Die Genetik des Belohnungsverhaltens

Die Genetik des Belohnungsverhaltens

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Anonim

Belohnungssysteme sind das Herzstück des menschlichen Verhaltens - vom schmackhaften Essen bis zum Verlieben. Forscher des EU-Projekts haben sich an den Zebrafisch für Details der molekularen Grundlagen gewandt, die auch hinter der Entwicklung vieler neuropsychologischer Erkrankungen stehen.

Das dopaminerge (DA) System des Vorderhirns hat viele Rollen in der Gehirnfunktion, einschließlich des Arbeitsgedächtnisses und ist eine Schlüsseldeterminante der Parkinson-Krankheit-Entwicklung. Es ist auch in einigen neuropsychologischen Bedingungen wichtig, und häufig missbrauchte Drogen, wie Alkohol, üben Einfluss durch dieses so genannte Belohnungs-DA-System aus.

In Zusammenarbeit mit den aufkommenden Technologien der In-vivo-Bildgebung, Optogenetik und transgenen Techniken untersuchte das FISHDOPA-Team das komplexe neuronale DA-Netzwerk in Danio rerio, dem bekannten Zebrafisch-Modell.

Gene, die am Belohnungsverhalten beteiligt sind

Prof. Petronella Kettunen, Projektkoordinatorin von FISHDOPA, skizziert, wie die Forscher die Gehirnregionen und Signalwege analysierten, die beteiligt sind, wenn das DA-System einsetzt und zu veränderten Verhaltensmustern führt. "Die Ergebnisse zeigten eine konsistente Aktivierung von DA-Neuronenpopulationen in zwei Vorderhirnbereichen, die als dorsaler (Vd) und ventraler (Vv) Teil des ventralen Telenzephalons bezeichnet werden", erklärt Prof. Kettunen.

Mithilfe der Laser-Capture-Mikroskopie sammelten sie dann mRNA-Proben aus den Vd- und Vv-Regionen und nach der nächsten Generation konnte das Team sehen, welche Gene beim Erlernen des Belohnungsverhaltens exprimiert wurden. "Unsere vorläufige bioinformatische Analyse zeigt, dass während der Vd eine Hochregulation von Genen zeigt, die mit Dopamin-Signalwegen vor dem Belohnungslernen assoziiert sind, der Vv eine Hochregulierung von Genen zeigt, die mit Lernen nach Belohnungslernen assoziiert sind", skizziert Prof. Kettunen. Dies impliziert eindeutig, dass Vd für die Belohnungsverarbeitung und das Vv für Belohnungslernen wichtig ist.

Bedeutung von FISHDOPA-Ergebnissen für Lernen und Sucht

FISHDOPA hat ein Verhaltensparadigma entwickelt, um Belohnung zu studieren und die molekularen Mechanismen zu verstehen, die diesem Verhalten zugrunde liegen. Darüber hinaus ist die Verwendung der Laser-Capture-Mikroskopie zum Ausschneiden und Abtasten kleiner Hirnregionen aus geschnittenem adulten Zebrafisch-Gehirn, Extraktion von mRNA und Next-Generation-Sequenzierung auf den Proben ein neues Protokoll.

FISHDOPA hat als erste im Feld für Belohnungsverhalten gezeigt, dass sowohl Larven als auch adulte Zebrafische verwendet werden können. Dies eröffnet zukünftige Anwendungen und Forschung in den wichtigen Bereichen Neurotransmission, Lernen und Sucht. "Am wichtigsten ist, dass wir verschiedene Bereiche des Gehirns identifiziert haben, die am Belohnungssystem beteiligt sind", betont Prof. Kettunen. "Unsere Daten zeigen, dass verschiedene Gehirnregionen und Signalwege während verschiedener Aspekte des Verhaltens rekrutiert werden."

Die Hürden in Verhaltensforschung Herausforderungen zu beseitigen

Als Vorreiter der Forschung im Bereich Belohnungsverhalten gab es viele Herausforderungen, denen sich das FISHDOPA-Team stellte. "Viele Methoden / Werkzeuge fehlten und es gab nur wenige Informationen über die Gehirnfunktion im Fisch. Daher mussten wir einen großen Teil der Methoden entwickeln und verfeinern, einschließlich der Verhaltenstests, der Bewertung von Antikörpern und der verfügbaren transgenen Substanzen Fisch ", erklärt Prof. Kettunen.

Eine weitere Herausforderung bestand darin, das delikate und komplexe Verhalten beim Lernen in frei beweglichen Zebrafischen zu manipulieren und zu beobachten und zu untersuchen, zu welchem ​​Zeitpunkt während der Entwicklung sich das Belohnungsverhalten in den Larven entwickelt. Prof. Kettunen: "Je älter die Tiere werden, desto eingeschränkter sind Sie als Wissenschaftler mit der zur Verfügung stehenden Technologie für die In-vivo-Bildgebung."

Nächste Schritte auf dem Weg zur Anwendung des DA-Systems in der Klinik

Ein zukünftiger Schwerpunkt wird sein, die Funktion der neuen Gene, die während der Projektforschung entdeckt wurden, zu untersuchen und die Untersuchungen auf menschliche Gen-Kaskaden auszudehnen. "Neben Dopamin können auch andere am Belohnungslernen beteiligte Signalwege untersucht werden, die in zukünftigen Experimenten pharmakologisch oder genetisch getestet werden können", betont Prof. Kettunen.

Die Dysregulation des dopaminergen Systems ist mit verschiedenen psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen und Syndromen wie Parkinson, Alzheimer, ADHS und Depression assoziiert. Darüber hinaus spielt Dopamin eine zentrale Rolle in der Sucht. Prof. Kettunen: "Für viele dieser Störungen im Zusammenhang mit dopaminerger Dysfunktion fehlt es immer noch an effizienten und sicheren Behandlungen. Neue Instrumente, die in FISHDOPA entwickelt wurden, könnten dabei helfen, neue Therapien zu finden."