A VISELKEDÉS SZERVEZŐDÉSE - AZ ANYAI MAGATARTÁS SZABÁLYOZÁSA

Átírás

1 A VISELKEDÉS SZERVEZŐDÉSE - AZ ANYAI MAGATARTÁS SZABÁLYOZÁSA Dobolyi Árpád ELTE Élettani és Neurobiológiai Tanszék, MTA-ELTE Molekuláris és Rendszer Neurobiológiai Kutatócsoport

2 AZ ELŐADÁS VÁZLATA A viselkedés jellemzői, motiváció Az anyai viselkedés hormonális szabályozása Az anyai viselkedést szabályozó neuronális hálózatok Kölykök felől érkező ingerek és utódgondozásra kifejtett hatásuk Az anyai viselkedést kísérő agyi molekuláris változások

3 A VISELKEDÉSSEL FOGLALKOZÓ TUDOMÁNYTERÜLETEK Társadalomtudományok - Pszichológia: az ember egyéni viselkedése - Szociológia: az egyén viselkedése a társadalomban - Kultúrantropológia: különböző társadalmak vizsgálata Biológiai tudományok - Etológia: állatok szabad viselkedésének leírása - Magatartástudomány: reprodukálható viselkedés leírása - Szociobiológia: a viselkedés evolúciós haszna - Genetika: gének szerepe, emberben pl. ikerkutatás - Neurobiológia: a viselkedés idegrendszeri mechanizmusai Orvostudomány - Pszichiátria: a kóros viselkedés és annak kezelése - Farmakológia: viselkedési tesztek gyógyszerfejlesztésre

4 VISELKEDÉS Egy lehetséges definíció: az élő szervezet megfigyelhető változása Magasabb rendű állatok esetén 3 féle, társak által megfigyelhető kimenete lehet az idegrendszernek 1. harántcsíkolt izmok összehúzódása - ez a leggyakoribb eset - komplex is lehet: kommunikáció (beszéd, tánc) 2. simaizmok összehúzódása (pl. elpirulás) 3. mirigyek váladéktermelése (pl. verejtékezés)

5 A COM-B MODELL: A VISELKEDÉS 3 SZÜKSÉGES FELTÉTEL KÖLCSÖNHATÁSAKÉNT ALAKUL KI Fizikai vagy pszichológiai képesség Tudatos vagy autonom mechanizmusok, amik aktiválják vagy gátolják az adott viselkedést Fizikai vagy szociális környezet, ami lehetővé teszi a viselkedést Michie et al (2011) Implementation Science

6 MAGASABB SZINTŰ SZERVEZETEK MOTIVÁCIÓJÁNAK SZABÁLYOZÁSA ingerek, kulcsinger

7 Megérthető-e a viselkedés szabályozása? Megérthető-e az agy működése?

8 A VISELKEDÉS EGYSÉGEI A viselkedés kisebb mozzanatokra ún. viselkedési egységekre bontható. Reflex: egy meghatározott ingerre adott egyszerű viselkedési válasz, a legkisebb, már komplettnek tekinthető egység Elementarizmus teóriája: minden viselkedés összeállítható reflexekből.

9 EGY TENGERI MEZTELENCSIGA, AZ APLYSIA (TENGERI NYÚL), ÉS A KOPOLTYÚ VISSZAHÚZÁSI REFLEXE Szifon érintésére a kopoltyú visszahúzódik. Ha az állatra kellemetlen ingert mérünk (fej vagy farok érintés), akkor a szifont érintő gyenge ingerre is erősebben reagál.

10 A KOPOLTYÚ VISSZAHÚZÓDÁSÁÉRT FELELŐS IDEGHÁLÓZAT Szifonból eredő monoszinaptikus reflexív, melyet befolyásol egy fejből, lábból aktivált facilitátor (serkentő) neuron. A facilitátor neuron axon terminálisa preszinaptikusan végződik.

11 A kopoltyú visszahúzódás hosszú idejű növelésének molekuláris mechanizmusa (Eric Kandel, Nobel díj, 2000)

12 MOZGÁSSOR: REFLEXNÉL ÖSSZETETTEBB VISELKEDÉSI VÁLASZ Öröklött magatartásformák: Reflexek esetén: feltétlen reflex Jelentősége: ártalmas ingerre adott gyors, automatikus védekezés Mozgássor esetén: mozgásminta, azaz egy meghatározott ingerre adott, szigorú sorrendben lejátszódó mozgássor (Pl. csont elásása kutyáknál, mókusok diórejtő tevékenysége, rágcsáló anyai viselkedésének egyes elemei)

13 AZ ANYAI MOTIVÁCIÓ ÉS VISELKEDÉS TESZTJEI RÁGCSÁLÓ MODELLBEN Spontán anyai viselkedés megfigyelése (kölykökkel töltött idő, kölykök nyalogatásával töltött idő, szoptatási pózok megfigyelése) Kölyök visszahordási teszt Feldúlt fészek újjáépítése Behatoló hím teszt Feltételes helypreferencia teszt

14 AZ ANYAI MOTIVÁCIÓ TESZTELÉSE: KONDICIONÁLT HELYPREFERENCIA TESZT

15 MIÉRT ÉRDEKES AZ ANYÁK VISELKEDÉSE? Az utódgondozás a legtöbb fajban, közte az összes emlős fajban szükséges a faj fenntartásához, így biológiailag fontos a szabályozási mechanizmusa Az emocionális és szociális viselkedések egy tipikus, és könnyen reprodukálható fajtája, ami modellként szolgálhat más viselkedések megértéséhez A modern tudományos eszköztár lehetővé tette a lényegi kérdések megközelítését, a viselkedés sejtes sőt molekuláris szinten történő megértését

16 A PREOPTIKUS TERÜLET SEJTJEINEK ELHALÁSA MEGSZŰNTETI AZ EGEREK ANYAI MOTIVÁCIÓJÁT AC: comissura anterior, OC: chisma optikum, MPOA: mediális preoptikus terület, vbnst: a bed nucleus stria terminalis ventrális szubdiviziója, VP: ventrális pallidum

17 A HIPOTALAMUSZ: A KÖZTIAGY ALSÓ RÉSZE

18 A PREOPTIKUS TERÜLET MŰKÖDÉSÉRE HATÓ ANYAI HORMONOK Rilling JK and Young LJ (2014) The biology of mammalian parenting and its effect on offspring social development. Science Aug 15; 345:771-6.

19 AZ ANYAI VISELKEDÉS FŐ ALAKÍTÓI SZÜLÉS KÖRNYÉKÉN A HORMONÁLIS, KÉSŐBB A KÖLYKÖK FELŐL EREDŐ BEMENETEK

20 AZ ELŐADÁS VÁZLATA A viselkedés jellemzői, motiváció Az anyai viselkedés hormonális szabályozása Az anyai viselkedést szabályozó neuronális hálózatok Kölykök felől érkező ingerek és utódgondozásra kifejtett hatásuk Az anyai viselkedést kísérő agyi molekuláris változások

21 A KÖLYKÖK FELŐL ÉRKEZŐ BEMENETEK VIZSGÁLATÁNAK MÓDJA: KÖLYKÖK ELVÁLASZTÁSA, MAJD ANYJUKHOZ TÖRTÉNŐ VISSZAADÁSA Anyák viselkedése Kölykök tömege

22 AKTIVÁLÓDÓ (c-fos-pozitív) NEURONOK A PREOPTIKUS TERÜLETEN EGÉR ANYÁKBAN Kontroll anya Kölykeit visszakapó anya Stack EC, Numan M (2000) The temporal course of expression of c-fos and Fos B within the medial preoptic area of postpartum female rats... Behav. Brain Res. 131:

23 SZOPTATÁS-KIVÁLTOTTA PROLAKTIN SZEKRÉCIÓ ANYAPATKÁNYOKBAN Cservenak M, Bodnar I, Usdin TB, Palkovits M, Nagy GM, Dobolyi A. (2010) Tuberoinfundibular peptide of 39 residues is activated during lactation and participates in the suckling-induced prolactin release in rat. Endocrinology 151:

24 MILYEN SEJTEKRE HAT A PROLAKTIN? - pstat5 IMMUNJELÖLÉS Prolaktin receptor szignál transzdukciója: Bernard, V., Young, J., Chanson, P., & Binart, N. (2015). New insights in prolactin: pathological implications. Nature Reviews Endocrinology, 1 11.

25 ANYA EGÉRBEN KIALAKULÓ pstat5 AKTIVÁCIÓ A PREOPTIKUS TERÜLETEN Kölykök jelenlétében Kölykök hiányában

26 NEURONÁLIS (c-fos) ÉS PROLAKTIN-INDUKÁLT (pstat5) AKTIVÁCIÓ EGÉR ANYÁK PREOPTIKUS TERÜLETÉN c-fos és pstat5 dupla immunfestés Szilvia Oláh, Melinda Cservenák, Dávid Keller, Emese Fazekas, Éva Renner, Péter Lőw, Arpád Dobolyi (2017) Prolactin-induced and neuronal activation in the brain of mother mice. Brain Structure and Function

27 A NEURONOK AKTIVÁLÓDÁSÁNAK MEGAKADÁLYOZÁSA AZ ANYAI VISELKEDÉS MEGSZŰNÉSÉHEZ VEZET Wu, Autry, Bergan, Watabe, Dulac (2014) Galanin neurons in the medial preoptic area govern maternal behavior. Nature 509:

28 A PREOPTIKUS TERÜLET IDEGI BEMENETEINEK VIZSGÁLATA RETROGRÁD NYOMJELZŐ ANYAG (CHOLERA TOXIN B ALEGYSÉG - CTB) SEGÍTSÉGÉVEL CTB injekciója az MPN-be CTB injekciója a vbnst-be preoptikus terület

29 A TALAMUSZ POSTERIOR INTRALAMINÁRIS MAGJÁBAN (PIL) ELHELYEZKEDŐ NEURONOK VETÜLNEK A PREOPTIKUS TERÜLETRE, ÉS AKTIVÁLÓDNAK KÖLYKÖK HATÁSÁRA Retrográdan jelölt CTB neuronok a PIL-ben Fos-pozitív neuronok a PIL-ben

30 A PIL PREOPTIKUS TERÜLETRE VETÜLŐ NEURONJAI TARTALMAZZÁK A TIP39 NEVŰ NEUROPEPTIDET Nyomjelző anyag beadási helye Jelölt idegsejtek a thalamus TIP39 sejtjeiben Cservenák M., Szabó É.R., Bodnár I., Lékó A., Palkovits M., Nagy G.M., Usdin T.B., Dobolyi A. (2013) Thalamic neuropeptide mediating the effects of nursing on lactation and maternal motivation. Psychoneuroendocrinology 38:

31 A TUBEROINFUNDIBULÁRIS PEPTID 39 (TIP39) GÉN ÉS mrns AZONOSÍTÁSA A TIP39 aktiválja a parathormon 2 (PTH2) receptort és más receptorhoz nem kötődik. A PTH2 receptornak más liganduma nem ismert A TIP39-et egyetlen gén kódolja, ami más ismert peptidet nem kódol A TIP39-et kódoló mrna szerkezete: Dobolyi, Ueda, Uchida, Palkovits, and Usdin (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. 99:

32 TIP39 NEURONOK SZOPTATÁS HATÁSÁRA BEKÖVETKEZŐ AKTIVÁCIÓJA c-fos aktivitás szoptatás után c-fos + TIP39 c-fos aktivitás kölykeitől elzárt anyában Dobolyi A., Palkovits M., Usdin T.B. (2010) The TIP39-PTH2 receptor system: unique peptidergic cell groups in the brainstem and their interactions with central regulatory mechanisms. Prog. Neurobiol. 90:29-59

33 A PIL-BŐL ÉRKEZŐ ROSTOK VETÜLNEK A PREOPTIKUS TERÜLETEN ANYÁKBAN AKTIVÁLÓDÓ NEURONOKHOZ Nyomjelző anyag a TIP39 által azonosított PIL-be Posterior thalamus A PIL-ből érkező rostok és aktivált neuronok Preoptikus terület ac och Anterográd nyomjelző anyag

34 A TIP39 ROSTOK OLYAN NEURONOK KÖRÜL VÉGZŐDNEK A PREOPTIKUS TERÜLETEN, MELYEK c-fos ACTIVÁCIÓT MUTATNAK ANYÁKBAN KÖLYKÖK HATÁSÁRA TIP39 + Fos immunjelölés TIP39 + Fos + Kv2.1 kálium csatorna

35 GALANIN NEUROPEPTID VAN JELEN A FOS- AKTIVÁCIÓT MUTATÓ NEURONOKBAN Wu, Autry, Bergan, Watabe, Dulac (2014) Galanin neurons in the medial preoptic area govern maternal behavior. Nature 509:

36 A PREOPTIKUS GALANIN NEURONOKAT MEGKÖZELÍTIK A TIP39 TARTALMÚ VÉGZŐDÉSEK TIP39-ir végződések + Galanin-ir neuronok anyapatkányok preoptikus területén Cservenák M, Kis V, Keller D, Dimén D, Menyhárt L, Oláh S, Szabó ÉR, Barna J, Renner É, Usdin TB, Dobolyi A. (2017) Maternally involved galanin neurons in the preoptic area of the rat. Brain Struct Funct. 222:

37 TIP39 VÉGZŐDÉSEK SZINAPSZISOKAT FORMÁLNAK GALANIN NEURON SEJTTESTEN A MEDIÁLIS PREOPTIKUS TERÜLETEN

38 PTH2 RECEPTORT (A TIP39 RECEPTORA) KIFEJEZŐ NEURONOK AZ EGÉR HIPOTALAMUSZÁBAN X-gal hisztokémia olyan egérben, ahol a PTH2 receptor promotere irányítja a b-galaktozidáz enzim kifejeződését Dobolyi A., Dimitrov E., Palkovits M., Usdin T.B. (2012) The neuroendocrine functions of the parathyroid hormone 2 receptor. Front Endocrinol. 3, 121:1-10

39 AZ ANYAI VISELKEDÉST SZABÁLYOZÓ NEURONÁLOS HÁLÓZATOK FUNKCIONÁLIS VIZSGÁLATA KEMOGENETIKAI ESZKÖZÖKKEL

40 KEMOGENETIKA: TERVEZETT LIGANDUMOK ÁLTAL AKTIVÁLT TERVEZETT RECEPTOROK (DREADD: Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs) A kísérletek elvi alapja: A tervezett, részben mesterséges (designer) receptort a célsejtekbe juttatjuk. Ezeket endogén ligandum nem befolyásolja, csak az általunk bejuttatott szerek. Előny optogenetikához képest: - Nem invazív - Hosszú idejű hatás kiváltható Hátrány: - Rossz az időbeli felbontása

41 PÉLDÁK MESTERSÉGESEN TERVEZETT RECEPTOROKRA

42 KEMOGENETIKAI KÍSÉRLET KIVITELEZÉSE

43 PTH2 RECEPTOR ANTAGONISTÁT (HYWY-TIP39-ET) KIFEJEZŐ VÍRUS HATÁSA A KÖLYKÖK ÁLTAL KONDICIONÁLT HELYPREFERENCIÁRA Cservenák M., Szabó É.R., Bodnár I., Lékó A., Palkovits M., Nagy G.M., Usdin T.B., Dobolyi A. (2013) Thalamic neuropeptide mediating the effects of nursing on lactation and maternal motivation. Psychoneuroendocrinology 38:

44 KONKLÚZIÓ: A TIP39 SEJTEK KÖZVETÍTHETIK A KÖLYKÖK FELŐL A SZOMATOSZENZOROS ANYAI MOTIVÁCIÓS INGEREKET A PREOPTIKUS TERÜLETRE 1. Vetülnek az anyai motivációt szabályozó mediális preoptikus területre 2. Beidegeznek kölykök hatására aktiválódó neuronokat, pl. a galanin neuronokat 3. Aktiválódnak szoptatás alatt 4. A TIP39 receptora (PTH2 receptor) jelen van a mediális preoptikus területen 5. A PTH2 receptort kifejező neuronok kemogenetikai gátlása csökkentette a fészeképítés intenzitását 6. PTH2 receptor antagonista megszűntette a kölyökasszociált ketrec preferenciáját

45 A POSTERIOR THALAMUS INTRALAMINÁRIS KOMPLEXÉBEN ÁTKAPCSOLÓDÓ TIP39-TARTALMÚ FELSZÁLLÓ PÁLYÁK

46 A PIL NEURONÁLIS BEMENETEI - CTB RETROGRÁD NYOMJELZÉS Cservenák M, Keller D, Kis V, Fazekas EA, Öllös H, Lékó A, Szabó ÉR, Renner É, Usdin TB, Palkovits M, Dobolyi A. (2017) A thalamo-hypothalamic pathway that activates oxytocin neurons in social contexts in female rats. Endocrinology. 158:

47 AZ ELŐADÁS VÁZLATA Az anyai viselkedés jellemzői rágcsálókban Az anyai viselkedést szabályozó hormonok A prolaktin felszabadulás szabályozása, a szoptatás indukálta felszabadulás idegpályája Az anyai viselkedést szabályozó neuronális bemenetek Az anyai viselkedést kísérő agyi molekuláris változások

48 KÉRDÉS Milyen gének játszanak szerepet az ivadékgondozás során aktiválódó neuronokban? A KÍSÉRLETI ELRENDEZÉS RNS/fehérje tartalmat hasonlítottuk össze a hipotalamusz preoptikus területén 10 nappal a szülést követően, a következő csoportok között: 1. a kölykeiket nevelő patkány anyák; 2. olyan anyaállatok, akiktől közvetlenül a szülés után elvettük a kölykeiket MÓDSZER Rendszerbiológia eszközök, melyek egyszerre nagyon sok gént/fehérjét képesek összehasonlítani: RNS szekvenálás, microarray, proteomika

49 AZ AMYLIN INDUKCIÓJA ANYA PATKÁNYOK PREOPTIKUS TERÜLETÉN MICROARRAY

50 AZ AMYLIN NEVŰ NEUROPEPTID INDUKCIÓJA ÉS ELOSZLÁSA ANYAÁLLATOK PREOPTIKUS TERÜLETÉN qrt-pcr In situ hibridizációs hisztokémia Szabó ER, Cservenák M, Dobolyi A (2012) Amylin is a novel neuropeptide with potential maternal functions. FASEB J. 26:

51 AZ AMYLIN NEURONOK A KÖLYKÖK HATÁSÁRA c-fos AKTIVÁCIÓT MUTATNAK ANYAÁLLATOKBAN c-fos + amylin immunfestés Dobolyi A. (2009) Central amylin expression and its induction in rat dams. J. Neurochem. 111:

52 AZ AMYLINNEL KAPCSOLATOS EREDMÉNYEK ÖSSZEFOGLALÁSA 1. Microarray technikával találtunk egy új, korábban az agyban nem ismert peptidet 2. Az amylin expressziója az anyai viselkedés kialakulásával növekszik 3. Az amylin sejtek aktiválódnak anyaállatokban a kölykök hatására 4. Amylin hiányában csökkent mértékű az anyai motiváció

53 2. dimension: molekulasúly ANYAI VÁLTOZÁST MUTATÓ FEHÉRJÉK 2-D GÉLEN 1. dimension: isoelektromos fókuszálás (ph 3-10) Spots of proteins with increased and reduced levels in mothers Udvari EB, Völgyi K, Gulyássy P, Dumén D, Kis V, Barna J, Szabó ÉR, Lubec G, Juhász G, Kékesi KA, Dobolyi A. (2017) Synaptic proteome changes in the hypothalamus of mother rats. J Proteomics. 159:54-66

54 ANYAI VÁLTOZÁST MUTATÓ FEHÉRJÉK KÖZÖS SZABÁLYOZÓFEHÉRJÉI

55 EGY KÖZÖS REGULÁTOR, AZ INZULINSZERŰ-NÖVEKEDÉSI FAKTOR-1 (IGF-1) CSÖKKENTI AZ ANYAI MOTIVÁCIÓT (KÖLYÖKVISSZAHORDÁSI TESZT) Lékó AH, Cservenák M, Szabó ÉR, Hanics J, Alpár A, Dobolyi A (2017) Insulin-like growth factor I and its binding protein-3 are regulators of lactation and maternal responsiveness. Scientific Reports, 7:3396.

56 A SZÜLŐI GONDOSKODÁS AGYI SZUBSZTRÁTUMA EMBERBEN Módosítva a következő cikkből: James E. Swain (2011) The human parental brain. Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry 35:

57 PTH2 RECEPTOR IMMUNREAKTIVITÁS A HUMÁN PREOPTIKUS TERÜLETEN Bagó A.G., Dimitrov E., Saunders R., Seress L., Palkovits M., Usdin T.B., Dobolyi A. (2009) Parathyroid hormone 2 receptor and its endogenous ligand tuberoinfundibular peptide of 39 residues are concentrated in endocrine, viscerosensory and auditory brain regions in macaque and human. Neuroscience 162:

58 Köszönöm a figyelmet!