Examination of the dendritic structure and rewiring of the hypophysiotropic thyrotropin-releasing hormone-synthesizing neurons using transgenic mouse model
Examination of the dendritic structure and rewiring of the hypophysiotropic thyrotropin-releasing hormone-synthesizing neurons using transgenic mouse model
Keywords in Hungarian
egér modell, plaszticitás, dendritfa, posztszinaptikus denzitás, green fluorescein protein (GFP)
Keywords in English
mouse model, plasticity, dendritic tree, postsynaptic density, green fluorescent protein (GFP)
Discipline
Endocrinology (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology
Department or equivalent
Lendület Laboratory of Integrative Neuroendocrinology (Institute of Experimental Medicine)
Participants
Bíróné Dr. Molnár, Valéria Farkas, Erzsébet Farkas, Imre Füzesi, Tamás Kádár, Andrea Kiss, Enikő Liposits, Zsolt Szabon, Judit Wittmann, Gábor
Starting date
2010-02-01
Closing date
2014-01-31
Funding (in million HUF)
33.604
FTE (full time equivalent)
12.68
state
closed project
Summary in Hungarian
Jelen pályázat keretein belül egy transzgenikus egérmodellt hozunk létre (PSD95/GFP egér), mely egér serkentő szinapszisainak posztszinaptikus denzitásai (PSD) green fluorescens proteint (GFP) fognak tartalmazni. A transzgén specifikusan a Cre-rekombinázt expresszáló sejtekben termelődését a Cre-LoxP rendszer alkalmazása biztosítja. A PSD95/GFP egeret az általunk előállított TRH/Cre egértörzzsel keresztezzük, mely törzs specifikusan a thyrotropin-releasing hormon (TRH) idegsejtekben termel Cre-t. A kettős-transzgén törzsben a GFP a TRH sejtek PSD-jében jelenik meg. A kettős-transzgén felhasználásával karakterizáljuk a TRH idegsejtek dendritfa szerkezetét a hipotalamusz paraventrikuláris magjában (PVN). Mivel a jelenlegi módszerekkel csak a TRH idegsejtek sejtteste és proximális dendritje tehető láthatóvá, és az idegsejteket a neuronális input legjelentősebb része a dendritfa disztális részén éri el, a TRH idegsejtek dendritjeinek láthatóvá tétele nélkülözhetetlen ezen idegsejtek szabályozásának megértéséhez. A TRH idegsejtek dendritfájának ismerete elősegíti a morfológiailag és feltehetőleg fiziológiailag eltérő TRH sejttípusok azonosítását is. A kettős-transzgenikus egerek felhasználásával kívánjuk továbbá vizsgálni, hogy a TRH idegsejtek beidegzésének változása szerepet játszik-e a hipotalamusz-hipofízis-pajzsmirigy tengely éhezés és leptin általi szabályozásában. Emellett, vizsgáljuk ezen neuronális plaszticitás feltételezett mediátorait. Az előállítandó PSD95/GFP egér további kísérletekben használható lesz bármely neurontípus dendritfájának és plaszticitásának vizsgálatához, amennyiben előállítottak, specifikusan e neuronokban Cre-t termelő egér vonalat.
Summary
In the present proposal, we plan to generate a transgenic mouse model (PSD95/GFP mouse) that will express green fluorescent protein (GFP) in the postsynaptic density (PSD) of the excitatory synapses. The expression of transgene will be restricted to the Cre-recombinase expressing cells using the Cre-LoxP technology. We will cross this PSD95/GFP mouse with our recently developed TRH/Cre mouse line expressing Cre-recombinase in the thyrotropin-releasing hormone (TRH)- synthesizing cells. In the resulted double transgene mouse, GFP will be targeted to the PSD specifically in the TRH neurons. Using this double transgenic mouse as a tool, we will characterize the dendritic tree of TRH neurons in the hypothalamic paraventricular nucleus (PVN). Since, using the current methods, only the perikaryon and the first order dendrites of TRH neurons can be visualized, and the majority of the synaptic input reaches the neurons on the distal part of the dendritic tree, visualization of the distal dendrites of TRH neurons is critical for the understanding of the regulation of TRH neurons. The visualization of the dendritic tree of the TRH neurons will also help the identification of the morphologically distinct types of the TRH neurons. In a second series of experiments, we will use the double-transgenic mouse to determine whether rewiring of the synaptic input of the TRH neurons is involved in the fasting and leptin induced regulation of the hypothalamic-pituitary-thyroid axis and will examine the potential mediators of this synaptic plasticity.
Final report
Results in Hungarian
Feltérképeztük a hypophysiotrop TRH idegsejtek előfordulását az egér hypothalamusban. Kimutattuk, hogy éhezés hatására a TRH idegsejtek AGRP beidegzése kétszeresére megnő, míg az α-MSH beidegzése szignifikánsan csökken. Ez a változás fennmarad két óra újratáplálás után, de 24h újratáplálás után helyreáll a beidegzés táplálkozó állatokban észlelt mintázata. A TRH idegsejtek éhezés során észlelt változása leptin adagolásával visszafordítható. Magas zsírtartalmú diéta hatására az éhezéshez hasonló, de annál kisebb mértékű változás tapasztalható. A TRH idegsejtek éhezés során bekövetkező változása hozzájárulhat e sejtek újratáplálás során tapasztalt melanokortin rezisztenciájához.
Igazoltuk, hogy az endokannabinoid és a nitric oxid (NO) rendszerek is jelen vannak a PVN parvocelluláris idegsejtjeit beidegző terminálisokban. E sejtek szabályozásában a NO mint anterográd és retrográd transzmitter is szerepet játszik. Kimutattuk, hogy a NO és az endokannabinoid rendszer együttesen szerepet játszik az NPY-nak a PVN parvocelluláris idegsejtjei serkentő inputjaira kifejtett hatásának közvetítésében és szintén fontos szerepet játszanak a PVN-be adagolt NPY táplálkozást serkentő és energia leadást gátló hatásának kialakulásában.
Kimutattuk, hogy a hypophysiotrop TRH sejtek axonterminálisai pajzsmirigyhormon transzportert tartalmaznak, ami arra utal, hogy a TRH sejtek axonjai az eminencia mediána területén felveszik a pajzsmirigyhormonokat, ami befolyásolja e sejtek aktivitását.
Results in English
We mapped the distribution of hypophysiotropic TRH neurons in the hypothalamus of mice. We showed that the AGRP innervation of TRH neurons is increased by two fold and the α-MSH input of these cells is significantly decreased in fasted animals. These changes were not reversed by 2h refeeding. In 24h refed animals, the innervation pattern of TRH neurons was similar as in fed animals. The fasting induced changes of the input of TRH neurons can be reversed by administration of leptin to fasted animals. High fat diet induces similar changes as fasting, but the magnitude of changes is smaller. The fasting induced changes of the innervation of TRH neurons may contribute to the melanocortin resistance observed in 2h refed animals.
We demonstrated that the endocannabinoid and nitric oxide systems are present in terminals innervating the parvocellular neurons of the PVN. The NO may serve as both anterograde and retrograde transmitter in the regulation of these neurons. The NO and the endocannabinoid systems are involved in the regulation of the glutamatergic input of the parvocellular neurons of the PVN by NPY and also mediate the effects of NPY administered into the PVN on the regulation of food intake and energy expenditure.
We demonstrated that the axon terminals of the hypophysiotropic TRH neurons contain thyroid hormone transporters indicating that these cells concentrate thyroid hormones from the median eminence.
Csaba Fekete, Ronald M. Lechan: Central Regulation of Pituitary-Thyroid Axis Under Physiological and Pathophysiological Conditions, Endocrine Reviews, 2013
Erik Schéle, Csaba Fekete, Péter Egri, Tamás Füzesi, Miklós Palkovits, Éva Keller, Zsolt Liposits, Balázs Gereben, Linda Karlsson-Lindahl, Ruijin Shao, John-Olov Jansson: Interleukin-6 Receptor α is Co-localised with Melanin-Concentrating Hormone in Human and Mouse Hypothalamus, Journal of Neuroendocrinology 24:(6) pp. 930-943, 2012
Hrabovszky E, Wittmann G, Kallo I, Fuzesi T, Fekete C, Liposits Z: Distribution of type 1 cannabinoid receptor expressing neurons in the septal-hypothalamic region of the mouse. Colocalization with GABAergic and glutamatergic markers., JOURNAL OF COMPARATIVE NEUROLOGY 520:(5) pp. 1005-1020, 2012
Andrea Kádár, Edith Sanchez, Balázs Gereben, Ronald M. Lechan, Csaba Fekete: Fasting-induced alterations in the α-MSH- and AGRP innervation of thyrotropin-releasing hormone (TRH)-synthesizing neurons in the PVN, The American Endocrine Society 94th Annual Meeting, 2012
Mónika Tóth, Gabor Wittmann, Péter Egri, Balázs Gereben, Csaba Fekete, and Ronald M. Lechan: Saturated Fatty Acids and High Fat Diet Feeding Increase Type 2 Deiodinase Activity in the Mediobasal Hypothalamus, The American Endocrine Society 94th Annual Meeting, 2012
Kallo I, Mohacsik P, Vida B, Zeold A, Bardoczi Z, Zavacki AM, Farkas E, Kadar A, Hrabovszky E, Arrojo e Drigo R, Dong L, Barna L, Palkovits M, Borsay BA, Herczeg L, Lechan RM, Bianco AC, Liposits Z, Fekete C, Gereben B: A Novel Pathway Regulates Thyroid Hormone Availability in Rat and Human Hypothalamic Neurosecretory Neurons, PLOS ONE 7:(6) Paper e37860. 16 p, 2012
Fekete C, Zseli G, Singru PS, Kadar A, Wittmann G, Fuzesi T, El-Bermani W, Lechan RM: Activation of Anorexigenic POMC Neurons During Refeeding is Independent of Vagal and Brainstem Inputs, JOURNAL OF NEUROENDOCRINOLOGY 24:(11) pp. 1423-1431., 2012
Sarvari A, Farkas E, Kadar A, Zseli G, Fuzesi T, Lechan RM, Fekete C: Thyrotropin-releasing hormone-containing axons innervate histaminergic neurons in the tuberomammillary nucleus, BRAIN RESEARCH 1488: pp. 72-80, 2012
Singru PS, Wittmann G, Farkas E, Zseli G, Fekete C, Lechan RM: Refeeding-Activated Glutamatergic Neurons in the Hypothalamic Paraventricular Nucleus (PVN) Mediate Effects of Melanocortin Signaling in the Nucleus Tractus Solitarius (N, ENDOCRINOLOGY 153: pp. 3804-3814., 2012
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Endokrin Neurobiológia Kutatócsoport (MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet), Új kutatóhely: Integratív Neuroendokrinológiai Kutatócsoport (MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet).
