Locus coeruleus and sodium appetite
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O documento descreve uma pesquisa sobre a modulação quimiossensorial dos circuitos neurais envolvidos no apetite ao sódio. Os resultados mostram que: 1) a ativação dos neurônios na região pré-locus cerúleos promove ingestão de sódio, enquanto sinais quimiossensoriais orais inibem esses neurônios e reduzem o apetite; 2) conexões excitatórias do núcleo do trato solitário para o pré-locus cerúleos estimulam o apetite ao sódio
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Locus coeruleus and sodium appetite
- 1. MODULAÇÃO QUIMIOSSENSORIAL DOS CIRCUITOS NEURONAIS ENVOLVIDOS NO APETITE AO SÓDIO Sangjun Lee1, Vineet Augustine1, Yuan Zhao1 , Haruka Ebisu1, Brittany Ho1, Dong Kong2,Yuki Oka1 Programa Interinstitucional de Pós-Graduação em Ciências Fisiológicas PIPGCF UFSCar/UNESP 1Division of Biology and Biological Engineering, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA. 2Department of Neuroscience, Tufts University School of Medicine, Boston, MA, USA. Nature, 2019 Chemosensory modulation of neural circuits for sodium appetite
- 2. Quimiorreceptores e apetite ao sódio O sódio é o principal cátion do meio extracelular envolvido em diversos processos fisiológicos como o apetite ao sódio; Receptores celulares sensoriais que reconhecem uma substância química gerando um sinal biológico como a palatabilidade ao sódio; Sinais de palatabilidade possuem um papel central no controle do apetite ao sódio e saciedade; Mecanismos neurais na regulação do apetite ao sódio modulado por quimiossensores é pouco entendida; INTRODUÇÃO Adaptado Bichet, 2018 NaCl ENaC
- 3. Zimmerman et al., 2017 Circuito neuronal da regulação do apetite ao sódio Regulação quimiossensorial Pré-LC = Pré Locus Cerúleos ? ? ? INTRODUÇÃO [Na+] HSD2
- 4. OBJETIVO Estudar a modulação quimiossensorial de circuitos neuronais envolvidos no apetite ao sódio
- 5. MATERIAIS E MÉTODOS Camundongos cre-PDYN-GFP (6 semanas); Ensaios de comportamento: Optogenética in vivo - Ingestão de sódio - Aversão ao sódio - Valência emocional ao sódio Fotometria de cálcio e infusão gástrica: - Palatabilidade e quimiossensibilidade no apetite ao sódio e saciedade Optogenética in vitro e Patch-Clamp: - Circuitos neuronais envolvidos no apetite ao sódio e saciedade
- 6. Neurônios envolvidos no apetite ao sódio na região do pré-locus cerúleos PDYN = PRODINORFINA Deficiência de sódio Deficiência de sódio RESULTADOS
- 7. Avaliação da ingestão de sódio através de fotoestimulação de neurônios do pré-LC em animais deficientes de sódio NaCl 0,5 MFOTOESTIMULAÇÃO FOTOINIBIÇÃO A atividade de neurônios do pré-LC é requerido para o desenvolvimento do apetite ao sódio RESULTADOS PDYN-cre PDYN-cre AVV-DIO-IC++YFP AAV5-DIO-CHR2
- 8. Avaliação da aversão ao sódio através de fotoestimulação de neurônios do pré-locus cerúleos Ativação de neurônios do pré-LC é um estímulo motivacional aversivo FOTOESTIMULAÇÃO RESULTADOS
- 9. Ativação de neurônios do pré-LC transmitem um sinal de valência negativo Avaliação da valência emocional ao sódio através de fotoestimulação dos neurônios do pré-locus cerúleos RESULTADOS
- 10. Sinais quimiossensoriais orais de palatabilidade medeiam a modulação aguda de neurônios do pré-LC inibindo o apetite ao sódio Avaliação de sinais quimiossensoriais orais da palatabilidade em neurônios do pre-LC em animais deficientes de sódio RESULTADOS
- 11. Avaliação de sinais quimiossensoriais orais da palatabilidade Sinais quimiossensoriais orais promovem uma rápida saciedade do apetite ao sódio por inibir os neurônios do pré-LC Circuitos individuais do apetite recebem modulações distintas depois do comportamento ingestivo RESULTADOS
- 12. Avaliação de projeções neuronais do NTS para a região do pré-LC em animais deficientes de sódio Conexões excitatórias NTS/HSD2 – pre-LC/PDYN são críticas para a ativação dos neurônios do pre-LC no desenvolvimento do apetite ao sódio RESULTADOS
- 13. RESULTADOS Conexões inibitórias VBST– pre-LC/PDYN são críticas para a inibição dos neurônios do pre-LC na inibição do apetite ao sódio Avaliação de projeções neuronais do núcleo da stria terminalis para região do pré-LC em animais deficientes de sódio
- 14. CONCLUSÕES Estímulo agudo do pré-LC leva à ingestão robusta de sódio ocasionando sinais aversivos e valência emocional negativa; A palatabilidade ao sódio mas não a ingestão de sódio é requerida para modulação aguda dos neurônios do pré-LC na inibição do apetite ao sódio; A modulação quimiossensorial no desenvolvimento do apetite ao sódio no pré-LC é modulada por neurônios HSD2 do NTS; A modulação quimiossensorial na inibição do apetite ao sódio no pré-LC é modulada por neurônios gabaérgicos da stria terminalis;
- 15. + - Estímulo do apetite ao sódio Inibição do apetite ao sódio MODULAÇÃO QUIMIOSSENSORIAL DOS CIRCUITOS NEURONAIS ENVOLVIDOS NO APETITE AO SÓDIO
Notas do Editor
- São muitos as regiões cerebrais envolvidas no circuito da regulação do apetite ao sódio e a informação sobre os níveis do sódio plasmático ativa um circuito que se inicia nos neurônios HSD2 do NTS sensíveis a aldosterona que promove o apetite ao sódio e projeta para o pre-LC, para o núcleo parabraquial e pro núcleo da stria terminalis. O presente trabalho em particular foca no papel do pré-locus cerúleos na regulação quimiossensorial no desenvolvimento do apetite ao sódio e saciedade através de projeções recebidas do NTS e do núcleo ventral da stria terminalis.
- Na região do pré-locus cerúleos foi observado que somente neurônios de animais submetidos à deficiência de sódio apresentaram expressão da proteína c-fos indicando atividade neuronal nesta região. Ativação neuronal não foi observada em camundongos saciados, privados de água e submetidos à repleção de sódio na região do pré-locus cerúleos indicando uma especificidade de ativação neuronal para deficiência de sódio nessa região. Análises histológicas revelaram que 60% de neurônios excitatórios do pré-LC foram ativados em condições de deficiência de sódio. Também foram testados marcadores genéticos e foi identificado que a expressão de prodinorfina (PDYN) co-localizou com c-fos em mais de 90% dos neurônios que foram ativados pela deficiência de sódio.
- Para ativação optogenética dos neurônios do pré-LC, foi injetado um adenovírus (AAV-DIO-ChR2) no pré-locus do camundongo cre-PDYN. Essa manipulação neural desencadeou uma ingestão robusta de sódio 0,5M normalmente aversiva sob condições salinas e também de sal grosso. A fotoestimulação dos neurônios PDYN do pré-LC desencadeou a ingestão de solução de NaCl 0,5M e não de água ou frasco vazio. Camundongos fotoestimulados demonstraram comportamento robusto em relação ao número de lambidas em pedras de sal grosso observado durante 30 minutos. Fotoinibição dos neurônios do pré-LC significamente reduziu a ingestão de sódio.
- Foi demonstrado que a fotoestimulação dos neurônios do pré-LC reduziu significativamente o tempo em que o camundongo ficou no compartimento no qual a luz foi liberada. Assim, a ativação dos neurônios PDYN do pré-LC é um estímulo aversivo para os animais. Os animais foram colocados em câmeras de acrílico Luz liberada através de uma fibra óptica
- Foi realizado .......... testado se o camundongo faria uma tarefa para reduzir o estado aversivo mediado pelos neurônios PDYN do pré-LC. Para isso foi utilizado um ensaio operante no qual cada movimento “lever press” (pressionar a alavanca) pausava a contínua fotoestimulação do pré-LC. Os animais pressionaram a alavanca de uma forma contínua ao estímulo de pausa.
- A atividade neural foi registrada utilizando um sensor de cálcio fluorescente GCaMP6s. Foi observado que a atividade dos neurônios do pré-LC foi rapidamente e persistentemente diminuída após consumo de sódio. Essa inibição robusta não foi observada quando os animais tinham acesso à agua. Bloqueando o receptor de palatabilidade ao sódio (ENaC) com amilorida, a inibição induzida por NaCl em neurônios do pré-LC foi abolida.
- Foi examinado essa possibilidade utilizando registros de fotometria combinado com infusão intragástrica (uma técnica que permite administração de sódio sem estímulo de sistemas orosensoriais. Foi observado que a sobrecarga gástrica de NaCl em camundongos deficientes de Na+ não afetou a subsequente ingestão de sódio enquanto o contato oral com o NaCl rapidamente diminuiu o apetite. Por outro lado a água intragástrica e infusão de glicose em animais com sede e fome reduziram o consumo de água e ração logo depois da infusão. Estes resultados apontam dois aspectos chaves da regulação do apetite ao sódio.
- Primeiramente foi realizado uma experimento de ablação dos neurônios HSD2 do NTS através de caspase e foi observado uma diminuição da expressão do c-Fos nos neurônios do pre-LC após deficiência de sódio, demonstrando a importância da projeção dos neurônios HSD2 do NTS para o pre-LC no desenvolvimento do apetite ao sódio. E então foi realizado experimentos de optogenética e patch-clamp onde foi demonstrado que os neurônios excitatórios do NTS que se projetam para o pré-LC quando ativados através de fotoestimulação enviam sinais excitatórios para o pré-LC desencadeando uma corrente estimulatória pós-sináptica, a qual foi bloqueada por CNQX que é um inibidor seletivo para sinapses glutamatérgicas.
- Primeiramente foi realizado uma análise histológica dos neurônios da stria terminalis que também expressam a proteína PDYN e foi verificado que estes neurônios são neurônios GABAÉRGICOS ou seja são neurônios inibitórios localizados no núcleo da stria terminalis. E então foi realizado experimentos de optogenética e patch-clamp onde foi demonstrado que os neurônios inibitórios do núcleo da stria terminalis que se projetam para o pré-LC quando ativados através de fotoestimulação enviam sinais inibitórios para o pré-LC desencadeando uma corrente inibitória pós-sináptica, a qual foi bloqueada por PTX que é picrotoxina um inibidor seletivo para sinapses gabaérgicas.
- Que os neurônios HSD2 do NTS estimulam o pre-LC para o desenvolvimento do apetite ao sódio e que o núcleo da stria terminalis inibe estes neurônios do pré-LC causando inibição do apetite ao sódio e saciedade