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Zellen, die den Hunger kontrollieren, beeinflussen die Struktur und Funktion des Gehirns

Zusammenfassung: AgRP-Neuronen im Hypothalamus spielen eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Struktur und Funktion des präfrontalen Kortex bei Mäusen. Die Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie der präfrontale Kortex bei Erkrankungen wie Schizophrenie verändert ist.

Quelle: Jale

Die präfrontale Kortexregion des menschlichen Gehirns ist für eine Reihe komplexer Funktionen verantwortlich, von der Entscheidungsfindung bis hin zu bestimmten Arten des Gedächtnisses.

Wenn in diesem Teil des Gehirns etwas schief geht, kann dies sehr schädlich für die Wahrnehmung und das Verhalten sein. Tatsächlich ist eine Dysfunktion im präfrontalen Cortex mit mehreren psychiatrischen Erkrankungen verbunden, darunter Schizophrenie und Major Depression.

Yale-Forscher und ihre Kollegen in Ungarn haben entdeckt, dass Zellen im Hypothalamus – einem Bereich des Gehirns, der Funktionen wie Hunger und Körpertemperatur steuert – eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der Struktur und Funktion des präfrontalen Kortex bei Mäusen spielen, eine Erkenntnis das könnte Hinweise darauf geben, wie diese Region des Gehirns bei Krankheiten verändert wird, und neue Wege für die Behandlung eröffnen.

Sie berichteten über ihre Ergebnisse am 29. Juli im Journal Molekulare Psychiatrie.

Für die Studie konzentrierten sich die Forscher auf Agouti-Related Peptide (AgRP)-Neuronen, die sich in der Hypothalamus-Region des Gehirns befinden. Diese Neuronen kontrollieren den Hunger und regulieren sowohl das Fressverhalten als auch das Nicht-Fressverhalten, wie unter anderem die Suche nach Belohnung und die Bindung zwischen Eltern und Kindern.

Als die Forscher AgRP-Neuronen bei Mäusen beeinträchtigten, stellten sie fest, dass im präfrontalen Kortex weniger Neuronen vorhanden waren als bei gesunden Tieren.

„Die verbleibenden Neuronen waren kleiner als gewöhnlich und reagierten anders auf Hinweise des Körpers und Signale von umgebenden Zellen“, sagte Tamas Horvath, Jean und David W. Wallace-Professor für Vergleichsmedizin in Yale und leitender Autor der Studie.

AgRP-Neuronen haben keine starken direkten Verbindungen zum Kortex. Aber sie projizieren auf andere Gehirnregionen, die mit dem präfrontalen Kortex verbunden sind.

Horvath und seine Kollegen fanden heraus, dass die Neuronen in einem dieser Bereiche – einer Mittelhirnregion, die als ventraler Tegmentalbereich bekannt ist – überaktiv waren, wenn AgRP-Neuronen beeinträchtigt waren. Diese überaktiven Neuronen setzten dann im präfrontalen Cortex mehr Dopamin, einen Neurotransmitter, frei als bei gesunden Mäusen üblich, was wiederum das Verhalten der Mäuse negativ beeinflusste.

Sie fanden zum Beispiel heraus, dass sich die Mäuse viel mehr bewegten und abnormale Schreckreaktionen zeigten.

Es macht Sinn, dass diese Neuronen, die Hunger und Nahrungsaufnahme kontrollieren, den Kortex und das Verhalten beeinflussen würden, sagt Horvath.

„Wenn Sie hungrig sind, müssen Sie alle Ihre Verhaltensweisen aufeinander abstimmen, damit Sie Nahrung finden und essen können“, sagte er. „Und wenn du keinen Hunger mehr hast, musst du dein Verhalten ändern, um dich auf das zu konzentrieren, was in diesem Moment wichtig ist.“

Nachdem die Auswirkungen beeinträchtigter AgRP-Zellen auf die Hirnrinde aufgedeckt worden waren, versuchten die Forscher, diese abzuwenden. Sie fanden heraus, dass Clozapin – eine Art Antipsychotikum, das die Wirkung von Dopamin blockiert und zur Behandlung von Schizophrenie eingesetzt wird – einige dieser Probleme, einschließlich Neuronenverlust, verhindern konnte, wenn es zum richtigen Zeitpunkt verabreicht wurde.

Wenn es um diese kortikalen Veränderungen geht, sagte Horvath, ist das Timing entscheidend. In der Studie traten Beeinträchtigungen während der Pubertät auf, als sich das Gehirn noch in der Entwicklung befand und verwundbar war. Zu diesem Zeitpunkt hatte auch die Clozapin-Verabreichung Auswirkungen.

Neuronen im Hypothalamus (B) projizieren in den ventralen tegmentalen Bereich (C), wo Zellen Verbindungen zum präfrontalen Kortex (A) senden. Über diesen Weg beeinflussen AgRP-Zellen im Hypothalamus die kortikale Struktur und Funktion. Bildnachweis: Yale University

„Und das sagt uns, dass, wenn Sie in diesem bestimmten Zeitraum mit homöostatischen Funktionen spielen, z. B. durch Diäten oder übermäßiges Essen, Sie lang anhaltende Auswirkungen auf Ihre kortikalen Funktionen haben können“, sagte er.

Die Bedeutung dieser Entwicklungsphase kann Aufschluss über psychiatrische Erkrankungen geben, die häufig in der späten Adoleszenz auftreten, und warum der Konsum von Substanzen während dieser Zeit lang anhaltende Auswirkungen auf Verhalten, Physiologie und Krankheit haben kann.

Diese Ergebnisse können auch ein neues Ziel für die Behandlung darstellen. AgRP-Zellen im Hypothalamus befinden sich außerhalb der Blut-Hirn-Schranke, einer Funktion des Gehirns, die es vor schädlichen Substanzen schützt und verhindert, dass viele Medikamente das Gehirngewebe erreichen.

„Das bedeutet, dass diese Zellen gut für Eingriffe verfügbar sind“, sagt Horvath. „Vielleicht können sie genutzt werden, um Störungen höherer Hirnregionen zu verändern.“

Die Studie trägt auch zu einer wachsenden Zahl von Beweisen bei, dass die Funktion des Kortex von primitiveren Regionen des Gehirns und von anderen Körperteilen beeinflusst wird. Horvath zeigte kürzlich, dass AgRP-Zellen über die Leber auch auf den Kortex einwirken können.

„Die grundlegende Botschaft hier ist, dass im Gehirn eine sehr diffuse Kommunikation über verschiedene Wege stattfindet“, sagte Horvath.

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„Primitive Bereiche wie der Hypothalamus beeinflussen höhere kortikale Regionen durch unzählige Kommunikationen, die Gehirnprozesse, aber auch periphere Gewebe umfassen.

„Wir sind zurück bei der Debatte zwischen Camillo Golgi und Ramón y Cajal, die sich 1906 den Nobelpreis teilten, sich aber über die Prinzipien der Funktionsweise des Gehirns nicht einig waren. Unsere Ergebnisse scheinen vergessene Argumente von Camillo Golgi zu begünstigen.“

Über diese Neuigkeiten aus der neurowissenschaftlichen Forschung

Autor: Mallory Locklear
Quelle: Jale
Kontakt: Mallory Locklear–Yale
Bild: Das Bild wird Yale gutgeschrieben

Originalforschung: Uneingeschränkter Zugang.
AgRP-Neuronen kontrollieren Struktur und Funktion des medialen präfrontalen Kortex“ von Bernardo Stutz et al. Molekulare Psychiatrie


Abstrakt

AgRP-Neuronen kontrollieren Struktur und Funktion des medialen präfrontalen Kortex

Hypothalamische Agouti-verwandte Peptid- und Neuropeptid-Y-exprimierende (AgRP)-Neuronen spielen eine entscheidende Rolle sowohl im Fress- als auch im Nicht-Fressverhalten von neugeborenen, heranwachsenden und erwachsenen Mäusen, was auf ihre breite modulierende Wirkung auf die Gehirnfunktionen hindeutet.

Hier zeigen wir, dass die konstitutive Beeinträchtigung von AgRP-Neuronen oder ihre peripubertäre chemogenetische Hemmung sowohl zu einer numerischen als auch zu einer funktionellen Reduktion von Neuronen im medialen präfrontalen Kortex (mPFC) von Mäusen führte.

Diese Veränderungen wurden begleitet von einer Veränderung der oszillatorischen Netzwerkaktivität bei mPFC, einer beeinträchtigten sensomotorischen Aussteuerung und einem veränderten Gehverhalten, das durch die Verabreichung von Clozapin, einem nicht-selektiven Dopaminrezeptor-Antagonisten, rückgängig gemacht werden konnte. Die beobachteten AgRP-Effekte werden teilweise über dopaminerge Neuronen im ventralen tegmentalen Bereich auf mPFC übertragen und können auch von medialen thalamischen Neuronen vermittelt werden.

Unsere Ergebnisse entlarvten eine zuvor nicht vermutete Rolle für hypothalamische AgRP-Neuronen bei der Kontrolle neuronaler Bahnen, die Gehirnfunktionen höherer Ordnung während der Entwicklung und im Erwachsenenalter regulieren.

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