Oxytocin and Vasopressin Genetics

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Text of Oxytocin and Vasopressin Genetics

  • 7/28/2019 Oxytocin and Vasopressin Genetics

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    25 Oxytocin and Vasopressin:Genetics and BehavioralImplications

    H. K. Caldwell . W. S. Young, III

    1 Overview . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . 2

    2 History . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 2

    3 Structure and Expression of Oxytocin and Vasopressin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

    3.1 Conservation Across Phyla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

    3.2 Chromosomal Arrangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    3.3 Coding and Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    3.4 Vasopressin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    3.4.1 CNS Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    3.4.2 Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    3.5 Oxytocin . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 8

    3.5.1 CNS Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    3.5.2 Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    4 Vasopressin and Oxytocin Receptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    4.1 The Vasopressin Receptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.1.1 CNS Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

    4.1.2 Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

    4.2 The Oxytocin Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

    4.2.1 CNS Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    4.2.2 Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    5 Behavioral and Physiological Effects of Vasopressin and Oxytocin .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 13

    5.1 Reproductive Behaviors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

    5.1.1 Maternal Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

    5.1.2 Female Sexual Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

    5.1.3 Male Sexual Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

    5.2 Social Behaviors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

    5.2.1 Aggression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155.2.1.1 Female Aggression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

    5.2.1.2 Male Aggression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

    5.2.2 Social Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

    5.2.2.1 Social Recognition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

    5.2.2.2 Pair Bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

    5.3 Other Behavioral and Physiological Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

    5.3.1 Scent Marking and Grooming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

    5.3.2 Anxiety and Depression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

    5.3.3 Learning and Memory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    5.3.4 Fever . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

    6 Future Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

    # Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006

  • 7/28/2019 Oxytocin and Vasopressin Genetics

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    Abstract: Oxytocin (OT) and vasopressin (VP) can profoundly affect animal physiology and behavior.

    Over the past 20 years, the genes that encode OT and VP, as well as their respective receptors, have been

    identified and intensively studied leading to a greater understanding of the hormones functions. The use oftransgenic animals, including knockout mice, and viral vectors have opened new vistas of research on the

    behavioral roles of OT and VP. In this chapter, we briefly review the history and the evolutionary origins of

    OTand VP, as well as their structures, regulation, and neuroanatomy. Finally, we highlight recently explored

    roles for OT and VP in physiology and behavior.

    List of Abbreviations: ACTH, adrenocorticotropic hormone; AH, anterior hypothalamus; AP2, activator

    protein2; ATF2, activating transcription factor2; AVT, arginine vasotocin; BNST, bed nucleus of the stria

    terminalis; CeM, central amygdala; CNS, central nervous system; CRF, corticotropin releasing factor; DAG,

    diacylglycerol; ERE, estrogen response element; GRE, glucocorticoid response element; ICV, intracerebro-

    ventricularly; IGR, intergenic region; IP3, 1,4,5 inositol triphosphate; LS, lateral septum; MeA, medial

    amygdala; MPOA, medial preoptic area; MPOAAH, medial preoptic areaanterior hypothalamus; OT,

    oxytocin; OTKO, oxytocin knockout; OTR, oxytocin receptor; PIP2, phosphatidylinositol 4,5bisphosphate;

    PLC, phospholipase C; PVN, paraventricular nucleus; SCN, suprachiasmatic nucleus; SON, supraopticnucleus; V1aR, vasopressin 1a receptor; V1aRKO, vasopressin 1a receptor knockout; V1bR, vasopressin 1b

    receptor; V1bRKO, vasopressin 1b receptor knockout; VACM1, vasopressinactivated calciummobilizing

    receptor; VLH, ventrolateral hypothalamus; VMH, ventromedial hypothalamus; VP, vasopressin; VPir,

    vasopressin immunoreactivity

    1 Overview

    This is an exciting time in the field of oxytocin (OT) and vasopressin (VP) research. The important roles for

    OT and VP in the brain and in behavior are just now becoming understood. The use of modern molecular

    biological techniques as well as behavioral studies have implicated OTand VP in the regulation of a variety

    of behaviors. The use of viral vectors and transgenic animals, including knockout mice, has providedvaluable insights into the complex roles these two hormones play in the regulation of behavior. This chapter

    will briefly review the history and the evolutionary origins of OT and VP, as well as their receptors,

    structures, regulation, and neuroanatomy