Verhaltens- und neurochemische Untersuchungen nach Läsionen des medianen und dorsalen Raphekerns der Ratte

Abstract

Seitdem die Theorie aufgestellt wurde, daß erhöhte Aktivität des zentralen serotonergen Neurotransmissionssystems angstfördernd wirkt, während Verminderung oder Aufhebung dieser serotonergen Aktivität angstmindernd ist, gab es zahlreiche Studien zu diesem Thema, die jedoch große Widersprüche in ihren Ergebnissen aufwiesen. Bei der Betrachtung der einzelnen Raphekerne lag der Schwerpunkt zumeist auf dem dorsalen Raphekern. In der vorliegenden Arbeit sollte überprüft werden, ob sich die neurotoxische Läsion des medianen, des dorsalen und beider Raphekerne auf das Angstverhalten im Elevated plus maze-Test auswirkt. In einem zweiten Teil wurde vor, während und nach diesem Verhaltenstest der extrazelluläre hippokampale 5-HT-Spiegel mit Hilfe der in vivo Mikrodialyse bestimmt. Bei der Mikrodialyse im Heimatkäfig wurde der Einfluß der pharmakologischen Provokation auf das lädierte System untersucht. Ferner sollte der Einfluß der Läsion des medianen bzw. des dorsalen Raphekerns auf die appetitmindernde Wirkung des Neuropeptids Cholezystokinin untersucht werden.

Männlichen Sprague Dawley Ratten wurde das Neurotoxin 5,7-DHT entweder stereotaktisch in den medianen, den dorsalen oder beide Raphekerne injiziert. Um mögliche Regenerationsprozesse der serotonergen Neurone zu berücksichtigen, wurden Tiergruppen mit Läsion des medianen Raphekerns nach einer Erholungszeit von 5, 14 und 21 Tagen im Elevated plus maze getestet; Tiere mit Läsion des dorsalen bzw. beider Raphekerne jeweils nach 14 Tagen. Die Auswirkungen der MRN-Läsion wurde zusätzlich im Hole Board- und RotaRod-Test untersucht. Bei jeweils einer Gruppe mit Läsion des medianen Raphekerns und einer Gruppe mit Läsion des dorsalen Raphekerns wurde nach CCK-8S-Applikation (8 µg/kg i.p.) die Nahrungsaufnahme überprüft. Für die in vivo Mikrodialyseversuche wurde den Tieren unmittelbar nach der MRN-Läsion eine Führungskanüle für die Mikrodialysesonde eingesetzt. Die Versuche wurden nach einer Regenerationszeit von 8-10 Tagen durchgeführt. Der erste Versuch untersuchte die 5-HT- Konzentrationen vor, während und nach dem Aufenthalt auf dem Elevated plus maze. Während des zweiten Versuchs im Heimatkäfig erhielten die Tiere eine Fenfluramininjektion (10 mg/kg i.p.). Zur Überprüfung der Läsionstechnik wurden die Tiere einer 5-HT-Gehaltsbestimmung oder einer histologischen Untersuchung unterzogen. Es zeigte sich, daß bei den Tieren mit Läsion des medianen Raphekerns zu allen Untersuchungszeitpunkten keine Veränderung des Angstverhaltens im Elevated plus maze auftrat. Um so überraschender war der Befund, daß die lädierten Tiere im Gegensatz zu scheinlädierten und unbehandelten Kontrollen keinen 5 -HT-Anstieg im Hippokampus während des Aufenthaltes auf dem Maze aufwiesen. Die Gehaltsbestimmungen und die pharmakologische Provokation mit Fenfluramin zeigten, daß bei den Tieren eine starke Beeinträchtigung des serotonergen Systems vorlag. Ebenso verhielt es sich mit den DRN-lädierten Tieren. Auch bei ihnen traten keine Veränderung im Angstverhalten auf, trotz deutlich verminderter 5-HT-Gehalte. Erst die Tiere mit Läsion beider Raphekerne zeigten verminderte Angstreaktionen im Elevated plus maze-Test bei massiver Absenkung ihrer 5-HT-Gehalte. Die Untersuchung des Nahrungsaufnahmeverhaltens ergab, daß die appetitmindernde Wirkung von CCK-8S auch nach der Läsion des dorsalen Raphekerns ausgelöst wurde, während sie nach der Läsion des medianen Raphekerns abgeschwächt war.

Mögliche Erklärungen für das Ausbleiben von Verhaltenskorrelaten zu dem fehlenden 5-HT-Anstieg während des Aufenthaltes auf dem Elevated plus maze bei den MRN-lädierten Tieren sind kompensatorische Mechanismen; diskutiert werden die Möglichkeiten, daß der dorsale Raphekern den Ausfall des MRN in anderen Gehirngebieten als dem Hippokampus ausgleicht, daß andere Transmitter, die in enger Interaktion mit dem serotonergen System stehen, wie das dopaminerge, noradrenerge oder GABAerge System den Ausfall überlagern oder daß durch Rezeptorsupersensitivität oder vermehrte Rezeptorproduktion in den Effektorgebieten die basale 5-HT-Konzentration ausreicht, um das Angstverhalten aufrechtzuerhalten. Offensichtlich wird das Angstverhalten erst dann in Richtung Anxiolyse ausgelenkt, wenn das serotonerge System nahezu komplett ausgeschaltet wird, wie durch die Läsion des medianen und dorsalen Raphekerns.

Since the theory was put forward that increased activity of central serotonergic neurotransmission leads to anxiogenic behaviour whereas antagonism or diminution of serotonergic activity causes anxiolysis, there were numerous studies for this topic which showed discrepancies in their results. In the analysis of the function of single raphe nuclei the main emphasis laid on the dorsal raphe nucleus. The aim of this study was to examine the effect of neurotoxic lesion of the median, dorsal, and both raphe nuclei on anxiety-related behaviour displayed in the elevated plus maze-test. In a second part the extracellular hippocampal 5-HT-levels were measured with the in vivo microdialysis-technique before, during and after exposition to the maze. During microdialysis in the homecage the influence of pharmacological provocation on the lesioned system was examined. Further the consequences of lesion of the median raphe nucleus respectively lesion of the dorsal raphe nucleus on the reduction of food intake induced by the neuropeptide cholecystokinin were investigated.

Male Sprague Dawley rats received neurotoxic lesions of either the median, dorsal or both raphe nuclei. To consider possible regeneration-processes of serotonergic neurons, different groups of animals were tested in the elevated plus maze-test after recovery of 5, 14, and 21 days; animals with lesion of the dorsal raphe nucleus or both raphe nuclei were tested after 14 days. The consequences of the MRN-lesion was studied additionally in the Hole Board- and RotaRod-test. In two groups with either lesion of the median or dorsal raphe nucleus food intake was investigated after application of CCK-8S (8 µg/kg i.p.). For the in vivo microdialysis animals were implanted with microdialysis guide cannulas immediatly after MRN-lesion. The experiments were carried out after a regeneration of 8-10 days. The first experiment investigated the 5-HT-levels before, during and after exposition to the elevated plus maze. During the second experiment in the homecage animals received an injection of Fenfluramin (10 mg/kg i.p.). To verify the lesion-technique animals were submitted to determination of 5-HT-contents or histological examination. It could be shown that lesion of the median raphe nucleus was without effect on behaviour in the elevated plus maze-test at all times of testing. All the more surprising was the result that lesioned animals showed no increase in extracellular hippocampal 5-HT-levels during exposition to the maze in contrast to sham-lesioned and untreated controls. Determination of 5-HT- contents and pharmacological provocation with fenfluramine resulted in a strong impeding of the serotonergic system. Lesion of the dorsal raphe nucleus also was without effect on anxiety-related behaviour in spite of clear reduced 5-HT-contents. Only animals with lesion of both raphe nuclei showed an anxiolytic behavioural profile with massive decrease in their 5-HT-contents. In the investigation of food intake the appetite suppressant effect of CCK-8S was preserved after lesion of the dorsal raphe nucleus, whereas this effect was reduced after lesion of the median raphe nucleus.

Possible explanations for the absence of behavioural correlates to the missing increase of 5-HT-levels during exposure to the elevated plus maze in MRN lesioned animals are compensatory mechanisms; may be that the dorsal raphe nucleus adjusts the loss of the MRN in other brain regions than the hippocampus, or that other transmitters, which are in close interaction with the serotonergic system, like the dopaminergic, noradrenergic or GABAergic system, overlap the loss, or that the effect on anxiety-related behaviour is maintained by receptor supersensitivity or by increased production of receptors in the effector regions. Obviously the anxiety-related behaviour is only then unsettled towards anxiolysis, if the serotonergic system is nearly completely knocked out as seen by lesion of the median and dorsal raphe nucleus.