The impact of acute and chronic obesity-related inflammatory states on neuronal activity in the nucleus accumbens core and shell

Abstract

L’inflammation systémique induite par l’obésité augmente la neuroinflammation et la réactivité gliale dans le noyau accumbens (NAc), associées à des comportements de type dépressif et anxieux. Les neurones à épines moyennes (MSN) du NAc font partie intégrante des circuits neuronaux qui contrôlent la motivation et l’humeur. Les différences fonctionnelles dans les entrées et les sorties des sous-régions du NAc – le cœur du NAc (NAcC) et la coquille du NAc (NAcSh) – fournissent une base pour étudier la divergence fonctionnelle dans les sous-territoires. Nos résultats biochimiques et chimiogénétiques préliminaires suggèrent que l’inflammation causée par une alimentation chronique riche en graisses entraîne une diminution de l’excitabilité des récepteurs D1 de la dopamine (D1R) des MSN. Notre objectif était d’étudier l’impact des états inflammatoires aigus et chroniques en étudiant l’impact du LPS et de l’alimentation riche en graisses saturées (HFD) sur l’activité des MSN du NAc et la plasticité synaptique. Pour ce faire, nous avons utilisé deux méthodes électrophysiologiques, les enregistrements de champ extracellulaire et le patch clamp intracellulaire à cellules entières, pour étudier la potentialisation à long terme (LTP) et l’activité excitatrice cellulaire dans le NAc en réponse à l’inflammation aiguë et chronique. Nos résultats suggèrent que le LPS peut induire des changements dans la LTP dans les champs de neurones du NAcC. Cela suggère que la neuroinflammation aiguë peut induire des changements dans la transmission du signal entre les synapses du NAcC. Dans les cellules patchées, nous avons constaté que les entrées excitatrices sur les MSN D1R du NAcC et du NAcSh présentaient une fréquence réduite, en réponse au LPS. Nous avons également constaté que le LPS peut induire une réduction de l’amplitude maximale des entrées inhibitrices sur les MSN D1R du NAcC et du NAcSh. Après 12 semaines d’un régime à base d’huile de palme (graisse saturée) amenant à l’obésité, les entrées excitatrices sur les MSN NAc D1R n’ont pas montré de changements significatifs. Collectivement, nos données suggèrent qu’un défi aigu au LPS, mais pas un défi chronique au Palm, peut provoquer des changements aigus dans l’activité neuronale du NAc qui pourraient être médiés par des changements dans la signalisation de la dopamine.

Obesity induced systemic inflammation upregulates neuroinflammation and glial reactivity in the nucleus accumbens (NAc) which is associated with depressive- and anxiety-like behaviors. Medium spiny neurons (MSNs) of the NAc are integral populations of the neural circuitry controlling motivation and mood. Functional differences in the inputs and outputs of NAc subregions- NAc core (NAcC) and NAc shell (NAcSh)- provide a basis to study functional divergence in the subterritories. Our preliminary biochemical and chemogenetic findings suggest that inflammation caused by chronic high-fat feeding results in decreased excitability of dopamine D1 receptor (D1R) MSNs. Our aims were to investigate the impact of acute and chronic inflammatory states by studying the impact of LPS and Palm saturated high-fat diet (HFD) on NAc MSN activity and synaptic plasticity. Given this, we used two electrophysiology methods, extracellular field recordings & intracellular whole-cell patch clamp, to study NAc long-term potentiation (LTP) and cellular excitatory activity in response to acute and chronic inflammation. Our results suggest that LPS may induce changes in LTP in neuron fields in the NAcC. This suggests that acute neuroinflammation may induce changes in signal transmission between synapses of the NAcC. In patched cells, excitatory inputs onto D1R MSNs of the NAcC and NAcSh displayed reduced frequency in response to LPS. We also demonstrate that LPS induces a reduction in the peak amplitude of inhibitory inputs onto both NAcC and NAcSh D1R MSNs. After 12 weeks on a saturated Palm diet, NAc D1R MSN excitatory inputs displayed no significant changes. Collectively, our data suggests that an acute LPS, but not chronic Palm challenge may illicit acute changes in NAc neuronal activity, perhaps mediated by changes in DA signaling.