Impact of chronic blockade of adenosine A2A receptors on neurobehavioral changes induced by intermittent ethanol exposure in adolescent female rats - focus on the prefrontal cortex

Abstract

A adolescência é um período crítico para o consumo de álcool, particularmente devido às alterações hormonais e neuronais em progresso, que estão associadas ao aumento de comportamentos de risco e da procura de novidade. O padrão de consumo de álcool mais comum entre adolescentes é o binge-drinking, que é caracterizado pelo consumo de grandes quantidades de álcool num curto espaço de tempo. Este padrão de consumo de álcool durante a adolescência em ratos fêmea foi demonstrado resultar no aumento de comportamento do tipo ansioso e comprometimento da locomoção e da memória de reconhecimento a curto-termo. Estes resultados sugerem uma disfunção de regiões do cérebro envolvidas na regulação emocional e cognitiva, como o córtex pré-frontal, a amígdala e o hipocampo. Dados não publicados dos nossos colaboradores do laboratório da Cristiane Maia na Universidade Federal do Pará, Brasil, mostram que as alterações emocionais e cognitivas induzidas pelo consumo de álcool em ratos Wistar fêmea são prevenidos pelo bloqueio crónico dos receptores A2A de adenosina (A2AR). Desta forma, neste estudo, nós analisamos os efeitos de binge-drinking de etanol durante a adolescência e o bloqueio dos A2AR na potenciação a longo-termo (LTP) no córtex pré-frontal medial, amígdala e hipocampo ventral e dorsal.Nós começamos por validar o modelo no nosso laboratório numa experiência piloto, em que ratos Wistar fêmea foram submetidas a quatro ciclos binge de etanol (3g/kg/dia 20% w/v, via gavagem gástrica) entre PN35-58 e foram testados no teste de campo aberto e de reconhecimento do objeto novo após um período de abstinência de 24h. Nós observamos uma tendência para locomoção reduzida e memória de reconhecimento a curto-prazo comprometida em ratos tratados com etanol comparado com os controlos que receberam água via gavagem gástrica. Tendo em conta estes resultados, nós passamos a combinar o protocolo de binge de etanol com a injeção intraperitoneal diária do antagonista seletivo dos A2AR, SCH58261 (0.1 mg/kg/dia). Registos extracelulares ex vivo no córtex pré-frontal medial mostraram que o protocolo de consumo de etanol utilizado resultou no défice da indução da LTP 24h após o último ciclo binge, o que foi prevenido pelo bloqueio crónico dos A2AR. No entanto, na amígdala e no hipocampo ventral e dorsal, não observamos nenhum efeito do tratamento na LTP. Estes resultados sugerem que a plasticidade sináptica no córtex pré-frontal medial de ratos fêmea adolescentes é afetada pelo protocolo de binge drinking de etanol utilizado, o que pode estar subjacente a alguns dos efeitos comportamentais observados. Adicionalmente, o bloqueio crónico dos A2AR, que foi demonstrado pelos nossos colaboradores conseguir prevenir os défices comportamentais presentes no nosso modelo, também foi capaz de prevenir o défice na indução da LTP no córtex pré-frontal medial. Estes resultados sugerem que o bloqueio dos A2AR podem ter um efeito benéfico na prevenção dos efeitos prejudiciais do consumo de álcool durante a adolescência.

Adolescence is a critical period for alcohol consumption, particularly due to the ongoing hormonal and neural alterations which are associated with increased risk-taking and novelty-seeking behaviour. The most common pattern of alcohol intake among adolescents is binge-drinking, which is characterized by the consumption of large amounts of alcohol in a short period of time. This pattern of alcohol intake during adolescence in female rats was found to result in increased anxiety-like behaviour and impaired short-term recognition memory and locomotion. These findings suggest a dysfunction of brain regions involved in emotional and cognitive regulation, such as the mPFC, amygdala and hippocampus. Unpublished data from our collaborators from Cristiane Maia Laboratory at Federal University of Pará, Brazil, found that ethanol-induced emotional and cognitive alterations in adolescent female Wistar rats were prevented by chronic blockade of A2ARs. Therefore, in this study, we assessed the effects of ethanol binge-drinking during adolescence and the concomitant blockade of A2ARs on LTP in the mPFC, amygdala and the ventral and dorsal hippocampus.We started by validating the model in our laboratory in a pilot experiment, in which female Wistar rats underwent four cycles of binge ethanol (3 g/kg/day 20% w/v, via gastric gavage) from PN35-58 and were tested in the open field and novel object recognition after a 24h withdrawal period. We observed a tendency for decreased locomotion and impaired short-term recognition memory in ethanol-treated rats compared to the controls that only received water via gastric gavage. Given these results, we moved on to combine the binge ethanol protocol with daily intraperitoneal injection of the selective A2AR antagonist SCH58261 (0.1 mg/kg/day). Ex vivo extracellular recordings in the prelimbic mPFC showed that ethanol binge-drinking resulted in a deficit in LTP induction 24h after the last binge cycle, which was prevented by the chronic systemic blockade of A2ARs. However, in the amygdala and the ventral and dorsal hippocampus, we did not observe any effect of treatment on LTP. These results suggest that synaptic plasticity in the mPFC of female adolescent rats is affected by binge-like ethanol treatment, which may underlie some of the behavioural effects observed with the protocol that we used. Additionally, chronic blockade of A2ARs, which was demonstrated to prevent the behavioural deficits present in our model by our collaborators, was also able to prevent the deficit in LTP induction in the mPFC. This suggests that blocking A2ARs may have a beneficial effect on the prevention of the harmful effects of ethanol consumption during adolescence.