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Opioids are used for the clinical treatment of pain, but can lead to tolerance and addiction. In this project we examined the role of the serotonin (5-HT) system originating from the dorsal raphe nucleus (DRN) during morphine exposure, withdrawal, abstinence and following an acute stressor capable of initiating behavioral relapse. Following four days of morphine exposure rats showed a preference for the morphine paired side of the conditioned place preference (CPP) chamber. After four days of morphine abstinence, rats showed no net preference for the morphine paired side. The next day rats were exposed to forced swim stress and returned to the CPP chamber where they demonstrated stress-induced reinstatement. Utilizing whole-cell patch-clamp we demonstrated an increase in the amplitude of inhibitory post-synaptic currents (IPSCs) in 5-HT DRN neurons, but not non 5-HT DRN neurons of morphine-conditioned subjects. Next the stress neurohormone corticotrophin releasing factor (CRF) was administered in vitro instead of forced swim. We found an increase in CRF-R2-mediated inward current of 5-HT DRN neurons in animals with a morphine history. From this experiment we concluded that morphine history sensitizes 5-HT DRN neurons to the GABAergic inhibitory effects of stress and to some of the effects of CRF. In the next series of experiments we surgically implanted either morphine or placebo pellets in rats for 72 hours to create physical dependence. The pellets were subsequently removed, and animals experienced up to seven days of abstinence with and without forced swim stress exposure. Real time quantitative PCR was used to measure the mRNA levels of genes at multiple points across this timeline. We examined genes involved in trophic support, stress responses and 5-HT regulation. We determined that mRNA levels for brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and the BDNF receptor TrkB were downregulated after opiate exposure, and again following seven days of abstinence. Following seven days of abstinence there was a decrease in mRNA levels of the CRF-R1 receptor and an increase in mRNA levels of the CRF-R2 receptor. During acute opiate exposure there was a decrease in mRNA levels for the autoregulatory 5-HT1A receptor. Finally following forced swim, there was an increase in mRNA levels of the 5-HT synthesis enzyme TPH2. Collectively these results indicate that a morphine history in abstinent subjects may produce hypofunctioning of the 5-HT DRN system induced by multiple neurochemical mechanisms and this dysregulation may enhance vulnerability to stress-induced relapse. / Cell Biology

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Play fighting is common in juvenile mammals as a peri-pubertal form of agonistic behavior preceding adult aggressive behavior. In golden hamsters, play fighting peaks in early puberty around postnatal day 35 (P-35), and gradually matures into adult aggression in late puberty. Though extensively studied, the neural mechanisms underlying play fighting remains poorly understood. My dissertation focuses on identifying the neural circuitry and neural transmitter systems that mediate this behavior in juvenile golden hamsters. Based on behavioral similarities between the offensive components of play fighting and adult aggression, I predicted that the neural circuitries mediating both behaviors shared common components. This possibility was tested by quantifying the immunolabeling of c-Fos expression in juvenile hamsters after the consummation of play fighting. In support of my hypothesis, I found that areas previously associated with offensive aggression in adult hamsters, including the ventrolateral hypothalamus (VLH), the posterior dorsal part of the medial amygdala (MePD), and the bed nucleus of the stria terminalis (BST), also showed enhanced c-Fos expression after play fighting, which supported my hypothesis. Vasopressin (AVP) facilitates aggression in adult hamsters. Therefore, I hypothesized that AVP also activates play fighting. To test my hypothesis, juvenile male golden hamsters were tested for play fighting after they received central microinjections of an AVP V1A-receptor antagonist into the anterior hypothalamus (AH). Also, immunocytochemistry was performed to identify possible AVP neurons associated with this behavior. I found that the AVP antagonist selectively inhibited the attack components of play fighting in experimental animals. In addition, AVP cells in the nucleus circularis (NC) and the medial division of the supraoptic nucleus (mSON), which were associated with offensive aggression, also showed increased c-Fos activity after play fighting. Together, these results show that AVP facilitates offensive behaviors throughout hamster development, from play fighting in juveniles to aggression in adults. A recent study shows that oral administration of a CRH receptor antagonist inhibits aggression in adult hamsters. Therefore, I predicted that CRH plays a similar role in play fighting. To test my prediction, juvenile hamsters were tested for play fighting after central microinjections of a CRH receptor antagonist. I found that microinjections of the CRH receptor antagonist within the lateral septum (LS) resulted in an inhibition of several aspects of play fighting. The possible source of CRH affecting the behavior was tested through combined immunocytochemistry to CRH and c-Fos. I found CRH neurons in the diagonal band of Broca (DBB), an area with extensive connections with the LS, were particularly activated in association with play fighting. In conclusion, I find that shared neural elements participating in the “vertebrate social behavior neural network” are associated with both aggression and play fighting in hamsters. This circuitry is activated before the onset of puberty and is affected by rising levels of steroid hormones during the developmental period leading to adult behaviors. Within the circuitry, vasopressin release in the AH appears to control the activation of play fighting attacks. In contrast, CRH release in the LS affects a broader range of aspects of play fighting, including not just consummatory aspects of the behavior, but apparently also appetitive components in the form of contact duration. / text

Die depressive Störung stellt eine weltweit häufige Erkrankung dar, die trotz vieler therapeutischer Optionen zu chronischen Verläufen und Non-Response neigt. Zirka 30 bis 50% der Patienten mit einer akuten Depression respondieren nicht auf eine Behandlung mit einem Antidepressivum trotz ausreichender Dauer und Dosis, so dass nach neuen pharmakologischen Ansätzen gesucht wird. Zudem sind Prädiktionsmöglichkeiten, was wem wann hilft, kaum vorhanden, so dass die klinische Praxis ein Versuchs- und Irrtumsverfahren ist. Ätiologisch gibt es gut dokumentierte neuroendokrinologische Befunde, die für eine Dysregulation der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse) im Sinne einer erhöhten Aktivität und einer erhöhten Auslenkbarkeit bei Depressionen sprechen. Für verschiedene antidepressive medikamentöse Therapien ist eine Normalisierung dieser Dysregulation beschrieben worden. Der sensitivste und spezifischste Test zur Untersuchung der HPA-Achse bei psychiatrischen Patienten ist der kombinierte Dexamethason/CRH-Test. Hierbei zeigen Patienten während der depressiven Phase eine deutliche Überstimulierbarkeit, d. h. bei depressiven Patienten führte die Gabe von Dexamethason mit anschließender CRH-Injektion zu einer überschießenden ACTH- und auch Cortisol-Antwort. Der Einfluss einer Behandlung mit Antidepressiva auf die HPA-Achse und der Zusammenhang möglicher Veränderungen der HPA-Achsen-Regulation mit dem Ansprechen oder Nicht-Ansprechen auf die Pharmakotherapie ist noch unzureichend beforscht. Teilweise gibt es sogar divergierende Befunde. In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe des Dexamethason/CRH-Tests der Einfluss einer antidepressiven Pharmakotherapie mit Citalopram auf die Regulation der HPA-Achse bei 30 vorwiegend unbehandelten Patienten mit einer Majoren Depression untersucht. Die SSRI sind die am häufigsten angewendeten Antidepressiva. Citalopram ist neben seinem S-Enantiomer Escitalopram der selektivste SSRI, der gewählt wurde, um gezielt die Auswirkungen einer rein serotonergen antidepressiven Behandlung zu untersuchen. Vor Beginn der Therapie und nach vierwöchiger Behandlung wurden mittels kombinierten Dexamethason/CRH-Tests bei den Patienten Cortisol- und ACTH-Konzentrationen im Serum gemessen. Die Diagnosen wurden mit SKID I und II bestätigt. Im wöchentlichen Rhythmus wurde während des vierwöchigen Studienverlaufs die aktuelle depressive Symptomatik sowie der Gesamtkrankheitszustand der Patienten mittels Selbst- (BDI) und Fremdratingbögen(HAM-D, CGI) erhoben. Ebenfalls im wöchentlichen Rhythmus wurden medikamentenassoziierte Nebenwirkungen systematisch erfasst. Unter der Behandlung zeigten sich erfreulich viele Responder auf die antidepressive Pharmakotherapie mit Citalopram (23 von 30 Patienten). Eine Herabregulierung der HPA-Achse zeigte sich unter der Behandlung nur auf der Hypophysenebene für die ACTH-Antwort, allerdings nicht auf der Nebennierenrindenebene für die Cortisol-Antwort. Trotz geringerer ACTH-Konzentrationen wurde nach vier Wochen noch die gleiche Menge an Cortisol in der Nebennierenrinde produziert. Die AUC total für ACTH betrug vor der antidepressiven Behandlung mit Citalopram 2077 ± 1260. Nach vier Wochen antidepressiver Pharmakotherapie zeigte sich ein Wert von 1393 ± 485 und damit ein signifikanter Unterschied (p=0,010). Für die AUC total für Cortisol zeigte sich wie bereits erwähnt kein signifikanter Unterschied (AUC total vor Behandlung: 4755 ± 3411 und nach vier Wochen Behandlung: 4901 ± 3688; p=0,813). Möglicherweise ist dies auf einen direkten Effekt von Citalopram auf die Nebennieren im Sinne einer Sensibilisierung zu verstehen. Wirkungen in dieser Richtung wurden bislang nicht beschrieben. Ein prädiktiver Wert für das Ansprechen auf die Behandlung konnte für den Dex/CRH-Test nicht gefunden werden. Responder und Non-Responder unterschieden sich nicht. Auch das aufwendige Procedere des Testes limitiert ihn für eine regelhafte Anwendung in der Klinik. Allerdings besteht weiterhin in diesem Bereich Forschungsbedarf, um die unterschiedlichen Befunde einordnen zu können. Dabei wären z. B. Studien mit einer größeren Fallzahl sowie ein Vergleich mit einer Placebobehandlung wünschenswert.

The aim of this thesis was to clarify the influence of the stress on the adrenergic and muscarinic receptors in the heart and in the lungs. Research was perform on rat hearts and lungs and on the hearts and lungs of the CRH KO mice. First, we assessed mRNA levels of all α- and β-adrenergic receptor and muscarinic receptor subtypes. Subsequently, we performed the radioligand-binding studies to determine densities of these receptors. We identified all three α1-adrenergic receptor subtypes in the rat lungs. In the lungs of WT mice, we found that the amount of α1-adrenergic and muscarinic receptors was sex-dependent. Densities of the former were higher in females and those of the latter were higher in males. There was no difference between males and females in β-adrenergic receptor density. As for CRH KO mice, the basal densities of studied receptors were lower than in CRH WT mice (except β1-adrenergic receptors in females). The main purpose of the thesis was to detect the immobilization-induced changes in the studied receptors in the kontrol (WT) and CRH KO mice. Short-term and long-term immobilization caused decrease in all α1-adrenergic receptor subtypes in females, whereas only α1A-adrenergic receptors decreased in males. The amount of β1-adrenergic receptors decreased in males and remained without...

Die depressive Störung stellt eine weltweit häufige Erkrankung dar, die trotz vieler therapeutischer Optionen zu chronischen Verläufen und Non-Response neigt. Zirka 30 bis 50% der Patienten mit einer akuten Depression respondieren nicht auf eine Behandlung mit einem Antidepressivum trotz ausreichender Dauer und Dosis, so dass nach neuen pharmakologischen Ansätzen gesucht wird. Zudem sind Prädiktionsmöglichkeiten, was wem wann hilft, kaum vorhanden, so dass die klinische Praxis ein Versuchs- und Irrtumsverfahren ist. Ätiologisch gibt es gut dokumentierte neuroendokrinologische Befunde, die für eine Dysregulation der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse) im Sinne einer erhöhten Aktivität und einer erhöhten Auslenkbarkeit bei Depressionen sprechen. Für verschiedene antidepressive medikamentöse Therapien ist eine Normalisierung dieser Dysregulation beschrieben worden. Der sensitivste und spezifischste Test zur Untersuchung der HPA-Achse bei psychiatrischen Patienten ist der kombinierte Dexamethason/CRH-Test. Hierbei zeigen Patienten während der depressiven Phase eine deutliche Überstimulierbarkeit, d. h. bei depressiven Patienten führte die Gabe von Dexamethason mit anschließender CRH-Injektion zu einer überschießenden ACTH- und auch Cortisol-Antwort. Der Einfluss einer Behandlung mit Antidepressiva auf die HPA-Achse und der Zusammenhang möglicher Veränderungen der HPA-Achsen-Regulation mit dem Ansprechen oder Nicht-Ansprechen auf die Pharmakotherapie ist noch unzureichend beforscht. Teilweise gibt es sogar divergierende Befunde. In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe des Dexamethason/CRH-Tests der Einfluss einer antidepressiven Pharmakotherapie mit Citalopram auf die Regulation der HPA-Achse bei 30 vorwiegend unbehandelten Patienten mit einer Majoren Depression untersucht. Die SSRI sind die am häufigsten angewendeten Antidepressiva. Citalopram ist neben seinem S-Enantiomer Escitalopram der selektivste SSRI, der gewählt wurde, um gezielt die Auswirkungen einer rein serotonergen antidepressiven Behandlung zu untersuchen. Vor Beginn der Therapie und nach vierwöchiger Behandlung wurden mittels kombinierten Dexamethason/CRH-Tests bei den Patienten Cortisol- und ACTH-Konzentrationen im Serum gemessen. Die Diagnosen wurden mit SKID I und II bestätigt. Im wöchentlichen Rhythmus wurde während des vierwöchigen Studienverlaufs die aktuelle depressive Symptomatik sowie der Gesamtkrankheitszustand der Patienten mittels Selbst- (BDI) und Fremdratingbögen(HAM-D, CGI) erhoben. Ebenfalls im wöchentlichen Rhythmus wurden medikamentenassoziierte Nebenwirkungen systematisch erfasst. Unter der Behandlung zeigten sich erfreulich viele Responder auf die antidepressive Pharmakotherapie mit Citalopram (23 von 30 Patienten). Eine Herabregulierung der HPA-Achse zeigte sich unter der Behandlung nur auf der Hypophysenebene für die ACTH-Antwort, allerdings nicht auf der Nebennierenrindenebene für die Cortisol-Antwort. Trotz geringerer ACTH-Konzentrationen wurde nach vier Wochen noch die gleiche Menge an Cortisol in der Nebennierenrinde produziert. Die AUC total für ACTH betrug vor der antidepressiven Behandlung mit Citalopram 2077 ± 1260. Nach vier Wochen antidepressiver Pharmakotherapie zeigte sich ein Wert von 1393 ± 485 und damit ein signifikanter Unterschied (p=0,010). Für die AUC total für Cortisol zeigte sich wie bereits erwähnt kein signifikanter Unterschied (AUC total vor Behandlung: 4755 ± 3411 und nach vier Wochen Behandlung: 4901 ± 3688; p=0,813). Möglicherweise ist dies auf einen direkten Effekt von Citalopram auf die Nebennieren im Sinne einer Sensibilisierung zu verstehen. Wirkungen in dieser Richtung wurden bislang nicht beschrieben. Ein prädiktiver Wert für das Ansprechen auf die Behandlung konnte für den Dex/CRH-Test nicht gefunden werden. Responder und Non-Responder unterschieden sich nicht. Auch das aufwendige Procedere des Testes limitiert ihn für eine regelhafte Anwendung in der Klinik. Allerdings besteht weiterhin in diesem Bereich Forschungsbedarf, um die unterschiedlichen Befunde einordnen zu können. Dabei wären z. B. Studien mit einer größeren Fallzahl sowie ein Vergleich mit einer Placebobehandlung wünschenswert.

The aim of this thesis was to clarify the influence of the stress on the adrenergic and muscarinic receptors in the heart and in the lungs. Research was perform on rat hearts and lungs and on the hearts and lungs of the CRH KO mice. First, we assessed mRNA levels of all α- and β-adrenergic receptor and muscarinic receptor subtypes. Subsequently, we performed the radioligand-binding studies to determine densities of these receptors. We identified all three α1-adrenergic receptor subtypes in the rat lungs. In the lungs of WT mice, we found that the amount of α1-adrenergic and muscarinic receptors was sex-dependent. Densities of the former were higher in females and those of the latter were higher in males. There was no difference between males and females in β-adrenergic receptor density. As for CRH KO mice, the basal densities of studied receptors were lower than in CRH WT mice (except β1-adrenergic receptors in females). The main purpose of the thesis was to detect the immobilization-induced changes in the studied receptors in the kontrol (WT) and CRH KO mice. Short-term and long-term immobilization caused decrease in all α1-adrenergic receptor subtypes in females, whereas only α1A-adrenergic receptors decreased in males. The amount of β1-adrenergic receptors decreased in males and remained without...

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