DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0340281
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41650117
تاريخ النشر: 2026-02-06
المؤلف: Alyona Bannikova وآخرون
الموضوع الرئيسي: علوم الأعصاب المتعلقة بالتنفس والنوم
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تعبير هيدروكسيلاز التيروزين (TH) في الخلايا العصبية للنواة فوق البصرية (SON) استجابةً لتحميل الملح، باستخدام فئران معدلة وراثيًا لمعالجة القيود المنهجية السابقة التي لوحظت في دراسات الجرذان. تم تطوير نموذجين لتحميل الملح: نموذج مزمن باستخدام 3% NaCl كمياه شرب ونموذج حاد يتضمن الإدارة داخل البطن لـ 8.5% NaCl. وجدت الدراسة أنه بعد ثلاثة أيام من استهلاك 3% NaCl، كان هناك زيادة كبيرة في عدد الخلايا العصبية التي تعبر عن TH في SON، على الرغم من أن محتوى TH داخل الخلايا العصبية ظل دون تغيير. بالمقابل، أظهر النموذج الحاد زيادة كبيرة في كل من عدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ TH ومحتوى TH داخل الخلايا العصبية خلال 10 ساعات بعد إدارة محلول ملحي مفرط التوتر.
تشير النتائج إلى أن النموذج الحاد أكثر فعالية في تعزيز تخليق TH، كما يتضح من زيادة تعبير جين TH وعوامل النسخ المرتبطة (Sp1، Atf4، c-Fos، c-Jun) في SON. تهدف الأبحاث المستقبلية إلى استكشاف النشاط الإنزيمي لـ TH في خلايا SON العصبية وما إذا كانت هذه الخلايا تظهر خصائص إضافية لنمط الدوبامين. تؤسس هذه الدراسة نموذجًا قويًا لمزيد من التحقيق في الأهمية الوظيفية لـ TH في سياق التنظيم الأسموزي.
مقدمة
تستعرض مقدمة هذه الورقة البحثية النتائج المهمة المتعلقة بتعبير إنزيمات تخليق الدوبامين (DA) في الخلايا العصبية تحت المهاد على مدار الـ 35 عامًا الماضية. في البداية، كان يُعتقد أن الخلايا العصبية التي تعبر جزئيًا عن نمط الدوبامين كانت محدودة في منطقة تحت المهاد وكانت قليلة العدد نسبيًا. ومع ذلك، كشفت الدراسات اللاحقة أن مثل هذه الخلايا العصبية منتشرة في جميع أنحاء الدماغ والحبل الشوكي، مع احتمال تجاوز عددها الإجمالي عدد الخلايا العصبية الدوبامينية بالكامل. ومن الجدير بالذكر أن الخلايا العصبية تحت المهاد التي تعبر فقط عن هيدروكسيلاز التيروزين (TH) تحظى باهتمام خاص بسبب دورها المزدوج كناقلات عصبية وهرمونات عصبية، حيث تفرز L-DOPA في النسيج العصبي والسائل الدماغي الشوكي.
تشدد الورقة على الزيادة التعويضية في تعبير إنزيمات تخليق DA في الخلايا العصبية غير الدوبامينية بعد تدهور الخلايا العصبية الدوبامينية. كما تبرز اكتشاف تخليق TH في الخلايا العصبية الفازوبريسين (VPergic) والأوكسيتوسين (OTergic) في النوى الكبيرة للخلايا تحت المهاد، خاصة خلال التحفيز الوظيفي مثل تحميل الملح. على الرغم من المحاولات السابقة غير الناجحة لاستكشاف نمط الدوبامين لهذه الخلايا، فإن التقدم في نماذج الفئران المعدلة وراثيًا والتقنيات الجزيئية يقدم فرصًا جديدة للبحث. تهدف الدراسة إلى تكرار نماذج تحميل الملح في الفئران لتحديد الظروف المثلى لتعزيز تعبير TH في النواة فوق البصرية (SON)، مما يسهل مزيدًا من التحقيق في الخصائص الدوبامينية للخلايا العصبية الكبيرة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام ذكور فئران C57BL/6 (n = 104) وفئران B6.B6D2-Tg(Th-EGFP)21-31Kobа المعدلة وراثيًا (n = 8) للتحقيق في تأثيرات محلول ملحي مفرط التوتر على الاستجابات الفسيولوجية. كانت الفئران، التي تتراوح أعمارها بين 8-12 أسبوعًا وتزن 20-25 جرامًا، تحت ظروف مسيطر عليها (22 ± 1 °C، دورة ضوء/ظلام لمدة 12 ساعة) مع وصول غير محدود إلى الطعام والماء. التزمت البروتوكولات التجريبية بإرشادات المعاهد الوطنية للصحة وحصلت على موافقة لجنة رعاية واستخدام الحيوانات في معهد كولتسوف.
تضمن التصميم التجريبي مجموعتين رئيسيتين من فئران C57BL/6. في المجموعة الأولى (n = 24)، سُمح للفئران بشرب محلول 3% NaCl لمدة 3 إلى 5 أيام، بينما استهلكت الفئران الضابطة (n = 24) مياه الصنبور. في المجموعة الثانية، تلقت الفئران حقنة واحدة داخل البطن من 8.5% NaCl (30 مل/كجم) (n = 24)، بينما تلقت الفئران الضابطة 0.9% NaCl. بعد الحقن، تم الاحتفاظ بجميع الفئران بدون ماء لمدة 6 أو 10 أو 24 ساعة. خضعت فئران B6.B6D2-Tg(Th-EGFP)21-31Kobа (n = 4 لكل مجموعة) لعلاج مماثل، مع جمع الدماغ لاحقًا للتحليل. تم إعداد عينات الدماغ لكل من دراسات PCR والدراسات الشكلية، مع بروتوكولات محددة لاستخراج RNA والتلوين المناعي، مما يضمن فحصًا شاملاً للتأثيرات الفسيولوجية لمحلول الملح المفرط التوتر.
النتائج
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات تحميل الملح على عدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ هيدروكسيلاز التيروزين (TH) والفازوبريسين (VP) في النواة فوق البصرية (SON) لفئران C57BL/6. بعد 3 أيام من استهلاك محلول 3% NaCl، أظهرت المجموعة التجريبية زيادة كبيرة في عدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ TH (168 ± 39) مقارنةً بالمجموعة الضابطة (6 ± 1)، مما يشير إلى زيادة بمقدار 29.2 مرة (p = 0.02). ومع ذلك، لم تستمر هذه الزيادة، حيث ظل عدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ TH دون تغيير بعد 4 و5 أيام من تحميل الملح. بالمقابل، لم يختلف عدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ VP بشكل كبير بين المجموعتين التجريبية والضابطة في أي نقطة زمنية، حيث أظهرت كلا المجموعتين أعدادًا مشابهة (حوالي 495 ± 52 في الضوابط).
في إعداد تجريبي ثانٍ، تلقت الفئران حقنة واحدة داخل البطن من 8.5% NaCl. في البداية، لم يكن هناك فرق كبير في الخلايا العصبية الإيجابية لـ TH مقارنةً بالتحكم (0.9% NaCl) بعد 6 ساعات من الحقن (127 ± 27 مقابل 69 ± 15، p = 0.9639). ومع ذلك، بعد 10 ساعات من الحقن، زاد عدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ TH بشكل كبير إلى 290 ± 62، مما يمثل زيادة بمقدار 7.8 مرة (p < 0.0001) مقارنةً بالضوابط. بحلول 24 ساعة، عادت أعداد TH إلى مستوياتها الأساسية دون فرق كبير (p = 0.9991). زاد عدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ VP من 409 ± 70 بعد 6 ساعات إلى 651 ± 8.6 بعد 24 ساعة من الحقن، لكن لم تُلاحظ أي اختلافات كبيرة بين المجموعات التجريبية والضابطة طوال الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تكرار نموذجين من تحميل الملح بنجاح في الفئران للتحقيق في التأثيرات على تعبير هيدروكسيلاز التيروزين (TH) في النواة فوق البصرية (SON). تضمن النموذج المزمن إعطاء محلول 3% NaCl كمياه شرب لمدة ثلاثة أيام، مما أدى إلى زيادة كبيرة في عدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ TH، على الرغم من أن محتوى TH داخل الخلايا العصبية ظل دون تغيير. بالمقابل، استخدم النموذج الحاد حقن داخل البطن لـ 8.5% NaCl، مما أدى إلى زيادة ملحوظة في كل من عدد الخلايا العصبية التي تعبر عن TH ومحتوى TH داخل الخلايا العصبية الفردية بعد 10 ساعات. تم اعتبار هذا النموذج الحاد أكثر فعالية في تقييم تخليق وتعبير TH.
تشير النتائج إلى أن تحميل الملح عبر الإدارة داخل البطن لا يعزز فقط إنتاج TH ولكن أيضًا يحفز تعبير عوامل النسخ مثل c-Fos وc-Jun وSp1، والتي تُعتبر مرتبطة بتنظيم جين TH. ومن الجدير بالذكر أن الزيادة في تعبير TH تبدو مرتبطة بالتفعيل الخلوي غير المحدد وإجهاد الشبكة الإندوبلازمية، كما يتضح من المستويات المرتفعة لعامل النسخ المنشط 4 (Atf4). تقترح الدراسة أن تركز الأبحاث المستقبلية على النشاط الإنزيمي لـ TH في خلايا SON العصبية وإمكانية التعبير عن خصائص دوبامينية إضافية في هذا السياق.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0340281
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41650117
Publication Date: 2026-02-06
Author(s): Alyona Bannikova et al.
Primary Topic: Neuroscience of respiration and sleep
Overview
This research investigates the expression of tyrosine hydroxylase (TH) in neurons of the supraoptic nucleus (SON) in response to salt loading, utilizing transgenic mice to address previous methodological limitations observed in rat studies. Two salt loading models were developed: a chronic model using 3% NaCl as drinking water and an acute model involving intraperitoneal administration of 8.5% NaCl. The study found that after three days of 3% NaCl consumption, there was a significant increase in the number of TH-immunoreactive neurons in the SON, although the intraneuronal TH content remained unchanged. In contrast, the acute model demonstrated a significant increase in both the number of TH-immunopositive neurons and the intraneuronal TH content within 10 hours post-administration of hypertonic saline.
The findings indicate that the acute model is more effective in enhancing TH synthesis, as evidenced by increased expression of the TH gene and associated transcription factors (Sp1, Atf4, c-Fos, c-Jun) in the SON. Future research aims to explore the enzymatic activity of TH in SON neurons and whether these neurons exhibit additional characteristics of the dopaminergic phenotype. This study establishes a robust model for further investigation into the functional significance of TH in the context of osmotic regulation.
Introduction
The introduction of this research paper outlines the significant findings regarding the expression of dopamine (DA) synthesis enzymes in hypothalamic neurons over the past 35 years. Initially, it was believed that neurons partially expressing the DAergic phenotype were limited to the hypothalamus and were relatively few in number. However, subsequent studies have revealed that such neurons are widespread throughout the brain and spinal cord, with their total number likely exceeding that of fully DAergic neurons. Notably, hypothalamic neurons that express only tyrosine hydroxylase (TH) are of particular interest due to their dual role as neurotransmitters and neurohormones, as they secrete L-DOPA into the neuropil and cerebrospinal fluid.
The paper emphasizes the compensatory increase in DA-synthesizing enzyme expression in non-DAergic neurons following DAergic neuron degeneration. It also highlights the discovery of TH synthesis in vasopressinergic (VPergic) and oxytocinergic (OTergic) neurons in the magnocellular nuclei of the hypothalamus, particularly during functional stimulation such as salt loading. Despite previous unsuccessful attempts to explore the DAergic phenotype of these neurons, advancements in transgenic mouse models and molecular techniques present new opportunities for research. The study aims to replicate salt loading models in mice to identify optimal conditions for enhancing TH expression in the supraoptic nucleus (SON), thereby facilitating further investigation into the DAergic characteristics of magnocellular neurons.
Methods
In this study, male C57BL/6 mice (n = 104) and B6.B6D2-Tg(Th-EGFP)21-31Kobа transgenic mice (n = 8) were utilized to investigate the effects of hypertonic saline on physiological responses. The mice, aged 8-12 weeks and weighing 20-25 g, were maintained under controlled conditions (22 ± 1 °C, 12-hour light/dark cycle) with unrestricted access to food and water. Experimental protocols adhered to the National Institutes of Health guidelines and received approval from the Koltzov Institute’s Animal Care and Use Committee.
The experimental design involved two main groups of C57BL/6 mice. In the first group (n = 24), mice were allowed to drink a 3% NaCl solution for 3 to 5 days, while control mice (n = 24) consumed tap water. In the second group, mice received a single intraperitoneal injection of 8.5% NaCl (30 ml/kg) (n = 24), with control mice receiving 0.9% NaCl. Post-injection, all mice were kept without water for 6, 10, or 24 hours. B6.B6D2-Tg(Th-EGFP)21-31Kobа mice (n = 4 per group) underwent similar treatment, with subsequent brain collection for analysis. Brain samples were prepared for both PCR and morphological studies, with specific protocols for RNA extraction and immunostaining, ensuring comprehensive examination of the physiological effects of hypertonic saline.
Results
In this study, the effects of salt loading on the number of tyrosine hydroxylase (TH) and vasopressin (VP) immunopositive neurons in the supraoptic nucleus (SON) of C57BL/6 mice were investigated. After 3 days of consuming a 3% NaCl solution, the experimental group exhibited a significant increase in TH-immunopositive neurons (168 ± 39) compared to the control group (6 ± 1), indicating a 29.2-fold increase (p = 0.02). However, this increase was not sustained, as the number of TH-immunopositive neurons remained unchanged after 4 and 5 days of salt loading. In contrast, the number of VP-immunopositive neurons did not differ significantly between the experimental and control groups at any time point, with both groups showing similar counts (approximately 495 ± 52 in controls).
In a second experimental setup, mice received a single intraperitoneal injection of 8.5% NaCl. Initially, there was no significant difference in TH-immunopositive neurons compared to the control (0.9% NaCl) at 6 hours post-injection (127 ± 27 vs. 69 ± 15, p = 0.9639). However, at 10 hours post-injection, the number of TH-immunopositive neurons increased dramatically to 290 ± 62, representing a 7.8-fold increase (p < 0.0001) compared to controls. By 24 hours, the TH counts returned to baseline levels with no significant difference (p = 0.9991). The VP-immunopositive neuron count increased from 409 ± 70 at 6 hours to 651 ± 8.6 at 24 hours post-injection, but no significant differences were observed between experimental and control groups throughout the study.
Discussion
In this study, two models of salt loading were successfully reproduced in mice to investigate the effects on tyrosine hydroxylase (TH) expression in the supraoptic nucleus (SON). The chronic model involved administering a 3% NaCl solution as drinking water for three days, resulting in a significant increase in the number of TH-immunopositive neurons, although the intraneuronal TH content remained unchanged. Conversely, the acute model utilized intraperitoneal injections of 8.5% NaCl, which led to a marked increase in both the number of TH-expressing neurons and the TH content within individual neurons after 10 hours. This acute model was deemed more effective for assessing TH synthesis and expression.
The findings indicate that salt loading via intraperitoneal administration not only enhances TH production but also stimulates the expression of transcription factors such as c-Fos, c-Jun, and Sp1, which are implicated in the regulation of the TH gene. Notably, the increase in TH expression appears to be associated with non-specific cellular activation and endoplasmic reticulum stress, as evidenced by elevated levels of activating transcription factor 4 (Atf4). The study suggests that further research should focus on the enzymatic activity of TH in SON neurons and the potential expression of additional dopaminergic characteristics in this context.