Hersenkringlopen die te veel eten lokaliseren
September 26th, 2013 in Neuroscience
Het werk van Jennings en collega's identificeert een neuraal circuit dat ten grondslag ligt aan het voedingsgedrag van muizen. Met behulp van optogenetics om zich op dit neurale circuit te richten, waren de onderzoekers in staat om respectievelijk het voedingsgedrag op verrassende manieren aan te sturen en te remmen, waaronder om het voeden van goed gevoede muizen te stimuleren en het eten bij hongerige muizen te remmen. Dit specifieke beeld laat zien hoe stimulatie van het neurale circuit dat de onderzoekers vonden aanleiding gaf tot voeding bij muizen wiens energiebehoefte al was bereikt. Krediet: Josh Jennings
Het werk van Jennings en collega's identificeert een neuraal circuit dat ten grondslag ligt aan het voedingsgedrag van muizen. Met behulp van optogenetics om zich op dit neurale circuit te richten, waren de onderzoekers in staat om respectievelijk het voedingsgedrag op verrassende manieren aan te sturen en te remmen, waaronder om het voeden van goed gevoede muizen te stimuleren en het eten bij hongerige muizen te remmen. Dit specifieke beeld laat zien hoe stimulatie van het neurale circuit dat de onderzoekers vonden aanleiding gaf tot voeding bij muizen wiens energiebehoefte al was bereikt. Krediet: Josh Jennings
Zestig jaar geleden konden wetenschappers een gebied van de hersenen van een muis elektrisch stimuleren, waardoor de muis ging eten, of hij nu honger had of niet. Nu hebben onderzoekers van de UNC School of Medicine de precieze cellulaire verbindingen vastgesteld die verantwoordelijk zijn voor het triggeren van dat gedrag. De bevinding, gepubliceerd op 27 september in het tijdschrift Wetenschap, geeft inzicht in een oorzaak van obesitas en kan leiden tot behandelingen voor anorexia, boulimia nervosa en eetbuistoornis, de meest voorkomende eetstoornis in de Verenigde Staten.
“De studie onderstreept dat obesitas en andere eetstoornissen een neurologische basis, ”Zei senior studie auteur Garret Stuber, PhD, assistent-professor in de afdeling psychiatrie en afdeling cellenbiologie en fysiologie. Hij is ook lid van het UNC Neuroscience Center. "Met verder onderzoek zouden we erachter kunnen komen hoe we de activiteit van cellen in een specifiek gebied van de hersenen kunnen reguleren en behandelingen kunnen ontwikkelen."
Cynthia Bulik, Distinguished Professor of Eating Disorders aan de UNC School of Medicine en de Gillings School of Global Public Health, zei: biologische mechanismen die eetbuien stimuleren en ons wegleiden van stigmatiserende verklaringen die de schuld en een gebrek aan wilskracht oproepen. " Bulik maakte geen deel uit van het onderzoeksteam.
Terug in de 1950s, toen wetenschappers een deel van de hersenen elektrisch stimuleerden dat de laterale hypothalamus wordt genoemd, wisten ze dat ze veel verschillende soorten hersencellen stimuleerden. Stuber wilde zich concentreren op één celtype-gaba-neuronen in de bedkern van de stria-terminis, oftewel BNST. De BNST is een outcropping van de amygdala, het deel van de hersenen dat geassocieerd is met emotie. De BNST vormt ook een brug tussen de amygdala en de laterale hypothalamus, het hersengebied dat primaire functies zoals eten, seksueel gedrag en agressie aandrijft.
De BNST-gaba-neuronen hebben een cellichaam en een lange streng met vertakte synapsen die uitzenden elektrische signalen in de laterale hypothalamus. Stuber en zijn team wilden die synapsen stimuleren door gebruik te maken van een optogenetische techniek, een betrokken proces dat hem de mogelijkheid zou geven om BNST-cellen te stimuleren door simpelweg hun synapsen te belichten.
Typisch, hersencellen reageer niet op licht. Dus het team van Stuber gebruikte genetisch gemanipuleerde eiwitten - van algen - die gevoelig zijn voor licht en gebruikte genetisch gemanipuleerde virussen om ze in de hersenen van muizen af te leveren. Die eiwitten komen vervolgens alleen tot expressie in de BNST-cellen, ook in de synapsen die verbinding maken met de hypothalamus.
Zijn team implanteerde vervolgens glasvezelkabels in de hersenen van deze speciaal gefokte muizen en dit liet de onderzoekers licht door de kabels en op BNST-synapsen schijnen. Zodra het licht de BNST-synapsen trof, begonnen de muizen vraatzuchtig te eten, hoewel ze al goed gevoed waren. Bovendien toonden de muizen een sterke voorkeur voor voedingsmiddelen met een hoog vetgehalte.
"Ze zouden in feite tot de helft van hun dagelijkse calorie-inname eten in ongeveer 20 minuten," zei Stuber. "Dit suggereert dat deze BNST-route een rol zou kunnen spelen bij voedselconsumptie en pathologische aandoeningen zoals eetaanvallen."
Het stimuleren van de BNST leidde er ook toe dat de muizen gedrag vertonen dat verband houdt met beloning, wat suggereert dat een schijnend licht op BNST-cellen het plezier van het eten verhoogde. Aan de andere kant zorgde het afsluiten van de BNST-route ervoor dat muizen weinig interesse toonden in eten, zelfs als ze geen eten hadden gekregen.
"We waren in staat om echt thuis te komen in de precieze neurale circuitverbinding die dit fenomeen veroorzaakte dat al meer dan 50 jaar wordt waargenomen," zei Stuber.
De studie, die technologieën gebruikt die in het nieuwe National Institutes of Health Brain Initiative worden benadrukt, suggereert dat defecte bedrading in BNST-cellen de honger of verzadiging kan verstoren en kan bijdragen aan menselijke eetstoornissen, waardoor mensen kunnen eten zelfs als ze vol zijn of om te vermijden voedsel als ze honger hebben. Verder onderzoek is nodig om te bepalen of het mogelijk is om geneesmiddelen te ontwikkelen die een slecht functionerend BNST-circuit corrigeren.
"We willen de normale functie van deze celtypen echt observeren en hoe ze elektrische signalen afgeven wanneer de dieren eten of honger hebben," zei Stuber. “We willen hun genetische kenmerken begrijpen - welke genen worden uitgedrukt. Als we bijvoorbeeld cellen vinden die echt geactiveerd worden na eetaanvallen, kunnen we dan naar het genexpressieprofiel kijken om erachter te komen wat die cellen uniek maakt van andere neuronen. "
En dat, zei Stuber, zou kunnen leiden tot potentiële targets voor medicijnen om bepaalde populaties van patiënten te behandelen eetstoornissen.
Meer informatie: "De remmende circuitarchitectuur van de laterale hypothalamus orkestreert voeding", door JH Jennings et al. Wetenschap2013.
Geleverd door University of North Carolina Health Care
;
