Defensive Behaviors - Manipulations of the Habenula-Raphe System in Freely Behaving Juvenile Zebrafish

Abstract

I møte med fare er frykt nødvendig for å initiere «fight-or-flight»-repsonsen, og angst fungerer som en mekanisme for risikovurdering for å estimere nivået av trussel og riktig atferds-respons. Til sammen utgjør disse to interne tilstandene et meget adaptivt forsvarssystem. Serotonin frigitt fra dorsal raphe nuclei spiller en essensiell rolle i reguleringen av dette systemet. Habenula har også blitt implisert. I min oppgave studerer jeg rollen til habenula-raphe-systemet i defensiv atferd i unge sebrafisk, som med deres transparente hjerne og tilgjengelige genetiske verktøy utgjør en gunstig modellorganisme. Jeg påførte ulike manipulasjoner på habenula-raphe systemet for å observere effekten på atferds-fenotyper i eksperimentelle tester designet for å frembringe frykt- og angst-liknende tilstander. Disse manipulasjonene var kjemo-genetisk fjerning av dorsal raphe og dorsal habenula, og administrasjon av angstfremkallende og angstdempende legemidler. Videre utførte jeg immunostaining for fosforylert ERK for å innhente et mål på nevral akvitiet fra disse fritt svømmende fiskene. Jeg fant at fjerning av dorsal raphe økte defensive atferder, men førte også til raskere tilpasning – noe som støtter opp under ideen om at serotonerg modulering kreves for at dyr skal fremvise en adaptiv forsvarsrespons. Resultatene mine peker også på en rolle for dorsal habenula i dempingen av fryktrespons og i påfølgende habituering. Å undersøke de underliggende mekanismene til defensive atferder kan i det store og hele ha implikasjoner for vår forståelse av psykiske lidelser assosiert med mangler i disse systemene. I min oppgave demonstrerer jeg at unge sebrafisk utgjør en god modell for å tilnærme seg denne problemstillingen.

When faced with danger, fear is required to initiate the fight-or-flight response, and anxiety serves as a risk-assessment mechanism to estimate the level of threat and the appropriate behavioral response. Together, these internal states form a highly adaptive defense system. Serotonin released from the dorsal raphe nuclei has been found to play an essential role in the regulation of this system. The habenula has also been implicated. In my thesis, I investigate the role of the habenula-raphe system in defensive behaviors in juvenile zebrafish, which provide an advantageous model with their transparent brain and available genetic tools. I applied various manipulations on the habenula-raphe system to observe the effect on behavioral phenotype in experimental assays designed to elicit fear- and anxiety-like states. These manipulations were chemogenetic ablation of the dorsal raphe and dorsal habenula, and administration of anxiogenic and anxiolytic pharmaceuticals. Furthermore, I performed immunostaining for phosphorylated ERK to obtain measurements of neuronal activity from these freely behaving animals. I found that silencing the dorsal raphe increased defensive behaviors yet lead to faster adaptation, which supports the idea that serotonergic modulation is required for animals to exhibit an adaptive defensive response. My results also suggested a role for the dorsal habenula in the attenuation of the fear response and in subsequent habituation. Investigating the mechanisms underlying defensive behaviors may ultimately have implications for our understanding of psychiatric disorders associated with deficiencies in these systems. In my thesis, I demonstrate that juvenile zebrafish provide a feasible model to approach this problem.