Immunohistochemical representation of changes in distribution of zinc transporters ZnT-1 and ZnT-3 in the prefrontal cortex of the zinc deficient rats and after amitriptyline treatment.

Wstęp: Już od dawna podejrzewano, że zaburzenia homeostazy cynku mają związek z występowaniem depresji. Wiele badań potwierdziło zasadność stosowania deficytu cynku, jako zwierzęcego modelu tej choroby. Pierwiastek ten wpływa na rozwój objawów depresyjnych prawdopodobnie poprzez wpływ na aktywność układu glutaminergicznego. Bazując na powyższych danych uważa się, że zaburzenia w funkcjonowaniu transporterów cynku, odpowiedzialnych za jego homeostazę, mogą być jednym z czynników uczestniczących w patofizjologii depresji. Wiele badań wykazało rolę środkowej kory przedczołowej w rozwoju depresji, a leki przeciwdepresyjne, takie jak amitryptylina, są stosowane w leczeniu zaburzeń depresyjnych.Cel pracy: Celem pracy była analiza immunoekspresji transporterów cynku ZnT1 i ZnT3 w środkowej korze przedczołowej (mPFC) u szczurów z deficytem cynku oraz po podaniu amitryptyliny. Analiza dotyczyła różnic w immunoreaktywności neuropilu, neuronów i małych komórek pomiędzy grupami badawczymi, poszczególnymi obszarami środkowej kory przedczołowej i półkulami mózgu. Analizie poddano również gęstość numeryczną neuronów wykazujących ekspresję ZnT1.Materiał i metody: Materiał badawczy stanowiły mózgi 23 szczurów rasy Sprague-Dawley. Zwierzęta podzielono na grupy i karmiono paszą kontrolną (50mg Zn/kg, ZnA) oraz paszą o ograniczonej zawartości cynku (ZnD 3 mg Zn/kg) przez 4 tygodnie. Po tym czasie podzielono je na podgrupy i rozpoczęto podawanie amitryptyliny (ZnD+AMI i ZnA+AMI), lub 0,9% NaCl przez okres 2 tygodni. Pobrane tkanki poddano procedurze histologicznej i reakcji immunohistochemicznej LAB-SA. Analizy dokonano dla obszarów IfC, PrC i CgC mPFC obu półkul mózgowych. Badano gęstość numeryczną i gęstość optyczną dla transporterów ZnT1 i ZnT3.Wyniki: Deficyt cynku spowodował istotny statystycznie (p<0,001) spadek immunoreaktywności ZnT1 wszystkich badanych parametrów w obu półkulach mózgowych z wyjątkiem ekspresji ZnT1 w neuronach prawej półkuli mózgowej. W lewej półkuli do największego spadku reaktywności ZnT1 w neuropilu i w małych komórkach doszło w obszarze CgC, a w reaktywności ZnT1 neuronów w obszarze PrC. Podanie amitryptyliny spowodowało istotny wzrost immunoreaktywności ZnT1 w neuronach (p<0,001) i w neuropilu (p<0,01) lewej półkuli oraz w małych komórkach (p<0,001) obu półkul mózgowych. Nie zaobserwowano istotnych statystycznie różnic w gęstości numerycznej neuronów i małych komórek. Współczynnik korelacji pomiędzy neuronami i małymi komórkami w grupie ZnD miał wartość dodatnią. Deficyt cynku spowodował również spadek ekspresji ZnT3 w obu półkulach (p<0,001), lecz podanie amitryptyliny nie odwróciło tych zmian. Większy spadek immunoreaktywności transporterów ZnT1 i ZnT3 obserwowano w lewej półkuli mózgowej. Wnioski:1.Deficyt cynku prowadzi do spadku immunoreaktywności ZnT1 i ZnT3 we wszystkich badanych parametrach w obu półkulach mózgowych z wyjątkiem ekspresji ZnT1 w prawej półkuli mózgowej. Zmniejszenie reaktywności ZnT1 może wynikać ze spadku stężenia wolnego cynku, a obniżenie ekspresji ZnT3 prawdopodobnie prowadzi do redukcji poziomu cynku synaptycznego.2.Obserwowany większy spadek ekspresji ZnT1 i ZnT3 w lewej półkuli może wynikać z lateralizacji funkcji korowych i większą podatnością lewej półkuli na czynniki związane z ograniczeniem podaży cynku.3.Największy spadek immunoreaktywności ZnT1 lewej półkuli obserwowano w obszarze CgC. Możliwe, że jest to związane z funkcjonalnym podziałem mPFC na część grzbietową i brzuszną oraz większą podatnością lewej półkuli na czynniki związane z deficytem cynku.4.Brak istotnych statystycznie różnic w gęstości numerycznej neuronów i małych komórek sugeruje, że obserwowany w modelach depresji ubytek komórek nerwowych nie dotyczy tych wykazujących ekspresję ZnT1.5.Dodatni współczynnik korelacji pomiędzy ekspresją ZnT1 w neuronach i małych komórkach grupy ZnD prawdopodobnie oznacza, że w oba rodzaje komórek reagują w podobny sposób na zmniejszenie podaży cynku.

Background: It is suspected that there is a relationship between zinc deficiency and depressive disorders. Many studies confirmed the predictive validity of the zinc deficiency model of depression. Zinc may probably be involved in the development of depressive symptoms by affecting on glutamatergic transmission. Based on this theory it is believed that disturbances in the functioning of zinc transporters, responsible for zinc homeostasis, are involved in the patophysiology of depression. Research confirms the role of medial prefrontal cortex in depression development, and antidepressants such as amitriptyline are used in the treatment of depression. Objective: The aim of this study was to analyze an immunoexpression of zinc transporters ZnT1 and ZnT3 in the medial prefrontal cortex (mPFC) in rats with zinc deficiency and after treatment with amitriptyline. Analysis concerned differences in immunoreactivity between research groups, areas mPFC and brain hemispheres. Moreover the aim of the study was to demonstrate potential differences in cells numeral density.Material and methods: The research material were brains of 23 Sprague-Dawley rats. The animals were fed with a zinc adequate diet (ZnA, 50 mg Zn/kg) or a zinc deficient diet (ZnD, 3 mg Zn/kg) for 4 weeks. Then both groups were split for subdivisions and AMI (10 mg/kg) (ZnD+AMI, ZnA+AMI) or 0,9% NaCl administration started. Subsequently histological procedure and immunohistochemical reaction LAB-SA, which detects ZnT1 and ZnT3, was conducted. Optical and numeral density was studied. The analysis was done for IfC, PrC and CgC areas mPFC in left and right hemisphere. Results: Zinc deficiency caused a statistically significant (p<0,001) decrease in reactivity of ZnT1 in neuropil and small cells in both hemispheres. Decrease of ZnT1 reactivity in neurones (p<0,001) was observed only in left hemisphere. In the CgC area there has been the maximum decrease of ZnT1 reacivity in neuropil and small cells in left hemisphere. Amitriptyline administration caused statistically significant increase in reactivity of ZnT1 in neurons (p<0,001) and neuropil (p<0,01) in left hemisphere and in small cells (p<0,001) in both hemispheres. Statistically significant differences in numeral density was not observed. Correlation coefficient between ZnT1 neurons and small cells expression had positive value. In the case of ZnT3, zinc deficiency diet resulted in statistically significant decrease in its reactivity in both hemispheres (p<0,001). Treatment with an amitriptyline not affected in ZnT3 reactivity. Greater decline both the ZnT1 and ZnT3 reactivity in zinc deficient group was observed in left hemisphere. Conclusions: 1.Zinc deficient diet leads to decrease in immunoreactivity of zinc transporters ZnT1 and ZnT3 all tested parameters in both hemispheres except ZnT1 neurons reactivity in left hemisphere. Decrease in ZnT1 expression might been result of free zinc level reduction, and decrease in ZnT3 expression may lead to synaptic zinc level reduction.2.Differences in expression of zinc transporters between left and right hemisphere of the brain are probably related with lateralization of cortical function.3.The highest decrease in ZnT1 immunoreactivity in left hemisphere was observed in CgC area. This effect may be caused by mPFC functional division on dorsomedial and ventromedial area.4.Statistically significant differences in numeral cell density between groups were not observed. It may suggest that observed reductions in the average density and size of cortical neurons is not related to cells with ZnT1 expression.5.Positive value correlation coefficient between neurons and small cells may suggest, that they both react in similar way in response to zinc deficiency.