"The effect of extinction of cocaine self-administration on mitochondrial DNA in various regions of the rat brain. Preliminary study."

master
dc.abstract.enDrug addiction is a complex and still not fully understood disease of the central nervous system (CNS). Addictive substances, which act mainly on the brain reward system, induce various changes in cells, including changes in mitochondrial activity.Mitochondria are semi-autonomous cellular organelles containing their own deoxyribonucleic acid (mtDNA). The main function of these organelles is the production of energy in form of the adenosine triphosphate (ATP), however, they participate in many cellular processes. In neurons mitochondria were shown to be involved in processes specific for these cells, like growth of axons and dendrites, and synaptic plasticity. mtDNA copy number is cell- and tissue-specific, changes over the organism’s lifetime, and is also vulnerable to environmental pollutants, pharmaceuticals, and diseases. The number of the mtDNA is related to the amount, activity, and genetic stability of mitochondria. To date, little is known how drugs of abuse influence mtDNA.The aim of this study was to establish whether repeated cocaine treatment and its forced abstinence result in mtDNA content changes in selected structures of the rat brain.The rat model of cocaine self-administration (2 h/day; 0.5 mg/kg/infusion, 12 days) and extinction (2 h/day, 3 days) was used in the study. Intravenous infusions of cocaine hydrochloride followed 5 presses on “active” lever by rats actively taking cocaine (Ac). To generate control group, a “yoked” procedure was used, in which rats (“Yoked saline” group, Ys) passively received saline infusions. Total DNA was isolated from the rats’ prefrontal cortex, hippocampus and dorsal striatum and the amount of the mtDNA was measured using quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR). mtDNA amount was normalized to the nuclear DNA (nDNA) and calculated using 2ΔCt method. In the present study a statistically significant, more than 3-fold mtDNA copy number increase compared to the Ys was observed in all the analyzed brain structures. It is here mainly hypothesized that the increase of the mtDNA content resulted either from the cessation of drug intake or due to the reactive oxygen species upregulation that occurred in the level not sufficient for causing mitophagy, but rather for inducing a compensatory process - mtDNA replication. It is also possible that the observed mtDNA upregulation was due to addiction- and extinction-related synaptic plasticity or increased metabolism in the brain. The obtained result may contribute to the engagement of a new approach in studying the mechanisms of cocaine addiction - by focusing on its relationship with the mitochondrial genome. Further studies are necessary to establish direct mechanisms promoting mtDNA increase in cocaine addiction.pl
dc.abstract.plUzależnienie od substancji psychoaktywnych jest złożoną chorobą ośrodkowego układu nerwowego o nie do końca poznanym podłożu. Substancje uzależniające, aktywując przede wszystkim mózgowy układ nagrody, indukują zmiany w komórkach wpływając także na mitochondria.Mitochondria to półautonomiczne organella komórkowe posiadające własny materiał genetyczny w postaci cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego (mtDNA). Główną funkcją tych organelli jest wytwarzanie energii w formie adenozynotrifosforanu (ATP), aczkolwiek uczestniczą one również w wielu innych procesach komórkowych. Wykazano, że w komórkach nerwowych mitochondria są zaangażowane w procesy typowe dla tych komórek, m.in. wzrost aksonów czy plastyczność synaptyczna.Ilość mtDNA jest komórkowo- i tkankowo-specyficzna, zmienia się w trakcie życia organizmu i może być regulowana przez czynniki zewnętrzne, takie jak leki, infekcje czy zanieczyszczenia środowiska. Ilość mtDNA jest związana z ilością, aktywnością, i stabilnością genetyczną mitochondriów. Obecnie niewiele wiadomo na temat wpływu substancji uzależniających na ilość kopii mtDNA. Celem niniejszej pracy było określenie wpływu powtarzanego przyjmowania kokainy oraz jej późniejszego odstawienia na ilość mtDNA w wybranych strukturach mózgu szczurów.W badaniu zastosowano model samopodawania kokainy (2 godz./dzień; 0.5 mg/kg/infuzja; 12 dni) i wygaszenia (2 godz./dzień; 3 dni). Pięć kolejnych naciśnięć na „aktywną” dźwignię przez zwierzęta aktywnie przyjmujące kokainę (Ac) powodowało dożylne infuzje chlorowodorku kokainy. W celu utworzenia grupy kontrolnej zastosowano procedurę sprzężenia grup „yoked”, w której szczury z grupy kontrolnej (Ys) otrzymywały biernie sól fizjologiczną. Z komórek kory przedczołowej, hipokampa i grzbietowego prążkowia wyizolowano całkowite DNA. Do określenia ilości kopii mtDNA wykorzystano metodę ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy (Real-Time PCR), a względną ilość kopii obliczano normalizując amplifikację genu mitochondrialnego względem genu jądrowego używając metody 2ΔCt.We wszystkich badanych strukturach zaobserwowano istotny statystycznie, ponad trzykrotny wzrost ilości kopii mtDNA w grupie Ac w porównaniu do Ys. Prawdopodobną przyczyną wzrostu może być odstawienie substancji lub wzrost poziomu stresu oksydacyjnego po podaniu kokainy, który mógłby uruchamiać procesy kompensacyjne w komórce (m.in. replikacja mtDNA). Innym wytłumaczeniem zaobserwowanego wzrostu ilości mtDNA mogą być zmiany w plastyczności synaptycznej, które, jak donosi literatura, towarzyszą procesowi uzależnienia. Uzyskane w tej pracy wyniki mogą przyczynić się do poszerzenia zakresu badań nad procesem uzależnienia i zwrócić uwagę na wpływ substancji psychoaktywnych na mtDNA. Jednak dalsze badania są niezbędne w celu ustalenia dokładnych mechanizmów indukujących wzrost ilości kopii mtDNA w uzależnieniu od kokainy.pl
dc.affiliationWydział Biologiipl
dc.areaobszar nauk przyrodniczychpl
dc.contributor.advisorFilip, Małgorzata - 186553 pl
dc.contributor.authorKotarska, Agnieszkapl
dc.contributor.departmentbycodeUJK/WBNOZpl
dc.contributor.reviewerHess, Grzegorz - 128317 pl
dc.contributor.reviewerFilip, Małgorzata - 186553 pl
dc.date.accessioned2020-07-25T05:11:56Z
dc.date.available2020-07-25T05:11:56Z
dc.date.submitted2014-10-22pl
dc.fieldofstudyneurobiologiapl
dc.identifier.apddiploma-91523-112967pl
dc.identifier.projectAPD / Opl
dc.identifier.urihttps://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/199717
dc.languageengpl
dc.subject.enmitochondrial DNA, cocaine, self-administration, extinction, ratspl
dc.subject.plmitochondrialne DNA, kokaina, samopodawanie, wygaszenie, szczurypl
dc.title"The effect of extinction of cocaine self-administration on mitochondrial DNA in various regions of the rat brain. Preliminary study."pl
dc.title.alternativeWpływ wygaszenia reakcji samopodawania kokainy na mitochondrialne DNA w różnych regionach szczurzego mózgu. Badanie wstępne.pl
dc.typemasterpl
dspace.entity.typePublication
dc.abstract.enpl
Drug addiction is a complex and still not fully understood disease of the central nervous system (CNS). Addictive substances, which act mainly on the brain reward system, induce various changes in cells, including changes in mitochondrial activity.Mitochondria are semi-autonomous cellular organelles containing their own deoxyribonucleic acid (mtDNA). The main function of these organelles is the production of energy in form of the adenosine triphosphate (ATP), however, they participate in many cellular processes. In neurons mitochondria were shown to be involved in processes specific for these cells, like growth of axons and dendrites, and synaptic plasticity. mtDNA copy number is cell- and tissue-specific, changes over the organism’s lifetime, and is also vulnerable to environmental pollutants, pharmaceuticals, and diseases. The number of the mtDNA is related to the amount, activity, and genetic stability of mitochondria. To date, little is known how drugs of abuse influence mtDNA.The aim of this study was to establish whether repeated cocaine treatment and its forced abstinence result in mtDNA content changes in selected structures of the rat brain.The rat model of cocaine self-administration (2 h/day; 0.5 mg/kg/infusion, 12 days) and extinction (2 h/day, 3 days) was used in the study. Intravenous infusions of cocaine hydrochloride followed 5 presses on “active” lever by rats actively taking cocaine (Ac). To generate control group, a “yoked” procedure was used, in which rats (“Yoked saline” group, Ys) passively received saline infusions. Total DNA was isolated from the rats’ prefrontal cortex, hippocampus and dorsal striatum and the amount of the mtDNA was measured using quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR). mtDNA amount was normalized to the nuclear DNA (nDNA) and calculated using 2ΔCt method. In the present study a statistically significant, more than 3-fold mtDNA copy number increase compared to the Ys was observed in all the analyzed brain structures. It is here mainly hypothesized that the increase of the mtDNA content resulted either from the cessation of drug intake or due to the reactive oxygen species upregulation that occurred in the level not sufficient for causing mitophagy, but rather for inducing a compensatory process - mtDNA replication. It is also possible that the observed mtDNA upregulation was due to addiction- and extinction-related synaptic plasticity or increased metabolism in the brain. The obtained result may contribute to the engagement of a new approach in studying the mechanisms of cocaine addiction - by focusing on its relationship with the mitochondrial genome. Further studies are necessary to establish direct mechanisms promoting mtDNA increase in cocaine addiction.
dc.abstract.plpl
Uzależnienie od substancji psychoaktywnych jest złożoną chorobą ośrodkowego układu nerwowego o nie do końca poznanym podłożu. Substancje uzależniające, aktywując przede wszystkim mózgowy układ nagrody, indukują zmiany w komórkach wpływając także na mitochondria.Mitochondria to półautonomiczne organella komórkowe posiadające własny materiał genetyczny w postaci cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego (mtDNA). Główną funkcją tych organelli jest wytwarzanie energii w formie adenozynotrifosforanu (ATP), aczkolwiek uczestniczą one również w wielu innych procesach komórkowych. Wykazano, że w komórkach nerwowych mitochondria są zaangażowane w procesy typowe dla tych komórek, m.in. wzrost aksonów czy plastyczność synaptyczna.Ilość mtDNA jest komórkowo- i tkankowo-specyficzna, zmienia się w trakcie życia organizmu i może być regulowana przez czynniki zewnętrzne, takie jak leki, infekcje czy zanieczyszczenia środowiska. Ilość mtDNA jest związana z ilością, aktywnością, i stabilnością genetyczną mitochondriów. Obecnie niewiele wiadomo na temat wpływu substancji uzależniających na ilość kopii mtDNA. Celem niniejszej pracy było określenie wpływu powtarzanego przyjmowania kokainy oraz jej późniejszego odstawienia na ilość mtDNA w wybranych strukturach mózgu szczurów.W badaniu zastosowano model samopodawania kokainy (2 godz./dzień; 0.5 mg/kg/infuzja; 12 dni) i wygaszenia (2 godz./dzień; 3 dni). Pięć kolejnych naciśnięć na „aktywną” dźwignię przez zwierzęta aktywnie przyjmujące kokainę (Ac) powodowało dożylne infuzje chlorowodorku kokainy. W celu utworzenia grupy kontrolnej zastosowano procedurę sprzężenia grup „yoked”, w której szczury z grupy kontrolnej (Ys) otrzymywały biernie sól fizjologiczną. Z komórek kory przedczołowej, hipokampa i grzbietowego prążkowia wyizolowano całkowite DNA. Do określenia ilości kopii mtDNA wykorzystano metodę ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy (Real-Time PCR), a względną ilość kopii obliczano normalizując amplifikację genu mitochondrialnego względem genu jądrowego używając metody 2ΔCt.We wszystkich badanych strukturach zaobserwowano istotny statystycznie, ponad trzykrotny wzrost ilości kopii mtDNA w grupie Ac w porównaniu do Ys. Prawdopodobną przyczyną wzrostu może być odstawienie substancji lub wzrost poziomu stresu oksydacyjnego po podaniu kokainy, który mógłby uruchamiać procesy kompensacyjne w komórce (m.in. replikacja mtDNA). Innym wytłumaczeniem zaobserwowanego wzrostu ilości mtDNA mogą być zmiany w plastyczności synaptycznej, które, jak donosi literatura, towarzyszą procesowi uzależnienia. Uzyskane w tej pracy wyniki mogą przyczynić się do poszerzenia zakresu badań nad procesem uzależnienia i zwrócić uwagę na wpływ substancji psychoaktywnych na mtDNA. Jednak dalsze badania są niezbędne w celu ustalenia dokładnych mechanizmów indukujących wzrost ilości kopii mtDNA w uzależnieniu od kokainy.
dc.affiliationpl
Wydział Biologii
dc.areapl
obszar nauk przyrodniczych
dc.contributor.advisorpl
Filip, Małgorzata - 186553
dc.contributor.authorpl
Kotarska, Agnieszka
dc.contributor.departmentbycodepl
UJK/WBNOZ
dc.contributor.reviewerpl
Hess, Grzegorz - 128317
dc.contributor.reviewerpl
Filip, Małgorzata - 186553
dc.date.accessioned
2020-07-25T05:11:56Z
dc.date.available
2020-07-25T05:11:56Z
dc.date.submittedpl
2014-10-22
dc.fieldofstudypl
neurobiologia
dc.identifier.apdpl
diploma-91523-112967
dc.identifier.projectpl
APD / O
dc.identifier.uri
https://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/199717
dc.languagepl
eng
dc.subject.enpl
mitochondrial DNA, cocaine, self-administration, extinction, rats
dc.subject.plpl
mitochondrialne DNA, kokaina, samopodawanie, wygaszenie, szczury
dc.titlepl
"The effect of extinction of cocaine self-administration on mitochondrial DNA in various regions of the rat brain. Preliminary study."
dc.title.alternativepl
Wpływ wygaszenia reakcji samopodawania kokainy na mitochondrialne DNA w różnych regionach szczurzego mózgu. Badanie wstępne.
dc.typepl
master
dspace.entity.type
Publication

* The migration of download and view statistics prior to the date of April 8, 2024 is in progress.

Views
8
Views per month
Views per city
Chandler
1
Des Moines
1
Dublin
1

No access

No Thumbnail Available