Somatostatin-expressing neurons in the Bed Nucleus of the Stria Terminalis

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151395
Title: Somatostatin-expressing neurons in the Bed Nucleus of the Stria Terminalis
Author: Elsilä, Lauri
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2018
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151395
http://hdl.handle.net/10138/232889
Thesis level: master's thesis
Abstract: The bed nucleus of the stria terminalis (BNST) is currently widely studied due to its impact in the anxiety-, stress-, and fearrelated behaviours, as well as in addiction. The BNST is highly heterogeneous brain area constituting of set of subnuclei and a variety of neuron populations, properties of which have only partially been revealed by the earlier research. One of the neuron populations, on which only a very little research has been conducted, is the somatostatin (Sst) expressing neurons, highly abundant in the anterodorsal part of the BNST (adBNST), especially in oval and juxtacapsular nuclei of the BNST. This work aims to elucidate the connectivity of this Sst-neuron population, and their role in the behaviours related to BNST activation, particularly the anxiety-, reward-, and drug withdrawal-related behaviours. To specifically study the somatostatin neuron population in the adBNST, I targeted the neurons using stereotaxic delivery of AAV-vectors encoding a myristylated green fluorescent protein (GFP) for neuronal tracing to Sst-Cre-tdTomato reporter line mice (n=2), and Cre-inducible hM3Dq-DREADDs to Sst-IRES-Cre mice (n=21), with Cre-inducible mCherry fluorescent protein as a control (n=20). The mice were treated with activation-inducing 1.0 mg/kg i.p. clozapine-N-oxide (CNO) 30 min prior to the behavioural tests. To assess acute anxiety-like behaviour, I used the elevated-plus maze paradigm and a modified open field test, in which a novel object is introduced to the arena in the middle of the trial. To study the potential effect on reward-associated behaviours, I used the biased conditioned place preference (CPP) test, and for the withdrawal-linked behaviours, we used a method to precipitate the withdrawal symptoms with naltrexone in subchronically morphine-treated mice (n=9 hM3Dq, n=8 control). The neuronal tracing revealed that the adBNST Sst-neurons project to areas known to partake in stress and fear reactions as well as in autonomic and homeostatic control. Namely, projections were seen in medial and central amygdaloidal nuclei, lateral hypothalamus, periaqueductal grey, ventral pallidum, and parabrachial nucleus. In the elevated-plus maze, the CNO-induced activation of the Sst-neurons did not have any effect on the locomotor activity of the mice between the groups. At the same time, Sst activation did not seem to have any significant effect on the time the mice spent in the open arms, nor in the exploratory activities, like the frequency of the head dips or the stretch-attend postures. In line with these results, no effect on the movement between the groups was observed in the open field test. Similarly, no differences in anxiety-related behaviours, like in the time spent in the centre of the arena or in the number of contacts with the novel object during the last phase of the test, were observed. The CPP test failed to show any meaningful rewarding or aversive properties of CNO-induced activation of the Sst-neurons, while the movement rates of the groups during the conditioning trials were not different in statistically significant way. As for the withdrawal symptoms, all the mice showed the predetermined symptoms, but the test failed to show any differences between the study groups. The neuronal tracing revealed connectivity for the adBNST Sst-neurons with brain regions involved in fear- and anxiety behaviour, social encounters, and autonomic control. In spite of this, the CNO-induced chemogenetic activation of the adBNST Sst-neurons failed to show any significant behavioural effects in the chosen paradigms for anxiety-, and reward-related behaviours, and for withdrawal symptoms. Further research is needed to dissect the Sst-subcircuitry of adBNST, both in order to verify the observed output regions, and to elucidate the role these neurons play in modification of behavioural phenotypes.Pääterihmaston tyvitumake (BNST; the bed nucleus of the stria terminalis) on ollut kasvavan tutkimuskiinnostuksen kohteena viimeisten kymmenen vuoden aikana, koska sen on havaittu olevan tärkeä keskushermoston tiedonkäsittelyn solmukohta, joka ohjailee ahdistukseen, stressiin ja pelkoon liittyvää käyttäytymistä. Sen on myös todettu olevan osa riippuvuudessa toimivaa hermoverkkoa. BNST on monimutkainen ja hyvin heterogeeninen aivoalue, joka koostuu useista eri alatumakkeista ja hermosolupopulaatioista. Yksi merkittävistä BNST:n hermosolupopulaatioista on somatostatiinia ilmentävät hermosolut, jotka ovat keskittyneet BNST:n anterodorsaalille alueelle, erityisesti ovaalitumakkeeseen ja juxtakapsulaaritumakkeeseen. Näiden hermosolujen ominaisuuksia ja toimintaa tunnetaan erityisen huonosti. Tämän työn tarkoituksena on kartoittaa BNST:n somatostatiini-hermosolupopulaation hermostollisia yhteyksiä, sekä selvittää niiden osuutta BNST:hen yhdistetyn käyttäytymisen muodostumisessa, erityisesti keskittyen ahdistus-, palkkio-, ja vieroitusoirekäyttäytymiseen. Hermosoluyhteyksien selvittämiseksi käytin AAV-vektorilla somatostatiini-tdTomato-reportterihiirilinjaan (n=2) siirrettyä creriipuvaisesti myristyloitua vihreää fluorensoivaa proteiinia (GFP; green fluorescent protein). Käyttäytymisroolin selvittämiseksi somatostatiini-IRES-cre-hiirikantaan siirrettiin niin ikään AAV-vektorilla cre-riippuvaisesti hM3Dq-DREADD-reseptoreita (designer receptor exclusively activated by designer drug; n=21) ja mCherry-fluorensoivaa proteiinia sisältävää kontorllirakennetta (n=20). Hiirille annettiin intraperitoneaalisesti 1,0 mg/kg klotsapiini-N-oksidia (CNO) 30 minuuttia ennen jokaista käyttäytymiskoetta designerreseptorien aktivoimiseksi. Akuutin ahdistukäyttäytymisen arviomiseksi käytin kohotettua ristisokkeloa (elevated plus maze, EPM) sekä muunneltua avoimen kentän (open field, OF) koetta, jossa keske kokeen kentälle asetetaan uusi esine. Palkkiokäyttäytymistä arvioitiin paikkaehdollistumalla (conditioned place preference, CPP), ja vieroitusoireita mallinnettiin naltreksonilla nopeutettua morfiini-vieroituskoetta (vieroitusoireissa n=9 hM3Dq, n=8 kontrolli). Hermosolujen jäljestyskoe paljasti antreodorsaalin BNST:n somatostatiinisolujen viejähaarakkeiden kulkeutuvan aivoalueille, joiden tunnetaan olevan tekemisissä stressin, pelon ja sosiaalisten kanssakäymiseen liittyvien käyttäytymisten säätelyssä sekä autonomisten ja homeostaattisten toimintojen ohjailussa: fluorensoivia hermosäikeitä oli nähtävissä mantelitumakkeessa, hypotalamuksessa, periakveduktaalisessa harmaassa aineessa, ventraalisessa linssitumakkeessa sekä parabrakiaalisessa tumakkeessa. Käyttäytymiskokeiden osalta, DREADD-indusoitu somatostatiinineuronien aktivointi ei aiheuttanut näkyviä käyttäytymismuutoksia EPM- tai OF-kokeessa: ryhmien välillä ei ollut eroja liikeaktiivisuudessa, mutta ei myöskään ahdistukseen liitetyissä muuttujissa kuten ristisokkelon avoimissa haaroissa tai avoimen kentän keskiosassa vietetyssä ajassa. CPP-koe ei niin ikään paljastanut eroavaisuuksia ryhmien välillä. Morifiini-vieroituskokeessa kaikilla hiirillä havaittiin tyypilliset fyysiset vieroitusoireet, mutta eroja niiden määrissä tai kestoissa ei ryhmien välillä havaittu. Tämä pro gradu –tutkimus osoittaa alustavasti, että anterodorsaalisen BNST:n alueella sijaitsevat somatostatiinineuronit hermottavat tunnettuja ahdistus- ja pelkoreaktioita sekä elimistön autonomisia vasteita sääteleviä aivoalueita. Käyttäytymiskokeet eivät kuitenkaan kyenneet osoittamaan tämän solupopulaation kemogeneettisen aktivoinnin aiheuttavan käyttäytymismuutoksia valituissa kokeissa. Näin ollen tarvitaan jatkotutkimuksia kyseisen somatostatiinihermosolupopulaation ominaisuuksien selvittämiseksi.
Subject: BNST
DREADD
somatostatin
anxiety
addiction
Discipline: Farmakologi
Pharmacology
Farmakologia


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Pro_Gradu_Elsila_Lauri.pdf 2.238Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record