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

Les effets d’un traitement au corticostérone sur la transmission dopaminergique mésocorticale du rat en période de stress

L’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien joue un rôle essentiel dans l’adaptation et la réponse au stress. Toutefois, l’hyperactivation de cet axe ou des niveaux chroniquement élevés de glucocorticoïdes (GC) entraînent des conséquences pathologiques. Le système dopaminergique mésocortical, qui se projette dans le cortex préfrontal médian (CPFm), joue un rôle adaptatif en protégeant contre le stress. Jusqu’à présent, les interactions fonctionnelles entre les GC (ex : corticostérone) et le système dopaminergique mésocortical ne sont pas élucidées. Dans ce mémoire, nous avons évalué les effets des GC sur les fonctions dopaminergiques préfrontales en élevant chroniquement, à l’aide de minipompes osmotiques, les niveaux de corticostérone aux concentrations physiologiques maximales (1 mg/kg/h pendant 7 jours). Ce traitement n’a pas modifié significativement, chez les rats stressés ou non, les niveaux post mortem de dopamine et de son métabolite dans le tissu du CPFm. Toutefois, l’évaluation par voltamétrie in vivo des changements de dopamine extracellulaire dans le CPFmv a permis d’observer que la corticostérone augmente significativement la libération de dopamine en réponse à l’exposition à l’odeur de renard et au pincement de la queue. Nos études nous permettent de conclure que la corticostérone potentialise la fonction dopaminergique mésocorticale qui, à son tour, facilite la régulation négative en période de stress.

Implication de l'aldostérone dans les changements hémodynamiques de la grossesse

La grossesse s’accompagne d’importantes modifications hormonales et hémodynamiques. Parmi celles-ci, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est activé très tôt durant la grossesse. De plus, cette augmentation du SRAA est accompagnée d’élévations du débit cardiaque et du volume plasmatique ainsi que des baisses paradoxales de la pression artérielle et de la résistance vasculaire périphérique. Ceci suggère que la grossesse induit un remaniement des réponses physiologiques normales au SRAA. Une résistance vasculaire à l’action des vasopresseurs est également observée durant la gestation. Ce phénomène serait causé par la modification de la fonction des canaux calciques et potassiques. De plus, il serait possiblement dû à la participation de la Na+/K+-ATPase, par son influence sur le potentiel membranaire des cellules des muscles lisses vasculaires (VSMC). La présence des récepteurs minéralocorticoïdes (MR) dans les VSMC laisse croire que l’aldostérone peut influencer le tonus vasculaire par des effets génomiques et non-génomiques. Compte tenu des connaissances actuelles, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation des taux sériques d’aldostérone durant la grossesse est responsable des changements hémodynamiques observés et que ces effets sont causés par l’activation des MR. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate de potassium (20 mg/kg•jr), un antagoniste des MR, durant la dernière semaine de gestation (sur 3). Sur des anneaux aortiques dénudés de leur endothélium, nous avons mesuré les réponses contractiles à la phényléphrine (PhE) et au KCl en présence d’un bloqueur des canaux calciques dépendants du voltage (VDCC), la nifédipine, et d’activateurs des canaux potassiques à large conductance (BKCa) et ceux dépendants de l’ATP (KATP), respectivement le NS-1619 et la cromakalim. Les réponses à la PhE et au KCl sont réduites à partir du 17e jour de gestation et le traitement au canrénoate augmente ces réponses dans tous les groupes. Les modulateurs de canaux ioniques atténuent les réponses à la PhE et au KCl. Cependant, le canrénoate modifie aussi les effets des modulateurs sur les aortes. Aucun effet ou une baisse des réponses est observable chez les rates non gestantes, tandis qu’une hausse de leur effet inhibiteur est notée chez les rates gestantes. Ces effets du canrénoate font croire que l’aldostérone participe à l’adaptation de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Par ailleurs, le potentiel membranaire des VSMC pourrait être affecté dans la gestation. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l’activité de la Na+/K+-ATPase, impliquée dans le contrôle du potentiel membranaire. Nos résultats démontrent que l’activité de la pompe est inhibée à partir du 19e jour de gestation. Cet effet est renversé par le canrénoate. Toutefois, comme le renversement de l’inhibition de la pompe est également présent chez les rates gestantes traitées avec du PST 2238, un antagoniste de l’ouabaïne sur la Na+/K+-ATPase, et que le canrénoate agit également comme agoniste partiel de la pompe, nous croyons que la diminution d’activité associée à la gestation est liée à une inhibition de la Na+/K+-ATPase par des stéroïdes cardiotoniques plutôt qu’à un effet des minéralocorticoïdes. L’augmention d’activité de la pompe liée au canrénoate s’accompagne d’une diminution de l’expression de la sous-unité α1, suggérant que la sous-unité α2 est responsable des variations de contractilité de l’aorte, puisque son expression n’est pas modifiée par le canrénoate. Les effets de la diminution de l’expression de la sous-unité α1, influencée par la signalisation du MR, restent à être déterminés. Néanmoins, nos résultats montrent que les modifications d’activité de la Na+/K+-ATPase influencent l’activité des canaux potassiques et que la pompe pourraient être un des éléments primordiaux dans le contrôle de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Comme le canrénoate modifie la réactivité vasculaire, nous voulions déterminer ses impacts sur la pression artérielle. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate (20 ou 60 mg/kg•jr) et les paramètres hémodynamiques ont été évalués par radiotélémétrie. Aucune modification de la pression artérielle, du rythme cardiaque et de la pression pulsée ne sont mesurées chez les rates recevant le traitement. Toutefois, des augmentations de l’osmolalité, des taux sériques d’aldostérone et de corticostérone ainsi que de l’activité rénine plasmatique sont observées chez les animaux recevant 60 mg/kg•jr. Le canrénoate bloque donc le rétrocontrôle du SRAA. Par contre, les MR ne sont pas les principaux responsables du contrôle de la pression artérielle durant la grossesse. En conclusion, nous avons démontré que le traitement des rates au canrénoate influence la réactivité vasculaire de l’aorte durant la gestation. Cet effet est causé par la modification de l’activité de certains canaux ioniques (VDCC, BKCa et KATP). De plus, le canrénoate renverse l’inhibition de la Na+/K+-ATPase observée durant la gestation. Finalement, les actions locales de cet antagoniste des MR sur les vaisseaux sanguins ne se répercutent pas sur l’effet systémique global et aucune modification de la pression artérielle n’est observée. D’autres études seront toutefois nécessaires pour déterminer les voies de signalisation par lesquelles l’aldostérone module les réponses des canaux ioniques dans les VSMC.

Leptin modulation of locomotor and emotional behaviors : the role of STAT3 signaling in dopamine neurons

La leptine circule en proportion de la masse graisseuse du corps et la transduction de son signal à travers la forme longue de son récepteur via un certain nombre de voies neurales , y compris MAPK, PI3-K ,AMPK et JAK2 - STAT3 . Il faut noter que STAT3 constitue une voie clée au récepteur de la leptine par laquelle la leptine module l'expression des gènes impliqués dans la régulation du bilan énergétique. La plupart des recherches ont porté sur la fonction du récepteur de la leptine au sein de l' hypothalamus, en particulier la fonction du récepteur de la leptine dans le noyau arqué. Toutefois, les récepteurs de la leptine sont également exprimés sur les neurones dopaminergiques de l'aire tégmentale ventrale et la leptine agit sur cette région du cerveau pour influencer la prise alimentaire, la motivation, la locomotion, l'anxiété et la transmission de la dopamine. De plus, la leptine active la STAT3 dans les dopaminergiques et GABAergiques populations neuronales. Bien que ces résultats contribuent à notre compréhension des multiples actions de la leptine dans le système nerveux central, il reste à résoudre les cellules et la signalisation du récepteur de la leptine qui sont responsables des effets neurocomportementaux de la leptine dans le mésencéphale. Visant à déterminer la contribution de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale, nous avons généré une lignée de souris knockout conditionnel dans lequel l'activation du gène de STAT3 sur son résidu tyrosine 705 ( Tyr 705 ) est absent spécifiquement dans les neurones dopaminergiques. Avec l'utilisation de ce modèle de souris génétique, nous avons évalué l'impact de l'ablation de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques sur un certain nombre de fonctions liées à la dopamine, y compris l'alimentation, la locomotion, les comportements liés à la récompense, l'émotion et la libération de dopamine dans le noyau accumbens. Fait intéressant, nous avons observé un dimorphisme sexuel dans le phénotype des souris STAT3DAT-KO. L'activation de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable de l'action de la leptine dans la réduction de la locomotion, récompense liée à l'activité physique, et de l'augmentation de la libération et de la disponibilité de la dopamine chez les souris mâles. Cependant, il ne module pas le comportement émotionnel. D'autre part, les souris femelles STAT3DAT-KO augmentent les niveaux d'anxiété et les niveaux plasmatiques de corticostérone, sans provoquer de changements de la dépression. Cependant, la perte d'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques ne module pas le comportement locomoteur chez les souris femelles. Notamment, les actions de la leptine dans le mésencéphale pour influencer le comportement alimentaire ne sont pas médiées par l'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques, considérant que les souris mâles et femelles ont un comportement alimentaire normal. Nos résultats démontrent que la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable des effets anxiolytiques de la leptine, et soutient l'hypothèse que la leptine communique l'état d'énergie du corps (i.e. la relation entre la dépense et les apports énergétiques) pour les régions mésolimbiques pour atténuer les effets de motivation et de récompense de plusieurs comportements qui servent à réhabiliter ou à épuiser les réserves d'énergie. En outre, ce travail souligne l'importance d'étudier la modulation de la signalisation de la leptine dans différente types de cellules, afin d'identifier les voies de signalisation et les mécanismes cellulaires impliqués dans les différentes fonctions neuro-comportementales de la leptine.

Alteración de la atención y concentración en estudiantes de medicina que realizan turnos de noche

El sueño, es indispensable para la recuperación, física, mental y de procesos como la consolidación de memoria, atención y lenguaje. La privación de sueño (PS) incide en la atención y concentración. La PS es inherente a la formación médica, pero no es claro el papel de los turnos nocturnos en estudiantes, porque no cumplen con un objetivo académico, pero hay relación con disminución de la salud, productividad, accidentes, y alteraciones en diversas actividades. Está descrito el impacto de la PS sobre la capacidad de aprendizaje y aspectos como el ánimo y las relaciones interpersonales. MÉTODOS: Se realizó un estudio analítico observacional de cohorte longitudinal, con tres etapas de medición a 180 estudiantes de Medicina de la Universidad del Rosario, que evaluó atención selectiva y concentración mediante la aplicación de la prueba d2, validada internacionalmente para tal fin. RESULTADOS: Se estudiaron 180 estudiantes, 115 mujeres, 65 hombres, entre los 18 y 26 años (promedio 21). Al inicio del estudio dormían en promedio 7,9 horas, cifra que se redujo a 5,8 y 6,3 en la segunda y tercera etapa respectivamente. El promedio de horas de sueño nocturno, disminuyó en el segundo y tercer momento (p<0,001); Además se encontró mediante la aplicación de la prueba d2, que hubo correlación significativa directa débil, entre el promedio de horas de sueño, y el promedio del desempeño en la prueba (r=0.168, p=0.029) CONCLUSIONES: La PS, con períodos de sueño menores a 7,2 horas, impactan de manera importante la atención selectiva, la concentración

In vivo blockade of Ca(+2)-dependent nitric oxide synthases impairs expressions of L-selectin and PECAM-1

Interactions of leukocytes with endothelium play a role for the immune system modulated by endogenous agents, such as glucocorticoids and nitric oxide (NO). Glucocorticoids inhibit leukocyte-endothelial interactions whereas the role of NO is still controversial. In this study, the activity of Ca(+2)-dependent nitric oxide synthases was in vivo blocked in male Wistar rats by given L-NAME, 20 mg kg(-1) for 14 days dissolved in drinking water and expression of adhesion molecules involved in leukocyte-endothelial interactions was investigated. Expressions of L-selectin and PECAM-I in peripheral leukocytes and PECAM-1 in endothelial cells were reduced by L-NAME treatment. Only L-selectin expression was controlled at transcriptional levels. These effects were not dependent on endogenous glucocorticoids, as corticosterone levels were not altered in NAME-treated rats. Our results show that NO, produced at physiological levels, controls expression of constitutive adhesion molecules expressions in cell membranes by different mechanisms of action. Published by Elsevier Inc.

Influence of age on the development of immunological lung response in intrauterine undernourishment

Objective: We investigated the effect of intrauterine undernourishment on some features of asthma using a model of allergic lung inflammation in rats. The effects of age at which the rats were challenged (5 and 9 wk) were also evaluated. Methods: Intrauterine undernourished offspring were obtained from dams that were fed 50% of the nourished diet of counterparts and were immunized at 5 and 9 wk of age. They were tested for immunoglobulin E anti-ova titers (by passive cutaneous anaphylaxis), cell count in the bronchoal-veolar fluid, leukotriene concentration, airway reactivity, mucus production, and blood corticosterone and leptin concentrations 21 d, after immunologic challenge. Results: Intrauterine undernourishment significantly reduced the antigen-specific immunoglobulin E production, inflammatory cell infiltration into airways, mucus secretion, and production of leukotrienes B-4/C-4 in the lungs in both age groups compared with respective nourished rats. The increased reactivity to methacholine that follows antigen challenge was not affected by intrauterine undernourishment. Corticosterone levels increased with age in the undernourished rats` offspring, but not in the nourished rats` offspring. Undernourished offspring already presented high levels of corticosterone before inflammatory stimulus and were not modified by antigen challenge. Leptin levels increased with challenge in the nourished rats but not in the undernourished rats and could not be related to corticosterone levels in the. undernourished rats. Conclusion: Intrauterine undernourishment has a striking and age-dependent effect on the off spring, reducing lung allergic inflammation. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Cohabitation with a B16F10 melanoma-bearer cage mate influences behavior and dendritic cell phenotype in mice

This study evaluated the effects of cohabitation with a B16F10 melanoma-bearer cage mate on behavior and immune functions in mice. Five different experiments were conducted. In each of them, the female mice were divided into two groups: control and experimental. One mouse of each control pair was kept undisturbed and called ""companion of health partner"" (CHP). One mouse of each experimental pair was inoculated with B16FI0 cells and the other, the subject of this study, was called ""companion sick partner"" (CSP). On Day 20 of cohabitation, behavior and immune parameters from CHP and CSP mice were analyzed. In comparison to the CHP, the CSP mice: (1) presented an increased general locomotion in the open field and a decreased exploration time and number of entries in the plus-maze open arms; (2) had an enhanced expression of the CD80 costimulatory molecule on Iab(+)CD11c(+) spleen cells, but no differences were found on lymph nodes cells; (3) presented an altered differentiation of bone marrow cells in the presence of GM-CSF, IL-4, and LPS in vitro, resulting in a lower percentage of Iab(+)CD80(+) cells; (4) had a deficit in the establishment of a Delayed Type of Hypersensitivity to ovalbumin, which was associated to an in vitro proliferation of an IL-10-producing lymphocyte subpopulation after ovalbumin stimulation. Corticosterone levels detected on Day 20 of cohabitation were similar in CHP and CSP mice. It is shown here that DCs phenotype in mice is affected by conditions associated with behavioral alterations indicative of an anxiety-like state induced by the cohabitation with a tumor-bearer conspecific. This phenomenon occurred probably through a nondependent corticosterone mechanism. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Differential effects of female sex hormones on cellular recruitment and tracheal reactivity after formaldehyde exposure

Female sex hormones (FSHs) exert profound regulatory effects on the course of lung inflammation due to allergic and non-allergic immune responses. As pollution is one of the pivotal factors to induce lung dysfunction, in this study we investigated the modulatory role of FSHs on lung inflammation after a formaldehyde (FA) exposure. For this purpose, lung and systemic inflammatory responses were evaluated in terms of leukocytes countings in bronchoalveolar lavage (BAL), peripheral blood and bone marrow lavage from 7-day ovariectomized (OVx) and Sham-OVx rats subjected to FA inhalation for 3 consecutive days. The hypothesized link between effects of FSHs on expression of adhesion molecules and mast cells degranulation was also studied. Once exposed to FA, Sham-OVx rats increased the number of total cells recovered in BAL and of leukocytes in peripheral blood, and decreased the counts in bone marrow. By contrast, in OVx rats upon FA exposure there was a reduction of the total cells counts in BAL and of blood leukocytes: lung expressions of ICAM-1 and Mac-1 were depressed, but the number of bone marrow cells did not vary. Estradiol treatment of OVx rats increased the total cells in BAL and decreased the number of blood leukocytes, whereas the number of bone marrow cell remained unaltered. Progesterone treatment, in turn increased the total cells in BAL and blood leukocytes, but decreased the number of bone marrow cells. OVx rats exposed to FA developed tracheal hyperresponsiveness to methacholine (MCh). A similarly altered response was found between the tracheal segments of Sham-OVx rats after FA exposure and that found in tracheae of naive rats. Estradiol treatment prevented FA-induced tracheal hyperresponsiveness to MCh whereas progesterone was ineffective in this regard. In addition, OVx rats upon FA exposure significantly increased both, the ability of mast cell degranulation and serum corticosterone levels. In conclusion, it was found that FSHs act by distinct control mechanisms on FA-induced lung inflammation and tracheal hyperresponsiveness, since at low circulating levels of FSHs (such as those after OVx) there is some resistance to the development of a lung inflammatory response, but the cholinergic tracheal responsiveness is exacerbated. Our data also help to understand the involvement of FSHs on mast cells activity after pollutants exposure and add information regarding the role of FSHs on the mechanisms related to endothelium-leukocyte interactions. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Matemal separation affects cocaine-induced locomotion and response to novelty in adolescent, but not in adult rats

Maternal separation is known to exert long-term effects on both behavior and the neuroendocrine system. We investigated cocaine-induced locomotor activation as well as the locomotor and corticosterone response to forced novelty in maternally separated adolescent and adult rats. Maternal separation consisted of separating litters from their darns daily during 5 h from postnatal days 2 to 6. Control animals were subjected only to regular cage changes. Cocaine- (10 mg/kg, i.p.) and novelty-induced locomotion were recorded in an activity cage. After the animals were tested for behavioral response to novelty, trunk blood samples were collected and plasma corticosterone levels were determined by radioimmunoassay. Adolescent rats exposed to maternal separation exhibited an increased locomotor response to novelty and cocaine; corticosterone levels were lower in these adolescent animals, after exposure to the novel environment. These effects of materrial separation were not observed in rats that were tested as adults. Thus the maternal separation protocol produced enduring but transient changes in the behavioral response to cocaine and in the stress response to novelty. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Differential behavioral and neuroendocrine effects of repeated nicotine in adolescent and adult rats

Despite the high prevalence of tobacco abuse among adolescents, the neurobiology of nicotine addiction has been studied mainly in adult animals. Repeated administration of this drug to adult rats induces behavioral sensitization. Nicotine activates the HPA axis in adult rats as measured by drug-induced increases in ACTH and corticosterone. Both behavioral sensitization and corticosterone are implicated in drug addiction. We examined the expression of behavioral sensitization induced by nicotine as well as the changes in corticosterone levels after repeated injections of nicotine in adolescent and adult animals. Adolescent and adult rats received subcutaneous (s.c.) injections of saline or 0.4 mg/kg of nicotine once daily for 7 days. Three days after the last injection animals were challenged with saline or nicotine (0.4 mg/kg; s.c.). Nicotine-induced locomotion was recorded in an activity cage. Trunk blood samples were collected in a subset of adolescent and adult rats and plasma corticosterone levels were determined by radioimmunoassay. Adult, but not adolescent, rats expressed behavioral sensitization. Pretreatment with nicotine abolished corticosterone-activating effect of this drug only in adult animals, indicating the development of tolerance at this age. Our results provide evidence that adolescent rats exposed to repeated nicotine display behavioral and neuroendocrine adaptations distinct from that observed in adult animals. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Repeated predictable or unpredictable stress: effects on cocaine-induced locomotion and cyclic AMP-dependent protein kinase activity

Stressful experiences appear to have a strong influence on susceptibility to drug taking behavior. Cross-sensitization between stress and drug-induced locomotor response has been found. Locomotor response to novelty or cocaine (10 mg/kg, i.p.), cyclic AMP-dependent protein kinase (PKA) activity in the nucleus accumbens and basal corticosterone levels were evaluated in male adult rats exposed to acute and chronic predictable or unpredictable stress. Rats exposed to a 14-day predictable stress showed increased locomotor response to novelty and to cocaine, whereas rats exposed to chronic unpredictable stress demonstrated increased cyclic AMP-dependent PKA activity in the nucleus accumbens. Both predictable and unpredictable stress increased basal corticosterone plasma levels. These experiments demonstrated that stress-induced early cocaine sensitization depends on the stress regime and is apparently dissociated from stress-induced changes in cyclic AMP-dependent PKA activity and corticosterone levels. (C) 2002 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Behavioral and neuroendocrine effects of the exposure to chronic restraint or variable stress in early adolescent rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Propolis effects on pro-inflammatory cytokine production and Toll-like receptor 2 and 4 expression in stressed mice

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Propolis immunomodulatory activity on TLR-2 and TLR-4 expression by chronically stressed mice

Our group has been investigating the immunomodulatory activity of propolis in stressed mice. In this work, we wish to report the action of propolis in chronically stressed mice, assessing the Toll-like receptor (TLR2 and TLR-4) expression by spleen cells and corticosterone levels as a stress indicator. Male C57BL/6 mice were divided into four groups: G1 was considered the control; G2 was treated with propolis (200mg kg(-1)); G3 was submitted to restraint stress for 14 days; and G4 was treated with propolis and immediately submitted to stress. After sacrifice, spleens were removed and TLR-2 and TLR-4 gene expression was analysed. TLR-2 and TLR-4 expression was increased in propolis-treated mice, and propolis administration to stressed mice prevented the inhibition of TLR-2 and TLR-4 expression. No differences were seen in the corticosterone levels among the groups. Propolis exerted an immunomodulatory action in chronically stressed mice, upregulating TLR-2 and TLR-4 mRNA expression, contributing to the recognition of microorganisms and favouring the initial steps of the immune response during stress.