Cannabinoid-induzierte Verhaltensveränderungen unter chronischem psychosozialem Stress im Mausmodell als Analoga cannabinoid-typischer Psychopathologie
by Timothy Patrick Moore
Date of Examination:2024-07-30
Date of issue:2024-07-31
Advisor:Prof. Dr. Ursula Havemann-Reinecke
Referee:Prof. Dr. Ursula Havemann-Reinecke
Referee:Prof. Dr. David Liebetanz
Referee:Prof. Dr. Dr. Hannelore Ehrenreich
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10644
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Name:Doktorarbeit Timothy Moore 2024_07.pdf
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Abstract
English
In the present dissertation, based on the current state of research, the relationship between chronic psychosocial stress and stimulation or blockade of the CB1 receptor is investigated using two animal experimental studies. In a preliminary study, the influence of chronic psychosocial stress on the endogenous concentrations of endocannabinoids in three different brain regions (cortex, cerebellum, hippocampus) is depicted in a mouse model. In another study (main study), the relationship between chronic psychosocial stress and stimulation or blockade of the CB1 receptor is examined using extensive parameters. For this purpose, the influence of chronic psychosocial stress is studied in a mouse model under CB1 receptor stimulation by intraperitoneal application of WIN55,212-2, CB1 receptor blockade by intraperitoneal application of Rimonabant, as well as administration of both mentioned substances and placebo treatment. The behaviour of the test animals, as well as changes in CB1 receptor expression, CB1 mRNA, and endocannabinoid concentrations in four different brain regions (striatum, prefrontal cortex, hippocampus, and cerebellum), are depicted. The behaviour of the mice is examined with regard to general behavioural parameters (Functional Observatory Battery), motor activity and coordination ability (OpenField, RotaRod), and prepulse inhibition (Prepulse Inhibition, PPI). The effect on CB1 receptor expression was assessed by analyzing the number of CB1-positive and CB1-mRNA-positive cells in the mentioned four brain areas using immunohistochemical staining of CB1 receptors and in situ hybridization of CB1 mRNA. The effects on the concentrations of the endocannabinoids AEA, 2-AG, PEA, and OEA were measured and depicted using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) (conducted in the laboratory of Dr. V. Di Marzo, Endocannabinoid Research Group, Institute of Biomolecular Chemistry, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Pozzuoli, Italy). In summary, chronic psychosocial stress in the preliminary study results in lower concentrations of AEA and OEA in the hippocampus and higher concentrations of 2-AG in the cortex and cerebellum. This result confirms other studies with chronic stress models (Patel et al. 2005; Hill et al. 2010). It supports the hypothesis that endocannabinoids are significantly involved in the regulation of chronic stress processing and that the endocannabinoids AEA and 2-AG exhibit different distribution patterns and different roles in coping with stress. The observed changes in endocannabinoid concentrations can be understood as an anxiogenic effect of chronic psychosocial stress with the help of the behavioural studies supplemented by Bouter et al. (2020). In the main study, WIN and Rimonabant only cause reduced motor activity after prior stress exposure, which can also be interpreted as increased anxiogenic behavior and thus as a symptom of affective dysregulation. Exposure to chronic psychosocial stress also leads to a higher density of CB1 receptor-positive structures in the striatum and a reduced latency time on the rotating rod in the RotaRod. This indicates the involvement of striatal CB1 receptors in the modulation of motor movements as well as their function in the link between the limbic and psychomotor systems. Considering the effects of the CB1 agonist WIN and the CB1 antagonist Rimonabant observed in this study, this hypothesis can be further supported. WIN reduces hyperactivity in the stress group, which is antagonized by Rimonabant. The combined administration of WIN and Rimonabant only leads to an impaired turning reflex and an increased density of 2-AG in the prefrontal cortex in animals from the stress group. The involvement of the endocannabinoid system in the regulation of chronic psychosocial stress within structures of the corticolimbic system confirmed in this dissertation may have central importance for the increased vulnerability to mental disorders in cannabis users, which can progress to the development of schizophrenia.
Keywords: Cannabis; CB1-Receptor; Endocannabinoid; Endocannabinoids; WIN55,212-2; Rimonabant; Chronic psychosocial stress
German
In vorliegender Dissertation wird, basierend auf der aktuellen Studienlage, der Zusammenhang zwischen chronischem psychosozialem Stress und Stimulation bzw. Blockade des CB1-Rezeptors mithilfe zweier tierexperimenteller Studien untersucht. In einer Vorstudie wird im Mausmodell der Einfluss von chronischem psychosozialem Stress auf die endogenen Konzentrationen von Endocannabinoiden in drei unterschiedlichen Hirnregionen (Cortex, Cerebellum, Hippocampus) dargestellt. In einer weiteren Studie (Hauptstudie) wird der Zusammenhang von chronischem psychosozialem Stress und Stimulation bzw. Blockade des CB1-Rezeptors anhand umfangreicher Parameter untersucht. Hierfür wird im Mausmodell der Einfluss von chronischem psychosozialem Stress sowohl unter CB1-Rezeptor-Stimulation durch intraperitoneale Applikation von WIN55,212-2, CB1-Rezeptor-Blockade durch intraperitoneale Applikation von Rimonabant sowie Gabe beider genannter Substanzen und Placebo-Behandlung studiert. Es werden das Verhalten der Versuchstiere sowie Veränderungen der CB1-Rezeptor-Expression, der CB1-mRNA sowie der Endocannabinoidkonzentrationen in vier verschiedenen Hirngebieten (Striatum, präfrontaler Cortex, Hippocampus und Cerebellum) dargestellt. Dabei wird das Verhalten der Mäuse hinsichtlich allgemeiner Verhaltensparameter (Functional Observatory Battery), der motorischen Aktivität und Koordinationsfähigkeit (OpenField, RotaRod) sowie der Präpulsinhibition (Prepulse Inhibition, PPI) untersucht. Die Auswirkung auf die CB1-Rezeptor-Expression wurde durch die Analyse der Anzahl CB1-positiver und CB1-mRNA-positiver Zellen in den genannten vier Hirnarealen mittels immunhistochemischer Färbung der CB1-Rezeptoren und In-Situ-Hybridisierung der CB1-mRNA erfasst. Die Auswirkungen auf die Konzentrationen der Endocannabinoide AEA, 2-AG, PEA und OEA wurden mittels Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (LC-MS) (durchgeführt im Labor von Dr. V. Di Marzo, Endocannabinoid Research Group, Institute of Biomolecular Chemistry, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Pozzuoli, Italien) gemessen und dargestellt. Zusammenfassend bewirkt chronischer psychosozialer Stress in der Vorstudie geringere Konzentrationen von AEA und OEA im Hippocampus sowie höhere Konzentrationen von 2-AG im Cortex und Cerebellum. Dieses Ergebnis bestätigt andere Studien mit chronischen Stressmodellen (Patel et al. 2005; Hill et al. 2010). Es unterstützt die Hypothese, dass Endocannabinoide wesentlich an der Regulation der Verarbeitung von chronischem Stress beteiligt sind und die Endocannabinoide AEA und 2-AG unterschiedliche Verteilungsmuster sowie unterschiedliche Aufgaben bei der Bewältigung von Stress aufzeigen. Die festgestellten Veränderungen der Endocannabinoidkonzentrationen können mithilfe der durch Bouter et al. (2020) ergänzten Verhaltensuntersuchungen als anxiogener Effekt des chronischen psychosozialen Stresses verstanden werden. In der Hauptstudie bewirken WIN und Rimonabant nur nach vorheriger Stressaussetzung eine verringerte motorische Aktivität, was ebenfalls als verstärktes anxiogenes Verhalten und somit als Symptom affektiver Dysregulation interpretiert werden kann. Die Aussetzung mit chronischem psychosozialem Stress führt des Weiteren zu einer höheren Dichte an CB1-Rezeptor-positiven Strukturen im Striatum sowie einer verringerten Latenz-Zeit auf der rotierenden Rolle im RotaRod. Dies weist auf die Beteiligung striataler CB1-Rezeptoren an der Modulation motorischer Bewegungsabläufe als auch dessen Funktion im Bindeglied zwischen limbischem und psychomotorischem System hin. Mit Blick auf die in dieser Studie beobachteten Effekte des CB1-Agonisten WIN und des CB1-Antagonisten Rimonabant lässt sich diese Hypothese weiter unterstützen. WIN verringert die Hyperaktivität in der Stressgruppe, was durch Rimonabant antagonisiert wird. Die gemeinsame Gabe von WIN und Rimonabant führt nur bei Tieren aus der Stressgruppe zu einem beeinträchtigten Umdrehreflex sowie einer erhöhten Dichte von 2-AG im präfrontalen Kortex. Die in dieser Dissertation bestätigte Beteiligung des Endocannabinoidsystems an der Regulation von chronischem psychosozialem Stress innerhalb von Strukturen des kortikolimbischen Systems mag eine zentrale Bedeutung für die erhöhte Vulnerabilität für psychische Störungen bei Cannabiskonsument*innen haben, die in die Entwicklung einer schizophrenen Erkrankung übergehen können.
Schlagwörter: Cannabis; Endocannabinoide; CB1-Rezeptor; WIN55,212-2; Rimonabant; Chronischer psychosozialer Stress
