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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

The aetiology of major depressive disorder (MDD) is poorly understood. Current evidence suggests immune activation and gut microbiota may play a role. Recent studies demonstrated that behavioural traits can be transferred through microbiota transplantation into germ-free (GF) mice. Here we study whether microbiota from patients with MDD can induce depressive-like behaviour. Methods: GF NIH Swiss mice were colonized with stool microbiota from a patient with MDD with elevated faecal β-defensin 2, or a healthy donor (HC). After three weeks, behaviour was assessed using standard tests. Expression of neuroimmune markers was assessed in the gut and brain using gene expression profiling and immunohistochemistry. Microbiota composition was assessed by 16S rRNA sequencing. Results: Microbiota profiles differed between the two groups of mice (p=0.001). Mice colonised with microbiota from a single characterised MDD patient (MDD1), exhibited lower preference for sucrose (p=0.002) and more emotionality (p=0.003) than mice with HC microbiota, however other MDD mice did not display abnormal behaviour. Abnormal MDD1 behaviour was associated with lower BDNF expression in the dentate gyrus of the hippocampus (p=0.02). Mice colonised with another characterised MDD patient (MDD4 mice) did not have differences in BDNF expression in the same region (p=0.20). MDD1 and MDD4 mice had altered hippocampal and gut gene expression for genes associated with the immune and nervous system. In summary, GF mice colonized with MDD1 microbiota exhibit depression-like behaviors. This appears to be accompanied by changes in intestinal permeability and neuroimmune function. These results suggest that gut microbiota has the capacity to influence the expression of MDD in some patients. / Thesis / Master of Science (MSc)

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Bifidobacteria are the predominant members of the infant gut, colonize adults to a lesser extent, and are recognized as beneficial microbes. Various bifidobacterial species produce ��-aminobutryic acid (GABA), the chief inhibitory neurotransmitter in the mammalian central nervous system. It is postulated that in order to produce GABA, the bifidobacterial genome must contain the gadB and gadC genes which encode a glutamate decarboxylase and a glutamate/GABA antiporter, respectively. Once exported by GadC, GABA is absorbed and transported systemically throughout the host. We hypothesize that specific dietary oligosaccharides will modulate bifidobacterial production of GABA due to varying intracellular concentrations of glutamate. To test this, 33 bifidobacterial strains were screened for GABA production via reverse phase HPLC. Interestingly, 10 strains contained both gadB and gadC genes, but only 8 strains produced detectable GABA in vitro. To further elucidate the extrinsic factors influencing GABA production, strains were subjected to different dietary components. Specifically, lactose and the dietary oligosaccharide FOS were evaluated for the ability to promote biosynthesis of intracellular glutamate and thus potentially GABA. Understanding the relationship between diet, bifidobacterial physiology, and GABA production may inform dietary interventions to modulate this neurotransmitter in vivo.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第24668号 / 農博第2551号 / 新制||農||1099(附属図書館) / 学位論文||R5||N5449(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科応用生命科学専攻 / (主査)教授 小川 順, 教授 栗原 達夫, 教授 伊福 健太郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / La séparation maternelle néonatale (SMN) est une forme de stress qui perturbe le développement de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HHS) et induit des conséquences à long terme sur l'activité de ce dernier. L'activation de l'axe HHS est contrôlée par le noyau paraventriculaire de l'hypothalamus (PVH) qui est toniquement inhibé au repos. De plus, le PVH est un important modulateur de l'activité respiratoire. Ainsi, cette thèse avait pour objectif de déterminer si la séparation maternelle néonatale avait des effets persistants sur le système de contrôle respiratoire. Premièrement, des rats mâles et femelles SMN ont été exposés à l'hypoxie à l'âge adulte. La SMN a amplifié la réponse ventilatoire à l'hypoxie chez les mâles alors qu'elle a atténué la réponse chez les femelles, suggérant que la sensibilité aux variations d'02 est augmentée chez les mâles. De surcroît, la SMN a rendu les rats mâles hypertendus. Lors de l'étude du chémoréflexe à l'hypercapnie, les effets de la SMN se sont avérés une fois de plus spécifiques au sexe. La SMN a induit une atténuation de la réponse ventilatoire à l'hypercapnie chez les rats mâles alors que chez les femelles, la réponse a été augmentée, suggérant une sensibilité au CO2 accrue chez celles-ci. De plus, le marquage de PARNm de c-fos a révélé une activation des raphés magnus et pallidus, du groupe parapyramidal et du locus coeruleus chez les mâles SMN seulement. La SMN semble donc agir par des mécanismes différents du chémoréflexe à l'hypoxie bien que ses effets soient toujours spécifiques au sexe. La dernière étude a démontré que l'inhibition entourant le PVH était augmentée chez les rats mâles SMN. Les microinjections de GABA, muscimol et bicuculline avaient des effets plus importants sur la réponse ventilatoire à l'hypoxie des rats SMN. De plus, la SMN a augmenté le nombre de récepteurs GABAA au niveau du PVH. Bien que l'inhibition du PVH soit amplifiée chez les rats SMN, elle n'est pas suffisante pour maintenir une réponse ventilatoire à l'hypoxie normale, suggérant une augmentation des afférences excitatrices directes au PVH. Ces résultats indiquent qu'un stress non respiratoire en période néonatale perturbe de façon persistente une fonction aussi importante que la régulation de la respiration.

L'hypertension est l'un des facteurs de risque les plus importants des maladies cardiovasculaires. Il a été démontré que l'acide gamma-aminobutyrique (GABA) peut diminuer la pression artérielle de personnes hypertendues lorsqu'il est consommé par le biais d'une matrice alimentaire. Certains fromages peuvent contenir naturellement du GABA, mais jusqu'à présent, aucune recherche n'avait étudié leur capacité à diminuer la pression artérielle. Les travaux présentés dans ce mémoire avaient pour but de déterminer les effets antihypertensifs d'un fromage enrichi en GABA sur des sujets humains. Vingt-trois hommes âgés de 23 à 63 ans ont ingéré quotidiennement 50 g de fromage avec ou sans GABA pendant 12 semaines. La pression artérielle, le rythme cardiaque, le poids corporel et le tour de taille ont été mesurés aux semaines 0, 2, 4, 6, 8, 10 et 12. Également, la concentration en GABA dans les fromages expérimentaux et témoins, congelés ou affinés à 4 °C, a été évaluée tous les mois durant la durée de l'étude. Les résultats ont démontré que la pression artérielle systolique et la pression artérielle moyenne ont diminué de façon significative suite à la consommation de fromage avec ou sans GABA. Aucun changement significatif n'a été observé pour la pression artérielle diastolique. En conclusion, nos résultats suggèrent que la consommation quotidienne durant 12 semaines de fromage cheddar contenant ou non du GABA entraîne une réduction similaire de la pression artérielle.

L’hypertension est probablement le plus important problème de santé dont souffrent les Canadiens (Statistiques Canada, 2010). Modifier l’alimentation est une façon de contrôler l’hypertension (OMS, 2013) (Statistiques Canada, 2010). Une autre possibilité serait la consommation d’acide gamma-aminobutyrique. L’acide gamma-aminobutyrique (GABA) est un composé hypotenseur présent dans certains aliments fermentés suite à sa production par certains microorganismes en condition de stress acide. La consommation quotidienne de 50 g de fromage de type Cheddar contenant 0,32 mg de GABA/g de fromage a entrainé une baisse de pression artérielle significative chez des hommes sujets à la préhypertension (Pouliot-Mathieu et al., 2013), mais non-significative par rapport au groupe témoin. Le Chester est un fromage à pâte semi-ferme, dont l’affinage dure plusieurs mois et dont le pH de 4,8 est obtenu naturellement, conditions qui favorisent la production de GABA. Le but de ce projet était de produire un fromage de type Chester en employant un ferment producteur de GABA qui permettrait l’obtention d’une concentration en GABA supérieure à 0,32 mg de GABA/g. La consommation de 50 g quotidienne de ce fromage pourrait alors entrainer une baisse de pression artérielle significative comparativement à un témoin sans GABA. La production de GABA a été confirmée chez les souches productrices Lc. lactis A23 et H13 et infirmée chez les souches de Lb. casei et Lb. paracasei testées. L’ajout du cofacteur de la réaction, le pyridoxal-5’-phosphate (PLP) a été évalué sur des caillés modèles, en plus de l’effet d’une combinaison des souches productrices de GABA, soit 50 % Lc. lactis H13/50% Lc. lactis A23. Le PLP n’a pas été ajouté lors de la fabrication des fromages de type Chester. Quatre ferments ont été employés et les fromages ont été affinés à 4°C, 8°C ou 12°C. À l’exception d’une humidité plus faible, la composition des fromages produits était semblable à celle d’un Chester traditionnel mais leur texture n’était pas aussi friable. La concentration maximale de GABA produite après 90 jours d’affinage à 12°C a été de 58mg/100g de fromage en utilisant un ferment composé de 25 % Lc. lactis H13 et de 75 % Lc. lactis A23.