Impact of chronic stress on A2AR control of amygdala function

Abstract

O stress crónico induz uma atividade cerebral aberrante em regiões do cérebro associadas à memoria e emoções incluindo a amígdala, conhecida como o centro do processamento emocional e humoral. Particularmente, a amígdala basolateral (BLA), em condições de stress crónico, sofre alterações morfológicas e fisiológicas que contribuem para a sua hiperatividade e consequente ansiedade e depressão. O sistema de modulação de adenosina modula plasticidade sináptica, transmissão neuronal e excitabilidade de muitas partes do cérebro através da atividade dos recetores inibitórios A1 e dos recetores facilitatórios A2A (A2AR), como a amígdala. Em particular, a ativação dos A2AR aumenta a excitabilidade intrínseca dos neurónios piramidais da BLA. O seu bloqueio diminui a amplitude de potenciação de longo prazo (LTP) na BLA e a aquisição e a memória do medo. Trabalhos anteriores do grupo não publicados mostraram que quando se induz uma sub-expressão local de A2AR na BLA previnem-se défices de memória e humor causados por stress crónico. Além disso, os nossos dados mostraram que a ativação optogenética cronica local de A2AR na BLA mimetiza os efeitos de stress crónico na memória e comportamentos do tipo ansioso e depressivo.Nesta tese, tivemos como objetivo caracterizar as semelhanças entre o efeito da ativação crónica dos A2AR na BLA e o stress crónico através da avaliação de comportamentos dependentes da amígdala, nomeadamente, medo condicionado, e da morfologia dos neurónios piramidais da BLA.Para alcançar estes objetivos, usámos uma proteína quimérica rodopsina- A2AR (optoA2AR), previamente validada, permitindo o controlo espácio-temporal da sinalização mediada por A2AR. Ratos Wistar adultos foram submetidos a uma cirurgia estereotáxica na qual foram injetados com um vírus controlo ou o vírus com optoA2AR na BLA, onde também foram inseridas fibras óticas. Três semanas depois, os ratos fizeram estimulação crónica com luz intermitente por 6 dias seguida do medo condicionado. Posteriormente, obtivemos as fatias cerebrais que foram utilizadas para imunohistoquímica para avaliar o tropismo do vírus em neurónios glutamatérgicos da BLA, ou para a marcação de Golgi para analisar a morfologia dos neurónios piramidais da BLA.Os nossos resultados demonstraram que cerca de 50% dos neurónios glutamatérgicos da BLA expressavam optoA2AR, como inferido pela imunoreatividade do mCherry. Em termos comportamentais, não houve diferenças significativas na aquisição e memória ao medo entre grupos. Isto indica que a ativação crónica de optoA2AR não levou a efeitos na aquisição e memória do medo semelhantes aos vistos após o stress crónico. Em contraste, a ativação crónica de A2AR aumentou a arborização dendrítica de neurónios piramidais da BLA similar ao stress crónico.Em suma, esta tese demonstrou que a ativação crónica de A2AR na BLA mimetiza uma alteração chave encontrada em animais cronicamente stressados, nomeadamente, o aumento da arborização dendrítica de neurónios piramidais da BLA. Isto possivelmente explica o aumento da LTP na BLA, assim como o aumento de comportamentos do tipo ansioso e depressivo observados noutros trabalhos não publicados do grupo utilizando o mesmo protocolo. Assim, os nossos resultados indicam os A2ARs como um alvo terapêutico promissor para melhorar ou tratar sintomas de desordens de ansiedade e depressão.

Chronic stress triggers abnormal brain activity in brain structures associated with memory and emotion including the amygdala that is often regarded as the center of emotion and mood processing. In particular, the basolateral amygdala (BLA), upon chronic stress, suffers morphological and physiological alterations which contribute to its hyperactivity and consequent anxiety and depression. The adenosine modulation system can modulate synaptic plasticity, neurotransmission, and excitability in many brain parts through inhibitory adenosine A1 receptors and facilitatory adenosine A2A receptors (A2AR), as the amygdala. Particularly, activation of the A2AR increase intrinsic excitability of BLA pyramidal neurons. Their blockade decreases the amplitude of long-term potentiation (LTP) in the BLA and impair fear acquisition and memory. Previous unpublished work from the group shows that local downregulation of A2AR in the BLA prevent mood and memory deficits caused by chronic stress. Conversely, our data also show that chronic local optogenetic activation of A2AR in the BLA mimic the effects of chronic stress in memory, as well as in anxiety- and depressive-like behaviors. Therefore, in this thesis, we aimed to better characterize the similarities between the effects of chronic activation of A2AR in the BLA and chronic stress by evaluating amygdala dependent behavior, namely, fear conditioning, as well as the morphology of BLA pyramidal neurons.To reach our goals, we used the chimeric rodopsin-A2A receptor protein (optoA2AR), already validated, to allow spatiotemporal control of A2A receptor-mediated signaling. Adult Wistar rats were subjected to a stereotaxic surgery where they were injected with either the control virus or the virus containing optoA2AR together with the placement of optic fibers in the BLA. Three weeks later, the rats underwent chronic intermittent light stimulation for 6 days followed by fear conditioning protocol. Afterwards, we obtained the brain slices that were used for immunohistochemistry in order to evaluate the viral tropism in BLA pyramidal neurons or used for Golgi staining to analyze the morphology of BLA pyramidal neurons.Our results demonstrated that about 50% of glutamatergic neurons in the BLA expressed optoA2AR as inferred from mCherry immunoreactivity. Behaviorally, there were no significant alterations in fear acquisition and memory between groups. This indicates that chronic optogenetic A2AR activation does not mimic the increase in fear acquisition and memory observed upon chronic stress. In contrast, chronic A2AR activation increased the dendritic arborization of BLA pyramidal neurons similarly to what is observed following chronic stress.Overall, this thesis demonstrated that chronic A2AR activation in the BLA recapitulate a key alteration that is found in animals chronically stressed which is the increased in the arborization of BLA pyramidal neurons. This may explain the increased LTP in the BLA, as well as the increased anxiety- and depressive-like behavior observed in previous unpublished works from the group, using the same stimulation protocol in the BLA. Thus, our results indicate A2AR as a promising therapeutic target to ameliorate or treat symptoms anxiety and depressive disorders.