Interaction between glucocorticoid and adenosine A2A receptors in the hippocampus : implications for learning and memory

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

(CaMKII) promoter were evaluated. A2AR overexpression in rats lead to a shift in adenosine neuromodulation, from a protein kinase C- to a protein kinase A- dependent signaling, much similar to what is observed upon aging. This was also present in stressed animals and reverted by blocking A2AR, providing the first evidence that an abnormal A2AR signaling can be the trigger to pathology. Additionally it was shown that the neuronal increase in A2AR is sufficient to drive hippocampal dependent memory impairments and to modify synaptic plasticity in an age-like manner. Interestingly, A2AR overexpression also induces a dysfunction in HPA-axis by increasing circulating corticosterone levels, revealing again, an involvement of A2AR in the control of stress response. Finally it was shown that A2AR blockade decreases GR/GRE (glucocorticoid receptor/glucocorticoid response element) transcriptional activity in a neuroblastoma cell line. This is probably due to their ability to modify GR nuclear translocation induced by the GR analogue, dexamethasone, since we observed a prevention of this translocation by blocking A2AR. This has important consequences for synaptic plasticity: the impairments in hippocampal synaptic plasticity induced by GR activation are more profound under A2AR overexpression and are prevented if A2AR are blocked. Additionally, A2AR blockade therapy in vivo increased hippocampal histone H3 acetylation of the Nr3c1 gene encoding GR and GR mRNA levels. Globally it is now possible to conclude that A2AR dysfunction, depending on their levels and signaling targets, has an instrumental role in stress and aging, driving memory and synaptic plasticity impairments. Together, these results suggest that A2AR directly modulate GR, unveiling an important therapeutic alternative to GR antagonists for clinical applications. These findings are significant for the treatment of not only psychopathologies but can also be extended to the multiple age-related conditions where glucocorticoid response is impaired.

O stresse crónico e o envelhecimento estão ambos associados a um aumento dos níveis plasmáticos de corticosterona e a uma disfunção do eixo hipotalâmico hipofisário (HPA, do inglês Hypotalamic-Pituitary-Adrenal). Estas alterações têm efeitos deletérios para a função cerebral com comprometimento da função neuronal, da plasticidade sináptica estando frequentemente associadas a danos cognitivos, tudo isto consequência da activação dos receptores de glucocorticóides (GR, do inglês glucocorticoid receptors). Os receptores A2A de adenosina (receptores A2A) são receptores acoplados a proteínas G constitutivamente activados e, no cérebro, um dos principais mediadores da resposta ao neuromodulador homeostático, a adenosina. Ao longo do envelhecimento e com o stresse, ocorre um desequilíbrio dos níveis destes receptores e alguns estudos sugerem que o seu bloqueio pode mesmo prevenir os efeitos do stresse. Contudo, não era ainda conhecido até que ponto os receptors A2A estariam envolvidos na disfunção neuronal e nos efeitos mediados pelo stresse. Assim, os objectivos desta tese foram: em primeiro lugar, avaliar se o bloqueio dos receptores A2A poderia reverter os efeitos deletérios originados pelo stresse, clarificando deste modo a importância destes receptores; segundo, avaliar se um aumento dos receptores A2A seria suficiente para originar défices ao nível do hipocampo e em terceiro lugar, se os receptores A2A poderiam modular os efeitos dos GR, sendo este o mecanismo pelo qual estariam a conduzir ao dano e à disfunção neuronal. Submetemos ratos Wistar machos a um paradigma de stresse por separação maternal. Neste protocolo, os animais são separados das mães durante 3 horas por dia, do dia 2 ao dia 14 de vida. Quando avaliados na idade adulta às 8 semanas, estes animais apresentam um comprometimento da memória dependente do hipocampo e da plasticidade sináptica. Para estudar o envolvimento dos receptores A2A nestes défices e o seu potencial terapêutico, os animais foram tratados com KW6002, um antagonista selectivo dos receptores A2A, a partir das 6 semanas de vida, durante pelo menos um mês, período após o qual foram avaliados em testes de comportamento animal. A administração de KW6002 reverteu os défices de memória e o comportamento ansioso apresentado por estes animais. As alterações na plasticidade sináptica, avaliadas na sinapse fibras de Schaffer/dendrites de CA3 do hipocampo, e na arborização dendrítica foram também revertidas. A função do eixo HPA foi também avaliada: os animais sujeitos a separação maternal não apresentaram uma variação circadiária fisiológica dos corticosteróides, com níveis de corticosterona no plasma elevados permanentemente. Após o tratamento, os níveis plasmáticos desta hormona reduziram e a variação circadiária foi reestabelecida. Estes resultados revelam assim um papel instrumental dos receptores A2A nos danos causados pelo stresse e o seu potencial terapêutico para diversas patologias. Com o objectivo de explorar em maior detalhe o papel dos receptores A2A na origem da disfunção do hipocampo, que ocorre tanto com o envelhecimento como com o stresse, os efeitos que advêm da sobreexpressão deste receptor foram avaliados. Utilizaram-se ratos transgénicos com sobreexpressão do receptor A2A humano controlada pelo promotor da CaMKII, abundante em neurónios do córtex e hipocampo. A sobreexpressão de receptores A2A alterou a neuromodulação adenosinérgica de forma muito semelhante ao envelhecimento. Isto também foi observado em animais sujeitos a separação maternal e revertido com o tratamento com o antagonista dos receptores A2A. Adicionalmente, demonstrou-se que o aumento neuronal dos receptores A2A é suficiente para gerar défices na memória dependente do hipocampo e para modificar a plasticidade sináptica de forma similar à que ocorre no envelhecimento. É interessante notar que todos estes efeitos ocorrem associados a uma disfunção dos eixo HPA, também consequência do aumento destes receptores. Isto revela novamente um papel importante dos receptores A2A no controlo da resposta ao stresse. Era então fundamental compreender se a acção dos receptores A2A na modulação dos efeitos do stresse se devia: 1) apenas a um efeito indirecto na função do hipocampo, e como consequência no eixo HPA (O hipocampo tem um importante papel inibitório do eixo HPA como resposta a níveis plasmáticos elevados de corticosterona); ou 2) a uma acção directa nos GR. O efeito de activar ou bloquear os receptores A2A na actividade transcripcional e localização nuclear dos GR foram avaliados. O bloqueio dos receptores A2A diminuiu a actividade transcripcional dos GR e impediu a sua translocação nuclear induzida por um agonista selectivo. As consequências desta interacção para fenómenos de plasticidade sináptica foram também avaliadas. Observou-se que os efeitos deletérios de activar os GR são prevenidos pelo bloqueio dos receptores A2A e aumentados quando estes são sobreexpressos. Assim estes resultados revelam um papel crucial dos receptores A2A nos efeitos dos GR sugerindo até que possa ser este o mecanismo pelo qual o seu bloqueio se tem revelado benéfico em patologias tão diversas. Globalmente é agora possível concluir que alterações nos receptores A2A, ao nível quer da densidade quer da sinalização, têm um papel instrumental nos efeitos do stresse e do envelhecimento na memória e na plasticidade sináptica. Estes dados apoiam a utilização terapêutica de antagonistas dos receptores A2A em inúmeras patologias. Os resultados agora apresentados constituem também a primeira evidência de que os receptores A2A tem um papel directo no controlo dos efeitos dos glucocorticoides e na função do eixo-HPA, sendo esta uma explicação totalmente nova do mecanismo subjacente aos efeitos benéficos dos antagonistas A2A.

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