Transgenik farelerde hipotalamik arkuat agRP nöronlarının opioid modülasyonu
Opioid modulation of hypothalamic arcuate agRP neurons in transgenic mice
Yazar: YAVUZ YAVUZ
Danışman: PROF. DR. BAYRAM YILMAZ
Yeditepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: AGRP = AGRP ; Beslenme = Nutrition ; Beslenme davranışı = Feeding behavior ; Elektrofizyoloji = Electrophysiology ; Fareler = Mice ; Fotometri = Photometry ; Opioidler = Opioids ; Optogenetik = Optogenetics

Özet:
Hipotalamusun arkuat çekirdeğinde (ARC) lokalize olan Agouti ile ilişkili peptit (AgRP) nöronları iştah, metabolizma ve enerjinin düzenlenmesinde merkezi bir role sahiptir. Bu nöron grubunun manipülasyonlarının, beslenme davranışının akut düzenlenmesinde etkili olduğu kanıtlanmıştır. AgRP nöronları, paraventriküler çekirdeğe (PVH) yoğun aksonal projeksiyonlar gönderir ve PVH'de bulunan diğer nöronlarla sinaptik bağlantılar kurar. ARCAgRPPVH sinaptik bağlantıları enerji dengesi, metabolizma ve daha da önemlisi beslenmenin düzenlenmesinde önemli roller oynadığından, bu bağlantıları modüle eden ilaçların da iştah düzenlemesinde önemli bir rol oynaması olasıdır. Bu çalışmada, µ opioid reseptör antagonizmasının AgRP nöronları üzerindeki olası fonksiyonel değişimlerini ex vivo ve in vivo yöntemlerle karakterize etmeyi amaçladık.
Çalışmamızda hem dişi hem de erkek AgRP-Cre fareleri kullanıldı. µ opioid reseptör agonisti DAMGO'nun AgRP nöronları üzerindeki etkileri elektrofizyolojik aktivite deneyleri ile ex vivo olarak incelenirken, µ opioid reseptör inhibisyonunun in vivo etkileri beslenme davranışı, lokomotor aktivite ve fiber fotometri Ca+2 görüntüleme yöntemleri kullanılarak incelenmiştir.
Ex vivo deneylerde, DAMGO, AgRP nöronlarının ateşleme frekansını önemli ölçüde azalttı ve bu nöronların dinlenim membran potansiyelini hiperpolarize etti. Ek olarak, DAMGO, bu nöronlara giden uyarıcı post-sinaptik akımların frekansını önemli ölçüde azaltırken, inhibe post-sinaptik akım frekansını değiştirmediği gözlendi. Optogenetik tekniğininden faydalanılarak yapılan ARCAgRPPVH sinaptik bağlantı deneylerinde, ilaç uygulamasından sonra sinaptik tepe genliğinin önemli ölçüde azaldığı gözlendi. DAMGO'nun beş günlük intraperitoneal uygulamasından sonra, farelerde gıda tüketim miktarının artma trendi olduğu gözlendi. DAMGO uygulamasının bir sonucu olarak, hayvanların kat ettikleri mesafe anlamlı derece azalırken hızlarında bir değişiklik olmadı. Sistemik DAMGO uygulamasından sonra AgRP nöronlarının in vivo elektrofizyolojik aktivitesini kaydetmek için fiber fotometri Ca+2 görüntüleme tekniğini kullandık. DAMGO, 16 saat aç bırakılan farelere uygulandığında, in vivo AgRP nöron aktivitesinin azalmaya yönelik bir trend izlediği gözlemlendi.
Sonuç olarak, mevcut veriler göz önüne alındığında, µ opioid agonizminin hedonik beslenmeyi güçlü bir şekilde uyardığı ve homeostatik beslenmede AgRP nöronlarının aktivitesinin düzenlenmesinde rol oynadığı önerilebilir.

Abstract:
Agouti-related peptide (AgRP) neurons, localized in the arcuate nucleus (ARC) of the hypothalamus, have a central role in the regulation of appetite, metabolism, and energy. Manipulations of this neuron group have been proved to be effective in the acute regulation of feeding behavior. AgRP neurons send dense axonal projections to the paraventricular nucleus (PVH) and establish synaptic connections with other neurons found in PVH. Since ARCAgRPPVH synaptic connections play important roles in the regulation of energy balance, metabolism and, more importantly, feeding, it is possible that the drugs that modulate these connections will also play an important role in the regulation appetite. In this study, we aimed to characterize the possible functional changes of µ opioid receptor antagonism on AgRP neurons by ex vivo and in vivo methods.
Both female and male AgRP-Cre mice were used in our study. While the effects of µ opioid receptor agonist DAMGO on AgRP neurons were examined ex vivo by electrophysiological activity experiments, the in vivo effects of µ opioid receptor inhibition were examined by using feeding behavior, locomotor activity and fiber photometry Ca+2 imaging methods. 
In ex vivo experiments, DAMGO significantly reduced the firing frequency of AgRP neurons and hyperpolarized the resting membrane potential of them. In addition, DAMGO significantly decreased the frequency excitatory post-synaptic currents to these neurons decreased significantly without altering the frequency of inhibitory post-synaptic currents. In ARCAgRPPVH synaptic connection experiments using the optogenetic technique, it was observed that the synaptic peak amplitude decreased significantly after drug administration. After five days of intraperitoneal administration of DAMGO, it was observed that the amount of food consumption in mice increased, although not significantly. As a result of DAMGO administration, the distance traveled by the animals significantly decreased, however, there was no change in their velocity. We used fiber photometry Ca+2 imaging technique to record in vivo electrophysiological activity of AgRP neurons after systemic DAMGO administration. When the drug was administered to mice that were fasted for 16 hours, it was observed that the in vivo AgRP neuron activity decreased, but not significantly.
In conclusion, when the available data was considered, it can be suggested that the µ opioid agonism strongly stimulates hedonic nutrition and plays a role in the regulation of activity AgRP neurons in homeostatic nutrition.