Zsmfassung - Tessier et al. (2019) - Early-life stress impairs postnatal oligodendrogenesis and adult emotional behaviour through activity-dependent mechanisms Flashcards
Frühkindlicher Stress beeinflusst langfristig die Struktur und Funktion des (…) und erhöht das Risiko für (…)
Frühkindlicher Stress beeinflusst langfristig die Struktur und Funktion des präfrontalen Kortex (PFC) und erhöht das Risiko für Depressionen und Angststörungen im Erwachsenenalter.
Beschreibe kurz, inwiefern in dieser Studie molekulare & zelluläre Prozesse verändert wurden
In dieser Studie wurde untersucht, wie maternale Trennung (MS; maternal separation) in den ersten zwei postnatalen Wochen molekulare und zelluläre Prozesse im medialen PFC (mPFC) verändert.
In dieser Studie wurde untersucht, wie maternale Trennung (MS; maternal separation) in den ersten zwei postnatalen Wochen molekulare und zelluläre Prozesse im medialen PFC (mPFC) verändert.
Warum wurde der mPFC gewählt?
Weil die Funktionen mitunter dies sind:
- Verstärkte emotionale Komponente;
- Emotionale Bewertung von Informationen
Durch was wurde die Rolle der neuronalen Aktivität untersucht?
Durch chemogenetische Manipulationen (DREADDs)
Durch chemogenetische Manipulationen (DREADDs) wurde die Rolle der neuronalen Aktivität untersucht:
- Reduktion der Erregbarkeit des mPFC (hM4Di)
Verstärkte Effekte von MS (vorzeitige Oligodendrozyten-Differenzierung, langfristige Verhaltensstörungen).
Durch chemogenetische Manipulationen (DREADDs) wurde die Rolle der neuronalen Aktivität untersucht:
* Erhöhung der Erregbarkeit des mPFC (hM3Dq)
Normalisierung der Oligodendrogenese und Verhinderung von MS-bedingten kognitiven und emotionalen Defiziten.
Sehr kurz zusammengefasst, was zeigt diese Studie also
Die Studie zeigt, dass neuronale Aktivität eine zentrale Rolle in den Auswirkungen frühkindlichen Stresses spielt, indem sie sowohl die postnatale Oligodendrogenese als auch langfristige Verhaltensmuster reguliert.
Nenne die wichtigsten Tage des Experiments und nenne kurz um was es dabei ging (4 Punkte)
- Postnatale Phase (P1 – P15)
- (P10 & P15: Oligodendrozyten-Messungen & Gewebeentnahme)
- P21: Ausschluss weiblicher Mäuse aus weiteren Experimenten
- Adulte Phase (P80, nach der Entwicklungsphase)
P -> Postnataler Tag
Ablauf in der Postnatalen Phase
P1: Virale Injektion in die mPFC
P2 – P14: Maternal Separation (MS) & Chemogenetische Manipulation
P1 (Postnataler Tag 1): Virale Injektionen in die mPFC
…
Was wurde gemacht und was war das Ziel
- Alle Mäuse erhielten bilaterale Injektionen von AAVs (Adeno-assoziierte Viren) in die mPFC.
- Ziel: Einführung von DREADDs zur späteren chemogenetischen Manipulation.
P2 – P14: Maternal Separation (MS) & Chemogenetische Manipulation
…
Was waren die verschiedenen Gruppen
- Tägliche 3-stündige Trennung von der Mutter (13:00–16:00 Uhr).
- Zwei Gruppen:
o MS-Gruppe (maternal separation)
o SFR-Gruppe (standard facility rearing, keine Trennung).
P2 – P14: Maternal Separation (MS) & Chemogenetische Manipulation
…
Was waren die verschiedenen Manipulationen durch Gaben
P10 & P15: Oligodendrozyten-Messungen & Gewebeentnahme
P10 & P15: Oligodendrozyten-Messungen & Gewebeentnahme
…
P15: Welche Molekularen Analysen wurden durch die Gewebeentnahme getätigt
- RNA-Sequenzierung zur Analyse der Genexpression im mPFC.
- Immunhistochemie & Western Blot zur Untersuchung von Myelin-Proteinen.
- Elektrophysiologie zur Messung neuronaler Erregbarkeit.
Was ist IdU (Iododeoxyuridin) und BrdU (Bromodeoxyuridin)
IdU (Iododeoxyuridin) und BrdU (Bromodeoxyuridin) sind Thymidin-Analoga, die zur Markierung von proliferierenden Zellen verwendet werden. Sie werden in die DNA eingebaut, wenn sich eine Zelle in der S-Phase (Synthesephase) des Zellzyklus befindet.
*Thymidin = Nukleosid, Vorstufe für DNA-Synthese
P21: Ausschluss weiblicher Mäuse aus weiteren Experimenten.
Was geschah hier
- Nach der Entwöhnung (Weaning) wurden weibliche Mäuse eingeschläfert.
- Ausnahmen: Eine Kontrollkohorte weiblicher Tiere zur Virus-Expression.
Adulte Phase (P80, nach der Entwicklungsphase).
Was geschah hier
- Nur männliche Mäuse wurden in dieser Phase untersucht.
- Verhaltensstudien zur Langzeitwirkung der maternalen Trennung:
Adulte Phase (P80, nach der Entwicklungsphase).
Welche 6 Verhaltensstudien zur Langzeitwirkung der maternalen Trennung wurden ausgeführt
- Open-Field-Test (OF) → Lokomotion & Angst.
- Elevated Plus Maze (EPM) → Angstbewertung.
- Forced Swim Test (FST) → Depressions-ähnliche Symptome.
- Marble Burying Test → Zwangsverhalten.
- Splash Test → Hedonisches Verhalten.
- Sequential Object Recognition (SNOR) → Gedächtnisfunktion.
Nenne vier verschiedene Themen der Studien-Ergebnisse
- Molekulare und zelluläre Veränderungen durch frühkindlichen Stress
- Langfristige Verhaltensveränderungen im Erwachsenenalter (P80)
- Kausale Rolle der neuronalen Aktivität – Ergebnisse der DREADD- Experimente
- Interpretation und Bedeutung der Ergebnisse
Ergebnisse:
1.Molekulare und zelluläre Veränderungen durch frühkindlichen Stress.
…
Zusammenfassend, auf was hatte frühkindlicher Stress eine Auswirkung
Frühkindlicher Stress, induziert durch maternale Trennung (MS) in den ersten beiden postnatalen Wochen, hatte tiefgreifende Auswirkungen auf
- die Genexpression,
- Oligodendrogenese und
- neuronale Erregbarkeit
im medialen präfrontalen Kortex (mPFC).
Ergebnisse:
1.Molekulare und zelluläre Veränderungen durch frühkindlichen Stress.
…
Was zeigten die RNA-Sequenzierungen
RNA-Sequenzierungen am P15 zeigten eine
- erhöhte Expression von Myelin- assoziierten Genen (Plp1, Mog, Mag, Cnp, Mbp) sowie
- eine deutliche Reduktion der sofort-aktivierten Gene (IEGs), darunter Fos, Fosb und Arc.
Die Hochregulation von Myelin-Genen deutet auf eine vorzeitige Differenzierung von Oligodendrozyten hin,
während die verringerte Expression von IEGs auf eine reduzierte neuronale Plastizität hindeutet.
Ergebnisse:
1.Molekulare und zelluläre Veränderungen durch frühkindlichen Stress.
…
Was bestätigten die Immunhistochemie-Analysen
Die Immunhistochemie-Analysen bei P15 bestätigten eine erhöhte Anzahl reifer Oligodendrozyten (CC1+) in der mPFC von MS-Mäusen, jedoch ohne Veränderung der Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (OPCs).
Im Erwachsenenalter (P80) hingegen war die OPC-Dichte in der mPFC signifikant reduziert, während die Anzahl reifer Oligodendrozyten wieder auf Kontrollniveau zurückging.
Dies deutet darauf hin, dass MS zu einer verfrühten Differenzierung und langfristigen Erschöpfung des OPC-Pools führt.
Ergebnisse:
1.Molekulare und zelluläre Veränderungen durch frühkindlichen Stress.
…
Auf was lieferten die Die IdU/BrdU-Experimente hinweise
Die IdU/BrdU-Experimente zwischen P10 und P15 lieferten weitere Hinweise auf diesen Mechanismus:
Während sich in der mPFC von Kontrolltieren (SFR) weiterhin viele OPCs teilten, war dieser Anteil bei MS-Tieren deutlich reduziert, da mehr OPCs frühzeitig zu Oligodendrozyten differenzierten.
Ergebnisse:
1.Molekulare und zelluläre Veränderungen durch frühkindlichen Stress.
…
Was wurde in den Elektrophysiologie-Experimenten festgestellt
Parallel dazu wurde in Elektrophysiologie-Experimenten an P15 eine signifikant verringerte spontane synaptische Aktivität (sEPSCs) in MS-Mäusen festgestellt.
Dies zeigt, dass frühkindlicher Stress zu einer dauerhaften Reduktion der neuronalen Erregbarkeit im mPFC führt.
Ergebnisse:
2.Langfristige Verhaltensveränderungen im Erwachsenenalter (P80)
…
Die durch MS ausgelösten zellulären Veränderungen spiegelten sich auch in deutlichen Verhaltensauffälligkeiten der erwachsenen Mäuse wider.
Welche Verhaltensauffhälligkeiten waren dies und wo wurden diese getestet?
MS-Männchen zeigten:
- Reduzierte Explorationsaktivität im Open-Field-Test (OF), was auf eine verminderte Motivation hindeutet.
- Erhöhte Passivität im Forced-Swim-Test (FST), ein Anzeichen für depressive Symptome.
- Defizite im Sequential Object Recognition-Test (SNOR), was auf eine Beeinträchtigung des Arbeitsgedächtnisses schließen lässt.
Ergebnisse:
2.Langfristige Verhaltensveränderungen im Erwachsenenalter (P80)
…
Die durch MS ausgelösten zellulären Veränderungen spiegelten sich auch in deutlichen Verhaltensauffälligkeiten der erwachsenen Mäuse wider.
Was war hierbei bemerkenswert?
Bemerkenswert ist, dass MS-Tiere zwar depressive und kognitive Symptome entwickelten, jedoch keine signifikante Veränderung im Angstverhalten (Elevated Plus Maze, EPM) zeigten.
Dies deutet darauf hin, dass Angst- und Depressionsmechanismen im mPFC unterschiedlich reguliert werden.
Ergebnisse:
3.Kausale Rolle der neuronalen Aktivität – Ergebnisse der DREADD- Experimente
..
Warum wurden chemogenetische Manipulationen mit DREADDs durchgeführt?
Um zu untersuchen, ob die veränderte neuronale Aktivität im mPFC kausal für die beobachteten Effekte ist
Ergebnisse:
3.Kausale Rolle der neuronalen Aktivität – Ergebnisse der DREADD- Experimente
…
Zu was führte die Hemmung der mPFC-Aktivität (hM4Di + CNO) in der SFR-Kohorte
Führte zur Nachahmung der MS-Effekte:
- Reduzierte cFos- und Egr1-Expression in P15-Mäusen.
- Erhöhte Oligodendrozyten-Differenzierung, aber verringerte OPC-
Dichte im Erwachsenenalter. - Depressionsähnliches Verhalten im Erwachsenenalter (weniger Exploration im OF, höhere Passivität im FST).
Ergebnisse:
3.Kausale Rolle der neuronalen Aktivität – Ergebnisse der DREADD- Experimente
…
Zu was führte die Erhöhung der mPFC-Aktivität (hM3Dq + CNO) in der MS-Kohorte
Führte zur Verhinderung der MS-Effekte:
- Normalisierung der OPC-Differenzierung und Verhinderung der OPC- Erschöpfung.
- Verbesserung der emotionalen und kognitiven Defizite (weniger Passivität im FST, bessere SNOR-Leistung).
- Keine Auswirkungen auf das angstverhalten, was die Unabhängigkeit von Depressions- und Angstmechanismen bestätigt.
Ergebnisse:
4.Interpretation und Bedeutung der Ergebnisse
(Fasse die Ergebnisse in einem Überpunkt und 3 Unterpunkten zusammen)
Die Autoren schließen aus den Ergebnissen, dass die neuronale Aktivität im mPFC ein zentraler Mechanismus für die Langzeitfolgen frühkindlichen Stresses ist.
* Geringe neuronale Aktivität führt zu einer frühzeitigen Oligodendrozyten- Differenzierung, was langfristig die OPC-Reserve erschöpft und strukturelle Defizite verursacht.
* Veränderungen in der Oligodendrogenese führen direkt zu depressionsähnlichem Verhalten, nicht aber zu erhöhter Angst.
* Die Erhöhung der mPFC-Aktivität kann diese Langzeitfolgen verhindern, was eine mögliche therapeutische Relevanz hat.
Ergebnisse:
4.Interpretation und Bedeutung der Ergebnisse
…
Veränderungen in der Oligodendrogenese führen direkt zu depressionsähnlichem Verhalten, nicht aber zu erhöhter Angst.
…
Was wird als mögliche Ursache dieses Ergebnisses diskutiert?
Unterschiedliche neuronale Schaltkreise für Angst und Depression:
- Die Regulation von Angst erfolgt primär über** PFC-Amygdala-Schaltkreise**, während Depression stärker mit der PFC-Raphe-Schaltkreisen assoziiert ist.
- Die Autoren weisen darauf hin, dass ihre DREADD-Manipulationen eine selektive Aktivierung tiefer mPFC-Schichten bewirken, welche hauptsächlich mit Raphe-Kernen (wichtig für Depression) und weniger mit Amygdala-Schaltkreisen (wichtig für Angst) verbunden sind.]
Open-Field-Test (OF).
Wann?
Erster Verhaltenstest ab P80.
Open-Field-Test (OF).
Wie?
- Maus wird für 20 Minuten in eine rechteckige Arena gesetzt.
- Messung der Gesamtbewegung (Lokomotion) und Zeit, die in der Mitte
der Arena verbracht wird. - Bewegungen werden mit Tracking-Software (AnyMaze) erfasst.
Open-Field-Test (OF).
Warum?
Messung der Lokomotion & Angst
- Lokomotion (Gesamtstrecke)
→ Indikator für allgemeine Aktivität & Motivation. - Zeit in der Mitte
→ Indikator für Angstverhalten (ängstliche Mäuse meiden offene Flächen/ die Mitte).
Open-Field-Test (OF).
Ergebnise & Interpretation
- MS-Mäuse & hM4Di-Mäuse zeigten reduzierte Lokomotion, was auf
weniger Exploration & depressive Symptome hindeutet. - hM3Dq-Mäuse verhielten sich wie Kontrolltiere, was zeigt, dass eine gesteigerte mPFC-Aktivität die Defizite verhindert.
Elevated-Plus-Maze (EPM).
Wann?
Nach dem Open-Field-Test.
Elevated-Plus-Maze (EPM).
Wie?
- Maus wird auf ein hoch gelegenes Plus-förmiges Labyrinth mit zwei offenen und zwei geschlossenen Armen gesetzt.
- Messung der Zeit, die in offenen vs. geschlossenen Armen verbracht wird.
Elevated-Plus-Maze (EPM).
Warum?
Angstverhalten
- Mehr Zeit in offenen Armen → Geringe Angst.
- Weniger Zeit in offenen Armen → Hohes Angstverhalten.
Elevated-Plus-Maze (EPM).
Ergebnisse & Interpretation
- MS-Mäuse verbrachten weniger Zeit in offenen Armen → Zeichen für
erhöhtes Angstverhalten. - hM4Di-Mäuse verhielten sich ähnlich wie MS-Mäuse → reduzierte neuronale Aktivität verstärkt Angst.
- hM3Dq-Mäuse zeigten keine Veränderung im Angstverhalten → Angst und Depression werden unterschiedlich reguliert.
Forced-Swim-Test (FST).
Wann?
Zwei Tage nach dem letzten Test.
Forced-Swim-Test (FST).
Wie?
- Maus wird für 6 Minuten in ein mit Wasser gefülltes Becken gesetzt.
- Messung der Zeit, in der die Maus aktiv schwimmt vs. passiv treibt.
Forced-Swim-Test (FST).
Warum?
Depressionsähnliches Verhalten.
Längeres Treiben ohne Schwimmen → Indikator für erhöhte Hoffnungslosigkeit & depressive Symptome.
Forced-Swim-Test (FST).
Ergebnisse & Interpretationen
- MS-Mäuse & hM4Di-Mäuse zeigten längeres passives Treiben →
Zeichen für erhöhte depressive Symptome. - hM3Dq-Mäuse zeigten normales Schwimmverhalten → Schutz vor den MS-Effekten.
Marble Burying Test.
Wann?
Nach Forced-Swim-Test
Marble Burying Test.
Wie?
- Maus wird in eine mit Murmeln gefüllte Box gesetzt.
- Messung der Anzahl vergrabener Murmeln in 30 Minuten.
Marble Burying Test.
Warum?
Zwangsverhalten.
Mehr vergrabene Murmeln → Zeichen für zwanghaftes Verhalten.
Marble Burying Test.
Ergebnisse & Interpretationen
- MS-Mäuse zeigten keine signifikanten Unterschiede.
- Keine Veränderung durch hM4Di oder hM3Dq.
Splash-Test.
Wann?
Vor dem letzten Gedächtnistest.
Splash-Test.
Wie
- Maus wird mit einer Saccharose-Lösung besprüht.
- Messung der Zeit, die sie mit der Fellpflege verbringt.
Splash-Test.
Warum?
Anhedonie (Freudlosigkeit).
Weniger Fellpflege → Zeichen für hedonische Dysfunktion & depressive Symptome.
Splash-Test.
Ergebnisse & Interpretation
- MS-Mäuse zeigten reduzierte Fellpflege, was auf Anhedonie hindeutet.
- hM3Dq-Mäuse zeigten normales Verhalten, was zeigt, dass erhöhte mPFC-Aktivität depressive Symptome verhindert.
Sequential Object Recognition (SNOR).
Wann?
Letzter Test
Sequential Object Recognition.
Wie?
- Maus wird mit zwei Objekten konfrontiert, dann eines ausgetauscht.
- Messung der Zeit, die sie mit dem neuen Objekt verbringt.
Sequential Object Recognition.
Warum?
Gedächtnisfunktion.
- Längere Exploration des neuen Objekts → Gutes Gedächtnis.
- Keine Präferenz für das neue Objekt → Gedächtnisdefizit.
Sequential Object Recognition.
Ergebnisse & Interpretation
- MS-Mäuse zeigten schlechtere Gedächtnisleistung.
- hM3Dq-Mäuse zeigten normale Leistung.
DREADDs (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs)
..
Was ermöglichen DREADDs
- Chemogenetische Methode zur gezielten Steuerung neuronaler Aktivität.
- Ermöglicht die Aktivierung oder Hemmung von Neuronen durch künstliche Rezeptoren, die nur auf das Designer-Medikament CNO (Clozapin-N-Oxid) reagieren.
DREADDs (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs)
…
Wie werden diese in die Zielneuronen eingeführt?
Wird durch AAV (Adeno-assoziierte Viren) in die Zielneuronen eingeführt.
DREADDs (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs)
…
Für was wurden sie in dieser Studie verwendet
In dieser Studie wurde hM4Di zur Hemmung und hM3Dq zur Aktivierung von
Neuronen im medialen präfrontalen Kortex (mPFC) verwendet.
OPC (Oligodendrozyten-Vorläuferzellen, Oligodendrocyte Progenitor Cells)
…
Was sind diese
Undifferenzierte Zellen, die sich zu Oligodendrozyten (OL) entwickeln.
OPC (Oligodendrozyten-Vorläuferzellen, Oligodendrocyte Progenitor Cells)
…
Bei was spielen diese eine entscheidende Rolle
Spielen eine entscheidende Rolle in der Myelinisierung des Gehirns, indem sie
später die schützenden Myelinscheiden um Axone bilden.
OPC (Oligodendrozyten-Vorläuferzellen, Oligodendrocyte Progenitor Cells)
…
Was ist bei der Differenzierung besonders
Ihre Differenzierung muss zeitlich reguliert sein – eine zu frühe
Differenzierung, wie in dieser Studie bei MS-Mäusen gezeigt, führt zur Erschöpfung des OPC-Pools im Erwachsenenalter.
Was sind OL (Oligodendrozyten),
für was sind sie gut,
und was wurde hier in dieser Studie gezeigt
- Spezialisierte Gliazellen des zentralen Nervensystems, die für die Produktion von Myelin verantwortlich sind.
- Myelin verbessert die elektrische Leitungsgeschwindigkeit der Nervenzellen und unterstützt die neuronale Funktion.
- In dieser Studie wurde gezeigt, dass frühkindlicher Stress die OPC- Differenzierung beschleunigt, wodurch es später zu einem Defizit an OPCs kommt.
AAV (Adeno-assoziierte Viren, Adeno-Associated Virus)
- Was sind sie
- Wofür wurden sie in dieser Studie verwendet
- Was ist der Vorteil von AAVs
- Virale Vektoren (Trägersysteme), die für die gezielte genetische Manipulation von Neuronen eingesetzt werden.
- In dieser Studie wurde AAV8 verwendet, um die DREADDs (hM4Di/hM3Dq) in die mPFC-Neuronen einzuschleusen.
- Der Vorteil von AAVs ist, dass sie keine eigene Replikation besitzen, was bedeutet, dass sie keine Virusinfektion auslösen
…
[Adenoviren selbst sind hochinfektiös und für das Auslösen von Atemwegserkrankungen oder schwere Durchfälle verantwortlich].
CNO (Clozapin-N-Oxid)
- Was ist es
- Wofür wurde es verwendet
- Chemische Verbindung, die DREADDs aktiviert.
- Wird injiziert, um gezielt hM4Di- oder hM3Dq-exprimierende Neuronen zu
hemmen oder zu aktivieren.
->Spezifisch für DREADD-Rezeptoren, was eine gezielte Manipulation der
neuronalen Aktivität ermöglicht.
