Investigation of the appetite-regulating hormone cholecystokinin with a focus on the interaction with other neuropeptides

Hintergrund: Cholecystokinin (CCK) ist ein im Gastrointestinaltrakt und Gehirn synthetisiertes Peptidhormon mit sättigender Wirkung. Bislang ist unklar, ob das zentrale CCK2-Rezeptorsystem bei der Vermittlung dieses Effekts eine Rolle spielt. Die Serin/Threonin-Kinase mammilian Target of rapamycin (mTor) konnte unter anderem in Hirnkernen des Hypothalamus nachgewiesen werden. Es wird vermutet, dass mTor im Gehirn an der neuronalen Integration verschiedener Sättigungssignale beteiligt ist. Ziel der zweiten Studie war es, ein mögliches Zusammenspiel von mTor und peripherem CCK zu untersuchen. Serotonin und CCK zeigen einen ähnlichen Effekt auf die Nahrungsaufnahme. In der dritten Studie wird der Frage nach einer möglichen Interaktion von Serotonin und peripherem CCK in einigen Kernen des Hypothalamus und des Hirnstamms nachgegangen. Methodik: Für die erste Studie erhielten männliche Ratten nach einer Fastenperiode von 24 Stunden eine intrazerebroventrikuläre (izv)-Injektion des CCK2-Rezeptorantagonisten CI988. Ein Teil der Versuchstiere erhielt ausschließlich oder in Kombination mit dem CCK2-Rezeptorantagonisten eine izv- Injektion des Corticotropin Releasing Factor 1 (CRF1)- Rezeptorantagonisten CP 376395 oder des CRF2-Rezeptorantagonisten K 41498. Eine weitere Versuchsgruppe erhielt im Anschluss an eine izv-Injektion von CI988 zusätzlich eine intraperitoneale (ip)-Injektion des Dopamin-Rezeptorantagonisten Flupentixol. Im Anschluss an die izv-Injektionen wurde die Nahrungsaufnahme der Tiere quantitativ bestimmt. Für die zweite Studie erhielt eine Gruppe ad libitum gefütterter männlicher Ratten eine ip–Injektion CCK-8S. Anschließend wurde mittels Immunfluoreszenzhistologie die Anzahl der c-Fos positiven Neuronen im PVN und Nucleus arcuatus (ARC) des Hypothalamus sowie im Nucleus tractus solitarii (NTS) des Hirnstammes bestimmt. Des Weiteren wurde eine Doppelfärbung von c-Fos und phospho-mTor sowie eine Dreifachfärbung zur Darstellung von c-Fos, phospho-mTor und Oxytocin im Bereich des PVN durchgeführt, um eventuelle Kolokalisationen dieser Peptide zeigen zu können. In der dritten Studie erhielten ad libitum gefütterte männliche Ratten eine ip-Injektion von CCK-8S. In der Immunfluoreszenzhistologie wurde die c-Fos- Immunreaktivität und die Intensität der Fluoreszenz von Serotonin in Nervenfasern des PVN, ARC, NTS und Nucleus dorsalis nervi vagi (DMV) bestimmt. Ergebnisse: Die izv-Injektion des CCK2-Rezeptorantagonisten CI988 führte zu einer Reduktion der Nahrungsaufnahme. Der Dopamin-Rezeptorantagonist Flupentixol war in der Lage diesen Effekt auf die Nahrungsaufnahme zu hemmen. Der CRF1- und der CRF2-Rezeptorantagonist zeigten keinen Einfluss auf die Nahrungsaufnahme der Tiere. Eine ip-Injektion von CCK-8S führte zu einer dosisabhängigen Steigerung der neuronalen Aktivität von phospho-mTor-positiven Neuronen im PVN, die zum Teil mit Oxytocin-Neuronen kolokalisiert sind. Die ip-Injektion von CCK-8S führte zu einer Steigerung der neuronalen Aktivität im Bereich des NTS und des PVN. Im Bereich des ARC und DMV blieb die neuronale Aktivität unbeeinflusst. 90 Minuten nach der ip-Injektion von CCK-8S kam es zu einer Reduktion der Serotonin-Immunreaktivität im NTS und DMV. Im PVN und ARC blieb die Serotonin-Immunreaktivität unverändert. Schlussfolgerung: CCK2 ist nach einer Fastenperiode unter Umständen an der zentralen Regulation der Nahrungsaufnahme beteiligt. Möglicherweise vermittelt peripheres CCK seine Wirkung im PVN über eine mTor-abhängige Signalkaskade. Serotonin scheint eine Rolle bei der zentralen Signalvermittlung von peripherem CCK zu spielen.Background: Cholecystokinin (CCK) is a peptide synthesized in the gastrointestinaltract and brain. After peripheral injection it is mediating a short inhibitory effect on food intake in rodents. However it remains to be established whether the central CCK2-receptorsystem is involved in the regulation of food intake. The serin/threonin-kinase, mammalian target of rapamycin (mTor) was detected in the arcuate nucleus (ARC) and paraventricular nucleus (PVN) of the hypothalamus. It is suggested that mTor plays an important role in the integration of satiety signals in the brain. The aim oft the second study was to elucidate whether intraperitoneal (ip) injected CCK-8S affects the neuronal activity in cells immunoreactive for phospho mTor in the PVN. Serotonin and CCK have similar effects on food intake and both act via the vagus nerve. Therefore, we investigated whether CCK-8S injected ip modulates the concentration of serotonin in brain nuclei, which are involved in the regulation of food intake. Methods: For the first study male Sprague- Dawley rats were fasted for 24 h and received an intracerebroventricular (icv) injection of the CCK2 receptor antagonist CI988 alone or followed by a second consecutive icv injection consisting of a CRF1 or CRF2 receptor antagonist. Another group received an ip injection of the dopamine receptor antagonist flupentixol alone or in combination with an icv injection of CI988. Finally cumulative food intake was quantified for 11 h. For the second study ad libitum fed male Sprague-Dawley rats received an ip injection of CCK-8S at two different doses. Subsequently the number of c-Fos-immunoreactive (IR) neurons, neurons that were positive for c-Fos and phosphor-mTor and neurons IR for c-Fos, phospho-mTor and oxytocin were assessed in the PVN, ARC and NTS. For the third study ad libitum male Sprague Dawley rats received an ip injection of CCK-8S at two different doses. Neuronal activity and the fluorescence of serotonin in nerve fibers in the PVN, ARC, NTS and dorsal motor nucleus of the vagus (DMV) were assessed by means of immunohistochemistry. Results: The CCK2 receptor antagonist CI988 injected icv reduced food intake in rodents after a fasting period significantly. The dopamine receptor antagonist flupentixol injected ip abolished this effect. However the CRF1 and CRF2 receptor antagonists showed no effect. Immunohistochemistry showed an increase of activated phospho-mTor neurons in the PVN after an ip injection of CCK-8S, which were partly co-localized with oxytocin. In the NTS we detected an increase of neuronal activity after ip injection of CCK-8S and a decrease of serotonin-IR in the NTS and DMV. Conclusion: Our results suggest, that the CCK2 receptor system is involved in the regulation of food intake in rats and acts via a dopamine mediated pathway. The metabolic status of the animals seems to be important, since there was no effect on food intake in ad libitum fed rats. Phospho-mTor seems to be part of the neuronal circuits mediating the effects of peripheral CCK-8S on food intake. Serotonin might be involved in the mediation of CCK-8´s effects in the brainstem