Hjärnkretsar som utlöser överätande identifierade
26 september 2013 i neurovetenskap
Jennings och kollegors arbete identifierar en neural krets som ligger bakom ätbeteende hos möss. Genom att använda optogenetik för att rikta in sig på denna neurala krets kunde forskarna driva respektive hämma matningsbeteende på överraskande sätt, inklusive för att stimulera utfodring hos välmatade möss och för att hämma matning hos hungriga möss. Denna speciella bild visar hur stimulering av den neurala kretsen som forskarna identifierade framkallade matning hos möss vars energibehov redan hade uppfyllts. Kredit: Josh Jennings
Jennings och kollegors arbete identifierar en neural krets som ligger bakom ätbeteende hos möss. Genom att använda optogenetik för att rikta in sig på denna neurala krets kunde forskarna driva respektive hämma matningsbeteende på överraskande sätt, inklusive för att stimulera utfodring hos välmatade möss och för att hämma matning hos hungriga möss. Denna speciella bild visar hur stimulering av den neurala kretsen som forskarna identifierade framkallade matning hos möss vars energibehov redan hade uppfyllts. Kredit: Josh Jennings
För sextio år sedan kunde forskare elektriskt stimulera en del av en muss hjärna som fick musen att äta, vare sig hungrig eller inte. Nu har forskare från UNC School of Medicine identifierat de exakta cellulära anslutningarna som är ansvariga för att utlösa det beteendet. Fyndet, publicerat 27 september i tidskriften Vetenskap, ger insikt i en orsak till fetma och kan leda till behandlingar för anorexi, bulimia nervosa och hetsätningsstörning – den vanligaste ätstörningen i USA.
"Studien understryker att fetma och andra ätstörningar har en neurologisk grund, säger senior studieförfattare Garret Stuber, PhD, biträdande professor vid avdelningen för psykiatri och avdelningen för cellbiologi och fysiologi. Han är också medlem i UNC Neuroscience Center. "Med ytterligare studier kan vi ta reda på hur man reglerar aktiviteten hos celler i en specifik region av hjärnan och utvecklar behandlingar."
Cynthia Bulik, framstående professor i ätstörningar vid UNC School of Medicine och Gillings School of Global Public Health, sa: "Stubers arbete borrar ner till det exakta biologiska mekanismer som driver hetsätning och leder oss bort från stigmatiserande förklaringar som åberopar skuld och brist på viljestyrka." Bulik var inte en del av forskargruppen.
Tillbaka på 1950-talet, när forskare elektriskt stimulerade en del av hjärnan som kallas den laterala hypotalamus, visste de att de stimulerade många olika typer av hjärnceller. Stuber ville fokusera på en celltyp - gaba-neuroner i bäddkärnan i stria terminalis, eller BNST. BNST är en outcropping av amygdala, den del av hjärnan som är förknippad med känslor. BNST bildar också en bro mellan amygdala och den laterala hypotalamus, hjärnregionen som driver primala funktioner som att äta, sexuellt beteende och aggression.
BNST gaba-neuronerna har en cellkropp och en lång sträng med grenade synapser som sänder elektriska signaler in i den laterala hypotalamus. Stuber och hans team ville stimulera dessa synapser genom att använda en optogenetisk teknik, en involverad process som skulle låta honom stimulera BNST-celler helt enkelt genom att skina ljus på deras synapser.
Typiskt hjärnceller reagera inte på ljus. Så Stubers team använde genetiskt modifierade proteiner - från alger - som är känsliga för ljus och använde genetiskt modifierade virus för att leverera dem till hjärnan på möss. Dessa proteiner uttrycks sedan endast i BNST-cellerna, inklusive i synapserna som ansluter till hypotalamus.
Hans team implanterade sedan fiberoptiska kablar i hjärnan på dessa specialuppfödda möss, och detta gjorde det möjligt för forskarna att skina ljus genom kablarna och på BNST-synapser. Så fort ljuset träffade BNST-synapser började mössen äta glupskt även om de redan hade fått bra mat. Dessutom visade mössen en stark preferens för mat med hög fetthalt.
"De skulle i princip äta upp till hälften av sitt dagliga kaloriintag på cirka 20 minuter," sa Stuber. "Detta tyder på att denna BNST-väg kan spela en roll i matkonsumtion och patologiska tillstånd som hetsätning."
Stimulering av BNST ledde också till att mössen uppvisade beteenden associerade med belöning, vilket tyder på att lysande ljus på BNST-celler ökade nöjet att äta. Å andra sidan, att stänga av BNST-vägen gjorde att möss visade lite intresse för att äta, även om de hade blivit berövade mat.
"Vi kunde verkligen komma in på den exakta neurala kretsanslutningen som orsakade detta fenomen som har observerats i mer än 50 år," sa Stuber.
Studien, som använder teknik som lyfts fram i det nya National Institutes of Health Brain Initiative, tyder på att felaktiga ledningar i BNST-celler kan störa hunger- eller mättnadssignaler och bidra till mänskliga ätstörningar, vilket leder till att människor äter även när de är mätta eller att undvika mat när de är hungriga. Ytterligare forskning behövs för att avgöra om det skulle vara möjligt att utveckla läkemedel som korrigerar en felaktig BNST-krets.
"Vi vill faktiskt observera den normala funktionen hos dessa celltyper och hur de avfyrar elektriska signaler när djuren äter eller är hungriga," sa Stuber. "Vi vill förstå deras genetiska egenskaper - vilka gener som uttrycks. Till exempel, om vi hittar celler som verkligen blir aktiverade efter hetsätning, kan vi titta på genuttrycksprofilen för att ta reda på vad som gör dessa celler unika från andra neuroner."
Och det, sa Stuber, skulle kunna leda till potentiella mål för läkemedel att behandla vissa populationer av patienter med ätstörningar.
Mer information: "The inhibitory Circuit Architecture of the Lateral Hypothalamus Orchestrates Feeding," av JH Jennings et al. Vetenskap2013
Tillhandahålls av University of North Carolina Health Care
;