| Lizenz: Creative Commons Namensnennung 4.0 International (6MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-373155
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.37315
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 17 Mai 2018 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Inga D. Neumann |
| Tag der Prüfung: | 18 April 2018 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Tierphysiologie/Neurobiologie (Prof. Dr. Inga Neumann) |
| Stichwörter / Keywords: | Social fear, oxytocin, lateral septum |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 37315 |
Zusammenfassung (Englisch)
Fear is a basic adaptive emotional response to threatening environmental stimuli. From an evolutionary standpoint, presence and efficient functionality of the neural substrates of fear are imperative for an organism survival. Human anxiety disorders are caused by the impaired functionality of systems within the brain that code for and regulate our responses to fearful and anxiogenic stimuli. ...
Zusammenfassung (Englisch)
Fear is a basic adaptive emotional response to threatening environmental stimuli. From an evolutionary standpoint, presence and efficient functionality of the neural substrates of fear are imperative for an organism survival. Human anxiety disorders are caused by the impaired functionality of systems within the brain that code for and regulate our responses to fearful and anxiogenic stimuli. Anxiety and fear-based psychopathologies include social anxiety disorder (SAD), generalized anxiety disorder, panic disorders, obsessive-compulsive disorders. SAD is characterized by excessive fear and avoidance of social situations and severely deteriorates the quality of life of the afflicted individual. Treatment for SAD is majorly phenomenological which is mostly caused by the sparse understanding of the neural and molecular underpinnings of this disorder. Another problem is that although these psychopathologies are twice as prevalent in women in comparison to men, most of the current research uses males as primary subjects. To reveal the molecular and neuronal underpinnings of SAD, we have established a model of social fear using a social fear conditioning (SFC) paradigm in male mice which resembles SAD in humans. Using this model we were able to show that local infusion of neuropeptide oxytocin (OXT) which is known for its prosocial and anxiolytic properties into the lateral septum (LS) reverses social fear in male mice. Social fear conditioned (SFC+) mice showed an increase in OXT receptor (OXTR) binding in the LS which normalized after social fear extinction, while local OXT release in response to social stimuli was found to be blunted in LS of SFC+ mice.
In lieu of these findings, and to address the abovementioned concerns, I used the SFC paradigm to: (1) Reveal the role of endogenous OXT system in the regulation of social fear in female mice, and (2) assess the contribution of epigenetic mechanisms in the regulation of social fear memory in male mice.
In order to study the endogenous OXT system in females, I chose the state of lactating mice which have an activated brain OXT system as a model. SFC+ lactating mice did not show any SFC-induced fear in comparison to virgin females. This lack of SFC-induced social fear could be reinstated by intracerebroventricular (icv) infusion of OXTR antagonist (OXTR-A). Conversely, icv infusion of OXT reversed SFC-induced social fear in virgin females. cFos immunohistochemistry revealed increased activation of the LS in SFC+ virgin mice in comparison to the SFC- controls, and this returned to baseline levels after extinction, whereas LS-activity remained dampened throughout SFC in lactating mice. I also found an increased in the number of OXT-positive fibers within the LS of lactating mice along with increased OXT release in the LS of lactating mice in response to the extinction of social fear. Moreover, calbindin staining of OXTR-Venus mice revealed most of the OXTR-expressing neurons within the LS to be GABAergic interneurons. Corroborating this, local-LS application of the OXTR-A revived, and OXT reversed SFC-induced social fear in lactating and virgin mice respectively implicating LS-OXT system in the reversal of SFC-induced social fear in lactating mice. In line with the pharmacological manipulations, viral activation of the OXTR-positive neurons within the LS facilitated extinction of social fear whereas constitutive genetic knockdown of OXTR in the mouse brain impaired extinction of social fear. Finally, I was also able to show that specific chemogenetic silencing of magnocellular OXTergic SON afferents to the LS completely blocked social contact in lactating mice.
In the second half of my project, I focused on delineating the epigenetic mechanisms which could underlie the formation of social fear and social fear extinction memory. cFos immunohistochemistry revealed increased activity within the LS of SFC+ male CD1 mice post-acquisition of social fear which reverted to baseline after extinction while such an effect was absent in the case of cued fear conditioning. Following this, I checked for mRNA levels of class I HDACs and found an increase in Hdac1 in SFC+ mice which again went back to baseline after the extinction of social fear. Pre-extinction pharmacological blockade of HDAC1 within the LS using MS275 led to facilitation of extinction only in the case of social fear. Finally, I performed a microarray to identify the set of genes which are differentially expressed in the LS of SFC+ and SFC- mice. Cross-referencing these genes with the set of putative HDAC1 regulated genes led me to a final set of genes which could underlie the HDAC1-mediated regulation of social fear extinction.
Taken together, my data show that molecular mechanisms within the LS are crucial for regulation of traumatic events associated with a social context in male and female mice. In the case of female mice, I was able to convincingly show that endogenous OXT-mediated activation of OXTR-positive GABAergic neurons within the LS is essential for countering SFC-induced social fear. In the case of males, I was able to show that HDAC1 regulates social fear extinction memory formation within the LS. Such molecular and neuronal mechanism probably help define the emotional response of an individual towards socially relevant environmental stimuli and form the neuronal correlates of social fear in mice. Thus, their better understanding might help us develop efficient therapeutic strategies for emotionally crippling psychopathologies such as SAD.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Angst ist eine grundlegende adaptive emotionale Reaktion auf bedrohliche Umweltreize. Aus evolutionärer Sicht sind Anwesenheit und effiziente Funktionalität der neuralen Substrate der Angst für das Überleben eines Organismus unerlässlich. Menschliche Angststörungen werden durch die beeinträchtigte Funktionalität von Systemen im Gehirn verursacht, die unsere Reaktionen auf ängstliche und anxiogene ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Angst ist eine grundlegende adaptive emotionale Reaktion auf bedrohliche Umweltreize. Aus evolutionärer Sicht sind Anwesenheit und effiziente Funktionalität der neuralen Substrate der Angst für das Überleben eines Organismus unerlässlich. Menschliche Angststörungen werden durch die beeinträchtigte Funktionalität von Systemen im Gehirn verursacht, die unsere Reaktionen auf ängstliche und anxiogene Reize kodieren und regulieren. Angst-und Angst-basierten Psychopathologien gehören soziale Angststörung (SAD), generalisierte Angststörung, Panikstörungen, Zwangsstörungen. SAD zeichnet sich durch übermäßige Angst und Vermeidung von sozialen Situationen aus und verschlechtert die Lebensqualität des Betroffenen erheblich. Die Behandlung von SAD ist hauptsächlich phänomenologisch, was hauptsächlich durch das spärliche Verständnis der neuralen und molekularen Grundlagen dieser Störung verursacht wird. Ein anderes Problem ist, dass, obwohl diese Psychopathologien bei Frauen im Vergleich zu Männern doppelt so häufig vorkommen, die meisten der aktuellen Forschung Männer als primäre Subjekte verwenden. Um die molekularen und neuronalen Grundlagen von SAD aufzuklären, haben wir ein Modell der sozialen Angst entwickelt, das ein soziales Angstkonditionierungsmuster (SFC) bei männlichen Mäusen verwendet, das dem SAD beim Menschen ähnelt. Mit Hilfe dieses Modells konnten wir zeigen, dass die lokale Infusion von Neuropeptid Oxytocin (OXT), das für seine prosozialen und anxiolytischen Eigenschaften im lateralen Septum (LS) bekannt ist, die soziale Angst bei männlichen Mäusen umkehrt. Soziale Angst-konditionierte (SFC +) Mäuse zeigten eine Zunahme der OXT-Rezeptor (OXTR) -Bindung in der LS, die sich nach sozialer Angstauslöschung normalisierte, während lokale OXT-Freisetzung in Reaktion auf soziale Stimuli in LS von SFC + -Mäusen abgestumpft wurde.
Anstelle dieser Ergebnisse und um die oben genannten Bedenken zu adressieren, nutzte ich das SFC-Paradigma, um: (1) die Rolle des endogenen OXT-Systems bei der Regulation sozialer Angst bei weiblichen Mäusen aufzudecken und (2) den Beitrag epigenetischer Mechanismen zu bewerten in der Regulation des sozialen Angstgedächtnisses bei männlichen Mäusen.
Um das endogene OXT-System bei Frauen zu untersuchen, wählte ich den Zustand von laktierenden Mäusen, die ein aktiviertes Gehirn-OXT-System als Modell haben. SFC + laktierende Mäuse zeigten im Vergleich zu jungfräulichen Weibchen keine SFC-induzierte Angst. Dieser Mangel an SFC-induzierter sozialer Angst konnte durch intrazerebroventrikuläre (icv) Infusion eines OXTR-Antagonisten (OXTR-A) wieder hergestellt werden. Umgekehrt kehrte die icv-Infusion von OXT SFC-induzierte soziale Angst bei jungfräulichen Frauen um. Die cFos-Immunhistochemie zeigte eine erhöhte Aktivierung des LS bei SFC + -neutralen Mäusen im Vergleich zu den SFC-Kontrollen, und diese kehrte nach Extinktion zu den Ausgangswerten zurück, während die LS-Aktivität während der gesamten SFC bei laktierenden Mäusen gedämpft blieb. Ich fand auch eine erhöhte Anzahl von OXT-positiven Fasern innerhalb der LS von laktierenden Mäusen zusammen mit einer erhöhten OXT-Freisetzung in der LS von laktierenden Mäusen als Reaktion auf das Auslöschen von sozialer Angst. Außerdem zeigte die Calbindin-Färbung von OXTR-Venus-Mäusen, dass die meisten der OXTR-exprimierenden Neuronen innerhalb des LS GABAerge Interneurone sind. Dies bestätigt, dass lokale LS-Anwendungen der OXTR-A wiederbelebt wurden und OXT SFC-induzierte soziale Ängste bei laktierenden und jungfräulichen Mäusen umkehrten, die das LS-OXT-System bei der Umkehrung von SFC-induzierter sozialer Angst bei laktierenden Mäusen implizieren. In Übereinstimmung mit den pharmakologischen Manipulationen erleichterte die virale Aktivierung der OXTR-positiven Neuronen innerhalb der LS das Auslöschen der sozialen Angst, während der konstitutive genetische Knockdown von OXTR im Mäusegehirn das Auslöschen der sozialen Angst beeinträchtigte. Schließlich konnte ich auch zeigen, dass das spezifische chemogenetische Silencing von magnozellulären OXTergischen SON Afferenzen zum LS den sozialen Kontakt bei laktierenden Mäusen vollständig blockiert.
In der zweiten Hälfte meines Projektes konzentrierte ich mich darauf, die epigenetischen Mechanismen zu beschreiben, die der Entstehung von sozialer Angst und sozialen Angstauslöschungsgedächtnis zugrunde liegen könnten. cFos-Immunhistochemie zeigte erhöhte Aktivität in der LS von SFC + männlichen CD1-Mäusen nach dem Erwerb von sozialer Angst, die nach dem Aussterben auf Grundlinie zurückkehrte, während ein solcher Effekt im Fall der Angstkonditionierung fehlte. Im Anschluss überprüfte ich die mRNA-Spiegel von Klasse-I-HDACs und fand einen Anstieg von Hdac1 in SFC + -Mäusen, der nach dem Aussterben der sozialen Angst wieder auf den Ausgangswert zurückging. Die präextinktionelle pharmakologische Blockade von HDAC1 innerhalb der LS unter Verwendung von MS275 führte nur im Falle von sozialer Angst zu einer Erleichterung des Aussterbens. Schließlich führte ich ein Microarray durch, um den Satz von Genen zu identifizieren, die im LS von SFC + und SFC-Mäusen differentiell exprimiert werden. Die Zuordnung dieser Gene zu den mutmaßlichen HDAC1-regulierten Genen führte mich zu einer Reihe von Genen, die der HDAC1-vermittelten Regulation der sozialen Angstauslöschung zugrunde liegen könnten. Zusammengefasst zeigen meine Daten, dass molekulare Mechanismen innerhalb des LS für die Regulation traumatischer Ereignisse, die mit einem sozialen Kontext bei männlichen und weiblichen Mäusen assoziiert sind, entscheidend sind. Im Fall von weiblichen Mäusen konnte ich überzeugend zeigen, dass die endogene OXT-vermittelte Aktivierung von OXTR-positiven GABAergen Neuronen innerhalb des LS essentiell ist, um der SFC-induzierten sozialen Angst entgegenzuwirken. Im Fall der Männchen konnte ich zeigen, dass HDAC1 die soziale Angst-Extinktions-Gedächtnisbildung innerhalb der LS reguliert. Ein solcher molekularer und neuronaler Mechanismus hilft wahrscheinlich dabei, die emotionale Reaktion eines Individuums auf gesellschaftlich relevante Umweltreize zu definieren und die neuronalen Korrelate von sozialer Angst bei Mäusen zu bilden. Daher könnte ihr besseres Verständnis uns helfen, effiziente therapeutische Strategien für emotional lähmende Psychopathologien wie SAD zu entwickeln.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 19:48
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