efectelor

  • obiecte
  • abstract
  • introducere
  • Rezultatul
  • Stresul repetat produce efecte diferite asupra comportamentului dependent de PFC și asupra transmiterii glutamatergice a PFC la femele tinere față de bărbați
  • Estrogenul protejează împotriva efectelor nocive ale stresului repetitiv la femei
  • Estrogenul previne tulburările induse de stres la bărbați
  • ERα mediază efectul protector al estrogenului împotriva stresului repetat
  • Enzima estrogen sintază aromatază este crucială pentru efectele dimorfe sexuale ale stresului repetat.
  • discuţie
  • Informatii suplimentare
  • Fișiere PDF
  • Imagini suplimentare
  • Documente Word
  • Legende de imagine suplimentare

obiecte

  • Neuroștiințe cognitive
  • hormoni
  • Învățare și memorie
  • neurotransmițători

abstract

Se știe că hormonii de stres corticosteroizi servesc ca un important regulator al proceselor cognitive și emoționale. 1, 2, 3 Stresul poate fi dăunător sau benefic, în funcție de momentul și intensitatea factorilor de stres și a răspunsurilor individuale: de exemplu, stresorii pe termen scurt (acuti) provoacă de obicei modificări adaptative, în timp ce stresurile pe termen lung (cronice) duc adesea la efecte dezadaptative. Cu toate acestea, acest model de răspunsuri la stres pare să se aplice doar bărbaților. Studiile folosind rozătoare de sex feminin au tras diferite concluzii cu privire la efectul stresului cronic asupra funcției sistemului nervos central. 4 De exemplu, la șobolani masculi, limitarea tensiunii (RS; 6 ore pe zi, 21 de zile) afectează performanța într-o varietate de sarcini de memorie spațială, inclusiv labirintul brațului radial, 5 locații ale obiectelor, 6, 7 labirintul Y 8 și apa labirint, 9 și memorie de recunoaștere intangibilă. 6, 7 În schimb, femeile expuse aceleiași paradigme de stres prezintă o creștere a cunoașterii și a memoriei în aproape toate aceste roluri. 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 Aceste studii pe animale sugerează că bărbații sunt semnificativ mai predispuși la stres cronic, cel puțin în ceea ce privește comportamentul cognitiv măsurat, în timp ce femeile sunt mult mai rezistente. 16

Mecanismele diferențelor de gen în răspunsul neurocognitiv la stresul cronic sunt în mare parte necunoscute. Deoarece nivelurile de estrogen variază între bărbați și femei, iar estrogenul are proprietăți neuroprotectoare în multe sisteme nervoase in vitro și in vivo, inclusiv în cele implicate în funcțiile cognitive, este de conceput că efectele interactive ale acestui hormon gonadal cu hormonii de stres pot fi importante. 19 Livrarea unui receptor himeric care blochează translocația receptorului glucocorticoid (GR) și convertește semnalul glucocorticoid în receptorul de estrogen (ER) efectul genomic reduce semnificativ leziunile hipocampice după leziuni neurologice. Noi dovezi sugerează în continuare că estradiolul poate fi produs în creier și că, pe lângă nucleu, poate acționa la sinapse pentru a modifica excitabilitatea neuronală, transmisia sinaptică și plasticitatea. 21, 22

Rezultatul

Stresul repetat produce efecte diferite asupra comportamentului dependent de PFC și asupra transmiterii glutamatergice a PFC la femele tinere față de bărbați

Pentru a compara efectul stresului recurent asupra funcției cognitive la femei și bărbați tineri, șobolanii (4 săptămâni, adolescent-adolescenți) au fost supuși rolului TORM, un proces cognitiv mediat de PFC medial. 32, 37 Animalele au fost expuse la 7 zile de SM (2 ore pe zi) și examinate la 24 de ore după terminarea stresului. La bărbați, grupurile de control au petrecut mult mai mult timp examinând un obiect nou (mai puțin recent) într-un test (cel mai nou obiect cunoscut: 6, 0 ± 0, 4 s; obiect nou: 14, 4 ± 3, 2 s, n = 6, P 0, 05). La femei, atât grupurile de control cât și cele de stres au petrecut mult mai mult timp examinând un obiect nou într-un test de testare (control - cel mai nou obiect cunoscut: 6, 0 ± 1, 1 s; obiect nou: 15, 0 ± 2, 4 s, n = 5, P 0, 05). Timpul total de examinare în cele două faze ale eșantionului și testul de testare ulterior nu s-au modificat la control și au fost stresate animale de ambele sexe (Figura suplimentară S1A).

Stresul repetat are efecte diferite asupra memoriei cognitive și asupra transmiterii glutamatergice a PFC la șobolanii masculi față de femelele. A ) Graficele cu bare (medie ± sem) care arată raportul de discriminare (DR) al sarcinilor TORM la femele de control sau re-stresate sau șobolani femele re-stresate (limită de 7 zile, MS). ** P 32 Astfel, am comparat curenții sinaptici mediați de AMPAR și NMDAR (EPSC) în neuronii piramidali PFC de la bărbați față de femeile expuse la SM de 7 zile (2 ore pe zi). Așa cum se arată în Figurile 1b și c, amplitudinea indusă de AMPAR-EPSC a fost semnificativ redusă la șobolanii masculi stresați (F 3, 47 = 19, 9, P 0,05). În mod similar, daune semnificative induse de NMDAR-EPSC au fost găsite la șobolani masculi stresați (F 3, 53 = 16, 0, P 0,05). În plus, EPSC miniatural (mEPSC), un răspuns sinaptic care rezultă din eliberarea cantitativă a veziculelor individuale de glutamat, a fost redus semnificativ în feliile de PFC masculin după stres repetat, dar a fost intact la femeile stresate (Figurile 1d și e; amplitudine: F3 ) 37 = 8, 2, P 0, 05).

Deoarece numărul receptorilor de glutamat de pe membrana sinaptică ar putea determina puterea transmiterii glutamatergice, am efectuat experimente de biotinilare de suprafață și western blot pentru a determina suprafața și nivelurile totale ale subunităților AMPAR și NMDAR în secțiunile PFC de la bărbat versus femeie la MS repetată. Nivelul subunităților de suprafață AMPAR și NMDAR a fost semnificativ redus la bărbații stresați (Figurile 1f ag; GluR1/2 de suprafață: scădere cu 58-61%; suprafață NR1/2A/2B: scădere cu 55-62%, n = 4 perechi, P 32, în timp ce stresul recurent nu a afectat nivelul general al niciunei subunități ale receptorilor de glutamat la femeile stresate (n = 4 perechi) Per ansamblu, aceste date sugerează că stresul recurent are un efect marcat asupra transmiterii glutamatergice PFC și a expresiei de suprafață a receptorului glutamat, sunt afectați bărbații și femelele, ceea ce poate explica efectul dimorf sexual al stresului repetat asupra memoriei cognitive.

Răspunsurile contrastante la stresul repetat pe care le-am găsit au fost obținute de la șobolani adolescenți. Pentru a testa dacă efectele stresului repetitiv asupra sistemului glutamatergic PFC apar și la șobolanii adulți, am expus bărbații adulți (p75-85) la bărbați și femele pentru SM prelungită (6 ore pe zi timp de 8-10 zile) și am examinat medierea a curenților sinaptici AMPAR. Așa cum se arată în figura suplimentară S2A, amplitudinea indusă de AMPAR-EPSC a fost semnificativ redusă la bărbații adulți stresați, dar nu s-a modificat la femeile adulte stresate (F 3, 33 = 15, 4, P 0,05). Aceste modificări sunt similare cu cele observate la bărbații și femeile tinere expuse la SM mai puțin severe (2 ore pe zi timp de 5-7 zile).

De asemenea, am efectuat experimente biochimice pentru a examina nivelurile totale și de suprafață ale subunităților AMPAR și NMDAR la bărbați și femei adulți expuși la SM prelungită. Așa cum se arată în figura suplimentară S2B, stresul repetat a cauzat o scădere semnificativă a aprovizionării cu suprafață a subunităților AMPAR și NMDAR la bărbații adulți stresați (scădere de 40-50%, n = 4 perechi), dar nu la femeile adulte stresate (scădere de 40 și după ce MS RS recurent a examinat memoria de recunoaștere (2 (h pe zi, 7 zile). Animalele au fost examinate la 24 de ore după terminarea stresului. Așa cum se arată în Figura 2a, femeile cu injecție ICI expuse la stres repetat și-au pierdut preferința față de un obiect nou în sarcinile TORM (DR în ulei: 43, 9 ± 9, 9%, n = 7; DR în ulei + RS: 52, 9 ± 4, 2%, n = 5, DR în ICI: 37, 4 ± 9, 1%, n = 5, DR în ICI + RS: -6, 4 ± 3, 7%, n = 5, F 3, 21 = 10, 1, P

La femei, blocada ER evidențiază afectarea memoriei cognitive și transmiterea glutamatergică PFC indusă de stres. A ) Graficele cu bare (medie ± sem) care arată DR pentru sarcinile de control TORM comparativ cu femeile reconsiderate (restricție de 7 zile, SM) cu sau fără injecție cu antagonist ER ICI182 780 (0,05 mg kg -1, subcutanat)., * * P # P 0, 05).

De asemenea, am detectat niveluri de suprafață și totale ale subunităților AMPAR și NMDAR în secțiunile PFC de la femeile injectate ICI182 780 după SM recurentă. Așa cum se arată în Figurile 2e și f, s-a constatat o reducere semnificativă la femeile stresate injectate cu ICI182 780 (GluR1/2 superficial: scădere de 41-51%; NR1/2A/2B superficial: scădere de 48-57%, n = 5 perechi, P

La bărbați, administrarea unui agonist ER previne afectarea cognitivă indusă de stres și transmiterea glutamatergică a PFC. A ) Grafice cu bare (medie ± sem) care arată DR pentru sarcinile TORM în control versus bărbați re-stresați (restricție de 7 zile, SM) cu sau fără injecție de agonist ER estradiol (0,1 mg kg -1, subcutanat). ** P # P # P 0, 05; ulei: 13,9 ± 0,5 pA, 3,6 ± 0,5 Hz, n = 9; ulei + RS: 9,9 ± 0,4 pA, 1,6 ± 0,2 Hz, n = 7, P 32, 39 neuroni etichetați GFP, care ar trebui să exprime și ERα sau ERβ shRNA, au prezentat structuri morfologice normale (Figura 4b). Așa cum se arată în Figurile 4c-e, stresul repetat a cauzat o scădere semnificativă a reglării amplitudinii AMPAR-EPSC la șobolanii femele injectați cu ERα shRNA, dar fără injecție GFP, (scădere cu 32-46%, n = 7-12 per grup, F 3, 175 = 36,0 pentru grupurile de tratament, P 0,05, ANOVA cu două căi). Sugerează faptul că ERα mediază efectul protector al estrogenului împotriva reducerii reglării induse de stres a răspunsurilor AMPAR la neuronii PFC de sex feminin la șobolani.

Knockdown ERa in vivo relevă afectarea indusă de stres a transmiterii glutamatergice PFC la șobolani femele. A ) Analiza reprezentativă western blot și analiza de cuantificare în culturile corticale infectate cu lentivirus ERα sau ERβ shRNA. * P 0,05, ANOVA cu două căi; imagine suplimentară). S3A) și nu au modificat suprafața sau nivelul total al subunităților GluR1 și NR1 (n = 3 perechi; figura suplimentară S3B), similar cu cel observat la femeile tinere gonadale intacte după stres (Figura 1). Acest lucru sugerează că poate fi creierul produs de estrogen care afectează efectele sinaptice ale stresului repetitiv.

Enzima estrogen sintază aromatază este crucială pentru efectele dimorfe sexuale ale stresului repetat.

Pentru a determina rolul estrogenului circulant endogen, precum și posibila implicare a estrogenului produs în țesuturile nervoase, am folosit inhibitorul de aromatază formestan, care blochează sinteza estrogenilor periferic și central. Formestane a fost injectat la femei (2 mg kg subcutanat, 7 zile, începând cu 1 oră înainte de stresul zilnic) și neuronii PFC au fost examinați după SM repetată (2 ore pe zi, 7 zile). Așa cum se arată în Figura 5a, stresul repetat a cauzat o reducere semnificativă a curbelor de intrare/ieșire AMPAR-EPSC la șobolani femele injectate cu formestan (scădere cu 40-50%, n = 11-13 per grup, F 1, 95 = 39, 5 pentru grupuri de tratament, P

Enzima estrogen sintază aromatază este responsabilă de efectele dimorfe sexuale ale stresului repetat. A ) Curbele de intrare și ieșire rezumate ale AMPAR-EPSC în control față de femeile stresate în mod repetat (limită de 7 zile, MS) injectate cu ulei sau inhibitor de aromatază formestan (2 mg kg -1, subcutanat). Insert: urme reprezentative EPSC. Scala: 100 pA, 20 ms. * P # P # P −1, subcutanat). ** P # P 41, 42 Dovezile convergenței sugerează că femeile și bărbații prezintă diferite efecte biochimice, celulare și comportamentale ale stresului. 4, 43, 44 Aici se arată că diferențele de gen în răspunsurile la comportamentul de stres repetitiv sunt asociate cauzal cu diferite efecte ale hormonilor de stres corticosteroizi asupra transmiterii excitative PFC și a expresiei suprafeței receptorului glutamat, care sunt determinate de estrogenul generat endogen. Efectele dăunătoare ale stresului repetitiv apar la femei atunci când semnalizarea estrogenului este blocată, în timp ce la bărbați acestea sunt blocate atunci când semnalizarea estrogenului este activată.

S-a descoperit că hormonii sexuali modulează plasticitatea structurală și funcțională adaptivă. De exemplu, steroidul ovarian estradiol poate crește densitatea spinilor dendritici și a sinapselor pe celulele piramidale hipocampice CA1 la șobolani femele printr-un mecanism care implică o sensibilitate crescută la intrarea sinaptică mediată de NMDAR. 57, 58 Ovariectomia reduce markerii sinaptici în hipocamp și PFC. 59, 60 În plus, estrogenul modulează și măsurile funcționale ale conectivității sinaptice din creier, cu o reducere a inducției de potențare pe termen lung în hipocampusul animalelor ovariectomizate și o facilitare a potențării pe termen lung prin tratamentul cu estradiol. 61, 62 Activarea ERβ mărește proteinele sinaptice cheie, îmbunătățește potențarea pe termen lung a hipocampului, crește ramificarea dendritică și densitatea coloanei vertebrale și îmbunătățește cunoașterea dependentă de hipocamp. 63 În concordanță cu aceste efecte pozitive ale estrogenului asupra sinapselor, arătăm aici că injecțiile cu estradiol duc la creșterea expresiei subunității AMPAR și NMDAR și a răspunsurilor sinaptice în neuronii PFC de la animalele masculine.

Acest studiu indică faptul că corticosteronul și estrogenul ar putea interacționa la nivelul receptorilor de glutamat și la transmisia sinaptică excitativă pentru a influența plasticitatea funcțională în neuronii PFC, susținând noțiunea că sistemul glutamatergic este jucătorul molecular cheie în procesele cognitive normale și tulburările mentale. 29, 30, 70, 71, 72 La bărbații expuși la stres repetat, activarea GR reduce nivelul total și de suprafață al receptorilor glutamat prin creșterea degradării mediată de ubiquitină/proteazom a subunităților AMPAR și NMDAR. 32 La femelele expuse la stres repetat, suprafața și nivelurile totale ale subunităților AMPAR și NMDAR nu prezintă o reducere marcată ca la bărbații stresați. Blocarea ER la femelele stresate demască efectul reducător asupra nivelului de suprafață al receptorilor de glutamat, unde administrarea de estradiol la bărbații stresați duce la creșterea nivelului atât al receptorilor glutamat total, cât și de suprafață. Astfel, corticosteronul și estrogenul pot afecta în principal inserția membranei receptorului glutamat la femei și pot afecta expresia/rotația receptorului glutamat la bărbați.

În concluzie, aceste rezultate sugerează că estrogenul protejează împotriva efectelor dăunătoare ale stresului repetat, mediat parțial de glucocorticoizi, asupra transmiterii glutamatergice și a cunoașterii dependente de PFC și că acest lucru poate sta la baza rezistenței la stres a femeilor.