Number of oligodendrocytes and size of the myelinated area in mice exposed to chronic psychosocial stress
| Title: | Number of oligodendrocytes and size of the myelinated area in mice exposed to chronic psychosocial stress |
| Author(s): | Heikkinen, Aino |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences |
| Degree program: | Genetiikan ja molekulaaristen biotieteiden maisteriohjelma |
| Specialisation: | Biologian opettaja |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2018 |
| Abstract: |
Krooninen psykososiaalinen stressi on huomattava riskitekijä ahdistuneisuushäiriöiden puhkeamisessa. Häiriöiden taustalla olevat molekyylitason muutokset tunnetaan huonosti. Ahdistuneisuutta voidaan tutkia hiirillä käyttämällä kroonista psykososiaalista stressimallia, joka altistaa ahdistuneisuuskäyttäytymiselle. Stressimallissa tutkittava hiiri asetetaan samaan tilaan kookkaamman hiiren kanssa päivittäin kymmeneksi minuutiksi, kymmenen päivän ajan. Yksilöitä, joilla ahdistusoireet voidaan havaita, kutsutaan alttiiksi (eng. susceptible) ja ne, joilla oireita ei nähdä, ovat resilienttejä (eng. resilient). Kroonisen stressin on aiemmin havaittu vaikuttavan eräiden myeliinissä esiintyvien proteiinien geenien ilmentymiseen sekä muokkaavan myeliinin rakennetta. Myeliini on lipideistä ja proteiineista koostuva aine, joka kietoutuu viejähaarakkaiden ympäri lisäten aktiopotentiaalien kulkunopeutta. Oligodendrosyytit (OL) tuottavat myeliiniä. Tässä tutkimuksessa tavoitteeni oli selvittää, vaikuttaako krooninen psykososiaalinen stressi OL:ien määrään tai myelinisoituneen alueen kokoon, joka ennustaa myeliinin määrää. Tutkimuksessa käytettiin kahta eri hiirikantaa, joiden sisäsyntyinen ahdistuneisuus eroaa toisistaan: ei-ahdistunut C57BL/6NCrl-kanta (B6) ja ahdistunut DBA/2NCrl-kanta (D2). Tutkittavat aivoalueet (mediaalinen etuaivokuori, mPFC; bed nucleus of the stria terminalis, BNST sekä ventraalinen hippokampus, vHP) ovat aiemmin liitetty stressi- ja ahdistuneisuuskäyttäytymiseen hiirillä ja ihmisillä.
Tutkimuksessa käytetyt hiiret olivat aiemmin altistettu psykososiaaliselle stressille, minkä jälkeen hiiret luokiteltiin ryhmiin (resilientti tai altis) sosiaalisen käyttäytymisen perusteella. Kontrollihiiriä ei stressattu. Hiirten aivot kerättiin, minkä jälkeen värjäsin tutkittavien aivoalueiden OL:t ja myeliinin immunohistokemiallisin menetelmin. OL-värjäyksissä käytin CNPase -vasta-ainetta ja myeliini-värjäyksissä BlackGold II aurohalofosfaattiyhdistettä. OL:ien määrän laskin käyttäen CNPase -väriä ja solumorfologiaa apuna tunnistuksessa. Myeliinimäärää laskiessani kehitin makron, joka automaattisesti määritti aivoalueiden BlackGold II:lla värjätyn myelinisoituneen alueen koon. Aivokurkiaisen (CC; laaja valkoisen aineen alue) paksuuden laskin CNPase kuvia käyttäen.
Tulokseni osoittavat, että psykososiaalisen stressin vaikutukset riippuvat aivoalueesta sekä yksilön perintötekijöistä: B6 resilienteillä hiirillä huomattiin suurempi määrä OL:jä kuin alttiilla hiirillä BNST:ssä, kun taas saman kannan muilla aivoalueilla ei eroja havaittu. D2-kannan OL-määrissä ei ollut eroja. Myelinisoituneessa alueessa tai CC:n paksuudessa ei ollut eroja ryhmien välillä millään aivoalueella, kummankaan kannan hiirillä. OL:ien määrä ja myelinisoitunut alue eivät korreloineet keskenään.
Tulokseni osoittavat, että OL:t ovat alttiita stressille aivoaluekohtaisesti, ja niissä tapahtuvat muutokset voivat olla tekijänä stressikäyttäytymisessä. B6 hiirillä havaittiin eroja mutta D2 hiirillä ei, joten vaste on riippuvainen perinnöllisistä tekijöistä. CC:n paksuudessa ei ollut eroja ryhmien välillä, mistä voidaan päätellä, ettei psykososiaalinen stressi aiheuta laajaa valkoisen aineen atrofiaa hiirten aivoissa. Tulokseni viittaavat OL:n ja stressin väliseen vuorovaikutukseen, mutta ilmiön mekanismien selvittämiseen vaaditaan lisää tutkimuksia.
Chronic psychosocial stress is a major risk factor for anxiety disorders, but the molecular background is still poorly known. Chronic social defeat stress (CSDS) is a mouse model simulating the psychosocial stress that humans face in their life. In CSDS, the examined mice are confronted by an aggressor mouse daily for 10 days, leading to defeat behavior and predisposing to anxiety-like symptoms. Some individuals develop these symptoms (susceptible) whereas others do not (resilient). Chronic stress has been shown to alter myelin-related gene transcription and myelin microstructure. Myelin is a membranous component around axons increasing the velocity of action potentials, and it is produced by oligodendrocytes (OLs). In this study, I investigated if CSDS affects the number of OLs or the size of the myelinated area (estimating the amount of myelin) in two inbred mouse strains that differ in their innate level of anxiety: the non-anxious C57BL/6NCrl (B6) and anxious DBA/2NCrl (D2). I studied three brain regions previously associated with anxiety: the medial prefrontal cortex (mPFC), bed nucleus of stria terminalis (BNST) and ventral hippocampus (vHP).
The mice used in this study were previously exposed to CSDS and divided into resilient or susceptible phenotypes, and their brains were collected together with control mice. I performed two immunohistochemical staining experiments to calculate the number of OLs and to measure the myelinated area. I used anti-CNPase for OL cell counts and BlackGold II to stain myelin. I manually calculated the number of OLs using CNPase and cell morphology as markers. I built a macro to measure the BlackGold II stained myelinated area. I also measured the thickness of the corpus callosum (CC, major white matter tract) using the CNPase stained images to examine if the thickness is affected by CSDS.
I observed a strain and region-specific effect of chronic stress in the BNST; B6 resilient mice had more OLs than susceptible mice whereas no differences were seen in the D2 strain, or other B6 brain regions. The size of the myelinated area did not differ between the phenotypes in either strain. Moreover, there was no significant correlation between the myelinated area and OL cell number. The CC thickness did not differ between the phenotypes.
My findings indicate that myelin and OLs are affected by stress in a region specific manner and possibly contribute to the stress-resilient behavior. The response is genetic background-dependent, as I saw differences in B6 mice but not in D2 mice. Because CC thickness did not differ between the phenotypes, we suggest that CSDS does not induce extensive white matter atrophy in the mice brain. The mechanism underlying this dynamic myelin plasticity during stress requires more investigation, but this study provides evidence that alterations in OLs associate with chronic stress.
|
| Keyword(s): | oligodendrocytes myelin anxiety immunohistochemistry chronic social defeat stress |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Heikkinen_Aino_Pro_Gradu_2018.pdf | 6.414Mb |