Melanin-concentrating hormone, hypothalamus, energy homeostasis, sleep-wake cycle
Discipline
Veterinary sciences (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Ortelius classification: Animal health
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Dept. of Anatomy and Histology (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants
Gerics, Balázs Sótonyi, Péter Szalay, Ferenc Szőke, Balázs Várkonyi, Emese
Starting date
2010-02-01
Closing date
2015-01-31
Funding (in million HUF)
28.243
FTE (full time equivalent)
7.65
state
closed project
Summary in Hungarian
Az elhízással és a hozzá kapcsolódó betegségekkel orvosoknak és állatorvosoknak egyaránt egyre gyakrabban kell szembenézniük. A problémák megoldása csak akkor lehetséges, ha megismerjük az energiabevitelt és felhasználást szabályozó mechanizmusokat. Kutatócsoportunk a táplálékfelvétel és energiafelhasználás agyi szabályozásában szerepet játszó melanin-koncentráló hormont (MCH) termelő neuronokat vizsgálja. A hypothalamusban található MCH neuronok által termelt MCH hiányában a modell állatok (egerek) anyagcseréje igen élénk, keveset esznek és soványak, míg MCH többlet hatására az állatok kövérekké és inzulin rezisztensekké válnak. Az MCH befolyásolja az alvás-ébrenlét egyensúlyt is. Legutóbbi eredményünk azt mutatja, hogy az MCH neuronok a-dystrobrevin (a-DB) fehérjét expresszálnak, ami felnőtt agyban más neuronokban nem fordul elő. Előzetes kísérleteink alapján felállított munkahipotézisünk szerint ez a fehérje fontos az MCH neuronok funkciójának betöltése szempontjából. Tervezett munkánk egyik célja, hogy részletesen felmérjük az a-DB jelenlétét az MCH neuronok két alcsoportjában. A kapott eredmények figyelembevételével tervezzük megvizsgálni a két neuron alcsoport morfológiai és kémiai jellegzetességeit különböző fiziológiás körülmények között: ad libitum étkezés, illetve táplálékmegvonás mellett, továbbá sötétben és megvilágított környezetben. A munkában, melyek eredményeit nívós nemzetközi lapokban tervezzük közölni, TDK-s és PhD hallgatók is részt fognak venni.
Summary
Obesity and the health problems related to it are of essential significance for both physicians and veterinarians. In order to solve these problems understanding of the mechanisms regulating of feeding and energy homeostasis is of primary importance. Our team has been investigating hypothalamic neurons expressing melanin concentrating hormone (MCH), which play an important role in the central regulation of food intake and energy expenditure. MCH-deficient mice are hypophagic, lean and hypometabolic, while transgenic mice overexpressing MCH are obese and resistant to insulin. Several lines of evidence support the notion of the participation of MCH neurons in controlling vigilance state as well. We have found recently that in the adult rodent brain neuronal expression of alpha-dystrobrevin (a-DB) is restricted to MCH neurons. On the basis of this morphological feature and further preliminary experiments we suggest that a-DB participates in mechanisms connected to MCH neurons’ special functions. The goal of our project is the extensive anatomical and neurochemical characterization of the two distinct MCH neuron sub-populations, with special reference to the distribution of a-DB. Different physiological conditions will be also tested: ad libitum feeding vs. fasting, furthermore, specified lightening-regimes. Undergraduate and graduate students will participate in the realization of the project. The results will be published in peer-reviewed international journals.
Final report
Results in Hungarian
Az MCH neuropeptidet termelő neuronok sejttestei az emlősök hypothalamusának rostro-caudalisan behatárolt területén helyeződnek. Kiterjedt nyúlványrendszerük és hypothalamuson belüli idegsejt-hálózatokban való részvételük révén több élettani folyamat – mint a táplálékfelvétel és az alvás-ébrenlét ritmus – szabályozásában vesznek részt.
Új, különböző forrásokból származó adatok tárolására, analizálására és összehasonlítására alkalmas módszert dolgoztunk ki MCH neuronok 3D megjelenítésére, kizárólag kutatási célra ingyenesen használható szoftverek alkalmazásával, a kísérletes adatok sztereotaxikus agy atlaszba való bevitelével. A sejtek egymáshoz viszonyított helyzetét egy elterjedten használt 3D tervező szoftverbe (3DSMax) való exportálással sokoldalúan analizálhatjuk (Reinitz et al.). Az adatbázis kiépítését megkezdtük, bővítését tervezzük.
Megvizsgáltuk a hypothalamus MCH tartalmának napszak függését. Szignifikáns eltérést mutattunk ki az aktív és a passzív fázisok végén a teljes MCH neuron populáció MCH peptid tartalma között. Ez egy új, eddig nem dokumentált szinten jellemzi az MCH neuronok működésének napszaki ritmusát (Gerics et al.).
Az MCH neuronok egy részében egy neuropeptid, az MCH van jelen, a másokban az MCH-n kívül CART peptid is expresszálódik. Kettős immunfluoreszcens vizsgálattal jellemeztük a két populáció hypothalamuson belüli eloszlását, valamint meghatároztuk a két neuropeptid sejten belüli eloszlását is (Jancsik et al.).
Results in English
MCH (melanin concentrating hormone) neurons are involved in complex neural networks which regulate physiological functions including food intake and sleep/wake cycle. Within the mammalian hypothalamus, MCH neuron cell bodies occur in a rostro-caudally restricted region. Several laboratories are engaged in studying MCH neurons by different techniques.
To provide a way to store, analyse and compare data across experimental techniques and laboratories, we visualized the 3D distribution of MCH neurons within the hypothalamus. This new technique enables transposition of experimental data to the stereotaxic brain atlas by applying exclusively softwares free for research use. Export into the popular 3D design software (3DS Max) facilitate the survey of the spatial context of the cells (Reinitz et al.). We expect to include further data in the model.
We checked whether the hypothalamic MCH level varied across the time of the day. The difference of the aggregated MCH peptide content of the total MCH neuron population at the end of the active (dark) and sleeping (light) phases was statistically significant. This indicates a new, not yet documented aspect of the circadian rhythm in MCH neurons (Gerics et al.).
Two MCH neuron subpopulations are discernable, one with MCH as unique neuropeptide, the other one containing CART beside MCH. Our double immunofluorescence study shows their distribution and the subcellular relationship of the two neuropeptides (Jancsik et al.).
Jancsik V, Bene R, Sótonyi P and Zachar G: Sub-cellular organization of the melanin-concentrating hormone neurons in the hypothalamus, Peptides, 2017., 2017
Gerics, B., Szalay, F., Sótonyi, P. and Jancsik, V.: Diurnal variation of the melanin-concentrating hormone level in the hypothalamus, kézirat, közlésre előkészítve, 2016
V. Jancsik, R. Bene, B. Szoke, P. Sótonyi: MELANIN-CONCENTRATING HORMONE PRODUCING NEURONS IN THE MOUSE HYPOTHALAMUS, 9th FENS Forum of Neuroscience p..558, 2014
Várkonyi E.É., Hazai D., Jancsik V.: Alpha-dystrobrevin in melanin-concentrating hormone expressing neurons, Magyar Mikroszkópos Konferencia 2010, Siófok, 2010
