Humans and other animals interact with other social targets around them. They reproduce, raise offspring and defend their territory through social interaction. Among these, sexual behaviors are crucial in maintaining species and passing on genes to offspring. Therefore, an understanding of neural mechanisms underlying sexual behavior has been deemed important for decades.
Previous studies have indicated that the medial preoptic area (MPA) is a one of the control centers of this behavior. However, the detailed mechanisms are still unknown. The purpose of this study is to clarify the neural mechanisms related to sexual behavior within the MPA region. Firstly, we did immunohistochemistry (IHC) of an immediate early gene (IEG), cFos to gain information about the area’s neural firing dynamics. After female exposure, we found that neuronal activity in MPA significantly increased. Neurons in the core region of MPA (Medial preoptic nucleus; MPN) were activated further in male animals after intromission. This results suggested that neurons in the MPA are functionally differentiated for reproductive behavior in male mice.
Also, previous reports suggested that sexual behaviors are mediated by GABAergic neurons. We next focused on the role of excitatory (glutamatergic) neurons in sexual behavior. We used optogenetic stimulation to activate these neurons in MPA. Differential activation of glutamatergic neurons in dlMPA and MPN and in various conditions did not facilitate sexual behavior in either group, with some mice seeming to ignore the provided female. Surprisingly, dlMPA stimulation induced hyperactivity and abnormal jumping behavior in an intensity independent and frequency dependent manner. High frequency (20Hz) stimulation induced a high increment of hyperactivity. Glutamatergic neuronal inhibition using the DREADD system did not alter sniffing behavior but produced small differences in USV. When we stimulated dopamine receptor d2 neurons, sexual behavior was inhibited without affecting general activity levels. This results suggest that glutamatergic neurons in MPA do not directly stimulate or inhibit sexual behavior but may have a role in behaviors that involve up regulation of ractivity levels like searching, foraging, or escaping behavior in some sense.
사람을 포함한 모든 동물들은 주변에 있는 다른 상대와의 상호작용을 통해 살아간다. 그러한 상호작용을 통해 자식을 낳고, 기르며 자신의 영역을 모르는 상대로부터 지키면서 자연 속에서 생존해 나간다. 그 중에서 특히 성 행동은 종족 유지와 번성, 그리고 후세에 유전자 전달에 큰 역할을 한다. 따라서, 성 행동을 조절하는 신경 메커니즘을 이해하는 것은 오랜 세월 동안 중요한 연구과제로 여겨져 왔다. 이 행동을 조절하는 영역은 뇌의 여러 부위이지만 특히 내측시삭전야 (MPA) 라고 하는 뇌 영역에서 조절된다고 알려져 있다. 그러나, 정확히 어떠한 메커니즘에 의해 조절되는지는 아직까지 많이 알려지지 않았다. 우선, 생쥐의 성 행동에 따라 내측시삭전야의 신경세포들의 발화가 어떻게 변화하는지를 알아보려고 하였다. cFos라고 하는 전초기유전자의 면역조직화학 (IHC)적 분석을 통하여, 암컷과의 상호작용은 내측시삭전야의 전반적인 발화 증가를 일으키며, 성 행동이 진행됨에 따라 좀 더 안쪽 부분인 MPN의 신경세포가 더 많이 활성화됨을 확인 할 수 있었음. 또한 지금까지의 연구들에서는 성 행동을조절하는 신경세포들은 대부분 GABAergic 신경세포였다. 그리하여, 두 번째로는 성 행동에 있어서 내측시삭전야의 glutamatergic 신경세포의 역할을 알아보았다. Glutamatergic 신경세포를 광유전학적 방법으로 자극하였을 때에는 암컷의 냄새를 맡는 등의 성 행동을 촉진하지 못하였고, 오히려 암컷에 대한 관심이 줄어드는 양상을 보였다. 그리고 자극에 의하여 생쥐의 활동이 항진됨을 관찰할 수 있었다. 이동성의 증가와 뛰는 행동들을 유도하였으며, 자극 주파수가 클수록 (20Hz) 활동항진상태는 더 촉진되었다. 또한, Glutamatergic 신경세포에 DREADD라고 하는 인위적인 G 단백질공역수용체를 발현시키고, CNO라고 하는 약물을 이용하여 세포의 활동성을 억제하였을 경우에는 성 행동에는 큰 차이가 없으나, 생쥐의 초음파 생성에는 다소 차이를 나타냄을 관찰하였다. 성 행동에 관련 있다고 알려진 도파민 수용체 D2를 가진 신경세포를 내측시삭전야에서 특정하게 자극하였을 때에는 생쥐의 성 행동을 억제하였으나, 활동성의 변화나 초음파의 변화는 관찰하지 못하였다. 이 스터디를 통해 내측시삭전야의 신경세포들은 성 행동의 진행에 따라 발화양상이 변화하며, glutamatergic 신경세포는 성 행동을 직접적으로 조절하기 보다는 활동 항진이 필요한 주변 탐색이나 수렵 활동 혹은 포식자로부터 도망가는 행동 등의 조절에 관여할 것이라고 추론할 수 있다.
