Differences in electrophysiology of magnocellular cells of paraventricular nucleus in rat females and males in vitro

Jądro przykomorowe umiejscowione jest w podwzgórzu, leży w ścianie komory trzeciej, w jądrze tym wyróżniamy dwie populacje komórek: neurony wielkokomórkowe i drobno komórkowe. Neurony wielkokomórkowe poza jądrem przykomorowym występują także w jądrze nadwzrokowym. Wytwarzają one dwa neurohormony: oksytocynę i wazopresynę, które zaangażowane są w regulowanie wielu zachowań socjalnych, płciowych, opieki matczynej, związane są z poziomem agresji, czy też z etiologią chorób psychicznych, jak schizofrenia, autyzm, depresja, czy osobowość chwiejna emocjonalnie typu borderline. W niniejszej pracy opisano różnice w elektrofizjologii komórek wielkokomórkowych jądra przykomorowego u samic i samców szczura szczepu Sprague-Dawley. Wyniki rozbijano na skupienia, następnie określano udział procentowy jaki w danym skupieniu stanowią komórki oksytocynowe i wazopresynowe, zarówno u samic i samców, dodatkowo u samic korelowano grupy z fazą cyklu estralnego. Opisano takie właściwości elektrofizjologiczne neuronów wielkokomórkowych jądra przykomorowego, jak: opór, stałą czasową, odpowiedź napięciową na kroki prądowe, amplitudę sagu, próg pobudliwości, napięcie przy którym pojawia się pierwszy potencjał czynnościowy, maksymalną częstotliwość generowania potencjałów czynnościowych, liczbę generowanych potencjałów czynnościowych w zależności od pulsu prądowego, pierwszy krok prądowy z potencjałami czynnościowymi, gęstość prądową, zależność prądu od napięcia. Uzyskane różnice pomiędzy płciami w elektrofizjologii neuronów wielkokomórkowych jądra przykomorowego mogą leżeć u podstaw różnic płciowych w zachowaniach socjalnych czy niektórych chorób psychicznych.The paraventricular nucleus is a nucleus in hypothalamus, and lies adjacent to the third ventricle. The paraventricular nucleus contains two types of cells: magnocellular neurons and parvocellular neurons. The magnocellular cells occur in paraventricular nucleus and supraoptic nucleus. Magnocellular cells produce two types of neurohormones: oxytocin and vasopressin, which are involved in the regulation of various types of social behaviors, sexual behaviors, maternal care behaviors, level of aggression, and psychiatric diseases, such as schizophrenia, autism, depression, and borderline personality disorder. In the current thesis differences in electrophysiology of magnocellular cells of paraventricular nucleus in rat males and females were described. The data were split into clusters, percentages of oxytocin and vasopressin cells in both sexes were described, and in females an estrus phase was defined. Electrophysiological properties of magnocellular neurons of paraventricular nucleus, such as: resistance, time constant, voltage response to current steps, sag amplitude, threshold, voltage of first action potential, maximum frequency generating action potentials, number of action potentials in dependents of current pulse, first voltage step with action potentials, current density, current-voltage characteristic were described. These findings may underlie sex specific social behaviors and some psychiatric disorders

Role of dynorphin A in modulating the activity of the rats nucleus incertus - ex vivo studies

Jądro niepewne (nucleus incertus, NI) zlokalizowane jest w pniu mózgu,w grzbietowej części nakrywki, na dnie komory czwartej. Jądro niepewne jest głównym źródłem wysoce konserwatywnego neuropeptydu, relaksyny 3 (RLN3), zaangażowanej między innymi w odpowiedź na stres, poszukiwanie alkoholu oraz regulację pobierania pokarmu. NI posiada wzajemne połączenia neuronalne z bocznym podwzgórzem, gdzie znajdują się neurony wytwarzające neuropeptydy oreksyny oraz dynorfinę A (dynA). DynA jest jednym z głównych endogennych peptydów opioidowyh, działających hamująco na aktywność neuronów zaangażowanych w kontrolę wzbudzenia mózgowia, nastroju, motywacji, a także związanych z utrzymaniem homeostazy organizmu. W niniejszej pracy zbadano związek pomiędzy wybranymi peptydowymi układami podwzgórzowymi, a szczurzym NI, poprzez określenie wpływu działania dynA na elektrofizjologię neuronów tego jądra, przy użyciu techniki whole-cell patch-clamp w rejestracjach ex vivo. Zaobserwowano niemal wyłącznie wpływ hamujący dynA na neurony NI. Jedynie efekt hamujący dynA utrzymał się w obecności tetrodotoksyny oraz antagonistów receptorów GABA i glutaminianowych, co wskazuje na bezpośrednie hamujące działanie dynA na komórki NI. Wyniki przedstawionych badań dostarczają dowodów na bezpośrednie działanie dynA na neurony NI i otwierają drogę do dalszych badań nad rolą przekaźnictwa opioidowego na tę strukturę mózgu. Badania te mogą przynieść lepsze zrozumienie wywołanego stresem nawrotu do nadużywania substancji uzależniających, czy nadmiernego spożywania pokarmu, procesów pozostających pod ścisłym wpływem RLN3.The nucleus incertus (NI) of the brainstem is situated in the dorsal tegmentum at the floor of the 4th ventricle. The NI is the primary source of the highly-conserved neuropeptide, relaxin-3 (RLN3), involved in stress response and food intake control. The NI has a reciprocal connection with the lateral hypothalamus where neurons co-expressing the excitatory neuropeptides, orexin and dynorphin A (dynA) are situated. DynA is one of the main endogenous opioid peptides that exert inhibitory influence on neuronal activity of brain structures involved in arousal and associated with homeostasis. Therefore, I assessed the relationship between these hypothalamic peptidergic systems and rat NI, by investigating the neurophysiological effects of dynA within NI using whole-cell patch-clamp in vitro recordings. I observed both hyperpolarizing, and depolarizing effect of dynA on NI neurons. Importantly, the inhibitory effect of dynA persisted in the presence of GABA and glutamate-receptors antagonist and tetrodotoxin, what indicates direct, post-synaptic effect of DynA in the NI. This findings identify direct dynA influence on NI neurons which provides a particular impulse to research the role of opioid signaling in this structure. Particularly, dynA sensitivity of NI neurons may be involved in governing stress induced overeating, process under a strong influence of relaxin3 peptide

Functional neuroanatomy of the rat nucleus incertus–medial septum tract : implications for the cell-specific control of the septohippocampal pathway

The medial septum (MS) is critically involved in theta rhythmogenesis and control of the hippocampal network, with which it is reciprocally connected. MS activity is influenced by brainstem structures, including the stress-sensitive, nucleus incertus (NI), the main source of the neuropeptide relaxin-3 (RLN3). In the current study, we conducted a comprehensive neurochemical and electrophysiological characterization of NI neurons innervating the MS in the rat, by employing classical and viral-based neural tract-tracing and electrophysiological approaches, and multiplex fluorescent in situ hybridization. We confirmed earlier reports that the MS is innervated by RLN3 NI neurons and documented putative glutamatergic (vGlut2 mRNA-expressing) neurons as a relevant NI neuronal population within the NI–MS tract. Moreover, we observed that NI neurons innervating MS can display a dual phenotype for GABAergic and glutamatergic neurotransmission, and that 40% of MS-projecting NI neurons express the corticotropin-releasing hormone-1 receptor. We demonstrated that an identified cholecystokinin (CCK)-positive NI neuronal population is part of the NI–MS tract, and that RLN3 and CCK NI neurons belong to a neuronal pool expressing the calcium-binding proteins, calbindin and calretinin. Finally, our electrophysiological studies revealed that MS is innervated by A-type potassium current-expressing, type I NI neurons, and that type I and II NI neurons differ markedly in their neurophysiological properties. Together these findings indicate that the MS is controlled by a discrete NI neuronal network with specific electrophysiological and neurochemical features; and these data are of particular importance for understanding neuronal mechanisms underlying the control of the septohippocampal system and related behaviors