| License: Creative Commons Attribution 4.0 (5MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-413451
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.41345
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 22 December 2020 |
| Referee: | Prof. Dr. Inga D. Neumann |
| Date of exam: | 20 December 2019 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Tierphysiologie/Neurobiologie (Prof. Dr. Inga Neumann) |
| Keywords: | Oxytocin, microRNA, Anxiety, Social Fear |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 41345 |
Abstract (English)
Everybody knows these situations, which evoke feelings of discomfort: the lonely walk home by night, a big black spider dangling above the bed or giving a speech in front of strangers. Anxiety and fear are natural responses to real or perceived threats and have been conserved throughout evolution. However, excessive fear and anxiety typically manifests as pathological disease state, such as ...
Abstract (English)
Everybody knows these situations, which evoke feelings of discomfort: the lonely walk home by night, a big black spider dangling above the bed or giving a speech in front of strangers. Anxiety and fear are natural responses to real or perceived threats and have been conserved throughout evolution. However, excessive fear and anxiety typically manifests as pathological disease state, such as generalized anxiety disorder, posttraumatic stress disorder or social anxiety disorder. To date, anxiety disorders are a high burden for society and ecology, and the available treatment options are limited and elicit numerous adverse side effects.
In the last decade, the anxiolytic and pro-social neuropeptide oxytocin gained focus amongst researchers as novel treatment option for anxiety disorders. Oxytocin binds to a G protein-coupled receptor, thereby activating intracellular signaling pathways, which have not yet been deciphered in detail. In the early 2000´s, non-coding RNAs, especially microRNAs, have been characterized as potent gene-regulatory molecules. microRNAs form regulatory networks to modulate gene expression on a post-transcriptional level. Due to their high regulatory potential and the availability of simple methods to manipulate microRNAs within the central nervous system, they are suggested to be innovative options for the development of new treatment alternatives.
In this thesis, I focused on the functional involvement of microRNAs in intracellular signaling pathways, which are essential for the anxiolytic and social fear-reversing properties of the neuropeptide oxytocin in rodents. Via microRNA expression analysis of the paraventricular nucleus (PVN), I revealed that the transcription of miR-132-3p is induced upon intracerebroventricular oxytocin application in male and female rats, an effect, which is abolished in response to pre-treatment with an oxytocin receptor antagonist. In contrast, chronic activation of the endogenous oxytocin system during lactation did not alter intra-PVN miR-132-3p level, but short-term separation of the mother from its pups increased miR-132-3p transcript levels within the PVN and cerebrospinal fluid of the dams. In a further pilot experiment, I showed that functional inhibition of miR-132-3p via a locked nucleic acid (LNA) prevents the anxiolytic properties of oxytocin applied into the PVN, whereas no explicit effect was seen in cued fear conditioning. In summary, oxytocin has been revealed to induce the transcription of miR-132-3p, which is in turn essential for the anxiolytic properties of the neuropeptide.
Moreover, I showed that septal miR-132-3p is involved in the extinction of social fear in male mice: Compared to unconditioned mice, conditioned animals had increased septal miR-132-3p levels after acquisition of social fear. Additionally, functional inhibition of septal miR-132-3p via a LNA impaired extinction, whereas viral overexpression facilitated extinction of social fear. Interestingly, septal LNA-induced miR-132-3p inhibition prevented the oxytocin-induced reversal of social fear and shRNA-mediated downregulation of septal miR-132-3p specifically in oxytocin receptor expressing neurons impaired extinction of social fear. Thereby, miR-132-3p was proven to be essential for the social fear reversing properties of oxytocin. Further analysis of putative septal target messenger RNAs of miR-132-3p via microarray analysis revealed several promising candidates, all of which have not been found to be altered after acquisition and extinction of social fear in mice.
In summary, these experimental results expand our understanding of the mechanisms underlying the anxiolytic and social fear-reversing properties of the neuropeptide oxytocin, and reveal that small non-coding ribonucleic acids exert fundamental influence within the central nervous system.
Translation of the abstract (German)
Jeder kennt diese eigenartigen Momente, die innerliches Unwohlsein auslösen: der nächtliche Nachhauseweg entlang verlassener, dunkler Gassen, die große schwarze Spinne über dem Bett, oder das Halten einer Rede vor größerem Publikum. Aus evolutionsbiologischer Sicht sind ebendiese Angst- und Furchtreaktionen konservierte, natürliche Handlungsweisen als Antwort auf reale oder gefühlte Bedrohungen. ...
Translation of the abstract (German)
Jeder kennt diese eigenartigen Momente, die innerliches Unwohlsein auslösen: der nächtliche Nachhauseweg entlang verlassener, dunkler Gassen, die große schwarze Spinne über dem Bett, oder das Halten einer Rede vor größerem Publikum. Aus evolutionsbiologischer Sicht sind ebendiese Angst- und Furchtreaktionen konservierte, natürliche Handlungsweisen als Antwort auf reale oder gefühlte Bedrohungen. Eine exzessive bzw. unangepasste Ausprägung von Angst- oder Furchtzuständen manifestiert sich allerdings für gewöhnlich in pathologischen Krankheitsbildern. Diese beinhalten unter Anderem generalisierte Angststörungen, posttraumatische Belastungsstörungen und soziale Angststörungen. Heutzutage repräsentieren Angsterkrankungen eine Hauptbelastung der modernen Gesellschaft, vor Allem, da die derzeitigen Behandlungsmethoden stark limitiert und von verheerenden Nebenwirkungen geprägt sind.
In den letzten Jahren ist das Neuropeptid Oxytocin aufgrund seiner potenten angstlösenden und pro-sozialen Wirkung in den Fokus der Erforschung neuer pharmakologischer Behandlungsmöglichkeiten für Angsterkrankungen gerückt. Oxytocin bindet an einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor und reguliert dadurch komplexe neuronale Signalwege, die bis heute nicht im Detail entschlüsselt sind. In den frühen 2000er Jahren wurden nicht-kodierende Ribonukleinsäuren, im Speziellen sogenannte microRNAs, als potente Regulatoren diverser intrazellulärer Signalwege gefunden. Diese bilden große regulatorische Netzwerke, mit welchen sie die Expression von Genen auf einem post-transkriptionalen Level beeinflussen. Durch ihr hohes regulatorisches Potential und die Tatsache, im zentralen Nervensystem auf einfachem Wege manipulierbar zu sein, stellen microRNAs innovative Angriffspunkte zur Entwicklung neuer Psychopharmaka dar.
Im Zuge meiner Dissertation untersuchte ich die Fragestellung, welche microRNAs in die neuronalen Signalwege von Oxytocin involviert sind und dadurch sowohl Angstverhalten, als auch soziale Furcht in Nagetieren beeinflussen. Mittels Analyse der microRNA Expression konnte ich zeigen, dass die Transkription einer bestimmten microRNA, nämlich miR-132-3p, im Nucleus paraventricularis (PVN) der Ratte, durch intracerebroventrikuläre Applikation von Oxytocin geschlechtsunabhängig induziert wird, wohingegen eine vorangehende Infusion eines Oxytocin Rezeptor Antagonisten diesen Effeckt verhinderte. Im Gegensatz dazu, hat die langanhaltende Aktivierung des endogenen Oxytocin-Systems während der Laktation, keine Änderung der miR-132-3p Expression hervorgerufen. Lediglich die kurzfristige Trennung der Jungtiere von der Mutter, führte sowohl im PVN, als auch in der Cerebrospinalflüssigkeit der Muttertiere zu einem Anstieg der miR-132-3p Level. In einem Pilotversuch wies ich nach, dass die lokale Applikation (PVN) sogenannter „Locked Nucleic Acids“ (LNAs), welche die Funktion der miR-132-3p verhindern, in männlichen Ratten die angstlösende Wirkung von intracerebral appliziertem Oxytocin unterdrücken, wohingegen sich die Effekte auf konditionierte Furcht als nicht eindeutig herausstellten. Zusammenfassend gesagt, konnte ich also aufzeigen, dass die microRNA miR-132-3p durch das Neuropeptid Oxytocin induziert wird und an der angstlösenden Wirkung des Neuropeptids beteiligt ist.
Wie sich herausstellte, ist dieselbe microRNA im Septum der Maus in die Auslöschung von konditionierter sozialer Furcht involviert: Nach dem Erlernen der sozialen Furcht zeigten sozial konditionierte Mäuse, im Vergleich zu nicht-konditionierten, eine höhere Expression der miR-132-3p. Ebenso verlangsamte die funktionale Inhibition der miR-132-3p im Septum, mittels LNAs, die Auslöschung von sozialer Furcht, wohingegen eine Virus-induzierte Überexpression derselben, diesen Prozess beschleunigte. Zusätzlich verhinderte die funktionale Inhibition mittels LNAs die Oxytocin-vermittelte Auslöschung von sozialer Furcht. Letztlich führte eine Virus-induzierte Repression der miR-132-3p Expression, speziell in Oxytocin Rezeptor exprimierenden Neuronen des Septums der Maus, zu einer verschlechterten Auslöschung der sozialen Furcht. Eine weitere Analyse potentieller Ziel-RNAs nach funktionaler Inhibition der miR-132-3p im Maus Septum mittels Microarray-Analyse lieferte einige vielversprechende Kandidaten, deren miR-132-vermittelte Regulation der Transkription im Tiermodell der konditionierten sozialen Furcht allerdings nicht bestätigt werden konnte. Kurz gefasst: Ich konnte zeigen, dass die microRNA miR-132-3p essentiell in die Oxytocin-vermittelte Auslöschung von konditionierter sozialer Furcht involviert ist.
Diese experimentellen Ergebnisse erweitern das Verständnis jener Mechanismen, welche der Oxytocin-vermittelten Angstminderung und Auslöschung sozialer Furcht zugrunde liegen, und zeigen, dass auch kleine nicht-kodierende Ribonukleinsäuren im zentralen Nervensystem einen großen Einfluss haben können.
Metadata last modified: 22 Dec 2020 09:07
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