Anatomical characteristics of the innervation of the interpeduncular nucleus of the midbrain by the nucleus incertus of the brainstem

Preferencja nowości to silnie utrwalony ewolucyjnie, podstawowy mechanizm przetrwania, umożliwiający adaptację do zmieniającego się środowiska. Jego rozregulowanie może prowadzić do zaburzeń psychicznych takich jak uzależnienie, schizofrenia czy zachowania autystyczne. Co ważne, najczęściej występujące schorzenia natury psychicznej związane są ze stresem i lękiem, a jedną z cech je charakteryzujących jest niewłaściwa odpowiedź na nowość. Ważną rolę w tym procesie odgrywa niewielka, struktura śródmózgowia - jądro międzykonarowe (IPN). IPN posiada gęste dwukierunkowe połączenia z jądrem niepewnym (NI) pnia mózgu, które jest wrażliwe na stresory neurogenne. NI to główne źródło neuropeptydu relaksyny-3 (RLN3), którego receptory RXFP3 występują między innymi w IPN. Wykazano, że aktywowane RXFP3 modulują interakcje społeczne myszy i zaburzają zdolność do wyrażania preferencji nowości u szczurów. Wydaje się, że oś NI-IPN jest kluczowa w mechanizmie preferencji nowości. W celu dokładniejszego zbadania neurochemii połączeń neuronalnych w tym szlaku, szczególnie w kontekście RLN3 i sygnalizacji RLN3/RXFP3, użyto metody wstecznego znakowania szlaków neuronalnych, z użyciem wstecznych wektorów wirusowych AAV, zawierających materiał genetyczny kodujący białko mCherry, które podane zostały do IPN. Wykonano barwienia immunohistochemiczne wszystkich źródeł RLN3 w mózgu oraz barwienia przeciwko mCherry, a następnie zliczono wstecznie wyznakowane neurony RLN-3-pozytywne wykazujące ekspresję białka mCherry. Uzyskane wyniki ujawniły, że najliczniejsze unerwienie relaksynowe IPN pochodzi z części zbitej NI, co sugeruje, że oś NI-IPN za pomocą sygnalizacji RLN3/RXFP3, może leżeć u podstaw wpływu stresu na mechanizm preferencji i eksploracji nowości. Ze względu na relatywnie małą liczbę zidentyfikowanych neuronów RLN3 unerwiających IPN, potrzebne są jednak dalsze badania umożliwiające weryfikację tej hipotezy.

The preference for novelty is an evolutionarily preserved, fundamental survival mechanism that enables adaptation to a changing environment. Its dysregulation can lead to psychiatric disorders such as addiction, schizophrenia, and autistic behavior. Notably, the most common psychiatric diseases are related to stress and anxiety, and at the same time they predispose to the development of deficiencies related to the response to novelty. An important role in this plays a small structure of the midbrain - the interpeduncular nucleus (IPN). The IPN has dense bidirectional connections with stress sensitive brainstem structure nucleus incertus (NI). NI is the major source of the neuropeptide relaxin-3 (RLN3), a cognate RXFP3 receptors agonist, and RXFP3 receptors are found in IPN. RXFP3 activations have been shown to modulate social interaction in mice and impair the ability to express novelty preference in rats. It seems that the NI-IPN pathway is an important element of the novelty preference mechanism. In order to expand our knowledge on the neurochemistry of NI-IPN neuronal connections, especially in the context of RLN3 and RLN3/RXFP3 signalling, we used the tract-tracing method in which a retroAAV viral vector driving fluorescent protein mCherry expression, was injected into the IPN. Immunohistochemical staining was performed on sections of all RLN3 sources in the brain, and the retrograde-labelled relaxin-3-positive neurons were counted. The obtained results revealed that the most abundant relaxin innervation of the IPN comes from pars compacta of the NI, which suggests that RLN3/RXFP3 signalling within the NI-IPN pathway may underlie the influence of stress on the mechanism of novelty preference and exploration, however further studies are needed to verify this hypotheses.