• No results found

Parasite manipulation of host behaviour

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Parasite manipulation of host behaviour"

Copied!
11
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Uppsala University 

Department of Neuroscience  Undergraduate thesis, 15 c  Spring 2012 

       

Parasite manipulation of host  behaviour 

             

                  Author: Julia Stark  Supervisor: Svante Winberg 

(2)

Abstract 

The three‐spined stickleback (Gasterosteus aculeatus) is an intermediate host of  the cestode Schistocephalus solidus. The parasite must specifically infect this fish  to  be  able  to  continue  its  life  cycle.  For  sticklebacks  infected  with  S.  solidus,  behavioural changes have been reported and one of these observed alterations is  reduced  anti‐predator  behaviour.  The  mechanisms  underlying  the  changes  in  behaviour are still unclear. It has been proposed that the reduced anti‐predator  behaviour  is  a  result  from  an  increased  activity  in  the  serotonergic  system  in  brains of infected sticklebacks. Using RT‐qPCR, this study aimed to analyse the  expression  of  different  serotonin‐related  genes  in  brains  of  infected  and  non‐

infected  sticklebacks,  to  evaluate  if  parasite  infection  has  any  effects  on  the  expression  of  these  genes.  The  genes  investigated  were  5‐hydroxytryptamine  receptor 1A (5‐HTR1A) and the rate‐limiting enzyme in the serotonin synthesis,  tryptophan hydroxylase 1 (TPH1). The results for 5‐HTR1A showed a tendency  of  down  regulation  of  the  receptor  in  infected  female  sticklebacks,  which  potentially could lead to the increased serotonergic activity previously observed  in infected sticklebacks. No difference in expression between infected and non‐

infected fish was found for TPH1, indicating that the parasite does not have any  effect on the expression of this gene.  However, a sex difference in expression of  TPH1 was found. 

 

Sammanfattning 

Storspiggen  (Gasterosteus  aculeatus)  är  en  intermediär  värd  för  cestoden  Schistocephalus solidus som specifikt måste infektera denna fiskart för att kunna  fullborda  sin  livscykel.  Beteendeförändringar  hos  S.  solidus‐infekterade  storspiggar har rapporterats och minskat antipredator‐beteende har observerats  som  en  av  dessa  förändringar.  De  underliggande  mekanismerna  för  beteendeförändringarna är idag ej klarlagda. Minskat antipredator‐beteende har  föreslagits  bero  på  en  ökad  aktivitet  i  serotoninsystemet  i  hjärnorna  hos  infekterade storspiggar. Med hjälp av RT‐qPCR ämnade denna studie analysera  uttrycket  av  diverse  serotonin‐relaterade  gener  i  hjärnor  från  infekterade  och  icke‐infekterade  storspiggar,  för  att  utreda  om  parasit‐infektion  påverkar  uttrycket  av  dessa  gener.  De  gener  som  undersöktes  var  5‐hydroxytryptamin  receptor  1A  (5‐HTR1A)  och  det  hastighetsbegränsande  enzymet  i  serotoninsyntesen,  tryptofanhydroxylas  1  (TPH1).  Resultaten  för  5‐HTR1A  visade på en tendens till nedreglering av receptorn hos infekterade storspiggs‐

honor, vilket potentiellt skulle kunna leda till den ökade serotonerga aktiviteten  som  tidigare  hittats  hos  infekterade  storspiggar.  För  TPH1  observerades  ingen  skillnad  i  uttryck  mellan  infekterade  och  icke‐infekterade  storspiggar,  vilket  indikerar  att  parasiten  inte  har  någon  effekt  på  uttrycket  av  denna  gen. 

Emellertid upptäcktes en könsskillnad i uttrycket av TPH1. 

 

(3)

Introduction 

Ever  since  the  beginning  of  the  20th  century,  it  has  been  known  that  parasites  have  the  ability  of  manipulating  the  behaviour  of  their  hosts  to  increase  their  transmission to the next host (for review, see Thomas et al. 2005). Today there is  knowledge about parasite‐induced alterations of a host’s phenotype, for example  behaviour, for several different host‐parasite systems. These manipulations can  be  achieved  either  through  direct  or  indirect  mechanisms.  The  parasite  interacting with the host’s nervous system or muscles, for example by secretion  of  a  neuroactive  substance,  is  an  example  of  a  direct  manipulation.  However,  parasites  can  affect  other  tissues  of  the  host,  which,  for  instance,  gives  rise  to  changes  in  host  metabolism,  development  or  immunity.  When  these  changes  secondarily  induce  alterations  of  host  behaviour,  the  parasite  manipulates  its  host through an indirect mechanism (Thomas et al. 2005). 

The parasite Schistocephalus solidus is a cestode whose life cycle includes  three  different  hosts  (for  review,  see  Barber  &  Scharsack  2010).  S.  solidus  is  trophically transmitted and in its first intermediate host, cyclopoid copepods, it  develops into procercoids. This is a stage of the tapeworm that is infectious to  the  three‐spined  stickleback  (Gasterosteus  aculeatus)  the  second  intermediate  host. The three‐spined stickleback is specific to the parasite; it must reside here  to  be  able  to  continue  its  life  cycle.  When  S.  solidus  enters  the  gut  of  the  stickleback,  it  penetrates  the  intestinal  wall  in  order  to  develop  into  plerocercoids  (the  third  stage  of  the  tapeworm)  in  the  body  cavity  of  the  fish. 

These plerocercoids, which can grow to a large size, are infectious to fish‐eating  birds,  the  parasite’s  definitive  host.  When  S.  solidus  has  entered  the  bird,  it  undergoes sexual maturation and produces eggs. These eggs enter the water via  the  bird’s  faeces,  whereupon  they  hatch  and  coracidia  (the  first  stage  of  the  tapeworm)  can  swim  out  and,  once  again,  be  eaten  by  a  cyclopoid  copepod  (Barber & Scharsack 2010). 

With regard to the large body size of S. solidus plerocercoids compared to  the size of the stickleback, the parasite is unusual since this feature is not often  observed  in  other  host‐parasite  systems  (Barber  &  Scharsack  2010). 

Sticklebacks  infected  with  S.  solidus  plerocercoids  get  an  extended  abdomen,  different  swimming  gait  and  an  increased  energy  demand  due  to  the  parasite  relying on energy from its host while it grows enormously. Studies of naturally  infected  sticklebacks  have  demonstrated  reduced  growth  and  poor  body  condition,  which  led  to  decreased  sexual  development  (Barber  &  Scharsack  2010).  Secondarily,  this  led  to  the  unlikeliness  of  participating  successfully  in  spawning  (Barber  &  Scharsack  2010),  although  there  are  exceptions  in  some  stickleback populations (Heins & Baker 2008). 

When  sticklebacks  get  infected  with  S.  solidus  plerocercoids  they  also  exhibit changes in behaviour: they tend to reduce their presence in shoals (see  Barber  &  Huntingford  1995  for  review)  and  show  altered  behaviour  regarding  anti‐predation  and  risk‐taking  (Ness  &  Foster  1999),  compared  with  non‐

infected conspecifics. These behavioural alterations increase the probability for  the parasite to complete its life cycle (Barber & Scharsack 2010).  

Among  infected  sticklebacks  the  stomachs  have  reduced  space  for  food,  compared  with  non‐infected  fish,  and  they  eat  a  smaller  amount  of  food  each 

(4)

time (Barber & Huntingford 1995). They also spend more time with their prey  (Cunningham et al. 1994), which results in reduced food competition ability. This  weakness  of  infected  sticklebacks  gets  even  more  substantial  when  shoaling,  since the food competition then increases. One benefit with shoal membership is  the increased protection against predators, something the infected sticklebacks  probably can not take advantage of since they show reduced homogeneity to the  other fish in the shoal due to their altered behaviour and appearance (Barber & 

Huntingford 1995).  Shoal membership rather increases the risk for these fishes  to  get  attacked  by  predators  (Landeau  &  Terborgh  1986;  Ohguchi  1981).  It  therefore  seems  plausible  that  these  two  circumstances  affect  the  infected  sticklebacks in their decision to stay further away from the shoal, a decision that  consequently makes them more vulnerable to predators (Barber & Huntingford  1995). 

Studies  of  wild  caught  sticklebacks,  naturally  infected  with  S.  solidus  plerocercoids  have  shown  features  of  reduced  anti‐predator  behaviour  (Giles  1983;  Ness  &  Foster  1999).  Barber  et  al.  (2004)  studied  female  three‐spined  sticklebacks,  reared  in  the  laboratory  and  experimentally  infected  with  one  single  S.  solidus  plerocercoid,  and  investigated  their  anti‐predator  behaviour  relative  to  the  size  of  the  parasite.  Previously,  it  has  been  established  that  a  S. 

solidus plerocercoid weighing >50mg is infective to its definitive host (Tierney & 

Crompton  1992)  and  in  Barber’s  experiment  (2004),  the  fish  showed  reduced  anti‐predator behaviour when the parasite mass reached that level. Barber et al. 

(2004)  compared  infected  female  sticklebacks  with  sham‐exposed  females  in  order to investigate their escape responses to a simulated avian predation. While  the  parasite  mass  was  <50mg  there  was  no  significant  difference  between  infected and sham‐exposed sticklebacks, whereas when the parasite had reached 

>50mg  and  the  fish  were  exposed  to  the  avian  stimulus,  a  significantly  lower  proportion  of  the  infected  sticklebacks  performed  directional  responses  compared  to  the  sham‐exposed.  Moreover,  the  infected  sticklebacks  showed  reduced  efficiency  in  reaching  cover,  were  less  likely  to  perform  the  most  common  escape  response  among  non‐infected  conspecifics  (staggered  dash  response)  and  swam  slower  than  sham‐exposed  sticklebacks.  The  results  from  this  experiment  contributed  evidence  that  the  effects  of  S.  solidus  on  anti‐

predator  behaviour  are  delayed  until  the  parasite  becomes  infective  to  its  definitive host, which should be expected assuming that the behavioural changes  of infected sticklebacks are a result of an adaptive manipulation caused by the  parasite (for discussion, see Barber et al. 2004).  

The mechanisms responsible for these behavioural alterations in S. solidus‐

infected  sticklebacks  are  still  unclear  (Barber  &  Scharsack  2010),  but  the  parasite  seems  to  have  the  ability  of  evading  the  immune  system  of  the  stickleback  (Bråten  1966).  When  S.  solidus  plerocercoids  were  transplanted  to  other  fish  species,  the  parasites  died  within  a  few  days.  These  fishes’  immune  systems  are  able  to  defeat  the  parasite,  whereas  S.  solidus  seems  to  have  the  capacity  of  adapting  specifically  to  the  stickleback  immune  system  and  manipulate  it  (Barber  &  Scharsack  2010).  Scharsack  et  al.  (2007)  studied  the  activity  of  the  immune  system  in  sticklebacks  reared  in  the  laboratory  and  experimentally infected with S. solidus. The result showed no up regulation of the  specific  immune  response  and  the  innate  immunity  shifted  its  activation.  The  respiratory  burst  of  the  leucocytes  were  up  regulated  late,  by  the  time  the 

(5)

parasite  mass  had  reached  50mg.  At  this  mass,  the  parasite  was  too  big  to  be  defeated  by  the  immune  system.  This  delayed  up  regulation  of  the  respiratory  burst  activity  may  lead  to  neural  changes  that  are  responsible  for  the  behavioural alterations in the infected sticklebacks (see Scharsack et al. 2007 for  discussion). It is recognised that the activation of the innate immunity interfere  with  the  neuroendocrine  system  in  teleost  fish  (see  Engelsma  et  al.  2002  for  review). 

Reduced anti‐predator behaviour is presumed to be a result from increased  concentrations  of  monoaminergic  neurotransmitters  in  the  brains  of  infected  sticklebacks  (for  discussion,  see  Overli  et  al.  2001),  although  the  mechanisms  responsible for these elevations are still unclear. The elevations could be a result  of  an  immune  response  or  another  stressor,  but  they  could  also  result  from  changes  in  energy  or  endocrine  status  in  the  fish.  Moreover,  the  fact  that  the  parasite  manipulates  the  sticklebacks  through  secretion  of  a  neuroactive  substance cannot be excluded (Overli et al. 2001). 

Among  these  elevated  concentrations  of  monoamine  transmitters,  the  serotonergic  activity  was  particularly  substantial  in  the  hypothalamus  and  the  brain  stem  (Overli  et  al.  2001).  This  does  not  only  apply  on  S. solidus  infected  sticklebacks;  effects  on  the  serotonergic  system  have  also  been  found  in  other  host‐parasite  systems  (Helluy  &  Thomas  2003;  Maynard  et  al.  1996).  The  serotonin  system  of  the  vertebrate  brain  is  involved  in  both  food  intake  (for  review, see Lin et al. 2000) and anti‐predator behaviour (Winberg et al. 1993). 

This  project  therefore  aims  to  further  investigate  the  serotonin  system  and  examine how the expression of various serotonin related genes are altered in the  brains  of  sticklebacks  infected  with  S.  solidus,  compared  with  non‐infected  sticklebacks.  The  genes  this  study  aims  to  analyse  are  5‐hydroxytryptamine  receptor  1A  (5‐HTR1A),  tryptophan  hydroxylase  1  (TPH1)  and  one  of  the  serotonin transporters (SLC6A4). 

 

Materials and methods 

Animals 

Three‐spined sticklebacks were caught in Askö, Östersjön, the 18th of May 2011. 

The fish were kept in a 700L tank, with water containing 0.5% salinity, at 20°C  with  16  hours  of  light  a  day.  Three  weeks  later,  the  sticklebacks  (n=26)  were  euthanized  by  an  overdose  of  benzocaine  (ethyl  p‐aminobenzoate)  and  their  brains were dissected and stored at ‐20°C in RNAlater (Ambion®) until use. The  sex and infection status of the fish were also determined. 

RNA extraction, DNase treatment and cDNA synthesis 

RNA  was  extracted  from  whole  brain  using  GenElute  Mammalian  Total  RNA  Miniprep  Kit  (Sigma‐Aldrich).  The  brains  were  thawed  on  ice  and  lysed  by  sonication. The subsequent steps were performed following the manufacturer’s  instructions. A ND‐1000 Spectrophotometer (NanoDrop) was used in order to  measure  the  RNA  concentration  and  purity  of  the  samples.  The  extracted  RNA  was stored at ‐80°C until later use. 

(6)

A rigorous DNase treatment of the extracted RNA was done using TURBO  DNA‐free  Kit  (Ambion),  according  to  the  manufacturer’s  protocol.  The  samples  were  diluted  to  a  concentration  of  0.2µg  nucleic  acid/µL  and  the  reaction  sizes  used  were  25µL.  After  incubation  with  TURBO  DNase,  the  RNA  concentration  and  purity  of  the  samples  were  again  measured  by  spectrophotometry. Two samples were excluded after the DNase treatment due  to low RNA concentrations. Information about the fish included throughout the  whole experiment can be seen in Table 1. 

After DNase treatment, cDNA was synthesized using Maxima First Strand  cDNA  Synthesis  Kit  for  RT‐qPCR  (Fermentas)  in  accordance  with  the  manufacturer’s instructions. The reaction mixture contained 1µg template RNA  and  the  product  of  the  first  strand  cDNA  synthesis  was  diluted  40‐fold  (0.00125µg/µL)  and  stored  at  ‐20°C  for  subsequent  quantitative  real‐time  RT‐

PCR (RT‐qPCR).  

 

Table 1. Sticklebacks analysed with RT‐qPCR  

 

Primer design and gene expression analysis 

Exon  specific  primers  (Table  2),  surrounding  one  intron,  were  designed  using  Primer‐BLAST  (NCBI  website)  and  ordered  from  Invitrogen.  The  reference  genes were selected using the GeNorm 3.5 software. This software compares a  set  of  genes,  in  order  to  determine  the  most  stable  reference  genes,  and  calculates a gene expression normalization factor for each sample based on the  geometric mean of a defined number of reference genes. 

Quantification  of  5‐HTR1A,  SLC6A4  and  TPH1  relative  to  the  reference  genes (ATG16L1, H3F3B and β‐actin) was done using RT‐qPCR, carried out in a  7900HT  Fast  Real‐Time  PCR  System  machine  (Applied  Biosystems),  and  analysed with SDS 2.3 software.  Reactions were run in duplicate and contained a  volume of 10µL. 5ng of cDNA and primers in a concentration of 0.5µM were run  together with 1x Maxima® SYBR Green/ROX qPCR Master Mix (x2) (Fermentas). 

The  PCR  cycling  conditions  were:  initial  denaturation  for  10  min  at  95°C,  followed by 45 cycles of denaturation for 30 s at 95°C, annealing for 30 s at 60°C  and elongation for 30 s at 72°C. At the end of the program a dissociation curve  was  included;  95°C  for  15  s  followed  by  60°C  for  15  s  and  95°C  for  15s. 

Dissociation curves were used to ensure amplification of one single PCR product. 

A  dilution  series,  containing  a  cDNA  mix  of  the  samples,  were  made  in  order  to  run  a  standard  curve  in  parallel  with  each  gene.  The  cDNA  mix,  in  a  concentration of 0.005µg/µL, was serial diluted 4‐, 16‐, 64‐ and 256‐fold and the  quantity of the transcripts in each well was calculated through comparison with  the standard curve. 

   

Sex  Status  Quantity (n) 

Female  Infected  6 

Female  Non‐infected  10 

Male  Infected  5 

Male  Non‐infected  3 

(7)

Table 2. PCR primer design 

 

Data analysis and statistics 

To obtain normalization factors for each sample, the GeNorm 3.5 software was  used. Following RT‐qPCR, these factors were calculated through analysis of the  mean quantity of the reference genes for each sample. Subsequently, the mean  quantity of the target genes for each sample was divided with the normalization  factor for the corresponding sample. 

Normalized data for gene expression of the target genes were analysed by  two‐way analysis of variance (ANOVA).  

 

Results 

In order to investigate the expression of 5‐HTR1A, SLC6A4 and TPH1 in whole  brain  and  evaluate  if  there  are  any  differences  between  sticklebacks  infected  with S. solidus and non‐infected sticklebacks a RT‐qPCR analysis was done. Prior  to  RT‐qPCR  analysis,  brains  were  homogenised  followed  by  RNA  extraction,  DNase treatment and cDNA synthesis.  

Two different primer pairs were run on the SLC6A4 gene, for which both  dissociation  curves  showed  more  than  one  product.  Consequently,  the  expression of this target gene was not further investigated. 

There  was  no  significant  effect  of  infection  on  5‐HTR1A  gene  expression  (Fig.  1),  even  though  there  appeared  to  be  an  interaction  between  sex  and  parasite  infection  (F1,24=3.507,  p=0.076)  with  lower  5‐HTR1A  expression  in  infected  females.  However,  this  effect  did  not  reach  the  level  of  statistical  significance. 

Protein  Task  Primer sequences (5’‐3’)  Accession number 

Autophagy related 16‐like 1 (ATG16L1)  Reference  F‐GCGCGGATCTGGATGGAGGC 

R‐AACACTCAGCACGCCGCTCC  ENSGACT00000001833  Histone, family 3B (H3F3B)  Reference  F‐GCGGGGTGAAGAAGCCCCAC 

R‐GGCTTCCTGCAGGGCACCAA 

ENSGACG00000008983 

β‐actin  Reference  F‐ GTTCCGTTGCCCAGAGGCCC 

R‐ GCATCCTGTCGGCGATGCCA  DQ018719.1   

5‐hydroxytryptamine receptor 1A (5‐

HTR1A)  Target  F‐GACGGCACGAACGCGGTAACT 

R‐AGCGATGGCAGCCACAACGC  ENSGACG00000006930  Tryptophan hydroxylase 1 (TPH1)  Target  F‐CGGTGCTCGAGGGGCGGAAT 

R‐TGGTTGCTGTCGCAGTCCACA  ENSGACG00000005752   

  Solute carrier family 6 

(neurotransmitter transporter,  serotonin), member 4 (SLC6A4) 

Target  F‐CTCGGGGCTCTCTCCACGCT  R‐GGCAGATGGCCACCCAGCAG 

ENSGACG00000006192 

(8)

There was no effect of parasite infection on TPH1 gene expression (Fig. 2)  but  a  clear  sex  effect  (F1,24=27.5,  p<0.0001)  with  females  showing  significantly  higher expression than males. 

 

Fig. 1. RT‐qPCR analysis. Relative expression of 5‐HTR1A in whole brain from infected   and non‐infected female (n = 6 and 10, respectively) and infected and non‐infected male  stickleback (n = 5 and 3, respectively). Bars represent the mean ± S.E.M. There was no  significant difference in expression between infected and non‐infected fish. 

 

 

Fig. 2. RT‐qPCR analysis. Relative expression of TPH1 in whole brain from infected and  non‐infected female (n = 6 and 10, respectively) and infected and non‐infected male  stickleback (n = 5 and 3, respectively). Bars represent the mean ± S.E.M. Asterisks (***)  show a significant difference (p<0.0001) in TPH1 expression between males and  females.  There was no significant difference in expression between infected and non‐

infected fish. 

(9)

Discussion 

The results from this study show a tendency towards lower 5‐HTR1A expression  in infected females. It is possible that this tendency would be significant if RT‐

qPCR  analysis  were  done  on  more  fish.  Furthermore,  the  expression  of  TPH1  show  now  significant  difference  in  infected  sticklebacks  compared  to  non‐

infected  conspecifics,  which  indicate  that  S.  solidus  has  no  influence  on  the  expression  of  this  gene.  However,  there  is  a  clear  a  sex  difference  in  the  expression of TPH1 where female sticklebacks show a significantly higher gene  expression compared to males. 

The tendency of down regulation of the 5‐HT1A receptor in infected female  sticklebacks  could  be  interpreted  as  a  potential  reason  for  the  increased  serotonergic  activity  seen  in  a  previous  study  (Overli  et  al.  2001).  Overli  et  al. 

(2001)  found  a  significantly  higher  serotonergic  activity  in  the  brain  stem  and  hypothalamus of infected female sticklebacks, compared to non‐infected females. 

5‐HT1A  receptors  are  inhibitory  Gi/0  coupled  receptors  that  are  expressed  throughout the brain as either autoreceptors or heteroreceptors (see McDevitt & 

Neumaier  2011  for  review).  Autoreceptors  are  expressed  in  serotonergic  neurons,  whereas  non‐serotonergic  neurons  express  the  5‐HTR1A  gene  as  heteroreceptors.  Consequently,  only  the  5‐HT1A  autoreceptors  have  an  impact  on the serotonergic activity in the brain (McDevitt & Neumaier 2011). Therefore,  I  find  it  plausible  that  the  autoreceptors  could  be  the  receptors  that  show  a  tendency  of  down  regulation,  which  secondarily  could  lead  to  the  increased  serotonergic activity in infected female sticklebacks. The differentiation between  5‐HT1A auto‐ and heteroreceptors is complicated (McDevitt & Neumaier 2011).  

To facilitate this differentiation and further investigate whether the tendency of  5‐HTR1A  down  regulation  in  S.  solidus‐infected  females  concerns  the  autoreceptors, a dissection of the raphe nuclei could be done in order to measure  5‐HTR1A  expression  in  this  specific  region.  In  the  vertebrate  brain,  there  are  serotonergic  cell  bodies  concentrated  to  the  raphe  region  (see  Winberg  & 

Nilsson  1993  for  review),  thus  5‐HT1A  autoreceptors,  which  are  localised  somatodendritically (McDevitt & Neumaier 2011), are also found here. 

The result for the TPH1 gene expression in this study showed no significant  difference between infected and non‐infected sticklebacks. This gene encodes for  the  rate‐limiting  enzyme  in  the  serotonin  synthesis (Winberg  &  Nilsson  1993),  therefore I expected an up regulation of TPH1 in infected sticklebacks that would  give  rise  to  the  elevated  concentrations  of  serotonin  observed  by  Overli  et  al. 

(2001). In addition to TPH1, three‐spined sticklebacks also have a gene encoding  for  TPH2  (see  Lillesaar  2011  for  review),  therefore  it  may  be  of  interest  to  investigate  whether  this  gene  shows  an  altered  expression  in  sticklebacks  infected with S. solidus. 

Apart from the raphe nuclei, the fish brain also has regions of serotonergic  neurons  in  the  hypothalamus  (Lillesaar  2011).  Today,  the  function  of  these  neurons  is  unclear,  but  it  is  suggested  that  they  are  cerebrospinal  fluid  (CSF)‐

contacting with a sensory function. In zebrafish (Danio rerio), the TPH2 gene is  expressed  in  the  raphe  nucleus,  whereas  the  TPH1  gene  is  expressed  in  the  hypothalamus  (Lillesaar  2011).  If  this  also  refers  to  sticklebacks,  and  if  the  serotonergic neurons in the hypothalamus are CSF‐contacting, the sex difference 

(10)

observed  in  the  expression  of  TPH1  could  maybe  be  explained  by  these  cells  binding to a substance, for example a sex hormone, that induces the expression  of the TPH1 gene in females, or suppresses the gene expression in males.  

In addition to the serotonin system, it would be interesting to analyse other  neurotransmitter  systems  in  the  brains  of  sticklebacks  to  further  investigate  if  they are affected by infection with S. solidus. One suggestion could be the GABA  system.  It  has  been  reported  that  this  system  is  involved  in  the  behavioural  alterations of larval coral reef fish living in water with elevated levels of carbon  dioxide  (Nilsson  et  al.  2012).    For  example,  these  fish  show  an  attraction  to  odours that they normally avoid (e. g. predator odour) which is generated by an  impaired  olfactory  function  mediated  by  changes  in  the  GABAA  receptor  signalling, caused by the carbon dioxide (Nilsson et al. 2012). This is an example  of  a  total  shift  in  behaviour,  which  the  behavioural  alterations  of  infected  sticklebacks also could be. Thereby, it is possible that this system also contribute  to the observed changes in behaviour of S. solidus‐infected sticklebacks. 

This  study  examined  the  effects  of  infection  on  the  expression  of  two  serotonin related genes in brains of three‐spined sticklebacks. In conclusion, the  parasite  does  not  seem  to  influence  the  expression  of  TPH1,  whereas  parasite  infection  show  a  tendency  towards  lower  5‐HTR1A  expression  in  infected  females. To bring clarity to what triggers the increased serotonergic activity and  to  understand  the  underlying  mechanisms  responsible  for  the  observed  behavioural alterations of S. solidus‐infected sticklebacks, further investigations  are needed. 

   

References 

Barber,  I.  &  Huntingford,  F.  A.  1995  The  effect  of  Schistocephalus  solidus  (Cestoda: 

Pseudophyllidea)  on  the  foraging  and  shoaling  behaviour  of  the  three‐spined  sticklebacks, Gasterosteus aculeatus. Behaviour 132, 1223‐1240. 

Barber,  I.  &  Scharsack,  J.  P.  2010  The  three‐spined  stickleback‐Schistocephalus  solidus  system: an experimental model for investigating host‐parasite interactions in fish. 

Parasitology 137, 411‐24. 

Barber,  I.,  Walker,  P.  &  Svensson,  P.  A.  2004  Behavioural  responses  to  simulated  avian  predation  in  female  three  spined  sticklebacks:  The  effect  of  experimental  Schistocephalus solidus infections. Behaviour 141, 1425‐1440. 

Bråten, T. 1966 Host specificity in Schistocephalus solidus. Parasitology 56, 657‐664. 

Cunningham,  E.  J.,  Tierney,  J.  F.  &  Huntingford,  F.  A.  1994  Effects  of  the  cestode  Schistocephalus solidus on food intake and foraging decisions in the three‐spined  stickleback, Gasterosteus aculeatus. Ethol 97, 65‐75. 

Engelsma, M. Y., Huising, M. O., van Muiswinkel, W. B., Flik, G., Kwang, J., Savelkoul, H. F. & 

Verburg‐van Kemenade, B. M. 2002 Neuroendocrine‐immune interactions in fish: 

a role for interleukin‐1. Vet Immunol Immunopathol 87, 467‐79. 

Giles, N. 1983 Behavioural effects of the parasite Schistocephalus solidus (Cestoda) on an  intermediate  host,  the  three‐spined  stickleback,  Gasterosteus  aculeatus  L.  Anim  Behaviour 31, 1192‐1194. 

(11)

Heins, D. C. & Baker, J. A. 2008 The stickleback‐Schistocephalus host‐parasite system as a  model  for  understanding  the  effect  of  a  macroparasite  on  host  reproduction. 

Behaviour 145, 625‐645. 

Helluy,  S.  &  Thomas,  F.  2003  Effects  of  Microphallus  papillorobustus  (Platyhelminthes: 

Trematoda)  on  serotonergic  immunoreactivity  and  neuronal  architecture  in  the  brain of Gammarus insensibilis (Crustacea: Amphipoda). Proc Biol Sci 270, 563‐8. 

Landeau,  L.  &  Terborgh,  J.  1986  Oddity  and  the  'confusion  effect'  in  predation.  Anim  Behaviour 34, 1372‐1380. 

Lillesaar, C. 2011 The serotonergic system in fish. J Chem Neuroanat 41, 294‐308. 

Lin, X., Volkoff, H., Narnaware, Y., Bernier, N., Peyon, P. & Peter, R. 2000 Brain regulation of  feeding behavior and food intake in fish. Comp Biochem Physiol A 126, 415‐434. 

Maynard,  B.  J.,  DeMartini,  L.  &  Wright,  W.  G.  1996  Gammarus  lacustris  harboring  Polymorphus  paradoxus  show  altered  patterns  of  serotonin‐like  immunoreactivity. J Parasitol 82, 663‐6. 

McDevitt,  R.  A.  &  Neumaier,  J.  F.  2011  Regulation  of  dorsal  raphe  nucleus  function  by  serotonin autoreceptors: a behavioral perspective. J Chem Neuroanat 41, 234‐46. 

Ness, J. H. & Foster, S. A. 1999 Parasite‐associated phenotype modifications in threespine  stickleback. Oikos 85, 127‐134. 

Nilsson, G., Dixson, D., Domenici, P., McCormick, M., Sorensen, C., Watson, S. & Munday, P. 

2012  Near‐future  carbon  dioxide  levels  alter  fish  behaviour  by  interfering  with  neurotransmitter function. Nature Clim Change 2, 201‐204. 

Ohguchi,  O.  1981  Prey  density  and  selection  against  oddity  by  threespined  sticklebacks. 

Adv Ethol 23, 1‐79. 

Overli,  O.,  Páll,  M.,  Borg,  B.,  Jobling,  M.  &  Winberg,  S.  2001  Effects  of  Schistocephalus  solidus  infection  on  brain  monoaminergic  activity  in  female  three‐spined  sticklebacks Gasterosteus aculeatus. Proc Biol Sci 268, 1411‐5. 

Scharsack, J. P., Koch, K. & Hammerschmidt, K. 2007 Who is in control of the stickleback  immune  system:  interactions  between  Schistocephalus  solidus  and  its  specific  vertebrate host. Proc Biol Sci 274, 3151‐8. 

Thomas, F., Adamo, S. & Moore, J. 2005 Parasitic manipulation: where are we and where  should we go? Behav Processes 68, 185‐99. 

Tierney,  J.  F.  &  Crompton,  D.  W.  1992  Infectivity  of  plerocercoids  of  Schistocephalus  solidus  (Cestoda:  Ligulidae)  and  fecundity  of  the  adults  in  an  experimental  definitive host, Gallus gallus. J Parasitol 78, 1049‐54. 

Winberg, S., Myrberg, A. A. & Nilsson, G. E. 1993 Predator exposure alters brain serotonin  metabolism in bicolour damselfish. Neuroreport 4, 399‐402. 

Winberg, S. & Nilsson, G. E. 1993 Roles of brain monoamine neurotransmitters in agonistic  behaviour  and  stress  reactions,  with  particular  reference  to  fish.  Comp  Biochem  and Physiol 106C, 597‐614. 

   

References

Related documents

thetaiotaomicron produced significant increases in acetate and propionate resulting in a 4-fold increase in total SCFA levels, a 2.5-fold decrease in colonic Gcg expression, and

In regards supporting biodiversity and habitat types available on living walls, research is extremely scarce, but one study, looking at green wall potential to host

The glutathione-S-transferase coding region and PreScission protease cleavage site that was to be used in the expression vector was PCR amplified from the pGEX-6P-3 plasmid

4b) Result from Random Forest classification showing the 20 loci of highest importance for separating individuals from eutrophicated and reference sites when they

3.2.2 Behavioral change between groups over time (pre- and post-treatment) When comparing the control groups pre- and post-treatment, the control groups had become less social (p

As in the case of the sticklebacks in this study, I suggest that, when fish species are able to feed at low temperature and resource availability are sufficient, light

The text Obligatory Parasite describes the encounter between passengers on a bus trip from the countryside to the city and the role of empathy in contemporary life.. It talks

On theoretical and empirical grounds, this study highlights the importance of the differentiation between host range and host diversity, with the latter having the main direct