Variation i oxytocinreceptortätheten i Nucleus Accumbens har olika effekter på affiliativ beteende hos monogamiska och polygamiska volymer (2009)

J Neurosci. Författarens manuskript; tillgänglig i PMC Oct 27, 2009.

Publicerad i slutredigerad form som:

PMCID: PMC2768419

NIHMSID: NIHMS93410

Förläggarens slutredigerade version av den här artikeln finns gratis på J Neurosci

Se andra artiklar i PMC som citerar den publicerade artikeln.

Gå till:

Abstrakt

Oxytocinreceptorer i nucleus accumbens har varit inblandade i regleringen av alloparentalt beteende och bildning av parbindningar i den socialt monogama prärien. Oxytocinreceptordensitet i nucleus accumbens är positivt korrelerad med alloparenting i juvenila och vuxna kvinnliga prärievolter, och oxytocinreceptorantagonist infunderad i nucleus accumbens blockerar detta beteende. Dessutom har prärievolymer högre tätheter av oxytocinreceptorer i accumbens än icke-monogamösa gnagare och blockering av ackumulerade oxytocinreceptorer förhindrar bildning av parningsinducerad partnerpreferens. Här använde vi adeno-associerad viral vektorgenöverföring för att undersöka det funktionella förhållandet mellan ackumulerad oxytocinreceptordensitet och socialt beteende i prärie- och ängsvolder. Vuxna präriekvinnor som överuttrycker oxytocinreceptor i nucleus accumbens uppvisade accelererad partnerpreferensbildning efter samliv med en hane, men visade inte förbättrad alloparental beteende. Partnerpreferens underlättades emellertid inte i icke-monogama ängsvolor genom införande av oxytocinreceptor i nucleus accumbens. Dessa data bekräftar en roll för oxytocinreceptor i accumbens vid reglering av partnerpreferenser hos kvinnliga prärievolter, och antyder att oxytocinreceptoruttryck i accumbens inte är tillräckligt för att främja partnerpreferenser i icke-monogama arter. Dessa data är de första som visar ett direkt samband mellan oxytocinreceptordensitet i nucleus accumbens och variation i sociala vidhäftningsbeteenden. Således kan individuell variation i oxytocinreceptoruttryck i striatum bidra till naturlig mångfald i sociala beteenden.

Nyckelord: mödrar, virus, preferens, neuropeptid, kognition, autoradiografi

INLEDNING

Mikrotingnagare uppvisar en anmärkningsvärd mångfald i sociala beteenden, allt från mycket tillhörande och socialt monogam, till relativt asociala och promiskuösa parningsstrategier (Gruderadams och Getz, 1985). Den socialt monogama prärievollen (Microtus ochrogaster) bildar varaktiga sociala anknytningar, eller kopplar ihop parter, till en partner av motsatt kön efter samliv och parning, medan icke-monogama ängsvingar (Microtus pennsylvanicus) gör det vanligtvis inte. Sexuella naiva kvinnliga prärievolym hos vuxna uppvisar betydande mångfald i sitt spontana vårdande beteende, eller alloparentala beteende, med ungefär hälften uppvisar moderliknande beteende gentemot valpar medan resten antingen ignorerar eller attackerar valpar (Lonstein och De Vries, 1999; Balar och Carter, 2003; Olazabal och Young, 2005). Sålunda ger voles ett utmärkt tillfälle att undersöka de neurobiologiska mekanismerna som ligger till grund för social bindning och alloparental vård, liksom mekanismerna som leder till mångfald i dessa beteenden både över arter och mellan individer.

Nonapeptidoxytocin (OT) har varit inblandat i reglering av både partnerpreferensbildning och alloparentalt beteende i prärievolum. Infusion av en oxytocinreceptor (OTR) -antagonist i nucleus accumbens (NAcc), men inte i den intilliggande kaudat-putamen-blocken parningsinducerade partnerpreferensbildning, en laboratorieproxy för parbindningsbildning (Young et al., 2001). Liknande infusioner av OTR-antagonist i NAcc blockerar också alloparentalt beteende hos jungfru kvinnor (Olazabal och Young, 2006b). Således underlättar aktivering av OTR i NAcc både partnerpreferensbildning och alloparentalt beteende hos kvinnliga prärievolter.

Variationen i OTR-täthet i NAcc har antagits för att bidra till artsskillnader i social organisation och alloparentalt beteende. Prairie voles har hög täthet av OTR i NAcc, medan icke-monogama ängvolder, möss och råttor inte (Insel och Shapiro, 1992; Olazabal och Young, 2006a). Prairie voles uppvisar också högre nivåer av alloparental beteende än ängen voles, möss eller råttor (Olazabal och Young, 2006a). Parallellt med detta förhållande mellan arter mellan OTR-densitet i NAcc och föräldrars beteende är OTR-densitet i NAcc positivt korrelerat med alloparentalt beteende i både ungdomar och vuxna kvinnliga prärievolter (Olazabal och Young, 2006b, a). I denna studie använde vi adeno-associerad viral vektor (AAV) genöverföring för att direkt testa hypotesen att variation i NAcc OTR-täthet kan bidra till variation i social bindning och alloparentalt beteende. Vuxna prärievolymer kvinnor infunderades bilateralt i NAcc med en AAV som kodar för prärievollen OTR-genen, vilket resulterade i en signifikant förhöjning av OTR-bindning. Djur testades sedan med avseende på alloparentalt beteende och bildning av partnerpreferenser. Vi testade sedan hypotesen att OTR-uttryck i NAcc var tillräckligt för att underlätta bildning av partnerpreferenser genom att infusera kvinnliga ängsvolvar med samma vektor. Vi förutspådde att jämfört med kontroller skulle överuttryck av kvinnliga prärievolymer visa ökat alloparatiskt beteende och snabbare bildning av partnerpreferenser. Vidare förutspådde vi att ängsvollhonor som uttrycker OTR i NAcc skulle utveckla partnerpreferenser gentemot manliga partners.

MATERIAL OCH METODER

djur

Prairie- och ängsvolym hölls i samma könsgrupper med 2-3 voles / bur från tidpunkten för avvänjning vid 21-23 dagars ålder. Huset bestod av ett ventilerat 36 × 18 × 19cm Plexiglasbur fylld med Bed-ocobbs Laboratory Animal Bedding under en 14: 10 timmar ljus / mörk cykel vid 22 ° C med tillgång till mat (kanin LabDiet, Richmond, IN) och vatten ad libitum . Prairievolyterna erhölls från vår laboratorieavelkoloni som ursprungligen härstammade från fältfångade voles i Illinois. Ängvolor härstammade från bestånd som erhållits från en uppfödningskoloni vid Florida State University. Ämnen var 2-5 månader gamla intakt sexuellt naiva kvinnliga volanger. Stimulusdjur var sexuellt erfarna vuxna manliga volanger. Varje hane tjänade som en "partner" och en "främling" under partnerens preferensprov (se nedan). Litterkameror tilldelades olika behandlingsgrupper för att kontrollera förändringar inom kullar och i burar. Alla procedurer godkändes av Emory University Institutional Animal Care and Use Committee.

Adeno-associerade virala vektorer

OTR-kodningssekvensen skapades genom skarvning av det första exonet av en prärie vole OTR genomisk klon som kodar för de första fem transmembrandomänerna (Genbank accessionsnummer AF079980) och 3 ′-änden av OTR-amplifierad från prärie vole uterus cDNA. Den kodande sekvensen omramades med användning av PCR för att eliminera UTR: erna och tillhandahålla nya flankerande restriktionsställen för att underlätta kloning i AAV-vektorplasmiden. Den modifierade genen klonades sedan i en AAV2-vektorplasmid mellan en 0.6 kb cytomegalovirus (CMV) -promotor och ett SV40-DNA-fragment innehållande SV40 liten t intron- och polyA-signal. AAV2-OTR korspaketerades i AAV9 genom en trippel plasmidtransfektion in i AAV-293-celler (Stratagene, La Jolla, CA) med användning av en standardkalkylfosfatutfällningsmetod. Inget hjälpvirus användes. En AAV2-eGFP-plasmid förpackades parallellt i AAV9 som en negativ kontrollvektor. I korthet tillhandahåller varje AAV-vektorplasmid, en AAV2 / 9 rep / cap-plasmid som tillhandahåller AAV2-replikas- och AAV9-kapsidfunktioner och en 3rd plasmid som kodar för Adenovirus-hjälparfunktioner, pHelper (Stratagene), ko-transfekterades till 293-celler i ett molförhållande av 1: 1: 1. Celler skördades 48 timmar efter transfektion. Cellpelletsen suspenderades sedan igen i DMEM, och de intracellulära viruspartiklarna frisattes i tre på varandra följande omgångar med frys-tina, följt av centrifugering vid 13,000 rpm under 10 min på en centrifug på bordet för att avlägsna partiklar. Vektorlagren lagrades vid −80 C och titrerades med PCR i realtid med användning av ett ABI Prism 7700 Sequence Detection System från Perkin-Elmer Applied Biosystems (Foster City, CA). Titrarna var i storleksordningen 1012 DRP / ml. (DRP = Dnase Resistant Particles).

Viral vektorinfusion

Stereotaxiska infusioner utfördes under isofluranbedövning i en Kopf stereotax utrustad med en Ultra Micro Pump II (World Precision Instruments, Sarasota, FL) och en 26-gauge Hamilton-spruta. Hunnar injicerades bilateralt i skalet på NAcc (prärievolum: AP + 1.7mm, ML .9mm, DV −4.5mm, ängsvolvar: AP + 1.6mm, ML. 9mm, DV −4.3mm) med 750nl av antingen en AAV innehållande vullen oxytocinreceptor (CMV-OTR, N = 12) eller en eGFP-uttrycksvektor (CMV-GFP, N = 16). Virus infunderades med en hastighet av 93.8nl / min. Injektionssprutan lämnades på plats under 5 min efter infusion för att minimera diffusion av vektor upp i nålspåret. Skamopererade djur (N = 9) bedövades och hade hårbotten snittade och suturerades. Efter operationen grupperades djur tills tiden för partnerprövningsbeteende. Preliminära studier indikerade att OTR-expression på injektionsstället var stabilt efter 10 dagar.

Alloparentalt beteendestest

En månad efter injektionen testades prärievolvorna för alloparentalt beteende. Testning inträffade mellan 0800 och 1800hr. Testdjur placerades i en stor ren bur (45.5 × 24 × 20 cm) och fick acklimatiseras under 15 minuter. Två ungar (2-5 dagars ålder) placerades i ena änden av buret. Latensen för att närma sig valparna, antalet djur som attackerade valparna och hur mycket tid som spenderades, svävar och hämtar valparna registrerades. En latens på 900 sekunder tilldelades djur som inte närmade sig valparna under 15 minuters test för statistisk analys. Testningen avbröts omedelbart om honan attackerade valparna. Djur kategoriserades som alloparental om de tillbringade> 30 sek att slicka valparna utan att attackera. Baserat på resultaten från experimentet med prärievolvar testades inte ängvolvar för alloparentalt beteende.

Test av partnerpreferenser (Prairie Vole)

En månad efter alloparental beteendestestning och två månader efter AAV-infusion fick kvinnor 4 μg östradiolbensoat (EB; Fisher, Pittsburgh, PA) upplöst i 0.1ml sesamolja IP dagligen under 3 dagar före parning för att inducera sexuell mottaglighet . 16 timmar efter de sista EB-injektionsdjuren placerades i en ren bur (28 × 17 × 12cm) med en sexuellt erfaren vuxen hane under 6 timmar och återvände sedan till grupphus. Parningsbeteende registrerades under den inledande 6 timmars sambosättningen. Latensen för första intromission och antalet parningsprocesser under den första timmen fick poäng. En latens på 3600 sekunder tilldelades djur som inte parade sig under 1 timmarsperioden för statistisk analys. Följande morgon (14 timmar efter samboendet) testades djuren för partnerpreferens. I ett partnerpreferentstest placeras den experimentella kvinnan i en neutral centrumkammare i en tre-kammarapparat, där partnerhannen är bunden i en sidokammare och en ny "främling" -hane är bunden i den andra (Williams et al., 1992). Det experimentella djuret är fritt att röra sig genom kamrarna och tiden som tillbringas i närheten av varje hane registreras med hjälp av ett automatiserat strålbrottssystem (Curtis och Wang, 2005b, a; Lim et al., 2007).

En dag senare parades kvinnorna igen med samma partner under ytterligare 12 timmar sambo. Kvinnorna testades sedan igen för partnerpartner (18 timmars total kontakttid). Detta tvåstegsparadigm användes för att maximera vår upptäckt av en underlättande av partnerpreferenttest, eftersom det finns variation i tröskeltiden som krävs för att bilda en partnerpreferens. Djur ansågs ha en partnerpreferens om de tillbringade dubbelt så mycket tid i närheten med partneren jämfört med främlingen.

Partnerprövningstest (Meadow vole)

Vanligtvis bildar ängvolgar från vår koloni inte en parbindning efter 24hrs matexponering. För detta experiment utfördes därför partnerpreferenttester efter en samliv av 24 och ytterligare 48 timmar (72 timmar totalt). Alla andra behandlings- och testmetoder är desamma som ovan.

Vävnadssamling och bearbetning

Efter beteendeförsöken halshuggdes djuren efter djup bedövning med isofluoran. Hjärnor samlades sedan och frystes på pulveriserad torris. Hjärnorna delades genom NAcc i 6-serien vid 20μm, på en kryostat, på Fisher Frost-plus-objektglas. Slides lagrades vid −80C tills de användes i autoradiografi.

OTR Autoradiografi

OTR-receptorautoradiografi användes för att bedöma OTR-bindning i AAV-injicerade djur. Autoradiografi utfördes som beskrivits tidigare med små ändringar (Insel et al., 1991; Wang och Young, 1997). Avsnitt avlägsnades från -80C-lagring, fick lufta, doppades i 0.1% paraformaldehyd i fosfatbuffrad saltlösning (pH 7.4) och sköljdes två gånger i 50 mM Tris-buffert (pH 7.4) för att avlägsna endogent OT. Därefter inkuberades vävnaden i 50 pM 125I-OVTA (NEX 254050UC PerkinElmer, Waltham, MA) under en timme. Obundet radioligand avlägsnades med fyra tvättar i 50mM Tris plus 2% MgCl2 (pH 7.4) och doppades därefter i dH20 och lufttorkades under en ström av sval luft. När de var torra exponerades sliden för BioMax MR-film (Kodak, Rochester, NY) under 72 timmar. Två CMV-OTR och ett CMV-GFP-djur utesluts från beteendeanalysen på grund av injektionsmissningar.

GFP Immunohistochemistry

En undergrupp av djuren (N = 5) injicerad med CMV-GFP, perfunderades transkardiellt med 50 ml PBS, följt av 50 ml 4% paraformaldehyd i 0.1 M fosfatbuffert innehållande 2.5% akrolein (Polysciences, Warrington, PA). Omedelbart efter perfusion avlägsnades hjärnorna och lagrades vid 4 ° C i 30% sackaroslösning fram till avsnitt. Hjärnorna skars i 25μm koronalsektioner med en frysning av mikrotom och lagrades fritt flytande i kryoprotektantlösning vid -20 ° C tills immunhistokemisk behandling.

En 1: 6-serie genom rostrocaudalaxeln i varje hjärna behandlades för GFP. I korthet avlägsnades sektioner från kryoprotektionslösningen, sköljdes omfattande i kaliumfosfatbuffrad saltlösning (pH 7.4) och reagerade sedan under 15 minuter i 1% natriumborhydrid för att avlägsna överskott av aldehyder. Sektioner inkuberades sedan i primär antikroppslösning riktad mot GFP i kaliumfosfatbuffrad saltlösning (KPBS) innehållande 0.1% Triton-X under 1 timme vid rumstemperatur följt av 48 timmar vid 4 ° C. Celler innehållande GFP identifierades med användning av en polyklonal kanin-anti-GFP-antikropp (kat. Nr. A6455, Invitrogen, Carlsbad, CA) i en koncentration av 1: 100,000. Efter primär antikroppsinkubation sköljdes vävnaden i KPBS, inkuberades under 1 timme i biotinylerad get-anti-kanin IgG (Jackson Immunoresearch, West Grove, PA) i en koncentration av 1: 600 och sköljdes i KPBS, följt av en 1- timmars inkubation i avidin-biotinperoxidas-komplex (ABC Elite Kit PK-6100 Vector, Burlingame, CA) i en koncentration av 1: 200. Efter sköljning i KPBS och Tris-buffert (pH 7.2) visualiserades GFP som en brun reaktionsprodukt med användning av 3,3′-diaminobenzidin innehållande 0.08% väteperoxid i Tris-buffert. Reaktionsprodukten avslutades efter ungefär 20 minuter genom sköljning i Tris-buffert. Sektioner monterades ur saltlösning på gelatinsubbade objektglas, lufttorkades, dehydratiserades i en serie av graderade alkoholer, rensades i Histoclear (National Diagnostics, Atlanta, GA) och täckte med användning av Krystalon (EMD Chemicals, Gibbstown, NJ).

Statistisk analys

Data presenteras som medelvärde ± standardfel av medelvärdet (SEM). En tvåvägs RM ANOVA kördes med användning av tid som spenderades med varje stimulusdjur som den beroende variabeln, varvid individsfaktorn var partner eller främling, och behandlingsgruppen som mellanfaktorn. Holm-Sidak-testet användes för posthoc-parvisa jämförelser när en signifikant interaktionseffekt detekterades. Ett sätt ANOVAs kördes på alloparental och parning beteenden för prärie voles. De beteenden som inte uppfyllde kriterierna för normalitet analyserades med hjälp av Kruskal-Wallis One Way Analysis of Variance on Ranks. Ett Fishers exakta test användes för att bestämma gruppskillnader i andelen djur som uppvisade alloparentalt beteende. Parningbeteende för ängvolym analyserades med hjälp av ett t-test och Mann-Whitney Rank Sum-test när normalitetstestet misslyckades.

RESULTAT

Alloparental beteende i Prairie Voles

Andelen CMV-OTR-injicerade kvinnliga prärievolymer som uppvisade alloparentalt beteende (3/9) skilde sig inte från kontroll (4/15) eller sham voles (3/10) (p> 0.5; Figur 1A). Två CMV-OTR, fyra CMV-GFP-kontroller och två skumma kvinnor, som kategoriserades som icke-alloparentala, attackerade valparna. Latensen för att närma sig valpar (Figur 1B) och tid som spenderades på slickning / grooming skilde sig inte signifikant mellan grupperna (H = 0.31, P> 0.8 för latens, H = 0.40, P> 0.8 för grooming). När endast djuren som nådde kriterierna för att vara alloparental jämfördes, var latensen för att närma sig valpar för CMV-OTR-honor (140.2 ± 65.2 sekunder) inte annorlunda än CMV-GFP (62.5 ± 39.3 sekunder) eller sken (169.4 ± 51.7 sekunder ) kvinnor (F (2,7) = 1.27, p> 0.3). Det fanns inte heller någon skillnad i den tid som de alloparentala CMV-OTR-kvinnorna spenderade på att slicka valpar jämfört med alloparental CMV-GFP eller sham-honorna (F (2,7) = 1.94, p> 0.2; Figur 1C). Den totala tiden som varje grupp spenderade på att slicka / grooming, sväva och bära valparna skilde sig inte heller mellan alloparental CMV-OTR (695.2 ± 77.1 sekunder) CMV-GFP (387.5 ± 132.7 sekunder) eller bluff (503.8 ± 82.8 sekunder (F (2,7) = 1.98, p> 0.2).

Figur 1  

Alloparentalt beteende hos skam, CMV-GFP och CMV-OTR präriekvinnor. A) Det fanns ingen effekt av behandlingen på andelen kvinnor i varje behandlingsgrupp som visade alloparentalt beteende. De mörka staplarna representerar procenten av djuren som .

Parning Beteende i Prairie Voles

Parningsbeteendet påverkades inte signifikant av kvinnornas tidigare kirurgiska behandling. Latensen till första intromission var inte signifikant annorlunda hos män parade med CMV-OTR-kvinnor jämfört med män parade med CMV-GFP eller sham-kvinnor (H = 5.043, p = 08; Figur 2A). Även om CMV-OTR-gruppen tenderade att para sig tidigare än de andra grupperna parades de inte oftare. Antalet parningsanfall under den första timmen skilde sig inte i par innehållande CMV-OTR-kvinnor från par som innehöll CMV-GFP eller sham-kvinnor (F (2,31) = 0.46, p> 0.6; Figur 2B).

Figur 2  

Parning och partnerpreferensbeteende i skam-, CMV-GFP- och CMV-OTR-kvinnliga prärievolum. Latensen för första intromission (A) och antalet parningsrörelser (B) var inte signifikant olika mellan grupperna. C) Efter en 6 timmars samlivsperiod, .

Partnerpreferensbeteende i Prairie Voles

Efter samlivsperioden 6 timmar visade ingen av grupperna någon betydande partnerpreferens (Figur 2C). Det fanns ingen huvudeffekt av behandling (F (2,31) = 0.56, p> 0.5) eller tillbringad tid med partnern kontra främlingen (F (1,31) = 0.46, p> 0.5). Efter ytterligare 12 timmars samboende fanns det ingen huvudeffekt av behandling (F (2,29) = 78, p = 0.5) eller den tid som spenderades med partnern kontra främling (F (1,29) = 3.71 , p = 0.06). Det fanns dock en signifikant interaktionseffekt (F (2,29) = 5.56, p = 0.009). Post-hoc-testet avslöjade att CMV-OTR-kvinnor tillbringade betydligt mer tid i närheten av partnern än till främlingen (p <0.001; Figur 2D). CMV-GFP och sham-kvinnorna misslyckades dock med att visa en partnerpreferens efter denna tidsperiod (p> 0.05; Figur 2D). Dessutom nådde 80% av CMV-OTR-injicerade volymer kriterierna för att ha en partnerpreferens, dvs spendera dubbelt så mycket tid med partneren än främlingen, jämfört med endast 31% av CMV-GFP injicerat och 44% av skamdjur (Figur 2E, F).

OTR och GFP-uttryck i NAcc of Prairie Voles

Autoradiografi gjordes för att bestämma placering av AAV-injektion och för att verifiera att CMV-OTR-vektorn resulterade i ökad OTR-bindning jämfört med kontroller. Som tidigare rapporterats var det signifikant individuell variation i OTR-bindning i NAcc för CMV-GFP-prärievolymer (Figur 3A, B). Distinkta förhöjningar i OTR-bindning detekterades i NAcc för CMV-OTR-injicerade prärievolymer (Figur 3C). Dessutom utfördes GFP-immunohistokemi på hjärnsektioner hos CMV-GFP-djur för att bestämma graden av expression i neuroner i NAcc. Klar märkning av celler med neuronala egenskaper upptäcktes, vilket bekräftade att CMV AAV-vektorerna drev uttryck i neuroner (Figur 3E, F).

Figur 3  

Analys av OTR- och GFP-uttryck i CMV-OTR och CMV-GFP kvinnliga prärievolymer. OTR-densitet bestämdes med användning av receptorautoradiografi. A, B) Det fanns signifikant variation i densiteten för OTR-bindning i NAcc hos CMV-GFP-kvinnor. Detta är i kontrast .

Parning Beteende i ängen Voles

Inga signifikanta skillnader i parningsbeteende observerades mellan behandlingsgrupperna i ängvolgar. Latensen till första intrission var inte annorlunda hos män parade med CMV-OTR (1245.1 ± 1465.9 sekunder) kvinnor jämfört med män parade för att kontrollera CMV-GFP (566.6 ± 989.8 sekunder) kvinnor (T = 128.0, p> 0.2). Antalet parningsanfall under den första timmen skilde sig inte heller i par som innehöll CMV-OTR (6.8 ± 5.1) kvinnor från par innehållande CMV-GFP (9.5 ± 4.4) kvinnor (t = 1.42, p> 0.1).

Partnerpreferens i Meadow Voles

Efter en samlivsperiod på 24hr visade ingen av grupperna någon betydande partnerpreferens (Figur 4A). Det fanns ingen huvudeffekt av behandling (F (1,20) = 0.19, p> 0.6) eller tid med partner mot främling (F (1,20) = 0.09, p> 0.7). Efter ytterligare 48 timmars samboende fanns det återigen ingen signifikant huvudeffekt av behandling (F (1,19) =. 65, p> 0.4) eller tid med någon av kvinnorna (F (1,19) = 0.62, p> .4; Figur 4B).

Figur 4  

Partnerpreferensbeteende för kvinnliga ängsvolar efter en 24 timmar samborst (A) och efter en kulmulativ 72 timmars sambosättning (B). CMV-OTR och CMV-GFP-injicerade kvinnor visade inte partnerpartner. De tillbringade lika mycket tid med partneren .

OTR-uttryck i NAcc of Meadow Voles

CMV-GFP-injicerade ängsvolder hade liten eller ingen OTR-bindning i NAcc (Figure5A). Däremot hade CMV-OTR-injicerade ängsvolvar signifikant OTR-bindning i NAcc, jämförbart med prärievolymen (Figur 5B).

Figur 5  

Receptorautoradiografi som illustrerar OTR-bindningsdensitet i NAcc för CMV-OTR (A) och CMV-GFP (B) ängsvolder. Observera att CMV-GFP-ängarvolym av kvinnor hade liten eller ingen OTR-bindning i NAcc. OTR-bindning i NAcc höjdes emellertid dramatiskt .

DISKUSSION

Artskillnader i OTR-täthet i NAcc har associerats med artsskillnader i parningsstrategi (social monogamy vs polygamy) och alloparentalt beteende, vilket antyder att variation i OTR-receptoruttryck kan ligga till grund för artsskillnader i social organisation och beteende (Insel et al., 1991; Young och Wang, 2004; Olazabal och Young, 2006b). Socialt monogama prärievolter har högre tätheter av OTR i NAcc än icke-monogam ängs- och montanvolder, och farmakologisk blockad av dessa receptorer förhindrar bildning av parningsinducerad partnerpreferens (Young et al., 2001; Olazabal och Young, 2006b). Det finns också betydande individuell variation i OTR-densitet i NAcc inom prärievolymer (Figur 3A, B). OTR-densitet i denna region är positivt korrelerad med individuell variation i alloparentalt beteende hos vuxna sexuella naiva kvinnliga prärievolter (Young, 1999; Olazabal 2006) och OTR-antagonistadministrering i NAcc eliminerar detta beteende (Olazabal och Young, 2006a). Därför försökte vi i denna studie direkt testa förhållandet mellan receptortäthet i NAcc och affiliativt beteende i volymer med hjälp av AAV-genöverföring.

Våra resultat visar att, som förutsagt, kvinnliga prärievolym med förhöjda nivåer av OTR i NAcc visar accelererad partnerpreferensbildning jämfört med kvinnor med lägre OTR-täthet (CMV-GFP eller shams). Ci förhållande till vår förutsägelse, fanns det ingen skillnad i alloparentalt beteende mellan grupper, vilket tyder på skillnadsmekanismer genom vilka ackumulerad OTR reglerar partnerens preferensbildning och alloparentalt beteende. Våra resultat stöder hypotesen att individuella skillnader i OTR-uttryck bidrar till variationer inom arterna i vissa aspekter av affiliativt beteende. Att öka OTR-uttrycket i NAcc var emellertid inte tillräckligt för att inducera partnerpreferensbildning i ängsvol, även efter 72 timmar med samliv, vilket antyder att artsskillnaderna i enbart ackumulerad OTR inte är tillräckliga för att förklara artskillnaderna i förmågan att bilda partner preferenser. Det är viktigt att notera att det inte fanns några gruppskillnader i parningsbeteende i någon av de undersökta parametrarna. Därför kan den förbättrade partnerpreferensen i de experimentella prärievolymerna inte tillskrivas ökad sexuell aktivitet under den inledande samlivsperioden.

Vuxna präriekvinnor för kvinnor visar en anmärkningsvärd individuell variation i deras visning av alloparental vård. Cirka 50% av sexuellt naiva kvinnor kommer spontant att hämta, slicka / brudgumma och sväva över valpar som presenteras för dem (Lonstein och De Vries, 1999; Balar och Carter, 2003; Olazabal och Young, 2005). Det finns också betydande individuell variation i OTR-densitet i NAcc bland prärievolymer (Young, 1999). Kvinnor med högre täthet av OTR i NAcc är mer benägna att visa alloparental respons än djur med lägre OTR i detta område. Således var det förvånande att höja OTR-densiteten i NAcc för prärievolymer inte förstärkte det alloparentala beteendet. Det faktum att dessa djur visade påskyndad bildning av partnerpreferenser antyder att OTR härledd från den virala vektortransgenen funktionellt kopplades till signaltransduktionsvägar i NAcc.

Vi antar att individuell variation i OTR-aktivering i NAcc under utveckling kan spela en viktigare roll för att producera variationer i arter i alloparentala beteenden. Den positiva korrelationen i OTR-täthet i NAcc och alloparental beteende har visats i ungdomar prärievolym såväl som vuxna (Olazabal och Young, 2006b, a). Alloparentalt beteende i prärievolader verkar vara särskilt känsligt för störningar under utvecklingen. Exempelvis förändrar perinatal exponering för OT alloparentalt beteende hos kvinnliga prärievolymer (Bales et al., 2007). Därför kan individer med högre densitet av OTR under utvecklingen uppleva ökad OTR-signalering i NAcc, vilket resulterar i långvariga neurokemiska förändringar som ökar sannolikheten för att visa alloparentalt beteende när de blir vuxna. Om den här hypotesen är korrekt skulle vi förutsäga att ökande OTR-uttryck i NAcc neonatalt skulle öka frekvensen av alloparentalt beteende.

En annan förklaring till misslyckandet med att förbättra OTR-uttryck i NAcc för att öka det alloparentala beteendet är att variation i OTR-uttryck i flera hjärnregioner kan vara nödvändig för att producera den förväntade mångfalden i beteende. Exempelvis är OTR-uttryck i sidoseptum negativt korrelerat med alloparentalt beteende (Olazabal och Young, 2006a). Slutligen är det också möjligt att variation i exponering av hormoner eller social upplevelse påverkar OTR-densitet i NAcc förutom att förändra alloparentalt beteende. Exempelvis kan närvaron eller frånvaron av fadern under utveckling eller perinatal manipulering av steroidhormoner påverka uppvisningen av alloparental respons i kvinnliga prärievolter (Roberts et al., 1996; Roberts et al., 1998; Lonstein och De Vries, 2000).

I manliga prärievolanger spelar vasopressin en avgörande roll i uppvisningen av faderligt beteende och bildning av partnerpreferenser, parallellt med oxytocins roll hos kvinnor (Winslow et al., 1993; Wang et al., 1994). Platsspecifika farmakologiska studier visar att V1aR i ventral pallidum, en viktig utgång från NAcc, är kritiska för bildning av parbindningar (Lim och Young, 2004). Ökning av V1aR i ventral pallidum med användning av viral vektormedierad genöverföring påskyndar bildning av partnerpreferens av manliga prärievolter (Pitkow et al., 2001), ett fynd som är parallellt med den aktuella studien. Även om överuttryckande V1aR i ventral pallidum hos manliga ängsvolar inte var tillräcklig för att inducera faderligt beteende, främde det partnerpreferens (Lim et al., 2004); däremot, i den nuvarande studien stimulerade inte överuttryck av OTR i NaCC inte partnerpreferensbildning i kvinnliga ängsvolder.

Det finns flera möjliga förklaringar för misslyckandet av kvinnliga ängsvolar med förhöjda OTR i NAcc att bilda partnerpreferenser. För det första kan artsskillnader i OT-frisättning inom NAcc under parning variera mellan kvinnliga prärievolter och ängsvolar. Även om OTR-lokalisering skiljer sig mellan arten, har både prärievolym och ängsvoljor OT-immunreaktiva fibrer i NAcc (Ross and Young, opublicerade data). In vivo mikrodialysexperiment har visat att parning stimulerar OT-frisättning i NAcc hos kvinnliga prärievolter, men parallella studier har inte utförts i ängsvolder (CD Cole och Young, opublicerade data). Det är möjligt att infusion av OT i CMV-OTR-behandlade djur skulle underlätta bildning av partnerpreferenser i ängsvolder. Det bör emellertid noteras att hos råttor och får ökar vaginocervikal stimulering den centrala OT-frisättningen (Kendrick et al., 1986; Sansone et al., 2002). Därför är det troligt att ängsmassorna redan upplever en ökning i ackumulerad OT med parning. En annan förklaring till misslyckandet av NAcc OTR-uttryck att stimulera bildning av partnerpreferens i ängsvin hos kvinnor är att artsskillnader i OTR-uttryck i andra hjärnregioner också är nödvändiga för parbindning. Exempelvis är OTR-densitet också högre i prefrontala cortex och laterala amygdala i prärievolter jämfört med icke-monogam vole arter (Insel et al., 1991; Young et al., 1996; Smeltzer et al., 2006). Därför kan höjning av OTR-uttryck på flera ställen vara nödvändigt för att stimulera parningsinducerade partnerpreferenser i ängsvolder. Slutligen är det möjligt att flera neurokemiska skillnader mellan arterna är ansvariga för artens skillnader i beteende (t.ex. dopamin, kortikotropinfrisättande faktor) (Gingrich et al., 2000; Liu och Wang, 2003; Smeltzer et al., 2006; Lim et al., 2007).

Det finns flera viktiga varningar i vår experimentella metod som motiverar diskussion. Först ökade CMV-OTR sannolikt OTR-uttrycket i alla celltyper i det injicerade området, inklusive neuronpopulationer som normalt inte svarar på OT. Det är emellertid möjligt att den transgena OTR resulterade i större signalering i neuroner som normalt uttrycker endogen OTR på grund av förbättrad sensibilisering för OT frisatt på dessa neuroner, eller närvaron av lämpliga nedströms signalmolekyler. För det andra uttrycktes området för transgenuttryck som producerades genom viral vektorinfusion inte enhetligt över hela rostral-caudal eller medio-lateral utsträckning av NAcc. I CMV-OTR-kvinnor förhöjdes OTR-uttrycket konsekvent i skalet och angränsande kärnregioner i NAcc. Det bör emellertid noteras att skalet av NAcc har varit mest inblandat i regleringen av bildning av partnerpreferenser och OTR-densitet i samma region är mer starkt korrelerad med alloparentalt beteende än kärnregionen.

Detta är den första studien som definitivt visar att variation i OTR-uttryck i hjärnan kan bidra till variation i socialt beteende. OT har i stor utsträckning varit inblandat i regleringen av flera beteenden, inklusive behandling av social information och minne, kompisval, mödrar och näring (Dantzer et al., 1987; Kendrick, 2000; Ferguson et al., 2001; Kavaliers et al., 2003). Det finns nu tydliga bevis på att OT modulerar också mänsklig social kognition, inklusive interpersonligt förtroende, ögonblick, ansiktsminne och känslor.Kosfeld et al., 2005; Domes et al., 2007; Guastella et al., 2008; Savaskan et al., 2008). OT-administration ökar bibehållandet av social kognition i en röstintonationsuppgift i autistiska ämnen (Hollander et al., 2007) och flera genetiska studier har rapporterat blygsamma samband mellan icke-kodande polymorfismer av OTR-genen och autismspektrumstörning (Wu et al., 2005; Jacob et al., 2007; Lerer et al., 2007; Yrigollen et al., 2008). Det finns begränsad information om distributionen av OTR, och ingenting är känt om individuell variation i OTR-densitet i den mänskliga hjärnan. Våra resultat antyder att variation i OTR-densitet i specifika hjärnregioner kan bidra till individuella skillnader i social kognitiv funktion hos människor.

Tack

Författarna vill tacka Lorra Mathews för hennes utmärkta jobb med att hantera vår vole-koloni. Denna studie stöds av NIH-beviljade MH064692 till LJY, RR00165 till Yerkes National Primates Research Center och NSF STC IBN-9876754.

REFERENSER

  1. Bales KL, Carter CS. Könsskillnader och utvecklingseffekter av oxytocin på aggression och socialt beteende i prärievolum (Microtus ochrogaster) Horm Behav. 2003; 44: 178-184. [PubMed]
  2. Bales KL, van Westerhuyzen JA, Lewis-Reese AD, Grotte ND, Lanter JA, Carter CS. Oxytocin har dosberoende utvecklingseffekter på parbindning och alloparental vård hos präriekvinnor. Horm Behav. 2007; 52: 274-279. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  3. Curtis JT, Wang Z. Ventral tegmental engagemang i parbindning i manliga prärievolter. Physiol Behav. 2005a; 86: 338-346. [PubMed]
  4. Curtis JT, Wang Z. Glukokortikoidreceptor involvering i parbindning i kvinnliga prärievolter: effekterna av akut blockad och interaktioner med centrala dopamin-belöningssystem. Neuroscience. 2005b; 134: 369-376. [PubMed]
  5. Dantzer R, Bluthe RM, Koob GF, Le Moal M. Modulering av socialt minne hos hanråttor av neurohypophyseal peptider. Psykofarmakologi (Berl) 1987; 91: 363 – 368. [PubMed]
  6. Domes G, Heinrichs M, Michel A, Berger C, Herpertz SC. Oxytocin förbättrar "mind-reading" hos människor. Biol Psykiatri. 2007; 61: 731-733. [PubMed]
  7. Ferguson JN, Aldag JM, Insel TR, Young LJ. Oxytocin i den mediala amygdalaen är avgörande för socialt erkännande hos musen. J Neurosci. 2001; 21: 8278-8285. [PubMed]
  8. Gingrich B, Liu Y, Cascio C, Wang Z, Insel TR. Dopamin D2-receptorer i kärnan accumbens är viktiga för social bindning i kvinnliga prärievolymer (Microtus ochrogaster) Behav Neurosci. 2000; 114: 173-183. [PubMed]
  9. Gruderadams S, Getz LL. Jämförelse av parningssystemet och fosterligt beteende år 2007 Microtus ochrogaster och Microtus pennsylvanicus. Journal of Mammalogy. 1985; 66: 165-167.
  10. Guastella AJ, Mitchell PB, Dadds MR. Oxytocin ökar blicken mot ögonområdet hos mänskliga ansikten. Biol Psykiatri. 2008; 63: 3-5. [PubMed]
  11. Hollander E, Bartz J, Chaplin W, Phillips A, Sumner J, Soorya L, Anagnostou E, Wasserman S. Oxytocin ökar bibehållandet av social kognition i autism. Biol Psykiatri. 2007; 61: 498-503. [PubMed]
  12. Insel TR, Shapiro LE. Oxytocinreceptorfördelning speglar social organisation i monogamiska och polygamiska volymer. Proc Natl Acad Sci USA A. 1992; 89: 5981-5985. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  13. Insel TR, Gelhard R, Shapiro LE. Den jämförande fördelningen av hjärnreceptorer för neurohypofyseala peptider i monogama och polygama möss. Neuroscience. 1991; 43: 623-630. [PubMed]
  14. Jacob S, Brune CW, Carter CS, Leventhal BL, Lord C, Cook EH., Jr Association of oxytocin receptor gen (OXTR) in Kaukasiska barn och ungdomar med autism. Neurosci Lett. 2007; 417: 6-9. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  15. Kavaliers M, Colwell DD, Choleris E, Agmo A, Muglia LJ, Ogawa S, Pfaff DW. Nedsatt diskriminering av och motvilja mot parasiterade manliga lukt av kvinnliga oxytocin-knockout-möss. Gener Brain Behav. 2003; 2: 220-230. [PubMed]
  16. Kendrick KM. Oxytocin, moderskap och bindning. Exp Physiol. 2000; 85 (Specnr): 111S – 124S. [PubMed]
  17. Kendrick KM, Keverne EB, Baldwin BA, Sharman DF. Nivåer av cerebrospinalvätska av acetylkolinesteras, monoaminer och oxytocin under förlossning, födelse, vaginocervikal stimulering, lammeseparation och ammande får. Neuroendokrinologi. 1986; 44: 149-156. [PubMed]
  18. Kosfeld M, Heinrichs M, Zak PJ, Fischbacher U, Fehr E. Oxytocin ökar förtroendet för människor. Natur. 2005; 435: 673-676. [PubMed]
  19. Lerer E, Levi S, Salomon S, Darvasi A, Yirmiya N, Ebstein RP. Förening mellan oxytocinreceptorn (OXTR) -genen och autism: relation till Vineland Adaptive Behavior Scales and cognition. Mol Psykiatri. 2007 [PubMed]
  20. Lim MM, Young LJ. Vasopressinberoende neurala kretsar som ligger bakom parbindningsbildning i den monogamiska prairie vole. Neuroscience. 2004; 125: 35-45. [PubMed]
  21. Lim MM, Wang Z, Olazabal DE, Ren X, Terwilliger EF, Young LJ. Förbättrad partnerpreferens hos en promiskuös art genom att manipulera uttrycket av en enda gen. Natur. 2004; 429: 754-757. [PubMed]
  22. Lim MM, Liu Y, Ryabinin AE, Bai Y, Wang Z, Young LJ. CRF-receptorer i nucleus accumbens modulerar partnerpreferens i prärievolum. Horm Behav. 2007; 51: 508-515. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  23. Liu Y, Wang ZX. Nucleus accumbens oxytocin och dopamin interagerar för att reglera parbindningsbildning i kvinnliga prairievolymer. Neuroscience. 2003; 121: 537-544. [PubMed]
  24. Lonstein JS, De Vries GJ. Könsskillnader i föräldrarnas beteende hos vuxna jungfruliga prärievolter: oberoende av gonadala hormoner och vasopressin. J Neuroendocrinol. 1999; 11: 441-449. [PubMed]
  25. Lonstein JS, De Vries GJ. Påverkan av gonadala hormoner på utvecklingen av föräldrarnas beteende hos jungfruliga prärievolymer (Microtus ochrogaster) Behav Brain Res. 2000; 114: 79-87. [PubMed]
  26. Olazabal DE, Young LJ. Variabilitet i "spontant" moderbeteende är associerat med ångestliknande beteende och tillhörighet i naiva ungdomar och kvinnliga prärievolymMicrotus ochrogaster) Dev Psychobiol. 2005; 47: 166-178. [PubMed]
  27. Olazabal DE, Young LJ. Arter och individuella skillnader i ungdomlig alloparental vård av kvinnor är associerade med oxytocinreceptordensitet i striatum och sidoseptum. Horm Behav. 2006a; 49: 681-687. [PubMed]
  28. Olazabal DE, Young LJ. Oxytocinreceptorer i nucleus accumbens underlättar "spontant" moderbeteende hos vuxna kvinnliga prärievolter. Neuroscience. 2006b; 141: 559-568. [PubMed]
  29. Paxinos G, Watson C. Rottehjärnan i stereotaxiska koordinater. fjärde upplagan Academic Press; San Diego, Kalifornien: 1998.
  30. Pitkow LJ, Sharer CA, Ren X, Insel TR, Terwilliger EF, Young LJ. Förenkling av anslutning och parbindningsbildning genom vasopressinreceptorgen överföres till den ventrala förekomsten av en monogamisk vole. J Neurosci. 2001; 21: 7392-7396. [PubMed]
  31. Roberts RL, Zullo A, Gustafson EA, Carter CS. Perinatal steroidbehandlingar förändrar alloparentalt och tillhörande beteende i prärievolum. Horm Behav. 1996; 30: 576-582. [PubMed]
  32. Roberts RL, Williams JR, Wang AK, Carter CS. Kooperativ avel och monogami i prärievolter: Påverkan av faren och geografisk variation. Anim Behav. 1998; 55: 1131-1140. [PubMed]
  33. Sansone GR, Gerdes CA, Steinman JL, Winslow JT, Ottenweller JE, Komisaruk BR, Insel TR. Vaginocervikal stimulering frisätter oxytocin i ryggmärgen hos råttor. Neuroendokrinologi. 2002; 75: 306-315. [PubMed]
  34. Savaskan E, Ehrhardt R, Schulz A, Walter M, Schachinger H. Efterlärande intranasal oxytocin modulerar mänskligt minne för ansiktsidentitet. Psychon. 2008; 33: 368-374. [PubMed]
  35. Smeltzer MD, Curtis JT, Aragona BJ, Wang Z. Dopamin, oxytocin och vasopressinreceptorbindning i den mediala prefrontala cortexen av monogamiska och promiskuösa volymer. Neurosci Lett. 2006; 394: 146-151. [PubMed]
  36. Wang Z, Young LJ. Ontogeni av oxytocin- och vasopressinreceptorbindning i sidoseptum i prärie- och montanvolum. Brain Res Dev Brain Res. 1997; 104: 191-195. [PubMed]
  37. Wang Z, Ferris CF, De Vries GJ. Roll av septal vasopressin-inervering i faderligt beteende i prärievolum (Microtus ochrogaster) Proc Natl Acad Sci US A. 1994; 91: 400 – 404. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  38. Williams JR, Catania KC, Carter CS. Utveckling av partnerpreferenser hos kvinnliga prärievolymer (Microtus ochrogaster): Social och sexuell erfarenhet. Horm Behav. 1992; 26: 339-349. [PubMed]
  39. Winslow JT, Hastings N, Carter CS, Harbaugh CR, Insel TR. En roll för central vasopressin i parbindning i monogamiska prärievolymer. Natur. 1993; 365: 545-548. [PubMed]
  40. Wu S, Jia M, Ruan Y, Liu J, Guo Y, Shuang M, Gong X, Zhang Y, Yang X, Zhang D. Positiv förening av oxytocinreceptorgenen (OXTR) med autism i den kinesiska Han-befolkningen. Biol Psykiatri. 2005; 58: 74-77. [PubMed]
  41. Young LJ. Frank A. Beach Award. Oxytocin och vasopressinreceptorer och arter-typiska sociala beteenden. Horm Behav. 1999; 36: 212-221. [PubMed]
  42. Young LJ, Wang Z. Den neurobiologi av parbindning. Nat Neurosci. 2004; 7: 1048-1054. [PubMed]
  43. Young LJ, Lim MM, Gingrich B, Insel TR. Cellulära mekanismer för social anknytning. Horm Behav. 2001; 40: 133-138. [PubMed]
  44. Young LJ, Huot B, Nilsen R, Wang Z, Insel TR. Artskillnader i centralt oxytocinreceptor-genuttryck: jämförande analys av promotorsekvenser. J Neuroendokrinol. 1996; 8: 777-783. [PubMed]
  45. Yrigollen CM, Han SS, Kochetkova A, Babitz T, Chang JT, Volkmar FR, Leckman JF, Grigorenko EL. Gener som kontrollerar anknytande beteende som kandidatgener för autism. Biol Psykiatri. 2008; 63: 911-916. [PMC gratis artikel] [PubMed]