| License: Creative Commons Attribution 4.0 (5MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-441917
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.44191
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 12 November 2021 |
| Referee: | Prof.Dr. Inga D. Neumann |
| Date of exam: | 12 November 2020 |
| Institutions: | Biology, Preclinical Medicine > Institut für Zoologie > Tierphysiologie/Neurobiologie (Prof. Dr. Inga Neumann) |
| Keywords: | memory, anxiety, fear, rats, vasopressin, corticosterone |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 570 Life sciences 500 Science > 590 Zoological sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 44191 |
Abstract (English)
Fear and anxiety of specific situations are symptoms of patients with psychiatric disorders, such as social anxiety disorder (SAD). Thus, I aimed to study the neurobiological basis of fear and anxiety-related behaviors. In the first part, I combined aspects of conditioning events, using the social fear conditioning (SFC) model and the behavioral inhibition (BI) construct to study SAD. Rats were ...
Abstract (English)
Fear and anxiety of specific situations are symptoms of patients with psychiatric disorders, such as social anxiety disorder (SAD). Thus, I aimed to study the neurobiological basis of fear and anxiety-related behaviors.
In the first part, I combined aspects of conditioning events, using the social fear conditioning (SFC) model and the behavioral inhibition (BI) construct to study SAD. Rats were selected and bred based on their anxiety-related behaviors resulting in two rat lines of high (HAB, this in particular resemble the BI construct) and low (LAB) anxiety-related behavior. First, I established the SFC model in non-selected rats (NAB) rats, which showed social fear memory up to 6 h. Notably, HAB and LAB rats showed long-term retention of social fear (24 h). Moreover, HAB rats showed individual recognition of the stimulus associated with social fear acquisition. This led me to hypothesized that increased vasopressin (AVP, enhancer of social recognition) mediated this effect in HAB rats, as this line has a higher availability of this nonapeptide. Therefore, I tested blocking the V1a receptor (V1aR-A) or administration of exogenous AVP either centrally or locally in the lateral septum (LS) to HAB, LAB, and NAB rats. I found that HAB and LAB rats represent the extreme ends of an inverted U-shaped curve in terms of their response to AVP in the consolidation of social fear. However, it does not affect NAB rats' resilience. Moreover, HAB and LAB rats did not reveal significant effects in the LS. The previous results showed that AVP contributes only partially to the social fear consolidation.
Interestingly, HAB and LAB rats showed a high Corticosterone (Cort) response during stressful events, and Cort can enhance memories during acquisition. Thus, I compared the plasma Cort levels between HAB and NAB. Based on the higher basal Cort levels in HAB compared to NAB rats, my second approach was to assess the effect of blocking Cort signaling by Metyrapone treatment (Met, an inhibitor of Cort synthesis) before the acquisition in HAB and LAB rats. Indeed, Met impaired the social fear consolidation in both lines. Finally, I assessed the effects of Cort (i.p. or i.c.v.) in NAB rats, but no significant effects were found. Finally, I quantified the number of c-Fos positive cells in the amygdala and hippocampus, which are key regions in social fear discrimination. In this regard, the activation of the CA2/3 areas were significantly reduced in conditioned compared to unconditioned NAB rats. In conclusion, both extreme phenotypes (HAB and LAB) allowed the study of different risk factors for acquiring social-related trauma (i.e., AVP or GC), while NAB rats represent the opportunity to study the resilience mechanisms.
In Part II of the thesis, I studied the role of the neuropeptide S (NPS) system, which is involved in fear, anxiety, and stress response. However, our knowledge in females is restricted to few studies. Thus, to better understand the female response and the NPS system, I included female rats in different reproductive states (i.e., virgin vs. lactating females). First, I described the mRNA levels of NPS and NPSR in stress-related brain regions. Q-PCR analysis revealed an upregulation of the NPS levels but not of its receptor during lactation within the locus coeruleus, paraventricular nuclei, and amygdala compared to the virgin group. Moreover, I evaluated if this upregulation putative contribute to the cued fear response conditioning. The day after fear conditioning, all animals where centrally infused with NPS, its antagonist or vehicle solution before fear extinction trials. Based on their estrus cycle, virgin females were additionally split into two groups of low and high estradiol levels for the statistical analysis. All females learned the cued fear independent of their reproductive cycle. In contrast, during the fear extinction, significant effects of time, treatment, and a strong reproductive status trend were found. Central NPS infusions reduced the freezing response in lactating rats during the cued fear extinction trials. Virgins with lower estradiol levels were susceptible to the NPS antagonist effects, which delayed the cued fear extinction processes. In contrast, virgins with higher estradiol levels did not show treatment effects. Additionally, I measured the Cort, Oxytocin (OXT), and NPS levels in trunk-blood samples after the same treatment described above. I found an increase in Cort levels in virgins treated with NPS, but no effects in lactating female rats. Furthermore, OXT levels were increased in both groups, and no between-group differences in the NPS were observed. In conclusion, NPS expression was shown to be differentially regulated according to the reproductive states in relevant stress-related regions. However, the exact mechanism by which estradiol interacts with the NPS still needs to be elucidated.
Translation of the abstract (German)
Angst und Furcht vor bestimmten Situationen sind Symptome von Patienten mit psychiatrischen Störungen, z.B. der sozialen Angststörung (SAD). Mein Ziel war es daher, die neurobiologischen Grundlagen von Angst und angstbezogenen Verhaltensweisen zu untersuchen. Im ersten Teil kombinierte ich Aspekte von Konditionierungsereignissen, indem ich das Modell der sozialen Angstkonditionierung (SFC) zur ...
Translation of the abstract (German)
Angst und Furcht vor bestimmten Situationen sind Symptome von Patienten mit psychiatrischen Störungen, z.B. der sozialen Angststörung (SAD). Mein Ziel war es daher, die neurobiologischen Grundlagen von Angst und angstbezogenen Verhaltensweisen zu untersuchen.
Im ersten Teil kombinierte ich Aspekte von Konditionierungsereignissen, indem ich das Modell der sozialen Angstkonditionierung (SFC) zur Untersuchung der SAD verwendete. Die Ratten wurden basierend auf ihrem angstbezogenen Verhalten ausgewählt und gezüchtet, was zu zwei Rattenlinien mit hohem (HAB) und niedrigem (LAB) angstbezogenen Verhalten führte. Zunächst etablierte ich das SFC-Modell bei nicht selektierten Ratten (NAB), welche ein soziales Angstgedächtnis von bis zu 6 h zeigten. Bemerkenswerterweise zeigten die HAB- und LAB-Ratten eine langfristige Beibehaltung der sozialen Angst (24 h). Darüber hinaus erkannten HAB-Ratten jenen Stimulus wieder, gegen den sie konditioniert wurden. Dies führte mich zu der Hypothese, dass ein erhöhtes Vasopressinlevel (AVP, Enhancer of Social Recognition) diesen Effekt bei HAB-Ratten vermittelte, da diese Linie eine höhere Verfügbarkeit dieses Nonapeptids aufweist. Daher blockierte ich bei HAB-, LAB- und NAB-Ratten den V1a-Rezeptor (V1aR-A) oder verabreichte exogen AVP , zentral oder lokal in das laterale Septum (LS). Ich fand heraus, dass HAB- und LAB-Ratten jeweils ein Extrem im Hinblick auf ihre Reaktion auf AVP bei der Konsolidierung der sozialen Angst darstellen. Es konnte jedoch kein Effekt in NAB-Ratten erzielt werden. Darüber hinaus zeigten HAB- und LAB-Ratten keine signifikanten Verhaltensänderung bei lokaler Verabreichung in das LS. Die bisherigen Ergebnisse zeigten, dass AVP nur teilweise zur Konsolidierung der sozialen Angst beiträgt.
Interessanterweise zeigten HAB- und LAB-Ratten eine Erhöhung der Kortikosteronlevel (Cort) während stressreicher Ereignisse, und Cort kann das Gedächtnis während des Erwerbs verbessern. Daher verglich ich die Cort-Plasmaspiegel zwischen HAB und NAB Ratten. Auf der Grundlage der höheren basalen Cort-Spiegel bei HAB-Ratten im Vergleich zu NAB-Ratten bestand mein zweiter Ansatz darin, den Cort-Signalwege durch Metyrapone-Behandlung (Met, ein Inhibitor der Cort-Synthese) vor der Angstkonditionierung bei HAB- und LAB-Ratten zu blockieren. Tatsächlich beeinträchtigte Met die Konsolidierung der sozialen Angst in beiden Linien. Schließlich bewertete ich die Auswirkungen von Cort (i.p. oder i.c.v.) bei NAB-Ratten, jedoch wurden keine signifikanten Effekte gefunden. Schließlich quantifizierte ich die Anzahl c-Fos-positiver Zellen in der Amygdala und im Hippocampus, zweiSchlüsselregionen bei der Diskriminierung aus sozialer Angst. In dieser Hinsicht war die Aktivierung der CA2/3-Gebiete bei konditionierten im Vergleich zu unkonditionierten NAB-Ratten signifikant reduziert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beide extremen Phänotypen (HAB und LAB) die Untersuchung verschiedener Risikofaktoren für den Erwerb eines sozial bedingten Traumas (d.h. AVP oder GC) ermöglichten, während die NAB-Ratten die Möglichkeit bieten, die Resilienzmechanismen zu untersuchen.
In Teil II der Dissertation untersuchte ich die Rolle des Neuropeptid S (NPS)-Systems, das an der Furcht-, Angst- und Stressreaktion beteiligt ist. Unser Wissen über NPS beim weiblichen Ratten ist jedoch auf wenige Studien beschränkt. Daher habe ich weibliche Ratten in verschiedenen Reproduktionsstadien (d.h. virigine vs. laktierende Weibchen) einbezogen. Zunächst beschrieb ich die mRNA-Level von NPS und NPSR in stressrelevanten Hirnregionen. Die Q-PCR-Analyse zeigte eine Hochregulation der NPS-Level, aber nicht seines Rezeptors während der Laktation innerhalb des Locus coeruleus, der paraventrikulären Kerne und der Amygdala im Vergleich zur virginen Gruppe. Außerdem untersuchte ich, ob diese Hochregulation zur Konditionierung der Angstreaktion beiträgt. Am Tag nach der Angstkonditionierung wurden alle Tiere zentral mit NPS, seinem Antagonisten oder einer Vehikel-Lösung infundiert, bevor die Versuche zur Auslöschung der Angst durchgeführt wurden. Basierend auf ihrem Östruszyklus wurden virgine Weibchen für die statistische Analyse zusätzlich in zwei Gruppen mit niedrigem und hohem Östradiolspiegel aufgeteilt. Alle Weibchen erlernten die Angst unabhängig von ihrem Fortpflanzungszyklus. Im Gegensatz dazu wurden während der Auslöschung der Angst signifikante Auswirkungen von Zeit, Behandlung und einem starken Trend des Reproduktionsstatus festgestellt. Zentrale NPS-Infusionen reduzierten das Auftreten von Angststarre bei laktierenden Ratten während der Studien zur Auslöschung der Angst. Virgine Ratten mit niedrigeren Estradiolspiegeln waren empfänglich für die Wirkungen der NPS-Antagonisten, was die weiteren Prozesse der Angstlöshcung verzögerte. Im Gegensatz dazu zeigten Virgine Ratten mit höheren Estradiolspiegeln keine Behandlungseffekte. Darüber hinaus habe ich die Cort, Oxytocin (OXT) und NPS-Spiegel in Blutproben nach oben beschriebener Behandlung gemessen. Ich fand einen Anstieg der Cort-Werte bei virginen Ratten, die mit NPS behandelt wurden, aber keine Auswirkungen bei laktierenden weiblichen Ratten. Außerdem waren die OXT-Spiegel in beiden Gruppen erhöht, und es wurden keine Unterschiede im NPS zwischen den Gruppen beobachtet. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Expression von NPS in Abhängigkeit von den Reproduktionszuständen in relevanten stressbedingten Regionen unterschiedlich reguliert wird. Der genaue Mechanismus, durch den Estradiol mit dem NPS interagiert, muss jedoch noch aufgeklärt werden.
Metadata last modified: 12 Nov 2021 08:02
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