| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (2MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-307670
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.30767
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 22 September 2014 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Inga D. Neumann |
| Tag der Prüfung: | 25 Juli 2014 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Tierphysiologie/Neurobiologie (Prof. Dr. Inga Neumann) |
| Stichwörter / Keywords: | anxiety, oxytocin, P2X4R |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 30767 |
Zusammenfassung (Englisch)
Anxiety disorders are the most common psychiatric disorders and although there are a number of treatment options available, all have their limitations. Over the years, many studies have been conducted to discover the sites in the brain where anxiety-related behaviour is controlled, and the neural factors that mediate this behaviour. Despite these research efforts, our understanding of the biology ...
Zusammenfassung (Englisch)
Anxiety disorders are the most common psychiatric disorders and although there are a number of treatment options available, all have their limitations. Over the years, many studies have been conducted to discover the sites in the brain where anxiety-related behaviour is controlled, and the neural factors that mediate this behaviour. Despite these research efforts, our understanding of the biology of anxiety is far from complete, and the search for better understanding of the neural basis and effective treatments of anxiety disorders awaits significant advances in the field of the neurobiology of anxiety. The paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN) is one of the key brain regions involved in anxiety regulation. Therefore, the aims of my studies described in this thesis were therefore (1) to identify a new endogenous factor within the PVN that could be a new target for future pharmacological intervention of anxiety disorders, and (2) to determine the intracellular processes that sustain the anxiolytic effect following a single OT treatment within the PVN.
By making use of a microarray performed from PVN tissue of rats that had been selected for extreme low or high anxiety-related behaviour (the LAB and HAB rats), I discovered that the ATP-receptor P2X4R regulates anxiety-related behaviour within the PVN. P2X4R is a ligand-gated ion channel, highly permeable for Ca2+, and thus increases intracellular Ca2+-levels and downstream signalling when activated. Both mRNA and protein expression of P2X4R was strongly up-regulated in LAB rats when compared with the expression in HAB rats; independent of sex. CTP, a P2X4R agonist, decreased anxiety-like behaviour in Wistar rats as soon as 10 min after local infusion into the PVN. The anxiolytic effect of CTP was blocked by pre-treatment with the selective inhibitor of P2X4R, 5-BDBD, supporting the involvement of P2X4R in anxiety regulation. Moreover, by infusion of CTP and 5-BDBD into the PVN of HAB and LAB rats, respectively, normalisation of the extreme phenotypes was achieved. Intracellular effectors of P2X4R stimulation included activation of eEF2, a regulator of peptide chain elongation, but whether de novo protein synthesis plays a role in P2X4R-mediated anxiolysis in the PVN is currently not known. However, the data clearly showed that activation of P2X4R within the PVN is a novel target for modulation of anxiety-related behaviour.
Additionally, I examined the effects of exogenous intra-PVN OT and its effects in hypothalamic cells. This neuropeptide is synthesised in the PVN (among other regions) and is known for both its short- and long-term anxiolytic properties. I found that OT activates protein synthesis via a PKC-dependent dephosphorylation of eEF2, both in vitro in hypothalamic cells as well as in vivo, in the PVN of male Wistar rats. This activation occurs within 10 min and leads to a relatively fast increase of de novo protein synthesis within 30 min. Moreover, an even greater amount of newly synthesised proteins is detectable 3 h after OT-application in primary hypothalamic cells. Behavioural testing for anxiety-related behaviour of male Wistar rats, treated with the general protein synthesis inhibitor anisomycin, revealed that the mid-term (30 min) anxiolytic effect of locally administered OT depends on local protein synthesis. However, the long-term (3 h) anxiolytic effect was not abolished by local inhibition of protein synthesis within the PVN, suggesting an involvement of another brain region connected to the PVN controlling the OT-regulated anxiety-like behaviour.
The later time point (3 h) however, appeared to be of significance for OT-induced microRNA regulation. Deep Sequencing analysis revealed dozens of regulated microRNAs in primary hypothalamic cells 3 h after OT-application. By means of qPCR, the up-regulation of essential neural microRNAs, including miR-124, miR-132, and miR-212, was validated. MicroRNA regulation by the neuropeptide OT is a completely novel finding and should contribute to our understanding of the long-term effects of OT.
Thus, by assessing the purinergic system as a novel regulator of anxiety in the PVN and by providing a greater understanding of the molecular underpinnings of the oxytocinergic system particularly within the PVN, I highlighted the role of this brain region in the mediation of anxiety-related behaviour. Taken together, the results presented in this thesis advance our knowledge about the biology of anxiety, and may help to develop new strategies for the treatment of anxiety disorders in the future.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Angsterkrankungen betreffen einen jährlich wachsenden Anteil der Weltbevölkerung. Dazu zählen Phobien, Panikattacken, Generalisierte Angststörung oder Zwangsstörung. Die Symptome und Beschwerden dieser Erkrankungen sind vielseitig und daher gestaltet es sich schwierig geeignete Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln. Ein großer Zweig der Neurobiologie beschäftigt sich aus diesem Grund mit der ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Angsterkrankungen betreffen einen jährlich wachsenden Anteil der Weltbevölkerung. Dazu zählen Phobien, Panikattacken, Generalisierte Angststörung oder Zwangsstörung. Die Symptome und Beschwerden dieser Erkrankungen sind vielseitig und daher gestaltet es sich schwierig geeignete Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln. Ein großer Zweig der Neurobiologie beschäftigt sich aus diesem Grund mit der Aufklärung neuronaler Vorgänge, die zur Ausbildung von krankhaftem Angstverhalten führen. Trotz allem sind nach wie vor große Lücken zu füllen, um ein vollständiges Verständnis von Angst und Angsterkrankungen zu erlangen. Für die Entwicklung effektiver Behandlungsmöglichkeiten brauchen wir daher fundierte Kenntnisse über die molekularen Vorgänge und Mechanismen im Gehirn, die das Angstverhalten steuern.
Meine Studien waren daher zum einen darauf ausgerichtet einen endogenen Faktor zu finden, der Ziel einer zukünftigen Behandlungsmöglichkeit sein könnte und zum anderen intrazelluläre Prozesse zu bestimmen, die von einer schnellen Anxiolyse zu einem dauerhaft reduzierten Angstverhalten führen.
Die Vorgänge im paraventrikulären Nukleus des Hypothalamus (PVN), einer Kernregion der Angst-Regulation im Gehirn, standen dabei im Zentrum. Speziell gezüchtete Ratten, die sogenannten HAB und LAB Ratten, die sich auf extreme Art in ihrem Angstverhalten unterscheiden (sie weisen sehr hohes bzw. sehr niedriges Angstverhalten auf) bildeten dabei eines meiner Versuchsmodelle. Bei meinen Untersuchungen gelang es mir, den ATP-Rezeptor P2X4R als neuen Faktor der Angst-Regulation zu bestimmen. P2X4R ist ein Ionenkanal, der durch Bindung seines Liganden aktiviert, und somit geöffnet wird. Er ist besonders durchlässig für Ca2+-Ionen und seine Aktivierung steigert daher den intrazellulären Ca2+ Spiegel, was wiederum zur Aktivierung Ca2+-sensibler Signalkaskaden führt. LAB Ratten zeichnen sich im Vergleich zu HAB Ratten durch eine erhöhte Expression jenes P2X4R aus. Eine Aktivierung des Rezeptors direkt im PVN, mit Hilfe des Agonisten CTP, führte nach 10 min zu einer Verringerung des Angstverhaltens von Ratten, die nicht auf einen spezifischen Phänotyp hin selektiert wurden (nachfolgend: Wistar Ratten). Dieser angstlösende Effekt von CTP konnte durch die Applikation des spezifischen P2X4R Antagonisten 5-BDBD verhindert werden, was darauf schließen lässt, dass P2X4R eine zentrale Rolle in der Regulation des Angstverhaltens spielt. Außerdem gelang es mir, durch eine lokale Infusion des Agonisten CTP bzw. des Antagonisten 5-BDBD in den PVN von HAB und LAB Ratten, deren extreme Phänotypen zu normalisieren. Intrazellulär konnte ich unter anderem den eukaryotischen Elongationsfaktor 2 (eEF2) als einen zentralen Faktor der P2X4R-Signalkaskade identifizieren. eEF2 ist während der Protein-Neusynthese entscheidend für die Bildung und Verlängerung der sich bildenden Peptidkette. Ob Protein-Neusynthese für den angstlösenden Effekt von P2X4R verantwortlich ist, ist noch nicht bekannt. Die gewonnenen Daten zeigen deutlich, dass eine Aktivierung des P2X4R im PVN zu vermindertem Angstverhalten führt und beschreiben P2X4R als ein neues pharmakologisches Ziel für die Regulierung des Angstverhaltens.
Zusätzlich habe ich die Auswirkungen von exogen appliziertem Oxytocin (OT) im PVN und in hypothalamen Zellen untersucht. Das im PVN produzierte Neuropeptid ist bekannt für seinen kurzfristig, wie auch langfristig angstlösenden Effekt. Meine Experimente zeigten in vitro (in hypothalamen Zellen), genauso wie in vivo (im PVN männlicher Wistar Ratten), dass OT die Protein-Neusynthese durch die Protein Kinase C (PKC)-abhängige Dephosphorylierung von eEF2 aktiviert. Dieser Effekt war bereits nach 10 min in vitro wie in vivo zu beobachten und führte nach 30 min zu einem raschen Anstieg neu synthetisierter Proteine in primären hypothalamen Zellen. 3 h nach Stimulation jener Zellen mit OT konnte ich gegenüber den Vehikel-stimulierten Zellen eine 4-fach größere Menge neu synthetisierter Proteine erfassen. Der lokal in den PVN applizierte Proteinsynthese-Inhibitor Anisomycin blockierte den mittelfristigen (30 min) anxiolytischen Effekt von exogenem OT im PVN männlicher Wistar Ratten. Jedoch hatte Anisomycin keine Auswirkungen auf die OT-induzierte langfristige (3 h) Anxiolyse. Dies lässt darauf schließen, dass zu diesem Zeitpunkt weitere Gehirnareale, die mit dem PVN in Verbindung stehen (wie z.B. Amygdala oder präfrontaler Cortex), für die Ausbildung des angstlösenden Effektes von OT verantwortlich sind.
Der spätere Zeitpunkt (3 h) stellte sich jedoch als bedeutend für die Regulation der microRNA Expression durch OT heraus. Das Deep Sequencing des Transkriptoms OT-stimulierter (3 h) primärer hypothalamer Zellen, lieferte Dutzende regulierte microRNAs. Mit Hilfe von qPCR konnte die Hoch-Regulation bedeutender neuronaler microRNAs, darunter miR-124, miR-132 sowie miR-212 validiert werden. Die Fähigkeit, auf die Expression von microRNAs Einfluss zu nehmen, ist ein völlig neuer Aspekt des Neuropeptids OT und könnte zu unserem Verständnis langfristiger Effekte von OT entscheidend beitragen.
Zusammengenommen bereichern die Ergebnisse, die ich in dieser Arbeit präsentiere, unser Wissen über die Biologie der Angst und können von großer Bedeutung bei der Entwicklung neuer Strategien für die Behandlung von Angsterkrankungen in der Zukunft sein.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 00:45
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