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Background
Aggression, hyperactivity, impulsivity, helplessness and anhedonia are all signs of depressive-like disorders in humans and are often reported to be present in animal models of depression induced by stress or by inflammatory challenges. However, chronic mild stress (CMS) and clinically silent inflammation, during the recovery period after an infection, for example, are often coincident, but comparison of the behavioural and molecular changes that underpin CMS vs a mild inflammatory challenge and impact of the combined challenge is largely unexplored. Here, we examined whether stress-induced behavioural and molecular responses are analogous to lipopolysaccharide (LPS)-induced behavioural and molecular effects and whether their combination is adaptive or maladaptive.
Methods
Changes in measures of hedonic sensitivity, helplessness, aggression, impulsivity and CNS and systemic cytokine and 5-HT-system-related gene expression were investigated in C57BL/6J male mice exposed to chronic stress alone, low-dose LPS alone or a combination of LPS and stress.
Results
When combined with a low dose of LPS, chronic stress resulted in an enhanced depressive-like phenotype but significantly reduced manifestations of aggression and hyperactivity. At the molecular level, LPS was a strong inducer of TNFα, IL-1β and region-specific 5-HT2A mRNA expression in the brain. There was also increased serum corticosterone as well as increased TNFα expression in the liver. Stress did not induce comparable levels of cytokine expression to an LPS challenge, but the combination of stress with LPS reduced the stress-induced changes in 5-HT genes and the LPS-induced elevated IL-1β levels.
Conclusions
It is evident that when administered independently, both stress and LPS challenges induced distinct molecular and behavioural changes. However, at a time when LPS alone does not induce any overt behavioural changes per se, the combination with stress exacerbates depressive and inhibits aggressive behaviours.
Die in vielen Lebenssituationen über Erfolg und Misserfolg, Sympathie und Antipathie entscheidende, unterschiedlich ausgeprägte Fähigkeit zur sozialen Interaktion ist Gegenstand neurowissenschaftlicher Untersuchungen. Die Versuche einer kortikalen Lokalisierung führten zur Beschreibung des Spiegelneuronensystems (SNS) in Hirnregionen, die sowohl beim Ausführen einer Aktion Aktivität zeigten als auch beim Beobachten derselben beim Gegenüber. Die stärkste Aktivierung dieser Areale wurde bei schrittweise abwechselnder Ausführung einer Aufgabe in Koordination mit einem Partner, kurz abwechselnde soziale Aktion, erreicht. In der Autismus-Forschung fanden sich in bildgebenden Studien Belege für eine Dysfunktion des SNS, damit übereinstimmend waren die diesem System zugeschriebenen Fähigkeiten defizitär. Die genetische Forschung hat zeigen können, dass verschiedene Persönlichkeitseigenschaften mit genetischen Polymorphismen korrelieren. Von besonderem Interesse ist in diesem Zusammenhang der funktionelle Polymorphismus der Promotor Region des Serotonin–Transporter-Gens, der in verschiedenen Allelkombinationen aus S (Short)- und L (Long)– Varianten besteht, wobei die SS-Homozygotie bisher überwiegend mit negativ konnotierten Eigenschaften wie erhöhter Ängstlichkeit und ausgeprägter Hypervigilanz, einer Überempfindlichkeit auf äußere Reize mit stärkerer neuronaler Schreckreaktion, verknüpft wurde. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Beziehungen zu untersuchen zwischen Persönlichkeitseigenschaften, insbesondere solcher aus dem Autismusspektrum, genetischen Polymorphismen (SERT, COMT) und kortikaler Aktivität unter Spiegelneuronen-Provokation. Dabei wurde die Hypothese aufgestellt, dass SS-Allelträger unter SNS-aktivierenden Versuchsbedingungen eine höhere kortikale Aktivität zeigen als LL-Allelträger. Weiterhin wurde überprüft, ob nachteilige Persönlichkeitseigenschaften aus dem Asperger-Spektrum invers korrelieren mit der Ausprägung kortikaler Aktivität unter Spiegelneuronen-Provokation. Unter Verwendung eines pseudorandomisierten Blockdesigns wurde bei 59 Probanden mittels der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) unter alltagsnahen Versuchsbedingungen die kortikale Aktivität in drei definierten Hirnarealen (IPL, PMC und IFG) gemessen. Diese Daten wurden dann in Beziehung gesetzt zu den Ergebnissen der Genotypisierung und den ermittelten Persönlichkeitseigenschaften. Letztere wurden auch auf Korrelation mit den Genotypen (SERT, COMT) untersucht. Aktivierungsüberschneidung, definiert als kortikale Aktivität sowohl bei der Beobachtungs- als auch bei der alleinigen Ausführungsbedingung, als Charakteristikum des SNS, konnte in allen untersuchten Arealen nachgewiesen werden. Dabei ergab das abwechselnde Agieren als Prototyp der sozialen Interaktion die höchsten Werte. Für den SERT-Polymorphismus ergab sich im IPL-Kanal 40 ein deutlicher Einfluss der SS-Homozygotie. Für den COMT-Polymorphismus konnte kein Einfluss nachgewiesen werden. Im Vergleich der SERT-Genotypen mit den erfassten Persönlichkeitseigenschaften ergab sich ein signifikantes Ergebnis für den SS-Genotyp. Die für kompetente soziale Interaktion erforderliche Fähigkeit zum Attention Switching war bei SS-Allelträgern stärker ausgeprägt. Für diese in einer Asperger-Test-Subskala erfasste Persönlichkeitseigenschaft konnte zusätzlich im Vergleich mit der kortikalen Aktivitätsmessung eine begrenzte statistische Korrelation erfasst werden, indem unter den LL-Homozygoten der Kontrast der kortikalen Aktivität zwischen abwechselndem und alleinigem Ausführen bei geringerer Attention-Switching-Pathologie ausgeprägter war. Zusammenfassend lassen sich die Ergebnisse einordnen in Studien zum SNS, da hier mithilfe der fNIRS-Methodik kortikale Aktivität bei geeigneter realitätsnaher Provokation in den Arealen PMC, IFG und IPL nachweisbar war. Berichte zu erhöhter kortikaler Aktivität bei prototypischer sozialer Interaktion, hier dem abwechselnden Ausführen von Teilaufgaben, in Arealen, die sich dem SNS zuordnen lassen, werden durch die vorliegenden Daten gestützt. Die vorliegende Arbeit liefert erstmalig Daten zur Unterstützung der zentralen Hypothese einer Korrelation zwischen der mit fNIRS gemessenen kortikalen Aktivierung und unterschiedlichen Genotypen. SS-Allelträger zeigten eine höhere kortikale Aktivität im IPL-Kanal 40 bei prototypischer sozialer Interaktion im Vergleich zu den LL-Allelträgern. Zusätzlich gelang der Beleg für die Annahme einer Verknüpfung der SS-Homozygotie mit ausgeprägterem Attention Switching. Dies lässt sich einordnen in die These von Homberg und Lesch, die für die SS-Homozygotie aus evolutionstheoretischen Erwägungen eine bessere Ausprägung von Grundvoraussetzungen für erfolgreiche soziale Integration postulierten, da dieser Genotyp ansonsten durch die bisher assoziierten Eigenschaften wie erhöhter Ängstlichkeit, stärkerer Schreckreaktion und dem gehäuften Auftreten von Depressionen und Suizidalität in der Evolution kaum überlebt hätte.