[Seite 1↓]Aus dem Institut für Pharmakologie und Toxikologie
der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

Dissertation

Die Wirkung des 5-HT-Agonisten 8-OH-DPAT
auf die Serotoninfreisetzung im lateralen Hypothalamus und das Fressverhalten der Ratte:
Eine -Mikrodialyse-Studie

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Frederike Bianca Kienzle
aus Ludwigsburg

Dekan: Prof. Dr. med. Joachim W. Dudenhausen

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. R. Morgenstern
2. Prof. Dr. rer. nat. H. Jarry
3. Prof. Dr. med. N.-C. Juhr

Datum der Promotion:15. Juli 2002

Abstract:

Serotonin (5-HT) nimmt eine wichtige Rolle in der Regulation von Nahrungsaufnahme ein. Erhöhte 5-HT-Freisetzung hemmt die Nahrungsaufnahme. Der 5-HT-Rezeptor liegt sowohl somatodendritisch als auch postsynaptisch vor. Seine Stimulation mit 8-OH-DPAT vermindert die 5-HT-Freisetzung. Die -Mikrodialyse ermöglichte uns eine kontinuierliche Messung von extrazellulärem 5-HT im lateralen Hypothalamus an der frei beweglichen Ratte. Unsere Ergebnisse zeigen einen Abfall der 5-HT-Freisetzung bei satten Ratten, nicht jedoch wenn diesen nach Substanzgabe Futter angeboten wurde. Bei hungrigen Ratten war nach Substanzgabe keine signifikante Veränderung in der 5-HT-Freisetzung zu messen. Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Studie erstmals die Wirkung von 8-OH-DPAT auf die 5-HT-Freisetzung im LHA in Abhängigkeit von unterschiedlichen Motivationszuständen in Verbindung mit Nahrungsaufnahme gezeigt.

Eigene Schlagworte: Serotonin, Hypothalamus, Fressverhalten, Mikrodialyse

Abstract:

Serotonin (5-HT) is an important mediator of satiety. Increase of 5-HT release inhibits food intake. 8-OH-DPAT, an agonist at the somatodendritic 5-HT autoreceptor, reduces serotonergic activity and induces food intake. With the technique of in vivo microdialysis we were able to measure continuously extracellular 5-HT in the lateral hypothalamic area (LHA) in freely moving rats under different feeding conditions. The present results show a decrease of 5-HT release in freely feeding rats after administration of 8-OH-DPAT. This effect was not obtained when offering food after drug application. In contrast, no significant effect in 5-HT release after application of 8-OH-DPAT in food deprived rats was measured. In summery this study demonstrates the effect of 8-OH-DPAT on the 5-HT release in LHA of freely moving rat depending on the different feeding conditions.

Keywords: Serotonin, Hypothalamus, Feeding behaviour, Microdialysis

Inhaltsverzeichnis

• 1 EINLEITUNG
  • 1.1 Vorbemerkungen zur Nahrungsaufnahme
  • 1.2 Beteiligte Strukturen und Botenstoffe bei der Regulation der Nahrungsaufnahme
  • 1.3 Das serotonerge System
    • 1.3.1 Geschichte
    • 1.3.2  Serotoninsynthese und –metabolismus
    • 1.3.3  Serotonerge Neuronen und ihre Lokalisation
    • 1.3.4 Funktionelle Bedeutung von Serotonin
    • 1.3.5 Rezeptorcharakterisierung
      • 1.3.5.1 Der 5-HT- und 5-HT-Rezeptor
      • 1.3.5.2 Der 5-HT-Rezeptor
      • 1.3.5.3 Der 5-HT-Rezeptor
        • Der 5-HT-Rezeptor
        • Der 5-HT-Rezeptor
    • 1.3.6 Der 5-HT-Rezeptoragonist 8-OH-DPAT
    • 1.3.7 Der 5-HT-Rezeptorantagonist WAY 100635
  • 1.4 Neuroanatomischer Überblick der am Fressverhalten beteiligten Hirngebiete
  • 1.5 Messmethodik: -Mikrodialyse
  • 1.6 Zielsetzung
• 2 MATERIAL UND METHODEN
  • 2.1 Tiermaterial
  • 2.2 Verwendete Substanzen
  • 2.3 Futteraufnahme ohne Mikrodialyse
  • 2.4 Lokomotion
  • 2.5 Versuche mit Mikrodialysetechnik
    • 2.5.1 Operative Vorbereitungen
      • 2.5.1.1 Operation für Mikrodialyse am wachen Tier
      • 2.5.1.2 Operation für Mikrodialyse am narkotisierten Tier
    • 2.5.2 Messtechnik
      • 2.5.2.1 Dialysematerial
      • 2.5.2.2 Analyse der Mikrodialysate
    • 2.5.3 Versuchsaufbau
      • 2.5.3.1 Allgemeine Vorbereitungen
      • 2.5.3.2 Mikrodialyse mit peripherer Substanzgabe
      • 2.5.3.3 Mikrodialyse mit zentraler Substanzgabe
  • 2.6  Histologie
  • 2.7 Statistik
    • 2.7.1 Wiederfindungsrate für Mikrodialysesonden
    • 2.7.2 Fressversuche
    • 2.7.3 Lokomotion
    • 2.7.4 Mikrodialyseversuche
• 3 ERGEBNISSE
  • 3.1 Methodische Versuche
    • 3.1.1 Wiederfindungsrate der Mikrodialysesonden für 5-HT
    • 3.1.2 Postoperative Entwicklung der Körpermasse der Versuchstiere
  • 3.2 Futteraufnahme
    • 3.2.1 Futter ad libitum
    • 3.2.2 Nahrungskarenz
  • 3.3 Lokomotorische Aktivität
  • 3.4 Mikrodialyseversuche mit peripherer Substanzgabe (wache Ratte)
    • 3.4.1 Futter ad libitum
    • 3.4.2 Nahrungskarenz
    • 3.4.3 Futter nach Substanzgabe bei Tieren mit Futter ad libitum
    • 3.4.4 Futter nach Substanzgabe bei nahrungskarenten Tieren
  • 3.5 Mikrodialyseversuche mit zentraler Substanzgabe (narkotisiertes Tier)
    • 3.5.1 Vorversuche
    • 3.5.2  8-OH-DPAT [in Hypothalamus]
    • 3.5.3 WAY 100635 [in Hypothalamus]
    • 3.5.4 8-OH-DPAT und WAY 100635 [in Hypothalamus]
• 4 DISKUSSION
  • 4.1 Methodische Versuche
    • 4.1.1 Wiederfindungsrate der Mikrodialysesonden für 5-HT
    • 4.1.2  Postoperative Entwicklung der Körpermasse der Versuchstiere
  • 4.2 Mikrodialyseversuche
• 5 ZUSAMMENFASSUNG
• Abkürzungsverzeichnis
• LITERATURLISTE
• Erklärung an Eides Statt
• Danksagung
• Curriculum Vitae

Tabellen

• Tabelle 1: Funktionen, die in Verbindung mit dem 5-HT-Rezeptor gebracht werden (+) Erhöhung, (-) Verminderung. (nach Barnes und Sharp, 1999)
• Tabelle 2: Herstellernachweis der verwendeten Substanzen
• Tabelle 3: Schematische Darstellung der Sondenspülung
• Tabelle 4: Versuchsreihe A mit Applikationsschema bei peripherer Substanzgabe
• Tabelle 5: Versuchsreihe B mit Applikationsschema bei zentraler Substanzgabe

Bilder

• Abbildung 1: Reaktionsmechanismus der Synthese und des Metabolismus von 5-HT
• Abbildung 2: Schematische Darstellung eines serotonergen Neurons mit Lokalisation der 5-HT-Rezeptoren (nach Blundell und Halford, 1998)
• Abbildung 3: Strukturformel von 8-OH-DPAT
• Abbildung 4: Lokalisation der Mikrodialysesonde im lateralen Hypothalamus
• Abbildung 5: Schematische Darstellung einer Mikrodialysesonde
• Abbildung 6: Chromatogramm eines Dialysats aus dem lateralen Hypothalamus der Ratte mit Angabe der Retentionszeit für 5-HT.
• Abbildung 7: Schematische Versuchsanordnung der Mikrodialyse im LHA der Ratte. Das dialysierte Probenvolumen wurde mit Hilfe eines Injektionsventils alle 20 min in das HPLC-System eingegeben und 5-HT elektrochemisch detektiert.
• Abbildung 8: Wiederfindungsrate für 5-HT [%] von Mikrodialysesonden mit 2 mm und 3 mm Länge für 5-HT. Beim ersten Gebrauch der Sonden war die Dauer 20 h. Beim wiederholten Gebrauch 40 h. Paired t-Test (n = 6)
• Abbildung 9: Postoperative Entwicklung der Körpermasse [g] nach Implantation der Mikrodialyseführungskanüle in den LHA. ANOVA on Repeated Measures (n = 5; Mittelwert + SEM; *p<0,05)
• Abbildung 10: Wirkung von 8-OH-DPAT [100 µg/kg und 300 µg/kg i.p.] auf die Futteraufnahme der frei fressenden Ratte. ANOVA gefolgt von Dunnett’s Test. (n = 18; Mittelwert + SEM; *p<0,05 gegenüber Kontrolle)
• Abbildung 11: Wirkung von 8-OH-DPAT [100 µg/kg und 300 µg/kg i.p.] auf die Futteraufnahme der nahrungskarenten Ratte. ANOVA gefolgt von Dunnett’s Test (n = 18; Mittelwert + SEM; *p<0,05 gegenüber Kontrolle)
• Abbildung 12: Wirkung von 8-OH-DPAT [300 µg/kg i.p.] auf die Lokomotion der frei fressenden und der nahrungskarenten Ratte gemessen durch das ANIMEX. Mann- Whitney -Test (n = 5; Mittelwert + SEM. *p<0,05 gegenüber nahrungskarenter Kontrolle)
• Abbildung 13: Wirkung von 8-OH-DPAT [100 µg/kg und 300 µg/kg i.p.] auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung im LHA der wachen und frei fressenden Ratte. Die Werte sind als Prozentzahl der Basislinie angegeben. Der Mittelwert der ersten drei Proben ergibt 100 %. ANOVA gefolgt von Dunn’s Test (n = 8; Mittelwert + SEM; *p<0,05 gegenüber NaCl-behandelter Kontrolle)
• Abbildung 14: Wirkung von 8-OH-DPAT [300 µg/kg i.p.] und NaCl auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung im LHA der wachen, 16 h nahrungskarenten Ratte. Die Werte sind als Prozentzahl der Basislinie angegeben. Der Mittelwert der ersten drei Proben ergibt 100 %. ANOVA gefolgt von Dunn’s Test (n = 7; Mittelwert + SEM)
• Abbildung 15: Wirkung von 8-OH-DPAT [300 µg/kg i.p.] auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung im LHA der wachen, frei fressenden Ratte. Nach Substanzgabe hatten die satten Tiere weiterhin Futterangebot bis zum Ende des Versuchs im Unterschied zur Kontrollgruppe. Die Werte sind als Prozentzahl der Basislinie angegeben. Der Mittelwert der ersten drei Proben ergibt 100 %. Student’s t-Test (n = 8. Mittelwert + SEM. *p<0,05 gegenüber Kontrolle ohne Futterangebot).
• Abbildung 16: Wirkung von 8-OH-DPAT [300 µg/kg i.p.] auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung im LHA der wachen, 16 h nahrungskarenten Ratte. Nach Substanzgabe wurde bis zum Ende des Versuchs Futter angeboten. Die Kontrollgruppe hatte keinen Futterzugang. Die Werte sind als Prozentzahl der Basislinie angegeben. Der Mittelwert der ersten drei Proben ergibt 100 %. Student’s t-Test (n = 8; Mittelwert + SEM)
• Abbildung 17: Wirkung von 8-OH-DPAT [300 µg/kg i.p.] auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung im LHA der narkotisierten Ratte. Der erste Wert stellt den letzten Wert der Basislinie dar. Die Werte sind als Prozentzahl der Basislinie angegeben. Der Mittelwert der ersten drei Proben ergibt 100 %. ANOVA on Ranks gefolgt von Dunn’s Test. (n = 8; Mittelwert + SEM; *p<0,05 gegenüber NaCl-behandelter Kontrolle).
• Abbildung 18: Wirkung von 8-OH-DPAT [2 x 10M] in lokaler Applikation über die Mikrodialysesonde in den LHA auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung der narkotisierten Ratte. Die Werte sind als Prozentzahl der Basislinie angegeben. ANOVA on Ranks gefolgt von Dunn’s Test (n = 8; Mittelwert + SEM; *p<0,05 gegenüber Kontrolle)
• Abbildung 19: Wirkung von WAY 100635 [2 x 10M] in lokaler Applikation über das Sondensystem in den LHA auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung der narkotisierten Ratte. Die Werte sind als Prozentzahl der Grundlinie angegeben. ANOVA on Ranks gefolgt von Dunn’s Test (n = 8; Mittelwert + SEM)
• Abbildung 20: Wirkung von 8-OH-DPAT [2 x 10M] nach Vorbehandlung mit WAY 100635 [2 x 10M] in lokaler Applikation über die Mikrodialysesonde in den LHA auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung der narkotisierten Ratte. Die Werte sind als Prozentzahl der Basislinie angegeben. ANOVA on Ranks gefolgt von Dunn’s Test (n = 8; Mittelwert + SEM; *p<0,05 gegenüber Kontrolle)
• Abbildung 21: Wirkung von 8-OH-DPAT [2 x 10M] nach Vorbehandlung mit WAY 100635 [2 x 10M] in lokaler Applikation über das Sondensystem in den LHA auf die extrazelluläre 5-HT-Freisetzung der narkotisierten Ratte. Die Werte sind als Prozentzahl der Basislinie angegeben. Student’s t-Test (n = 8; Mittelwert + SEM)