Influence of cholinergic transmission on the sensitivity of the neurons of the interpeduncular nucleus of the midbrain to the stimulation of the nucleus incertus fibers of rat brainstem - ex vivo electrophysiological studies

Właściwe reakcje na bodźcie środowiskowe, w tym odpowiednie rozpoznanie bodźca jako znajomy lub nowy, mają istotny wpływ na nasze prawidłowe funkcjonowanie. Niewłaściwa reakcja na nowość to skutek zaburzenia preferencji nowości, czego konsekwencją mogą być stany patofizjologiczne o podłożu neuronalnym, takie jak autyzm, schizofrenia, zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi, uzależnienia czy zaburzenia lękowe. Istotną rolę w sygnalizacji znajomości i nowości odgrywa jądro międzykonarowe (IPN) wraz z przyśrodkową uzdeczką (MHb) i neuronami dopaminergicznymi brzusznego pola nakrywki (VTA). Z kolei za jeden z czynników prowadzących do rozwoju wymienionych powyżej zaburzeń uważany jest stres, na który szczególnie wrażliwe jest jądro niepewne (NI), będące głównym źródłem neuropeptydu relaksyny-3 (RLN3) w mózgu. Stąd przypuszcza się, że połączenie NI – IPN stanowi element neuronalnego mechanizmu związanego z kontrolą preferencją nowości, co postanowiono zbadać w niniejszej pracy. W badaniach skupiono się na wpływie nikotyny, biorącej udział w sygnalizacji znajomości, na aktywność neuronów IPN, wrażliwych na opto-stymulację włókien NI u szczurów szczepu Sprague Dawley, przy użyciu techniki whole-cell patch clamp w warunkach ex vivo. Wykazano, że aktywność neuronów IPN unerwianych przez NI zostaje zmieniona w efekcie podania nikotyny, co świadczy o udziale osi NI – IPN w sygnalizacji znajomości. Ponadto sprawdzono czy źródłem RLN3 w IPN jest NI. W tym celu wybarwiono immunofluorescencyjnie obszar IPN na obecność włókien RLN3-pozytywnych i włókien pochodzących z NI, które wyznakowane zostały przy użyciu wektora wirusowego zawierającego między innymi gen kodujący białko reporterowe YFP. Wynik barwienia wykazał ko-lokalizację tych włókien. Przedstawione badania mają charakter pilotażowy, dlatego też potrzebne są dalsze badania, które pozwolą na weryfikację postawionej hipotezy.

Appropriate reactions to environmental stimuli including the correct recognition of a stimulus as familiar or novel have a significant impact on our proper functioning. An inadequate reaction to novelty is the result of a disorder of novelty preferences, which may result in pathophysiological states with a neuronal basis, such as autism, schizophrenia, attention deficit hyperactivity disorders, addiction, and anxiety disorders. A crucial role in familiarity/novelty signaling is played by the interpeduncular nucleus (IPN) along with the medial habenula (MHb) and dopaminergic neurons of the ventral tegmental area (VTA). In turn, one of the factors leading to the development of disorders mentioned above is stress, for which the nucleus incertus (NI) is particularly sensitive. NI is the main source of neuropeptide relaxin-3 (RLN3) in the brain, therefore, it is believed that the NI – IPN connection is a part of a neuronal mechanism related to the preference for novelty, which was investigated in this study. The studies focused on the impact of nicotine that takes part in the familiarity signaling on the activity of IPN neurons, sensitive to opto-stimulation of NI fibers in Sprague Dawley rats, using the ex-vivo whole-cell patch-clamp technique. It has been shown that the activity of IPN neurons innervated by NI is changed as a result of the administration of nicotine, which proves the participation of the NI – IPN axis in the signaling familiarity. Moreover, it was verified whether the source of RLN3 in the IPN is NI. For this purpose, the IPN was immunofluorescent stained for the presence of RLN3-positive fibers and fibers originating from NI using a viral vector containing, among the others, the gene encoding the YFP protein reporter. The staining results showed the co-localization of these fibers. The shown results are preliminary, that is why further research is needed to verify this hypothesis.