The role of astrocytic A2A receptors in depressive-like conditions.

Abstract

A depressão major (MDD), é um dos distúrbios do foro psiquiátrico mais comum. Esta patologia parece estar associada a alterações em regiões cerebrais que controlam respostas emocionais e relacionadas com o estresse. Existe uma relação direta entre o estresse acumulado e a incidência de depressão. A etiologia da depressão não é totalmente compreendida e os tratamentos antidepressivos não são 100% efetivos, o que reforça a importância do de pesquisa para descobrir novos alvos para melhores tratamentos. Até ao momento, existem várias hipóteses para explicar o que pode causar a doença. No entanto, este trabalho incidirá principalmente na disfunção do eixo HPA e hipóteses glutamatérgicas como potenciais explicações para o aparecimento da MDD.Alterações no eixo HPA estão associadas a disfunções do feedback negativo, levando a um aumento dos níveis de glucocorticóides. Está bem estabelecido que essas hormonas afetam a plasticidade sináptica e contribuem para a atrofia sináptica em várias regiões cerebrais envolvidas no processamento emocional e na memória. Por outro lado, a hipótese glutamatérgica, sugere que a depressão resulta em parte de um desequilíbrio de circuitos neuronais e desregulação da neurotransmissão de glutamato. O glutamato é o principal neurotransmissor excitatório no cérebro, e desempenha um papel essencial na plasticidade sináptica que se encontra diminuída na depressão. Além disso, uma estimulação anormal dos recetores de glutamato pode resultar em excitotoxicidade e morte neuronal. O processamento de informação em sinapses é definido por neurónios e ainda por astrócitos e microglia. Na MDD há alterações nas inter-relações entre células gliais e neurónios, levando a uma disfunção astrocítica e microglial e consequentemente a uma libertação aberrante de gliotransmissores entre outras alterações relatadas, o que resulta num processamento inadequado de informação.A adenosina é um neuromodulador que pode controlar a transmissão sináptica e a plasticidade diretamente e através dos seus efeitos sobre os astrócitos. Além disso, o consumo de cafeína é inversamente correlacionado com a incidência de depressão e suicídio. Os únicos alvos moleculares da cafeína, quando consumida em doses moderadas, são os recetores A1 e A2A, que são os principais recetores de adenosina no cérebro. Em condições estressantes, existe um aumento dos níveis dos A2AR. A sua sobreexpressão induz anedonia e comportamentos depressivos e, inversamente, o bloqueio dos A2AR evita défices de memória e distúrbios de humor induzidos pelo estresse crónico imprevisível, através do controlo da disfunção sináptica e da astroglióse. O objetivo principal deste trabalho foi estudar o papel dos recetores astrócitos A2A em condições de depressão: i)incubar culturas astrocíticas com um estresssor e avaliar a libertação de gliotransmissores, nomeadamente glutamato e ATP; ii)validar a preparação gliossomal em tecido postmortem humano; e mais tarde, iii)tentar avaliar as alterações nas proteínas gliais e nos recetores de adenosina em suicidas. Para compreender o efeito dos estressores na gliotransmissão, expusemos a cultura de células primárias de astrócitos a DEX e observámos um aumento nos níveis extracelulares de glutamato e ATP em células expostas a DEX quando comparadas às células não tratadas. Observámos também que esse aumento nos níveis de ATP extracelular foi mantido até 24h de incubação com DEX. Com base nesse aumento dos níveis de gliotransmissores extracelulares, começámos a analisar possíveis mecanismos de libertação.Além disso, observámos que a DEX induz alterações na morfologia dos astrócitos e um aumento nos níveis das conexinas 43, assim como nos níveis de glutamina sintetase.Além disso, observamos uma tendência para a DEX induzir um aumento nos níveis dos A2AR, que corroborou o efeito de prevenção observado pelo bloqueio dos A2AR, na prevenção de alterações induzidas pela DEX, com uma exceção para a libertação de glutamato. Adicionalmente, pela 1ª vez, descreveu-se uma interação física dos A2AR com as Cx43.Para alcançar 2º objetivo, foi realizada uma otimização e validação da preparação dos gliossomas. Posteriormente, nos suicidas observámos um aumento da densidade de EAAT1, enquanto os níveis de GFAP, Cx43 e GS permaneceram inalterados aquando comparados com os controlos.Por último, também se observou que os marcadores sinápticos e gliais mudam com a idade. Descrevemos um aumento da densidade de GFAP; uma dimuição dos níveis de sinaptofisina e GS; e ausência de alterações nas densidades de sintaxina, Cx43 e EAAT1 com o envelhecimento.Em suma, este estudo contribuiu para melhorar o conhecimento sobre o papel dos A2AR e das Cx43 e reforçá-los como possíveis alvos para aliviar as consequências da depressão. Este estudo também forneceu informações sobre alterações proteicas presentes em cérebros de suicidas, o que poderá contribuir para o desenvolvimento de novos biomarcadores para melhorar o diagnóstico e tratamento de depressão.

Major Depressive Disorder (MDD) is the most common of all psychiatric disorders. This pathology seems to be associated with alterations in brain regions that control emotional and stress responses. There is a direct relation between cumulative stress and the incidence of depression. The etiology of depression is not fully understood and anti-depressive treatments are not 100% effective, which reinforces the importance of research work to discover new targets for better treatments. So far, there are several hypotheses to explain wat can cause the disease. This work will focus mainly, on dysfunction of HPA axis and glutamatergic hypothesis as potential explanations for MDD. The HPA axis impairments are associated to negative feedback dysfunction, leading to an increased level of glucocorticoids. These hormones are well established to affect synaptic plasticity and to contribute for synaptic atrophy in several brain regions involved in emotional processing and memory, namely amygdala, ventral striatum, hippocampus and prefrontal cortex. On the other hand, glutamatergic hypothesis, suggests that depression results in part from an imbalance of neuronal circuits and dysregulation of glutamate neurotransmission. Glutamate is the major excitatory neurotransmitter in the brain, and plays an essential role in synaptic plasticity that is impaired in depression. Moreover, an overstimulation of glutamate receptors can result in excitotoxicity, and neuronal death. The processing of information in synapses is defined by neurons and also by astrocytes and microglia, which interact with synapses in an activity-dependent manner. In MDD there are alterations of the inter-relations between glial cells and neurons, leading to astrocytic and microglia dysfunction and consequently an aberrant gliotransmitters release among other reported alterations, which results in inadequate encoding of information.Adenosine is a neuromodulator that can control synaptic transmission and plasticity directly and through their effects on astrocytes. Moreover, the consumption of caffeine it is inversely correlated with the incidence of depression and suicide. The only molecular targets of caffeine at moderate doses are A1 and A2A receptors (A1R, A2AR), which are the main adenosine receptors in the brain. In stressed conditions A2AR are up-regulated and their over-expression induces anhedonia and depressive like-behavior and, conversely, A2AR blockade prevents mood and memory deficits induced by chronic unpredictable stress, through a control of synaptic dysfunction and astrogliosis. The main goal of this work was to study the role of astrocytic A2A receptors in depressive-like conditions: i) incubate astrocytic cultures with a stress mediator and evaluate the release of gliotransmitters, namely glutamate and ATP; ii) validate the gliosomal preparation in human postmortem tissue; and later on, iii) try to evaluate alterations in glial proteins and adenosine receptors in suicide completers. To comprehend the effect of stressors in gliotransmission we exposed astrocyte primary cell culture to DEX and we observed an increase in extracellular glutamate and ATP levels in DEX-exposed cells when compared to non-treated cells. We also observed that this increase in extracellular ATP levels was maintained until 24h of DEX-incubation. Based on this increase of extracellular gliotransmitters levels, we then started to look into to the possible release mechanisms. Moreover, we observed that DEX induce alterations in the astrocytes morphology and an increase in connexins (Cx43) as also as glutamine synthetase (GS) levels.In addition we observed a tendency for DEX to induce an increase of A2AR levels, which corroborated the prevention effect observed, by the blockade of A2AR, in preventing DEX induced alterations, with an exception for glutamate release. In addition, for the first time, it was described a physical interaction of A2AR with Cx43.To attain the second goal, it was performed an optimization and validation of the gliosomal preparation. Moreover, we observed an increased EAAT1 density in suicide completers, whereas levels of GFAP, Cx43 and GS remained unaltered in suicide completers when compared with age-matched controls. At last, it was also observed that synaptic and glial markers change with age. We described an up-regulation of GFAP density; a down-regulation of synaptophysin and GS levels; and no alterations in syntaxin, Cx43 and EAAT1 densities with aging.In sum, this study contributed to improve knowledge about the role of astrocytic A2AR and Cx43 and to reinforce them as possible targets to alleviate the consequences of depression. Moreover, this study also provided information about protein alterations present in brains of suicide completers, which might contribute to the development of novel biomarkers to improve diagnosis and treatment of depression and mood disorders.