Unravelling the circuits involved in ejaculation in mice (Mus musculus)

Abstract

Em humanos, doenças relacionadas com a ejaculação, como a ejaculação precoce, têm um grande impacto no bem-estar dos pacientes. A ejaculação é um processo biológico inato essencial para a perpetuação da maioria das espécies. Em ratazanas e humanos já foi proposto um gerador central de padrões para a ejaculação Este encontra-se na medula espinal, sendo normalmente designado por gerador espinal para a ejaculação. Este gerador encontra-se situado nos segmentos lombares 3 e 4 da medula espinal, nas lâminas X e VII. É composto por interneurónios ricos em galanina que projetam diretamente para o cérebro, mais especificamente, para o núcleo talâmico subparafascicular. A sua localização na espinal medula e a projeção talâmica conferem a este grupo de interneurónios o nome de células lombares espinotalâmicas. No entanto, sabe-se muito pouco sobre como é que a informação sensorial proveniente dos genitais, recebida durante o coito, e a atividade no cérebro, controlam este gerador. Para estudar os circuitos neuronais que controlam o processo ejaculatório, utilizámos o murganho (Mus musculus Linnaeus, 1758) como modelo animal. Esta escolha deve-se ao facto desta espécie permitir usar diversas ferramentas genéticas que não existem noutros modelos e que ajudarão a perceber os mecanismos envolvidos neste processo. Em murganho, o processo ejaculatório é pouco conhecido, sendo ainda desconhecida a localização do gerador e o tipo de células presentes no mesmo. Assim sendo, com este trabalho propusemo-nos tentar determinar quais os circuitos neuronais que controlam a ejaculação em murganhos. Injetámos estes animais com um vírus que mimetiza o vírus da raiva (Ka-gEI-mCherry) e que apresenta a capacidade de infetar neurónios no sentido retrógrado, tendo como locais de injeção o músculo bolboesponjoso e o pénis. O padrão de marcação foi avaliado na medula espinal e nos cérebros destes murganhos. Esta marcação encontra-se de acordo com os resultados obtidos para humanos e ratos. Observámos sinal desde os segmentos T8-S4 da espinal medula, com maiores níveis de expressão particularmente entre os segmentos T11 e S4. A localização do sinal foi consistente com a localização dos núcleos simpáticos e parassimpáticos nos segmentos T13-L2 e L5-S1, respetivamente. Nos segmentos lombares 3 e 4 o sinal era maioritariamente confinado às lâminas X e VII, corroborando dados obtidos para a localização do gerador em ratazana. Adicionalmente, foi realizada uma marcação por imunohistoquímica contra a galanina, para determinar-se se os neurónios infetados com o vírus seriam semelhantes aos interneurónios descritos anteriormente. Apesar do protocolo ter sido realizado em medulas espinais de animais que não foram injetados com vírus, a localização do sinal para a galanina é semelhante à marcação obtida com o vírus. Relativamente à marcação no cérebro, os núcleos Paraventricular, Gigantocelular e Rafe estavam uniformemente marcados nos seis animais que foram sujeitos a análise. Em suma, estes resultados sugerem que a ejaculação em murganho é controlada por um gerador que se situa nos segmentos lombares 3 e 4.

In humans, ejaculatory disorders such as premature ejaculation have a severe impact on the well-being of the patient. Ejaculation is an innate biological process essential for the perpetuation of most sexually reproducing species. There is evidence from rats to humans that this process depends on a spinal control centre named spinal ejaculation generator (SEG). The SEG is composed of interneurons located around the central canal in laminae X and VII, which express molecular markers such as galanin, cholecystokinin and encephalin. These interneurons are also referred to as lumbar spinothalamic (LSt) cells due to their direct projections to the thalamus. However, very little is known about how genital sensory information received during copulation, and descending input from the brain, control ejaculation. To study this problem at the circuit level, we used the mouse as model system, since we have access to several genetically based tools that allow us to label and manipulate specific population of cells and understand the process at the mechanistic level. However, ejaculation in mice is poorly understood: we do not know where the spinal ejaculation generator is located, nor the types of cells involved in the process. In this work, we intended to understand the mechanisms involved in the ejaculatory process in mice. To do so, we used adult male mice (Mus musculus Linnaeus, 1758), which were injected with a retrograde pseudorabies virus carrying a fluorescent protein (Ka-gEI-mCherry) in the bulbospongiosus muscle (the muscle whose rhythmic contraction is necessary for ejaculation to occur) or in the penis. The presence of fluorescent labelled neurons was evaluated in the spinal cord and brain of the injected animals, revealing that the signal was in accordance to what has been described for rats and humans. We observed fluorescent labelled neurons in the spinal segments T8-S4, with higher expression between T11 and S4. Moreover, the spinal location of the signal was consistent with the sympathetic and parasympathetic nuclei in the T13-L2 and L5-S1 segments, respectively. In the lumbar segments 3 and 4, the signal was high specifically in lamina X and VII, which is the location for the putative SEG in rat. Additionally, an immunohistochemical detection of galanin was performed to investigate if these labelled neurons could be the LSt cells. The signal obtained was present in similar areas to animals previously injected with the pseudorabies virus. Regarding the location of fluorescent labelled neurons in the brain, several regions were positive, such as the Paraventricular, Gigantocellular and the Raphe nucleus, which are known to affect sexual behaviour in mammals. These data suggest that ejaculation in mice is controlled by a SEG located in the spinal lumbar segments 3 and 4.