Establishing Molecular Tools for Studying Noradrenergic Neuromodulation in Cortical Astrocytes

Abstract

Noradrenerge nevroner med cellekropper i locus coeruleus (LC) (NA-LC-systemet) spiller en nøkkelrolle i regulering av funksjoner som stressaktivering, oppmerksomhet og opphisselse, gjennom projeksjoner til mange ulike områder i hjernen. Dysfunksjoner i dette systemet er assosiert med nevrologiske tilstander som Alzheimers sykdom. Denne oppgaven forsøker å belyse hvordan LC-nevroner spesifikt påvirker den somatosensoriske cortex (SC), uten påvirkning av uspesifikke effekter av generell noradrenalin (NA) -frisetting fra ulike områder i hjernen. For å oppnå dette, ble Split-Cre-komplementering og retrograd adeno-assosiert virusleveinrg (rAAV) brukt i kombinasjon for presis uttrykking av sensoren i LC og SC i musehjerne. En ny, astrocyttspesifikk sensor, rAAV-GFAP.ATP1.0, ble utviklet ved bruk av in silico plasmiddesign, kutting med restriksjonsenzymer, gelkjøring og -ekstrasjon, og DNA-ligering. Til tross for vellykket utvikling av sensoren, viste uttrykking i LC og SC suboptimale resultater, noe som kan tilskrives prosedyremessige utfordrigner og tidsbegrensning. Gjentakelse av kritiske eksperimentelle trinn og videre forskning er nødvendig for å forstå om dette verktøyet fungerer hensiktsmessig. Dersom det gjøres suksessfullt, har sensoren potensiale til å belyse den funksjonelle rollen til NA-LC-systemet i fysiologiske og patologiske tilstander, noe som potensielt kan bane vei for målrettede terapeutiske intervensjoner i fremtiden.

The noradrenergic modulatory system originating from the locus coeruleus (LC) plays a major role in regulating diverse functions such as arousal, attention and stress responses through its projections to various brain areas. Dysfunctions in this system is associated with neurological disorders, including Alzheimer’s disease. This thesis aims to precisely target and elucidate how LC neurons influence the somatosensory cortex (SC) while avoiding non-specific effect of noradrenaline (NA) release across the brain. To accomplish this, a strategy of combining Split-Cre complementation and retrograde adeno-associated virus (rAAV) delivery in mouse brain was used. A novel astrocytic-specific sensor, rAAV-GFAP-ATP1.0, was developed using in silico plasmid design, restriction digests, gel extractions and ligation. Despite successful sensor development, the targeting of LC and SC yielded suboptimal outcomes attributed to procedural challenges and time constraints. Repetition of critical experimental steps and further research must be done to understand whether the tool is working as intended. If it does, the sensor hold potential for elucidation the functional role in the LC-NA pathway in physiological and pathological conditions, potentially paving the way for targeted therapeutic interventions.