Hauptziel der in Kapitel 4 dieser Promotionsarbeit beschriebenen Studie, war die Untersuchung, in wie weit eine kontinuierliche, zentrale Oxytozininfusion während chronischer Stressexposition, die Entstehung von stressinduzierten Veränderungen der Physiologie sowie des Verhaltens blocken oder zumindest lindern kann. Nach erfolgreicher Etablierung einer osmotischen Minipumpen-Implantation, war es mir möglich zeit-, aber auch dosisabhängige Effekte einer chronischen Oxytozinadministration nachzuweisen. In diesem Zusammenhang war eine niedrige Oxytozindosis in der Lage die physiologischen Veränderungen sowie die Ausbildung eines gesteigerten Angsverhltens nach 19-tägiger CSC Exposition zu unterdrücken. Zusätzlich konnte ich demonstrieren, dass eine kontinuierliche, zentrale Oxytozininfusion eine dosisabhängige Herabregulation des zentralen, oxytozinergen Systems zur Folge hat, was bei chronisch hohen Dosen von einem gesteigerten Angstverhalten begleitet wird.
Zusammenfassend konnte ich in der vorliegenden Dissertation das Wissen über den Einfluss von chronisch, psychosozialem Stress auf verschiedenste Pathologien erweitern. Bezüglich einer Medikation stressinduzierter Krankheiten mittels Oxytozin konnte ich wichtige temporale aber auch dosisabhängige Effekte darlegen, was den Bedarf an weiteren Studien bezüglich der Wirkungsweise dieses Neuropeptides verdeutlicht, bevor es beim Menschen angewendet werden kann.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 01:09
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