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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-526783
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.52678
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 19 Juli 2023 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Inga D. Neumann |
| Tag der Prüfung: | 19 Juli 2022 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Tierphysiologie/Neurobiologie (Prof. Dr. Inga Neumann) |
| Stichwörter / Keywords: | Neuroinflammation, Chronic stress, PTSD |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie) |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 52678 |
Zusammenfassung (Englisch)
Chronic psychosocial stress is a burden of modern society and risk factor for numerous somatic and affective disorders, including anxiety and posttraumatic stress disorders (PTSD). Both, human and animal studies suggest that an over-reactive immune system accompanies stress-associated disorders and is involved in their pathogenesis. The mouse model of chronic subordinate colony housing (CSC) ...
Zusammenfassung (Englisch)
Chronic psychosocial stress is a burden of modern society and risk factor for numerous somatic and affective disorders, including anxiety and posttraumatic stress disorders (PTSD). Both, human and animal studies suggest that an over-reactive immune system accompanies stress-associated disorders and is involved in their pathogenesis. The mouse model of chronic subordinate colony housing (CSC) mimics this type of health-compromising stress by exposing male mice to 19 consecutive days of subordination by a larger dominant aggressor mouse (resident). CSC exposure induces behavioral, physiological, and immunological alterations described in PTSD patients. However, developing PTSD requires a traumatic event that is actively avoided and PTSD is highly comorbid with other psychiatric disorders like social anxiety disorder (SAD). The mouse social fear conditioning (SFC) paradigm resembles a social traumatic event and induces social avoidance, a core symptom of SAD, by pairing social investigation with punishments. Furthermore, social fear extinction training resembles exposure therapy, commonly used to treat PTSD and SAD patients. Nevertheless, treatment options for these diseases are highly limited, and many patients do not respond.
Thus, the present thesis addresses the impact of exposure to chronic psychosocial stress (CSC) on the susceptibility to develop social fear, induced by a social trauma (SFC). I hypothesized that CSC exposure prior to SFC accelerates the onset and strengthens symptoms of a PTSD- and SAD-like phenotype via an activation of the immune system. Therefore, I studied underlying effects, including social behavior following CSC exposure and changes of the peripheral and central immune system following CSC exposure, SFC acquisition and the combination of both. Hereby, I focused on central inflammation, i.e., microglia and pro- and anti-inflammatory mediators, in the amygdala, septum, and ventral hippocampus (vHC), which are critically involved in stress, fear, SFC, and stress-related psychiatric diseases including anxiety disorders and PTSD. Moreover, I investigated, how specific the effect of chronic psychosocial stress exposure on subsequent fear expression is, depending on the nature (social versus non-social) of the fear conditioning model, the nature and composition of the chronic stressor paradigm, and the mouse strain used. Thus, CSC mice and single housed controls (SHC) were exposed to non-social, i.e., cued fear conditioning (CFC). Next, I analyzed the effects of non-social, i.e., chronic unpredictable stress (CUS) exposure on CFC and SFC. Moreover, I examined potential strain differences in C57BL/6N (BL6) and CD1 mice, since BL6 mice are commonly used in the CSC paradigm, while the SFC paradigm was established in CD1 mice. Therefore, BL6 and CD1 mice were tested for their innate anxiety- and fear-related behavior, social behavior, and stress coping behavior during CSC exposure. Moreover, I investigated the impact of CSC exposure on SFC in CD1 mice. Finally, I studied whether acute central oxytocin (OXT) treatment can improve the social fear extinction success in fear-susceptible BL6 mice and protect BL6 and CD1 mice against chronic stress-induced impaired SFC extinction, due to its manifold properties and SFC protective effects.
In the present thesis, I could show that during SFC, CSC mice showed facilitated acquisition and impaired extinction of social fear, compared to SHC. This was not accompanied by alterations in social preference behavior or social memory abilities following CSC exposure, but with a context and brain-dependent dysregulation of the central immune system. Here, 2 hours following CSC exposure, central inflammation was decreased, indicated by reduced mRNA expression of microglia marker, addressing microglia density and pro-inflammatory morphological changes, in the amygdala, and reduced inflammasome mRNA expression in the septum compared to SHC. Moreover, this seemed to be mediated by increased mRNA expression of the anti-inflammatory agent glucocorticoid-induced leucine zipper (GILZ), an early transcriptional target of glucocorticoids. In the vHC, CSC mice showed increased microglia density, which might contribute to the increased anxiety-like behavior, a robust effect following CSC exposure. Following SFC acquisition, peripheral stress and immune parameters were not affected, while in the brain, induction of social fear (SFC+) was associated with increased GILZ mRNA expression in the amygdala. Foot shock exposure per se (shock controls), however, led to microglia inhibition in the vHC, indicating distinct inflammatory pathways in SFC+ and shock controls. Combined exposure to CSC and SFC acquisition did not affect peripheral inflammation, but increased central inflammation. In contrast to CSC exposure only, unconditioned CSC mice (CSC/SFC) and CSC mice independent of the conditioning status, showed increased mRNA and / or protein levels of microglia density and pro-inflammatory microglia, as well as of the pro- and anti-inflammatory cytokines interleukin (IL)-6 and IL-4, respectively, in the amygdala and septum, compared to respective SHC. CSC exposure followed by an acute social trauma (CSC/SFC+) seemed to exaggerate the central immune response in the amygdala via increased activation of the inflammatory nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells (NFκB) signaling pathway, compared to SHC/SFC+ and CSC/SFC. This might be mediated by dysregulated GILZ expression, which was increased following CSC exposure and induction of social fear. Furthermore, CSC exposure did not affect freezing behavior during CFC, while CUS exposure affected fear-related behavior neither during CFC, nor during SFC. However, CUS exposure increased social investigation in CUS/SFC compared to SHC/SFC during SFC extinction training. Nevertheless, these results have to be interpreted with caution, as CUS mice exposed to CFC did barely show an induction of chronic stress, while during SFC, neither CUS mice nor SHC showed extinction of the social fear. Analyzing strain differences in BL6 and CD1 mice revealed reduced anxiety-like behavior, and CFC- and SFC-related fear behavior, as well as increased social behavior in CD1 compared to BL6 mice. In addition, when both strains were exposed to the CSC paradigm, they differed in stress-coping behavior and stress-vulnerability. Here, during day 1 of CSC exposure, CD1 mice showed higher active stress coping behavior compared to BL6 mice, whereas during day 8 of CSC exposure, CD1 and BL6 mice differed in reactive emotional coping behavior. Thus, CD1 mice showed more submissive upright and less flight behavior compared to BL6, which was accompanied with less attacks received by the resident. Nevertheless, CSC exposure impaired SFC-related behavior also in CD1 mice. Finally, acute central OXT infusion did not affect social fear extinction in BL6 mice, as previous surgery seemed to prevent social fear extinction in BL6 mice. Nevertheless, in CD1 mice, acute icv OXT infusion 10 minutes prior to SFC extinction training rescued CSC-induced impairment of SFC extinction.
In sum, these data demonstrate that CSC exposure prior to SFC facilitated traumatic memory encoding and increased the risk to develop a PTSD- and SAD-like phenotype. This effect was not associated with altered social behavior, but brain region-dependent central inflammation following CSC exposure and SFC acquisition, shifting the central immune system towards an inflammatory state. Thus, an exaggerated immune response might mediate the impaired extinction of social fear after CSC exposure. Moreover, the effects of chronic psychosocial stress-induced impaired SFC-related behavior seemed to be specific to the social nature of the fear conditioning model and the chronic stressor paradigm, as CSC exposure did not influence freezing behavior during CFC, while CUS exposure affected neither CFC, nor SFC. Furthermore, even though BL6 and CD1 mice strongly differed in trait anxiety-, fear-, and stress-related behavior, the impact of CSC exposure on social fear extinction was comparable between strains. I could further demonstrate that OXT is effective in reversing CSC-induced impaired SFC extinction in CD1 mice. Thus, OXT seems to represent a potent treatment option during the development of a PTSD- and SAD-like phenotype and might serve as an add-on pharmacotherapy during exposure therapy in PTSD and SAD patients.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Chronischer psychosozialer Stress ist eine Belastung der modernen Gesellschaft und stellt einen hohen Risikofaktor für die Entstehung von somatischen und affektiven Krankheiten, wie beispielsweise Angststörungen und posttraumatischen Belastungsstörungen (PTBS), dar. Sowohl in Human-, als auch in Tierversuchsstudien wurde gezeigt, dass eine Überreaktion des Immunsystems mit stressbedingten ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Chronischer psychosozialer Stress ist eine Belastung der modernen Gesellschaft und stellt einen hohen Risikofaktor für die Entstehung von somatischen und affektiven Krankheiten, wie beispielsweise Angststörungen und posttraumatischen Belastungsstörungen (PTBS), dar. Sowohl in Human-, als auch in Tierversuchsstudien wurde gezeigt, dass eine Überreaktion des Immunsystems mit stressbedingten Krankheiten einhergeht und an deren Entstehungen maßgeblich beteiligt ist. Das Maus-Modell der chronischen subordinierten Koloniehaltung (chronic subordinate colony housing, CSC) imitiert diesen gesundheitsgefährdenden Stress, indem Mäuse (die CSC Mäuse) für 19 Tage einer größeren, aggressiveren Maus (dem Resident) unterworfen werden. Es wurde gezeigt, dass CSC Mäuse Veränderungen bezüglich ihres Verhaltens, der Physiologie und der Immunologie zeigen, die auch in PTBS Patienten beschrieben wurden. Die Entstehung von PTBS benötigt es ein traumatisches Ereignis, das aktiv von den Patienten vermieden wird, wobei PTBS im höchsten Maße komorbid mit anderen affektiven Krankheiten ist, wie der sozialen Angststörung (social anxiety disorder, SAD). Das Maus- Modell der sozialen Furchtkonditionierung (social fear conditioning, SFC) stellt ein soziales Trauma dar und induziert ein soziales Meide-Verhalten, dem Hauptsymptom bei SAD, indem es soziale Interaktionen bestraft. Zudem ist die Auslöschungsphase des SFC ähnlich einer Expositionstherapie, die häufig verwendet wird um Patienten mit PTBS und SAD zu behandeln. Dennoch sind die Behandlungen dieser Krankheiten stark eingeschränkt, da unter anderem viele Patienten nicht auf die Therapien ansprechen.
Aus diesem Grund wurde die vorliegende Doktorarbeit mit dem Ziel verfasst, den Einfluss von chronischem psychosozialen Stress (mittels des CSC Modells) auf die Entwicklung sozialer Furcht zu untersuchen, welche durch ein soziales Trauma (mittels des SFC Modells) induziert wird. Ich nehme an, dass Mäuse, die dem CSC Modell ausgesetzt waren, bevor sie im SFC konditioniert wurden, schneller einen PTBS- und SAD- ähnlichen Phänotyp entwickeln und stärkere Symptome dieser Krankheiten aufzeigen, als Kontrolltiere (SHC), was auf eine starke Aktivierung des Immunsystems zurückzuführen ist. Daher habe ich auch zugrundeliegende Veränderungen in CSC Mäusen untersucht, einschließlich ihres Sozialverhaltens und Veränderungen des peripheren und zentralen Immunsystems nach einer CSC Exposition, SFC Akquisition sowie der Kombination beider Modelle. Hierbei habe ich mich vor allem auf Veränderungen des zentrale Immunsystems fokussiert, also auf Veränderungen der Mikroglia und pro- und anti-inflammatorischen Vermittlern des Immunsystems, in den Gehirnregionen Amygdala, Septum und ventralen Hippocampus (vHC), welche eine wichtige Rolle bei Stress, Furcht, SFC und stressbedingten Krankheiten wie Angststörungen und PTBS spielen. Zudem habe ich mich mit der Spezifität der Effekte des chronischen psychosozialen Stressors auf eine darauffolgende Furcht befasst, also ob die Auswirkungen abhängig von der Art (sozial oder nicht-sozial) des Furchtkonditionierungs- Modells, der Art und Beschaffenheit des chronischen Stress Modells sowie die verwendete Mauslinie sind. Daher wurden CSC Mäuse und SHC einer nicht-sozialen, Ton-induzierten Furchtkonditionierung (cued fear conditioning, CFC), ausgesetzt. Darüber hinaus habe ich den Einfluss eines nicht-sozialen, also einem chronischen unvorhersehbaren Stress (CUS) Modell auf CFC und SFC untersucht. Zusätzlich habe ich mögliche Verhaltensunterschiede in den Mauslinien C57BL/6N (BL6) und CD1 untersucht. BL6 Mäuse werden üblicherweise für das CSC Modell verwendet, während in CD1 Mäusen das SFC Modell etabliert wurde. Hierbei wurden BL6 und CD1 Mäuse auf ihr inneres Angst- und Furchtverhalten, Sozialverhalten und Stress-Bewältigungsverhalten während des CSC Modells getestet. Außerdem habe ich den Einfluss einer CSC Exposition auf das Verhalten im SFC in CD1 Mäusen getestet. Zuletzt habe ich noch geprüft, inwiefern eine akute Verabreichung von Oxytocin (OXT) in das Gehirn die Auslöschung der sozialen Furcht in den anfälligeren BL6 Mäusen beschleunigen, sowie in BL6 und in CD1 Mäusen eine durch chronischen Stress verschlechterte Auslöschung der sozialen Furcht verhindert werden kann. Diese Effekte könnte OXT aufgrund der vielseitigen Wirkungsweisen und des schützenden Effekts während des SFC erzielen.
Ich konnte in dieser Doktorarbeit zeigen, dass während des SFC CSC Mäuse im Vergleich zu SHC schneller eine soziale Furcht generierten, wobei diese nur verzögert wieder ausgelöscht werden konnte. Dies ging nicht mit Veränderungen in der sozialen Präferenz oder dem sozialen Gedächtnis nach einer CSC Exposition einher, sondern mit einer Kontext- und Gehirnregion- abhängigen Veränderung des zentralen Immunsystems. Zwei Stunden, nachdem die Mäuse dem CSC ausgesetzt waren, kam es zu einer im Vergleich zu SHC herunterregulierten zentralen Immunantwort. Diese Beobachtung war auf eine verringerte Expression der mRNA verschiedener Mikroglia-Marker, sowohl die Anzahl als auch die pro-inflammatorische Morphologie von Mikroglia betreffend, in der Amygdala und die mRNA des Inflammasoms im Septum zurückzuführen. Diese Effekte schienen durch ein erhöhtes Aufkommen des anti-inflammatorisch wirkenden Glucocorticoid-induziertem leucine zipper (GILZ), einem Gen, das durch Glucocoticoide unmittelbar induziert wird, entstanden zu sein. Im vHC wiesen CSC Mäuse eine erhöhte Anzahl von Mikroglia auf, was zu dem erhöhten Angstverhalten in CSC Mäusen beitragen könnte, einer robusten Auswirkung des CSC. Nach einer SFC Akquisition waren weder periphere Stress noch Immun Parameter verändert, während im Gehirn die Induktion sozialer Furcht (SFC+) zu einer Erhöhung der mRNA von GILZ in der Amygdala führte. Im Gegenteil dazu führte nur die Verabreichung eines elektrischen Fuß-Schocks (Schock Kontrolle) zu einer Inhibierung von Mikroglia in dem vHC. Diese Daten weisen darauf hin, dass SFC+ und Schock Kontrollen einen unterschiedlichen inflammatorischen Signalweg zugrunde liegen haben. Eine Kombination der Modelle des CSC und SFC hatte zwar keinen Einfluss auf das periphere Immunsystem, führte aber zu einer erhöhten Entzündungsreaktion im Gehirn. Im Gegenteil zu nur einer CSC Aussetzung, zeigen unkonditionierte CSC Mäuse (CSC/SFC) und CSC Mäuse unabhängig von ihrem Konditionierungs-Status im Vergleich zu den jeweiligen SHC eine erhöhte Expression der mRNA und / oder Proteine bezüglich der Anzahl und pro-inflammatorischen Morphologie von Mikroglia, als auch pro- und anti-inflammatorischer Zytokine wie Interleukin (IL)-6, beziehungsweise IL-4 in der Amygdala und dem Septum auf. Mäuse, die dem CSC ausgesetzt wurden und ein soziales Trauma erfuhren (CSC/SFC+), schienen eine starke zentrale Immunantwort in der Amygdala zu haben, da sie, im Vergleich zu SHC/SFC+ und CSC/SFC, eine stärkere Aktivierung des inflammatorischen „nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells“ (NFκB) Signalwegs aufwiesen. Dies könnte durch eine erhöhte Expression von GILZ begünstigt werden, was sowohl nach einer CSC Exposition, als auch einer Induktion von sozialer Furcht aufgewiesen wurde. Des Weiteren hatte eine CSC Exposition keinen Einfluss auf das Furchtverhalten während des CFC, wobei auch Mäuse, die dem CUS Modell ausgesetzt waren, weder Verhaltensänderungen im CFC noch im SFC zeigten. CUS/SFC aber zeigten während der Auslöschungsphase des SFC mehr Kontakt den Artgenossen gegenüber als SHC/SFC. Nichtsdestotrotz sollten diese Versuche vorsichtig interpretiert werden, da CUS Mäuse die anschließend im CFC getestet wurden, kaum Anzeichen chronischen Stresses zeigten, während beim SFC weder CUS Mäuse noch SHC eine erfolgreiche Auslöschung der sozialen Furcht zeigten. Bezüglich der Verhaltensunterschiede zwischen den beiden Mauslinien zeigten CD1 im Vergleich zu BL6 Mäusen weniger Angst-, CFC- und SFC-bezogenes Furchtverhalten, sowie ein höheres Sozialverhalten. Zudem unterschieden sich die beiden Mauslinien maßgeblich in ihrem Stress-Bewältigungsverhalten und der Stress-Anfälligkeit während des CSC. Am Tag 1 des CSC zeigten CD1 im Gegensatz zu BL6 Mäusen vermehrt eine aktive Stress-Bewältigung, wohingegen an Tag 8 CD1 und BL6 Mäuse ein unterschiedliches Verhaltensrepertoire der passiven Stress-Bewältigung aufwiesen. Folglich zeigten CD1 Mäuse vermehrt ihre empfindliche Bauchseite, eine unterwürfige Geste, und ergriffen seltener die Flucht als BL6 Mäuse, was zu weniger Angriffen seitens des Residents führte. Dennoch beeinträchtigte eine vorangegangene CSC Exposition das Verhalten während des SFC auch in CD1 Mäusen. Schlussendlich konnte ich zeigen, dass eine akute Verabreichung von OXT ins Gehirn das soziale Furchtverhalten in BL6 Mäusen nicht beeinflusste, da eine vorangegangene Operation generell die Auslöschung der erlernten sozialen Furcht in BL6 Mäusen zu verhindern schien. In CD1 Mäusen konnte jedoch eine akute Verabreichung von OXT in den lateralen Ventrikel die durch CSC beeinträchtigte Auslöschung der sozialen Angst verhindern.
Zusammengefasst zeigen diese Daten, dass eine CSC Exposition vor dem SFC die Kodierung von traumatischen Erinnerungen erleichtert und das Risiko erhöht, einen PTBS oder SAD ähnlichen Phänotypen zu entwickeln. Dieser Effekt ging nicht mit einem veränderten Sozialverhalten einher, jedoch mit einer erhöhten Entzündungsreaktion im Gehirn nach einer CSC und anschließender SFC Exposition, was dazu führte, dass die Balance des zentralen Immunsystems zu einem pro-inflammatorischen Status verschoben wurde. Demnach könnte eine Überreaktion des Immunsystems die verschlechterte Auslöschung der sozialen Furcht nach dem CSC begünstigen. Des Weiteren schien der Effekt einer beeinträchtigen Auslöschung der sozialen Furcht nach chronischem psychosozialen Stress spezifisch bezüglich der sozialen Art der Modelle der Konditionierung und des chronischen Stressors zu sein. Grund für diese Annahme ist, dass eine CSC Exposition Furchtverhalten im CFC nicht beeinflusste, und eine CUS Exposition das Furchtverhalten weder im CFC, noch im SFC beeinflusste. Obwohl BL6 und CD1 Mäuse sich stark im angebotenen Angst-, Furcht- und Stress-bezogenem Verhalten unterschieden, war der Einfluss des CSC auf die Auslöschung der sozialen Furcht in beiden Mauslinien gleich hoch. Ich konnte außerdem zeigen, dass OXT erfolgreich die durch CSC Exposition beeinträchtigte Auslöschung der sozialen Angst in CD1 Mäusen verhinderte. Demzufolge scheint OXT eine wirksame Behandlungsmöglichkeit bei der Entstehung eines PTBS- und SAD-ähnlichen Phänotyps zu sein und könnte demzufolge eine zusätzliche Pharmakotherapie im Zuge einer Expositionstherapie in PTBS und SAD Patienten darstellen.
Metadaten zuletzt geändert: 19 Jul 2023 05:53
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