text size

Hippocampus Dysfunction in Quinpirole Sensitization Model of Obsessive-Compulsive Disorder

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Hippocampus Dysfunction in Quinpirole Sensitization Model of Obsessive-Compulsive Disorder
Title (in czech):
Narušená Funkce Hipokampu u Modelu Obsedantně-Kompulsivní Poruchy Vyvolané Quinpirolem
Type:
Dissertation
Author:
Mgr. Hana Hatalová
Supervisor:
doc. RNDr. Aleš Stuchlík, Ph.D.
Opponents:
RNDr. Pavla Jendelová, Ph.D.
RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D.
Thesis Id:
153547
Faculty:
First Faculty of Medicine (1.LF)
Department:
Czech Academy of Sciences (11-00048)
Study programm:
Neurosciences (P5108)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
02/03/2020
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
Obsessive-compulsive disorder, quinpirole, cognitive flexibility, hippocampus, immediate-early genes
Keywords:
Obsedantně-kompulsivní porucha, quinpirol, kognitivní flexibilita, hippokampus, geny ranné odpovědi
Abstract (in czech):
Obsedantně kompulzivní porucha (OCD) je závažné psychiatrické onemocnění, které se projevuje opakovanými nutkavými myšlenkami a následně stereotypním kompulzivním chováním. Do patofyziologie OCD jsou zapojeny změny kortiko-thalamo-striato-kortikálních obvodů. Mnoho studií však také zjistilo změněný objem, tvar a aktivitu hipokampu u pacientů s OCD. Tato práce byla zaměřena na aktivitu hipokampálních CA1 buněk během stereotypního kontrolního chování podobného kompulzivní kontrole a na kognitivní flexibilitu v potkaním modelu sensitizace dopaminovim D2 agonistem quinpirolem (QNP). U sensitizovaných potkanů a kontrol byla hodnocena aktivita hipokampálních buněk v oblasti CA1 během stereotypní kontroly v otevřeném poli s vloženými objekty. Stanovili jsme profily exprese ranneho genu Arc+ (aktivitou regulovaného cytoskeletálního proteinu neboli Arg 3.1) v koronálních hipokampálních řezech v oblasti CA1. Po ustavení stereotypního kontrolovani (10 sezení) byli potkani vystaveni aréně a přesně po 5 minutách humánně usmrceni. Sensitizovaná zvířata navštěvovala konkrétní objekty v jednotlivých sezeních s konsistentní preferencí, zatímco kontrolní tuto preferenci měnila od jednoho sezení k druhému. Lokomoční aktivita byla v testovacím sezení mezi oběma skupinami srovnatelná. Po usmrcení byly mozky potkanů bleskově zmrazeny a nakrájeny na řezy o tloušťce 20µm. Řezy na sklíčkách byly inkubovány s anti-Arc probami a exprese byla vizualizována pomocí tyramidové amplifikace. Jak kontrolní skupina, tak potkani sensitizovaní QNP, kteří nebyli vystaveni prostředí, vykazovali bazální nízké počty Arc+ buněk v CA1. Důležité je, že došlo k významné interakci mezi QNP a prostředím – potkani sensitizovaní pomocí QNP vykazovaly nižší počet Arc+ jader v CA1 během explorace/kontroly otevřeného pole ve srovnání s kontrolními potkany při této exploraci. Pro otestování kognitivní flexibility byla použita úloha aktivního vyhýbání se místu s přeučením na rotující aréně (Kolotoči) závislá na hipokampu. Zvířata se měla za úkol vyhýbat sektoru na rotující aréně, který nebyl přímo viditelný, a jehož polohu šlo určit pouze prostorovými vztahy vůči vzdáleným orientačním bodům. Počet vstupů do tohoto sektoru byl použit jako měřítko učení a flexibility. Potkani vystavení QNP vykazovali významné, ale přechodné zvýšení počtu chyb při přeučení. Léčba klomipraminem, léčivem běžně používaným k terapii OCD, zhoršila počáteční učení i přeučení na rotující aréně. Na druhou stranu kombinace klomipraminu a risperidonu zachovala výkonnost potkanů na úrovni kontrol. Kromě toho výsledky z neprostorové úlohy aktivního obousměrného vyhýbání se (two-way active avoidance) také podpořily koncept narušení hipokampu u potkanů sensitizovaných QNP. Ačkoli z dosavadních výsledků nelze odvodit přímou příčinnou souvislost, tato práce zdůrazňuje možnost klíčové role hipokampu při vytváření stereotypního chování podobného kompulzivním projevům u pacientů s OCD.
Abstract:
Obsessive-compulsive disorder (OCD) is a serious psychiatric condition manifested by repeated thoughts followed by stereotypic compulsive behavior. Alterations to cortico-thalamo-striato- cortical circuits are most often implicated in the pathophysiology of OCD. However, many studies have also found a changed volume, shape and activity of the hippocampus in OCD patients. This work focused on the activity of hippocampal CA1 cells during stereotypical checking behavior and on cognitive flexibility in a quinpirole (QNP) sensitization model of OCD. The activity of CA1 hippocampal cells during stereotypical checking was assessed in an enriched open-field test in QNP sensitized rats. Arc+ (activity‐regulated cytoskeletal associated protein, or Arg 3.1) mRNA expression profiles were determined in CA1 coronal hippocampal sections following stereotypical checking. After the establishment of stereotypical checking (10 sessions), rats were exposed to the arena and sacrificed after 5 minutes. QNP sensitized animals visited the same objects with the same frequency as during previous sessions, while control rats did not. Locomotor activity was comparable between QNP treated rats and controls. Following sacrifice, rat brains were flash frozen and sliced to 20 µm thick sections. Sections, mounted on slides, were hybridized with anti-Arc riboprobes, and visualized using tyramid amplification. Both control rats and rats treated with QNP displayed low baseline Arc+ positive cells in CA1. Importantly, there was a significant interaction between QNP and the environment – QNP treated rats displayed a lower number of Arc+ nuclei in CA1 during exploring/checking the open-field compared to control rats; while in the baseline condition there was no significant difference in Arc+ cells in CA1 between QNP treated rats and control rats. To assess cognitive flexibility, a hippocampus-dependent Carousel arena task with reversal was employed. Animals were to avoid a sector on rotating arena that was not directly perceptible and could only be localized by spatial relationships to distal landmarks. The number of entrances into the sector was used as a measure of learning. Rats treated with QNP displayed a severe, but transient, increase in the number of errors in reversal. Treatment with clomipramine, a drug commonly used to treat OCD, further impaired reversal and impaired acquisition of the Carousel arena task. On the other hand, a combination of clomipramine and risperidone improved the rats’ performance. Furthermore, two-way active avoidance task confirmed hippocampal impairment in QNP treated rats. Although direct causality cannot be inferred from present results, this work highlights the possibility of hippocampal involvement in generation of stereotypical behavior similar to behavior observed in OCD patients.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Mgr. Hana Hatalová 16.47 MB
Download Abstract in czech Mgr. Hana Hatalová 201 kB
Download Abstract in english Mgr. Hana Hatalová 231 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Mgr. Hana Hatalová 5.17 MB
Download Supervisor's review doc. RNDr. Aleš Stuchlík, Ph.D. 3.13 MB
Download Opponent's review RNDr. Pavla Jendelová, Ph.D. 54 kB
Download Opponent's review RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. 99 kB
Download Defence's report doc. MUDr. Jan Laczó, Ph.D. 1.94 MB