חשיפת תפקידם של אזורים נפרדים במוח העכברוש בוויסות הביוץ באמצעות אי-פעילות הפיכה על ידי מיקרו-גניזמים של טטרודוטוקסין

הביוץ הוא התהליך שבו ביציות בוגרות אחת או יותר משתחררות מהשחלות אחת ל-estral/מחזור החודשי. מכיוון שכל מיני היונקים תלויים בייצור הגמטים להתרבות, להבנת המנגנונים המסדירים את הביוץ יש השפעה עצומה בתחומים החל מביו-רפואה, תעשיית בעלי החיים ותחזוקת מינים בסכנת הכחדה. הביוץ מוסדר על ידי ציר ההיפותלמוס-יותרת המוח-השחלות, אשר כרוך במספר אזורים היפותלמיים ואקסטרה-ההיפותלמיים, הגונדוטרופים בבלוטת יותרת המוח העורפית והתקה ותאי הגרנולוזה, יחד עם הביצים, יוצרים את זקיקי השחלות בתוך השחלות¹.

זקיקי השחלות לגדול, לפתח ובסופו של דבר לביוץ בתגובה הפרשת טוניק פאזי של ההורמון מגרה זקיק ואת ההורמון נוהם, שני גונדוטרופינים מופרש על ידי gonadotropes. התבנית של הפרשת גונדוטרופין היא מרכזית להתפתחות זקיקית נכונה וביוץ והוא מוסדר על ידי הורמון משחרר גונדוטרופין (GnRH)^1,2. נוירופפטיד זה מסונתז על ידי נוירונים הפזורים ברחבי הדיאנספלון הבזלי ולאחר מכן מופרש לערם השער המקשר את ההיפותלמוס ואת בלוטת יותרת המוח הצפונית. הפעילות הפרשתית של נוירוני GnRH מווסת על ידי קלט סינפטי הנובע ממבנים מוחיים מגוונים. מבנים אלה מעבירים מידע על מצב הסביבה החיצונית והפנימית של האורגניזם כולל זמינות המזון, אורך הפוטופריודה וריכוז ההורמונים בדם. במובן זה, הם מעצבים את דפוס הרבייה של כל מין ואת התפקידים הספציפיים של מבנים כאלה חייב להיקבע על מנת להבין כראוי את המנגנונים השולטים בביוץ. כדוגמה, הוכח כי התנודתיות ברמות אסטרדיול במהלך מחזור אסטרוס מסדירה את הפרשת GnRH; עם זאת, GnRH-נוירונים אינו מבטא את isoform קולטן אסטרדיול הדרוש כדי לזהות שינויים כאלה. שתי אוכלוסיות של נוירונים המבטאים קולטנים אלה ממוקמים באזור periventricular rostral של החדר השלישי ובגרעין arcuate, בהתאמה, וסינפסות ייצוב עם נוירונים GnRH. יש ראיות להציע כי נוירונים אלה לפרש את הריכוז של אסטרדיול ולאחר מכן לעורר את הפעילות של GnRH-נוירונים על ידי שחרור kisspeptin, משרן חזק של הפרשת GnRH³.

ניסויים הכוללים נגעים תרמיים או כימיים, כמו גם חירשות מכנית, אפשרו לחוקרים לקבוע את מעורבותם של מספר מבני מוח בוויסות הביוץ^{4,5,6,7,8,9,10,11,12} . ניסויים אלה, עם זאת, יש את החיסרון של להיות פולשני וטראומטי, הדורש כמה ימים של התאוששות לפני הערכת ההשפעות של הטיפול, לעכב את הניתוח של ההשפעות החריפות של הטיפול. בנוסף, הם משפיעים לצמיתות על האזורים הממוקדים ומשבשים תהליכים פיזיולוגיים אחרים בטווח הארוך. בשל בעיות אלה, התוצאות של ניסויים אלה מוסתרות בדרך כלל על ידי מנגנוני פיצוי הומיאוסטטיים בגוף החיה וחילוץ מידע מדויק על הדינמיקה הרגולטורית הזמנית שבה האזור מעורב הוא די קשה.

המיקרו-נסיגה של תרופות שמשבשות באופן חולף את פעילותם של נוירונים באמצעות קנולס מדריך היא חלופה מתאימה העולה על החסרונות שהוזכרו לעיל. הקנולות יכולות להיות ממוקמות בכל אזור במוח על ידי ניתוח סטריאוטקסי, המאפשר לחוקר להתחיל את הטיפול התרופתי לאחר שההשפעות המבלבלות של הניתוח נעלמות. המיקרו-הזדקנות המתוזמנות של התרופות מאפשרת לחוקרים לבחון השערות לגבי תרומת האזור לשלב מסוים של התהליך וניתן לבצען בבעלי חיים ערים מרוסנים או חופשיים. מגוון רחב של תרופות כולל הרדמה מקומית, אגוניסטים, אנטגוניסטים, אגוניסטים הפוכים ורעלים ביולוגיים כגון tetrodotoxin (TTX) ניתן microinjected לתוך אזור עניין בזמנים ספציפיים.

TTX הוא רעלן ביולוגי מסונתז על ידי חיידקים החיים בגוף של דגי הנפוחיות, כמו גם בעלי חוליות אחרים חסרי חוליות. TTX משתיק פעילות עצבית באמצעות המצור הסלקטיבי והחולף של ערוצי נתרן, אשר גורם לעיכוב של פוטנציאל פעולה תלוי נתרן. בנוכחות TTX, תאים חווים שינוי בשלב ההפחתה ולכן אינם נרגשים אך נשארים בחיים. אפקט החסימה של TTX מוסבר על ידי ההרכב המולקולרי שלה: קבוצת guanidinium הוא מסוגל לעבור דרך ההיבט החוץ תאי של ערוץ נתרן, אבל שאר המולקולה לא יכול לעבור בשל גודלו, ולכן הוא תקוע וחוסם את ערוץ^{13,14,15,16,17} . מנגנון הפעולה של TTX אפשר את השימוש בו ככלי ללמוד את מערכת העצבים הן במבחנה והן ב- vivo. הזרקה תוך מוחית של רעלן זה שימשה כדי לחקור את התפקיד של אזורי מוח נפרדים במספר תהליכים כמו שימור זיכרון¹⁸, שינה וגירוי¹⁹, זיהוי מקום²⁰, ניווט מרחבי²¹, שימוש בסמים²², thermoregulation²³, התפתחות של סכיזופרניה²⁴, התנהגות מינית²⁵ ורגולציה של הביוץ²⁶ בין היתר. בפרוטוקול זה אנו מתארים את ההשפעות על הביוץ של חוסר הפעילות החולפת של גרעינים היפותלמיים על ידי מיקרו-בייג’ן TTX בחולדות ערות וחסרות מעצורים.