The impact of orexin A on circadian activity in the rat olivary pretectal nucleus - ex vivo electrophysiology studies

Oreksyny to konserwatywne, występujące u większości kręgowców neuropeptydy pobudzające, syntetyzowane przez neurony zlokalizowane w bocznym podwzgórzu (LH). Wyróżniamy dwie izoformy oreksyn: oreksynę A (OXA) i B (OXB). Oreksyny należą do układów niespecyficznych mózgowia i pełnią głównie funkcje związane z aktywnością pokarmową organizmów, ale również biorą udział w regulacji rytmu snu i czuwania. Na przestrzeni lat badaczom udało się również, zidentyfikować dwa receptory dla oreksyn: OX1R i OX2R i co ciekawe, OXA wykazuje podobne powinowactwo do obu receptorów, natomiast OXB głównie do receptora OX2R. Wiele badań udowodniło, iż rytmika okołodobowa oraz SCN odgrywają kluczową rolę w regulacji wydzielania oreksyn u organizmów dziennoaktywnych, poprzez glutamatergiczną drogę siatkówkowo-podwzgórzową, prowadząc do pobudzenia neuronów SCN w ciągu dnia i zahamowania ich aktywności w ciągu nocy. W przypadku organizmów nocnoaktywnych obserwuje się odwrotną zależność. Co więcej, stwierdzono również, iż PACAP obecny w komórkach melanopsynowych siatkówki (ipRGCs) jest markerem tej drogi i jest zaangażowany w regulację rytmiki okołodobowej (SCN) i odruchu źrenicznego (OPN), co potwierdza jego istotny udział w odpowiedzi komórek na światło obecne w środowisku.Celem niniejszej pracy było zbadanie, jaki wpływ ma podanie OXA na elektrofizjologiczne parametry neuronalnej aktywności w OPN szczura, podczas dnia i nocy.W przeprowadzonych eksperymentach ex vivo wykorzystano dorosłe szczury szczepu Sprague-Dawley na których przeprowadzono badania w dwóch punktach czasowych doby: podczas fazy jasnej (ZT6) i fazy ciemnej (ZT18). Dodatkowo, wykorzystano dwa protokoły doświadczeń, które obejmowały podania z wykorzystaniem OXA w obecności antagonisty OX2R oraz podania OXA wraz z selektywnym agonistą receptora PAC1 (MAX). Zewnątrzkomórkową aktywność neuronów OPN rejestrowano na skrawkach mózgu szczura przy użyciu macierzy wieloelektrodowych (MEA).Otrzymane wyniki wykazały, że w obrębie OPN znajdują się neurony wrażliwe na okołodobowe podania OXA. Jednakże, tylko podanie podczas fazy ciemnej (ZT18) powodowało istotne zwiększenie amplitudy rejestrowanych odpowiedzi. Wykazano także, że w odpowiedziach tych bierze głównie udział receptor OX2R. Dodatkowo, neurony OPN odpowiadały na podania MAX, co sugeruje również obecność receptorów PAC1 w badanej strukturze. Otrzymane wyniki sugerują kluczową rolę oreksyny w modulowaniu (zwiększaniu) wrażliwości badanej struktury na obecność światła w środowisku, co pośrednio ma swój udział w synchronizacji rytmu snu i czuwania.Orexins are known as arousal neuropeptides which are released by lateral hypothalamus (LH) neurons. Nowadays, we can distinguish two isoforms of orexins: orexin A (OXA) and B (OXB). Orexins are especially responsible for food intake and regulation of the circadian rhythm. Moreover, during studies scientists have identified two orexin receptors: OX1R and OX2R, and curiously OXA presents similar selectivity to both of the receptors, while OXB mainly to OX2R. Many studies have revealed that circadian clock and SCN are correlated to the release regulation of orexins by the glutamatergic retinal-thalamic system in each organism during day and night. It was also discovered that PACAP produced by melanopsin cells (ipRGCs) is a marker for this path, which is engaged in the regulation of circadian clock (SCN) and pupillary light reflex (OPN). This suggest the importance of this neuromodulator in cell response to environmental light.The aim of this study was to verify the electrophysiological impact of OXA on neuronal activity in the rat OPN structure during day and night period.The experiments were carried out on adult Sprague-Dawley rats and conducted in two time points: during the day (ZT6) and night (ZT18). Moreover, experiments were conducted on two experimental protocols: the first one has included the administration of OXA and antagonist of OX2R and the second one, administration of OXA and agonist of PAC1 receptor (MAX). The extracellular ex vivo neuronal activity of the rat OPN structure was registered by the multielectrode array (MEA).This thesis provides proof that within OPN nerve cells sensitive to OXA during day and night were identified. What is interesting only during the dark phase (ZT18) these cells were characterized by an increased response amplitude. Moreover the results have shown that within OPN structure a particular contribution of OX2R receptor in response to neuropeptide OXA is distinguished. It was also proven that OPN neurons were responding to MAX administration, suggesting presence of PAC1 receptors in the studied structure. The results of this thesis have proven that OPN neurons respond to OXA neuropeptide especially with the participation of OX2R receptor. This in turn could suggest a key role of orexin in increasing the sensitivity of the studied structure to environmental light and support the regulation of circadian rhythm