Orientadores: Lício Augusto Velloso, Marciane Milanski Ferreira / Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-22T00:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_LeticiaMartinsIgnaciode_D.pdf: 4083691 bytes, checksum: 4627dc93519577a00d2747b36d1a406f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Dentre os fatores ambientais que contribuem para o desenvolvimento de obesidade, o consumo de dietas ricas em ácidos graxos saturados desempenha o papel mais importante. Estudos recentes realizados por vários grupos, inclusive o nosso, revelam que ácidos graxos saturados presentes na dieta levam ao desenvolvimento de resistência hipotalâmica à ação dos hormônios leptina e insulina, fenômeno este fundamental para que ocorra a quebra no equilíbrio entre ingestão e gasto calórico. Até o momento caracterizaram-se dois mecanismos moleculares potencialmente envolvidos na iniciação do processo que resulta na disfunção hipotalâmica na obesidade, a ativação de TLR4 e a indução de estresse de retículo endoplasmático, ambos levando a uma resposta inflamatória local e, eventualmente, a apoptose neuronal. Estudos recentes têm revelado que frente a situações que oferecem risco de dano celular, ativa-se um mecanismo de controle de tráfico e degradação protéica chamado sistema ubiquitina-proteassoma (UPS). O acúmulo de agregados protéicos positivos para ubiquitina pode gerar toxicidade celular e regular a plasticidade neuronal. Também a modulação de componentes do UPS pode gerar neurodegeneração hipotalâmica e fenótipo obeso em animais experimentais. Neste estudo aventamos a hipótese que durante períodos prolongados de obesidade a ativação anômala do UPS contribuiria para a perpetuação do quadro de obesidade. De fato, os resultados obtidos revelam que roedores com predisposição para a obesidade induzida por dieta mantém, a princípio, a capacidade de regular adequadamente a UPS no hipotálamo. Com o passar do tempo esta capacidade é perdida resultando numa maior dificuldade para perda de peso frente à redução do aporte calórico. Roedores com mutações que os protegem da inflamação, não apresentam distúrbio funcional do UPS quando expostos a dieta rica em ácidos graxos e, são também protegidos da obesidade. Portanto, o defeito funcional do UPS no hipotálamo no curso de obesidade prolongada, constitui-se num fator importante contribuindo para a refratariedade ao tratamento e perpetuação da doença / Abstract: The consumption of high-fat diets, especially those rich in saturated fatty acids, plays the most important role in the development of obesity. Recent studies by several groups, including ours, have shown that dietary long-chain saturated fatty acids lead to the development of hypothalamic resistance to leptin and insulin, an important condition contributing for breaking of the balance between caloric intake and energy expenditure. Two molecular mechanisms are currently known to play a triggering role in this process; activation of TLR4 and endoplasmic reticulum stress, both leading to local inflammation and eventually apoptosis of neurons. The ubiquitin-proteasome system (UPS) plays an important role in the control of protein recycling in the cell. The accumulation of ubiquitin-positive protein aggregates can cause cell toxicity and regulate neuronal plasticity. Also the modulation or differential activation of UPS can produce hypothalamic neurodegeneration and obese phenotype in experimental animals. Here, we hypothesized that under prolonged diet-induced obesity, a defect in the UPS in the hypothalamus could contribute for the defective control of energy homeostasis leading to the refractoriness of obesity to caloric restriction. In fact in an obesity-prone rodent strain, prolonged, but not short-term obesity was accompanied by functional abnormality of the UPS in the hypothalamus. In mutants protected from inflammation, resistance to diet-induced obesity was accompanied by stability of the UPS in the hypothalamus. Thus, defect of the UPS in the hypothalamus, during prolonged obesity is an important factor contributing the refractoriness of obesity to caloric restriction / Doutorado / Biologia Estrutural, Celular, Molecular e do Desenvolvimento / Doutora em Fisiopatologia Médica

Orientador: Licio Augusto Velloso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-07T13:49:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Romanatto_Talita_M.pdf: 698647 bytes, checksum: 63eca0e91717781c0ea52f0ebec9855e (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A insulina e a leptina induzem uma potente resposta anorexigênica e termogênica atuando sobre neurônios do hipotálamo. Evidências recentes sugerem que a resistência à ação desses hormônios deve participar dos mecanismos centrais que favorecem o desenvolvimento da obesidade e sua associação com o diabetes mellitus. O consumo de dieta rica em gordura induz a expressão de proteínas pró-inflamatórias em hipotálamo de ratos, inclusive da citocina TNF-a. O presente estudo avaliou o efeito de diferentes doses intracerebroventriculares (ICV) de TNF-a sobre a ativação da via de sinalização da insulina, a ingestão alimentar e o consumo de O2/produção de CO2. Ratos Wistar, machos de oito semanas, foram canulados por via ICV e tratados com diferentes doses de TNF-a, insulina ou salina. A dose mais alta de TNF-a promoveu uma redução de 20% na ingestão alimentar de 12 horas, sendo esta redução inferior àquela produzida pela insulina. Na mesma dose, a citocina promoveu um aumento da temperatura corporal e do quociente respiratório. O TNF-a induziu a ativação de elementos da via pró-inflamatória no hipotálamo, como JNK, p38 e NF?B, o que resultou na transcrição de genes de resposta rápida e indução de proteínas da família SOCS. Com relação à via molecular da insulina, o TNF-a não induziu a ativação de substratos proximais e intermediários, no entanto, mesmo a dose mais baixa foi capaz de ativar elementos distais da via, como ERK e FOXO-1. Cocluindo, o TNF-a exerce um potente efeito anorexigênico e pró-termogênico no hipotálamo de ratos através de mecanismos independentes da ativação de proteínas proximais da via de sinalização da insulina. ERK e FOXO-1, que participam como intermediários em várias outras vias de sinalização, incluindo a via da insulina, são ativados pelo TNF-a no hipotálamo e podem estar envolvidas no efeito anorexigênico e pró-termogênico do TNF-a nesse órgão / Abstrasct: Insulin and leptin induce potent anorexigenic and pro-thermogenic responses in specialized neurons of the hypothalamus. Recent evidence suggest that resistance to the action of these hormones play a role in the mechanisms that favor the development of obesity and its common association with type 2 diabetes mellitus. The consumption of a fat-rich diet induces molecular and functional resistance to leptin and insulin in the hypothalamus, which is accompanied by the expression of pro-inflammatory proteins including the cytokine TNF-a. The present study has evaluated the effect of different doses of intracerebroventricular (ICV) TNF-a upon the activation of insulin signal transduction, food ingestion, and the consumption of O2/ production of CO2. For that, eight weeks old male Wistar rats were ICV cannulated and treated with saline, insulin or TNF-a. High dose TNF-a ?promotes a reduction of 20 % of 12 h food intake, which is an inhibitory effect marginally inferior than the one produced by insulin. In addition, TNF-a increases body temperature and respiratory quotient, effects not reproduced by insulin. TNF-a is also capable of activating canonical pro-inflammatory signal in the hypothalamus, inducing JNK, p38, and NF?B, which results in the transcription of early responsive genes and induction of proteins of the SOCS family. Finally, TNF-a does not activate signal transduction through early and intermediary elements of the insulin signaling pathway such as IRS-2 and Akt, however, TNF-a, even at low doses, is capable of activating late elements of the insulin signaling pathway such as ERK and FOXO-1. In conclusion, TNF-a exerts potent anorexigenic and pro-thermogenic effects in the hypothalamus through mechanisms independent of the activation of proteins that participate in early and intermediary steps of the insulin signaling pathway. ERK and FOXO-1, which act as late signal transducers for several signaling pathways, including insulin, are activated by TNF-a in the hypothalamus and may participate in the anorexigenic/pro-thermogenic effects of TNF-a in this organ / Mestrado / Medicina Experimental / Mestre em Fisiopatologia Médica

Orientadores: Marcio Alberto Torsoni, Licio Augusto Velloso. / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-07T13:06:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roman_ErikaAnnedeFreitasRobles_M.pdf: 1187613 bytes, checksum: 8b00d8dfa387e6f44b19ac7220351d8e (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A exposição de animais homeotérmicos ao frio leva a uma poderosa ativação da sinalização anorexigênica, acompanhada por resistência molecular e funcional à inibição da alimentação induzida pela insulina. Evidências recentes sugerem que a AMPK participa do controle da saciedade e da adiposidade, dependente de nutriente. O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da exposição ao frio sobre a ativação molecular da sinalização da AMPK em hipotálamo de ratos. Immunoblotting demonstrou que a exposição ao frio por si é suficiente para induzir, em um modelo tempo dependente, a ativação molecular da serina/treonina quinase, proteína quinase ativada por AMP (AMPK) e a inativação da acetil-CoA carboxilase (ACC). Estes fenômenos moleculares foram acompanhados pela resistência à inativação da AMPK e pela ativação da ACC, dependentes de nutrientes. Além disso, a exposição ao frio levou a uma inibição parcial da resposta anorexigênica induzida pela alimentação, a qual foi acompanhada pela resistência à supressão da alimentação induzida pela insulina. Finalmente, a exposição ao frio prejudicou significativamente a inibição da AMPK, induzida pela insulina, através de um mecanismo dependente do ¿cross-talk¿ molecular entre fosfatidilinositol-3(PI3)-quinase/Akt e AMPK. Como conclusão, a hiperfagia durante a exposição ao frio resulta, pelo menos em parte, da resistência hipotalâmica à sinalização anorexigênica dependente de nutrientes e insulina / Abstract: The exposure of homeothermic animals to a cold environment leads to a powerful activation of orexigenic signalling which is accompanied by molecular and functional resistance to insulin-induced inhibition of feeding. Recent evidence suggests that AMPK participates in nutrient-dependent control of satiety and adiposity. The objective of the present study was to evaluate the effect of cold exposure upon the molecular activation of AMPK signalling in the hypothalamus of rats. Immunoblotting demonstrated that cold exposure per se is sufficient for inducing, on a time-dependent basis, the molecular activation of the serine/threonine kinase AMP-activated protein kinase (AMPK) and inactivation of the acetyl-CoA carboxylase (ACC). These molecular phenomena were accompanied by resistance to nutrient-induced inactivation of AMPK and activation of ACC. Moreover, cold-exposure led to a partial inhibition of a feeding-induced anorexigenic response, which was paralleled by resistance to insulin-induced suppression of feeding. Finally, cold exposure significantly impaired insulin-induced inhibition of AMPK through a mechanism dependent on the molecular cross-talk between phosphatidylinositol-3(PI3)-kinase/Akt and AMPK. In conclusion, increased feeding during cold exposure results, at least in part, from resistance to insulin¿ and nutrient-dependent anorexigenic signalling in the hypothalamus / Mestrado / Ciencias Basicas / Mestre em Clinica Medica

Orientador: José Rodrigo Pauli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Aplicadas / Made available in DSpace on 2018-08-24T14:03:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chiarreotto-Ropelle_EloizeCristina_M.pdf: 3046792 bytes, checksum: 0dd53db6a955c6cd5d259598f9d094fc (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A ingestão alimentar e o gasto energético são minuciosamente regulados por neurônios específicos localizados no hipotálamo. O funcionamento adequado desta complexa rede neuronal é determinante para a manutenção da homeostase energética em mamíferos. No entanto, a inflamação hipotalâmica está associada com a resistência à insulina e leptina, obesidade e hiperfagia. Neste contexto, proteína tirosina fosfatase 1B (PTP1B) hipotalâmica surgiu como a fosfatase chave responsável pela resistência central à insulina e à leptina. O objetivo do atual estudo foi avaliar o efeito do exercício físico agudo sobre a expressão da PTP1P hipotalâmica em roedores obesos. Nossos resultados demonstraram que o exercício físico reduziu a inflamação e os níveis proteicos e a atividade da PTP1B no hipotálamo de animais obesos. O exercício físico reduziu a interação entre a PTP1B com proteínas envolvidas na via de transmissão do sinal da insulina (IRbeta e IRS1) e da leptina (Jak2), melhorando os sinais anorexigênicos mediados por esses hormônios. De forma interessante, o efeito anti-inflamatório e o efeito inibitório sobre a PTP1B mediados pelo exercício ocorreu de forma dependente da Interleucina-6 (IL-6), uma vez que o exercício não reduziu a inflamação e os níveis proteicos PTP1B após a inibição específica da IL-6 hipotalâmica em animais obesos. Por outro lado, a administração intracerebroventricular (ICV) do IL-6 recombinante reproduziu os efeitos do exercício, melhorando a ação da insulina e leptina hipotálamo, reduzindo a sinalização inflamatória e atividade PTP1B em ratos obesos em repouso. Coletivamente, o nossos resultados demonstraram que o exercício físico restaurou a sinalização de insulina e da leptina no hipotálamo de animais obesos, pelo menos em parte, pela redução da expressão e atividade da PTP1B hipotalâmica, sendo esse efeito decorrente da resposta anti-inflamatória mediada, e também dependente, de IL-6 / Abstract: The food intake and energy expenditure are regulated by specific neurons in the hypothalamus. The proper functioning of this complex neuronal network is crucial to the maintenance of energy homeostasis in mammals. However, hypothalamic inflammation is associated with insulin and leptin resistance, hyperphagia and obesity. In this scenario, hypothalamic protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) has emerged as the key phosphatase induced by inflammation responsible for the central insulin and leptin resistance. The aim of this study was evaluate the effects of exercise on PTP1B activity in the hypothalamus of obese rodents. Here, we demonstrated that acute exercise reduced inflammation and PTP1B protein level/activity in the hypothalamus of obese rodents. Exercise disrupted the interaction between PTP1B with proteins involved in the early steps of insulin (IRbeta and IRS1) and leptin (Jak2) signaling, increased the anorexigenic effects of insulin and leptin in obese rats. Interestingly, the anti-inflammatory action and the reduction of PTP1B activity mediated by exercise occurred in an Interleukin-6 (IL-6)-dependent manner, because exercise failed to reduce inflammation and PTP1B protein level after the disruption of hypothalamic-specific IL-6 action in obese rats. Conversely, intracerebroventricular (ICV) administration of recombinant IL-6 reproduced the effects of exercise, improving hypothalamic insulin and leptin action by reducing the inflammatory signaling and PTP1B activity in obese rats at rest. Taken together, our study reports that physical exercise restores insulin and leptin signaling, at least in part, by reducing hypothalamic PTP1B protein level through the central anti-inflammatory response mediate by IL-6 / Mestrado / Metabolismo e Biologia Molecular / Mestra em Ciências da Nutrição e do Esporte e Metabolismo

Orientador: Jose Barreto Campello Carvalheira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-26T11:52:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimentel_GustavoDuarte_D.pdf: 5245849 bytes, checksum: ec5c43602ec0d60564455aae4b1fee3a (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A teoria das doenças geradas por citocinas inflamatórias trouxe ao longo dos anos indícios que o organismo pode produzir citocinas que desempenham respostas biológicas benéficas ou prejudiciais. Com o passar dos anos ficou claro que a inflamação é um mecanismo chave na fisiopatologia do câncer. Interessantemente, diversos estudos sugerem que a AMPK e mTOR hipotalâmica, importantes moléculas no controle do balanço energética também seja responsável por modular a inflamação e anorexia. Nesse sentido, foi observado: 1) A inibição da AMPK hipotalâmica proporciona redução do peso corporal e da inflamação central e periférica potencializando o crescimento tumoral. Por outro lado, a ativação da AMPK com AICAR, salicilato e vetor viral reverte à anorexia induzida pelo câncer. Entretanto, os efeitos benéficos do AICAR foram bloqueados quando associados com os antagonistas colinérgicos, sugerindo que a AMPK no núcleo ventromedial é responsável pelo controle da anorexia e inflamação. 2) A AMPK no núcleo ventromedial do hipotálamo, principalmente a isoforma alfa 1 ativa a termogênese aumentando a produção de calor na qual converte tecido adiposo branco em bege. Além disso, o uso do antagonista ?3 adrenérgico ou a ativação da AMPK foram capazes de atenuar a produção de calor melhorando a caquexia induzida pelo câncer. 3) Roedores com câncer possuem a via do IKK/mTOR ativada no núcleo arqueado do hipotálamo proporcionando anorexia e caquexia. Por outro lado, o bloqueio da S6K com adenovírus foi capaz de melhorar a anorexia. Portanto, esses achados permitem concluir que o hipotálamo funciona como um centro regulador da anorexia e caquexia induzida pelo câncer, abrindo novos horizontes para o tratamento do câncer / Abstract: The theory of diseases generated by inflammatory cytokine brought over the years evidence that the organism may produce cytokine with beneficial and deleterious responses. Nowadays, it is clear that the inflammation is a key mechanism in cancer pathophysiology. Interestingly, several studies suggest that hypothalamic AMPK and mTOR, important molecules in the energy balance control also is responsible for modulation of both inflammation and anorexia. The studies presented herein observed that: 1) Inhibition of hypothalamic AMPK leads to weight loss and central and systemic inflammation which potentiates the tumor growth. However, AMPK activation with AICAR, salicylate and vector viral might reverse the cancer-mediated anorexia. Nevertheless, benefic effects of AICAR are blunted with a combination of cholinergic antagonists, suggesting that ventromedial of hypothalamus (VMH)-specific AMPK action is responsible for the anorexia and inflammation control. 2) VMH-specific AMPK, particularly the isoform alpha 1 activates thermogenesis increasing heat production which switches the white adipose tissue in beige. Furthermore, ?3 adrenergic antagonist and AMPK activation were able to attenuate the heal generation, block the "browning of WAT" and improve the cancer cachexia. 3) Cancer rats have activated IKK/mTOR pathway in arcuate nucleus (ARC) of the hypothalamus. In contrast, neutralization of S6K through adenovirus was able to improve anorexia. Therefore, our data show evidences that the hypothalamus a key center that integrates a number of mechanisms triggered by cancer-induced anorexia and -cachexia, opening new horizons for the treatment of cancer / Doutorado / Fisiopatologia Médica / Doutor em Ciências

Orientador: Licio Augusto Velloso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-27T14:54:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dragano_NathaliaRomanelliVicente_D.pdf: 1805761 bytes, checksum: fe734ef29b5f10bfd7ff5e19b729fec0 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A recente caracterização da atividade anti-inflamatória atípica exercida pelo receptor de ácidos graxos poli-insaturados de cadeia longa GPR120 tem despertado grande interesse sobre esta classe de receptores, como potenciais alvos para o tratamento da obesidade e distúrbios metabólicos relacionados. Até o momento, a maioria dos estudos realizados tem explorado principalmente os benefícios metabólicos potenciais de uma ativação sistêmica dos receptores GPR120 e GPR40; no entanto, estudos recentes demonstraram que o hipotálamo é afetado logo durante as fases iniciais do desenvolvimento da obesidade desempenhando um papel crucial na patogênese desta doença e de suas comorbidades. Neste trabalho, nós avaliamos a expressão e potenciais ações terapêuticas do GPR120 e GPR40 no hipotálamo de camundongos obesos. Nós observamos que ambos os receptores são expressos no hipotálamo, sendo o GPR120 principalmente presente em células da microglia e o GRP40 preferencialmente expresso em neurônios orexigênicos NPY. Após o tratamento intracerebroventricular com GW9508, um agonista não específico destes receptores, foi observado uma redução da eficiência energética e da expressão de genes inflamatórios no hipotálamo de camundongos obesos. O silenciamento hipotalâmico do GPR120, por meio de lentivírus, aboliu o efeito anti-inflamatório induzido por GW9508 e resultou em maior eficiência energética nos animais tratados. Entretanto, o tratamento intracerebroventricular com os agonistas específicos do GPR120 e GPR40, TUG1197 e TUG905, respectivamente, resultaram em efeitos mais moderados sobre a homeostase energética e inflamação induzida por HFD do que aqueles observados com o GW9508. O TUG1197 atuou reduzindo a inflamação induzida por HFD por meio da redução da expressão das citocinas pró-inflamatórias, TNF? e IL1?, e aumento da expressão das interleucinas anti-inflamatórias, IL10 e IL6. O TUG905 promoveu a redução do peso corporal e da expressão do neuropeptídeo anorexigênico POMC. Em conclusão nosso trabalho demosntrou que os receptores GPR120 e GPR40 de forma coordenada no hipotálamo de roedores reduzindo a eficiência energética e regulando a inflamação associada à obesidade. A ativação de ambos os receptores no hipotálamo levou a melhores desfechos metabólicos se comparada com a ativação de qualquer um dos receptores isoladamente / Abstract: The recent characterization of the atypical anti-inflammatory activity exerted by the polyunsaturated fatty acid receptor GPR120 has raised the interest on this class of receptors as potential targets for the treatment of obesity and related disorders. Most studies performed to date have explored the potential metabolic benefits of a systemic activation of GPR120 and GPR40; however, it is currently known that the hypothalamus is affected during the early stages of obesity and plays an important role in the pathogenesis of this disease and its comorbidities. Here, we evaluate the expression and potential therapeutic actions of hypothalamic GPR120 and GPR40 in experimental diet-induced obesity. We show that both receptors are expressed in the hypothalamus; GPR120 is mostly present in microglia, whereas GRP40 is preferentially expressed in NPY neurons. Upon intracerebroventricular treatment, GW9508, a non-specific agonist of both receptors, reduced energy efficiency and the expression of inflammatory genes in the hypothalamus. Reducing GPR120 hypothalamic expression using a lentivirus approach resulted in the loss of the anti-inflammatory effect of GW9508 and increased energy efficiency. The intracerebroventricular treatment with GPR120 and GPR40 specific agonists, TUG1197 and TUG905, respectively, resulted in milder effects than those produced by GW9508. TUG1197 acted predominantly controlling inflammation reducing the expression of TNF? and IL1? while increasing IL10 and IL6. Conversely, TUG905 acted reducing body mass and increasing the expression of POMC. We conclude that GPR120 and GPR40 act in concert in the hypothalamus to reduce energy efficiency and regulate the inflammation associated with obesity. The combined activation of both receptors in the hypothalamus results in better metabolic outcomes than the isolated activation of either alone / Doutorado / Fisiopatologia Médica / Doutora em Ciências

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22365号 / 医博第4606号 / 新制||医||1043(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 岩田 想, 教授 川上 浩司, 教授 横出 正之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Muscarinic ligand binding sites in fragments of rat hypothalamus and pituitary were studied using [3H]quinuclidinyl benzilate (QNB). In the hypothalamus, the highest amount of specific QNB binding was to n. paraventricularis and n. dorsomedialis. Specific QNB binding in other hypothalamic regions varied within a relatively narrow range. Fragments of whole pituitary also bound QNB but to a much smaller degree than brain. Pituitary binding of QNB was blocked by atropine but not by hexamethonium or d-tubocurarine. Within the pituitary, specific QNB binding to posterior pituitary was three times greater than to anterior pituitary. These findings are consistent with the operation of cholinergic mechanisms in hypothalamic and pituitary function.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Serotonin (5-HT) is heavily implicated in severe anxiety and trauma-related disor-ders, such as panic and post-traumatic stress disorders. Overall, site-specific pharmacolog-ical manipulations show that while 5-HT enhances anxiety-associated/avoidance behaviors in the amygdala, 5-HT inhibits panic-associated escape behaviors in the perifornical hypo-thalamus region (PeFR). Yet, our understanding of how specific serotonergic networks and co-transmitters regulate these conditions, but also other aspects of innate panic (e.g., car-dioexcitation or thermal response that occur during a flight or escape response) or condi-tioned fear behaviors is still elusive. Therefore, utilizing circuit-based gain- and loss-of-function approaches to selectively manipulate amygdala- and PeFR-projecting sero-tonergic systems, we hypothesize that specific serotonergic networks projecting to the amygdala and PeFR respectively enhance conditioned fear responses and attenuate innate panic-associated behaviors and physiological responses. There are two main chapters in this dissertation. In Chapter III, retrograde tracing revealed that the amygdala-projecting neurons from dorsal Raphe (DR) were almost exclusively serotonergic (92-95%) concen-trated in the dorsal/ventral (DRD/DRV) DR, with few non-serotonergic neurons. While selective lesioning of this network with saporin toxin (SAP) facilitated the extinction of conditioned fear behavior, selective optogenetic activation of amygdala-projecting DRD/DRV cell bodies using intersectional genetics reduced extinction of conditioned fear behavior and enhanced anxiety avoidance. In Chapter IV, retrograde tracing showed that the PeFR was innervated by equally selective serotonergic networks concentrated in the lateral wings DR (lwDR) and median Raphe (MR). Contrasting with the results from the amygdala-innervating 5-HT system, lesioning the PeFR-projecting serotonergic network from lwDR/MR was accompanied by reduced extinction of conditioned fear behavior, in-creased anxiety avoidance, and increased CO2-induced panic (elevated escape responses and enhanced cardioexcitation). Conversely, selective activation of lwDR/MR serotonergic terminals in the PeFR decreased anxiety-associated behaviors; inhibited CO2-induced panic, and induced unconditioned and conditioned place preferences. The circuit-based ap-proach data presented here show that amygdala- and PeFR-projecting 5-HT neurons com-prise distinct circuits underlying opposite roles enhancing anxiety/fear responses in the amygdala and dampening fear/panic responses in the PeFR. The identification of distinct circuits controlling anxiety, fear, and panic responses is a fundamental step towards the development of more effective therapies for psychiatric conditions such as anxiety and trauma-related disorders. / 2021-11-04

Sensory overload is the feeling of over-stimulation that may lead to increased anxiety and panic in individuals with psychiatric disorders such as autism, post traumatic stress disorder, etc. Understanding visual processing is crucial to enhancing our treatments for disorders where sensory overload is a symptom. How do changes in internal states such as stress or hunger alter visual processing? This project aims to explore how visual processing is affected by signaling in the hypothalamus, an area of the brain regulating changes in internal states and stress. Preliminary studies revealed there are a number of neurons projecting from the lateral area of the hypothalamus to the visual cortex. We want to understand the specific location, identity, and neural circuits of these neurons. Visual cortex neurons were retrogradely traced to identify which inputs originate from the hypothalamus, and the geographical location of these cells was mapped out. The molecular identities of these projection neurons was further explored using specific RNAScope probes to check if those cells are expressing any of four genes most commonly expressed in the hypothalamus: Gal, Crh, Hcrt, and Pmch. This exploration will help us understand the type of signals communicated from the hypothalamic nuclei to the visual cortex to modulate visual processing.