Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10451/18055
Título: Patterns of brain activation in european seabass (Dicentrarchus labrax) with different coping styles
Autor: Monteiro, André Filipe Martins de Almeida Tacão, 1989-
Orientador: Sucena, José Élio da Silva
Oliveira, Rui F., 1966-
Palavras-chave: Fisiologia animal
Neurobiologia
Stress
Teses de mestrado - 2015
Data de Defesa: 2015
Resumo: Numa população existem diferenças comportamentais entre os indivíduos que a constituem. No entanto essa variação não é aleatória, mas sim consistente tanto a um nível intra- como inter-individual e acompanhada por diferenças a um nível fisiológico. Existe uma consistência intra-individual, pois cada indivíduo possui um conjunto de comportamentos constante ao longo do tempo e em diferentes situações. A consistência inter-individual prende-se com o facto de existirem pelo menos dois grupos, cada grupo constituído por indivíduos que possuam o mesmo conjunto de comportamentos associados. A titulo de exemplo, animais mais agressivos são normalmente mais ousados (do inglês bold) na aproximação a um predador (associação entre comportamentos) enquanto que indivíduos menos agressivos também são menos ousados. Esse nível de agressividade é dirigida tanto a conspecíficos como indivíduos de outras espécies (consistência em diferentes situações) e ao longo do tempo. Estas diferenças foram também observadas em resposta ao stress, e neste fala-se de coping style. Deste modo um coping style é um conjunto de comportamentos e alterações fisiológicas que ocorrem em resposta a um stress, consistente ao longo do tempo e em diferentes situações e é característico de um determinado grupo de indivíduos de uma população. Tendo em conta que os coping styles são um contínuo de estratégias, existem duas estratégias que se encontram nos dois extremos do contínuo: proactivos e reactivos. Estas estratégias encontramse em diferentes taxa do reino animal. A um nível comportamental os indivíduos proactivos apresentam maiores níveis de agressividade, são mais ousados e têm baixa latência para atacar. Contrariamente, os indivíduos reactivos apresentam baixos níveis de agressividade, são menos ousados e têm uma alta latência para atacar. A um nível fisiológico, os proactivos em relação aos reactivos possuem uma menor reatividade do eixo hipotálamo-hipófise-adrenal (HPA, do inglês Hypothalamic–Pituitary–Adrenal), uma maior atividade do sistema nervoso simpático, uma menor produção de cortisol após uma situação de stress, uma menor densidade de projeções de neurónios libertadores de vasopressina (AVP) para o septo lateral, e consequentemente uma menor libertação de AVP para o septo lateral em condições de stress e níveis de mRNA de receptores de serotonina mais elevados no hipocampo. Tendo em conta estas diferenças, nomeadamente as diferenças a num nível neuronal, fomos averiguar se existiam diferentes padrões de atividade neural em robalo (Dicentrarchus labrax) com diferentes coping styles. Para isso seis áreas foram selecionadas: parte lateral do telencéfalo dorsal (Dl) [que foi dividida em divisão dorsal da Dl (Dld), e divisão ventral da Dl (Dlv)], a parte medial do telencéfalo dorsal (Dm), o núcleo ventral do telencéfalo ventral (Vv), o núcleo supracomissural do telencéfalo ventral (Vv) e a área préoptica (POA). As áreas candidatas foram escolhidas devido à sua importância não só para o sistema mesolímbico de recompensa (do inglês mesolymbic reward system), parte mas também pela sua relevância na regulação do eixo HPI (homólogo ao eixo HPA dos mamíferos), importante para a regulação na resposta ao stress. ´ Estudos anteriores demonstraram que diferentes coping styles faziam diferentes avaliações de um mesmo estímulo, e o sistema mesolímbico de recompensa é apontado como a rede neuronal onde a avaliação de um estimulo é processada. Fazem parte deste sistema a Dl, a Dm, a Vv e a Vs. Além disso, o septo lateral (homólogo em mamífero da Vv) e a extendend amygdala (homólogo em mamífero da Vs) fazem parte do circuito central de stress, um circuito do sistema nervoso central que regula a resposta ao stress. Desse circuito faz também parte a POA, que apesar de não pertencer ao sistema mesolímbico de recompensa, foi escolhida como área candidata devido ao seu importante papel na regulação do eixo HPI. Neste estudo os genes de ativação imediata (IEG; do inglês immediate early gene) foi utilizada como repórteres de atividade sináptica, devido às suas características. Os IEG são expressos de uma forma rápida e transiente em resposta a estímulos extracelulares, sem a necessidade de síntese de novo de proteínas, pois utilizam factores de transcrição expressos constitutivamente. Nos neurónios, existe alteração de expressão de IEGs após ocorrer uma sinapse e por essa razão estes genes são bons repórteres de atividade sináptica. Os genes escolhidos foram o c-fos e o egr-1, IEGs que codificam factores de transcrição (existem também outros IEGs que codificam para proteínas executoras), pois ambos têm o pico máximo de expressão aos 30min após o final do estímulo. Vários estudos demonstraram que o stress altera a expressão de IEGs no cérebro, pelo que é possível que diferentes coping styles possuam diferentes padrões de ativação cerebral. Este trabalho teve como objectivo averiguar se diferentes coping styles possuem diferentes padrões de ativação neuronal em zonas especificas do cérebro importantes para a regulação do stress e avaliação de estímulos. Para tal, recorreremos à expressão de IEGs como repórteres de atividade sináptica. A espécie utilizada foi o robalo (Dicentrarchus labrax), uma espécie que tem tido cada vez mais importância a nível comercial, com o consumo de robalo a aumentar imenso nas últimas décadas, tanto o robalo selvagem como o criado em cativeiro, ou seja em aquacultura. A importância dos coping styles de animais criados em aquacultura prende-se com o facto do bem estar animal. Vários estudos têm apontado que os indivíduos proactivos têm uma maior facilidade em ser criados em cativeiro do que indivíduos reactivos que, devido às suas características, têm maior dificuldade em se alimentar, passando por longos períodos de jejum. Uma triagem preliminar de indivíduos proactivos e reactivos assim como estabelecer um rácio de indivíduos de cada um dos coping styles seria óptimo tanto para os animais como para os comerciantes, pois teriam menos perdas de animais. A experiência comportamental deste trabalho foi realizada por outro laboratório e é consistido por duas partes: (i) triagem de coping styles, onde os indivíduos foram caracterizados como proactivos, intermédios e reactivos e (ii) uma experiência de stress onde indivíduos de cada coping style ficaram em confinamento durante trinta minutos e depois esperaram outros 30 minutos de forma a atingirem o pico de IEGs antes de serem sacrificados. Indivíduos controlo de cada coping style eram sacrificados sem passar pela experiência de stress. Os resultados da expressão génica mostraram que o c-fos é um melhor repórter que o egr-1 para esta situação de stress e para esta população de robalo. Para além disso, quando analisando cada área individualmente, existe efeito do stress, com aumento de expressão génica na Dld e diminuição na Vv, Vs e POA nos indivíduos stressados em relação aos controlos, o que sugere um aumento de atividade neural na Dld e um decréscimo de atividade na Vv, Vs e POA. No entanto, não existe efeito do coping style. A Vv, Vs e POA são áreas com um efeito inibitório do núcleo préoptico (NPO), onde se encontram os neurónios que libertam CRF (do inglês Corticotropin-Releasing Factor) e desencadeia a ativação do eixo hipotálamopituitária- interrenal (HPI; homólogo ao eixo HPA em mamíferos). Propomos então que, numa situação de stress, em conjunto com a ativação de áreas que promovem a atividade do NPO, há uma diminuição de atividade destas áreas inibitórias de forma a reforçar a ativação do NPO. Quando analisamos cada fenótipo composto (i.e. combinação do tratamento e coping style) observamos uma diferença entre controlo e stress apenas para a POA dos indivíduos intermédios. Propomos então que os coping styles mais extremos (i.e. proactivos e reactivos) têm uma expressão de IEGs mais rápida e transiente do que os indivíduos intermédios e que a POA poderá ser a última área a voltar ao estado basal numa resposta ao stress. Finalmente, analisámos o estado neurogenómico, i.e. o número e padrão de co-activação das áreas cerebrais estudadas. Com esta análise voltámos a verificar que o c-fos é melhor repórter que o egr-1 nesta situação especifica, pois apenas para o c-fos o estado neurogenómico era preditor tanto do coping style como do estado de stress do indivíduo. Tanto quanto sabemos este resultado é a primeira demonstração da teoria da rede de tomada de decisão social (do inglês social decision making network), onde o sistema mesolímbico de recompensa é parte integrante, de que um fenótipo é melhor explicado pela interação da rede neuronal, do que observando cada área isoladamente.
Animals from the same populations react differently to a stressor. This reaction is both behavioural and physiological, with each group that react differently presenting a set of traits that is different from the other group and consistent over time and across situation, and is termed coping style. A distinction is usually made between two coping styles: proactive and reactive. Besides these behavioural and physiological differences, the patterns of brain activation of each copings style were never studied. In the present study the immediate early genes (IEGs) c-fos and egr-1 were used as a proxy of neural activity in brain areas from the mesolimbic reward system, the neural circuit responsible to code the stimulus’ salience – different coping styles show different salience to the same stimulus –, and the central stress circuitry, the circuitry from the central nervous system that control the stress response. c-fos mRNA expression was higher in Dld and lower in the Vv, Vs and POA of the stressed individuals when compared to the control ones, suggesting an increase of Dld activity and a decrease of Vv, Vs and POA activities. The mammalian homologues of the last three areas are known to have an inhibitory effect in the hypothalamic–pituitary–adrenal (HPA) axis and it is proposed that the decrease of activity in these areas during a stress may contribute to increase hypothalamic– pituitary–interrenal (HPI) – fish HPA homologue – reactivity. Furthermore, the neurogenomic state for each coping style was assessed for both stress and control individuals. These results showed that the neurogenomic state was predictive of both coping style and the stress state of the individual. To our knowledge, this is the first time that the Social Decision Making network theory that the analysis of the network of brain areas is a better explainer of the phenotype than the analysis of each area alone.
Descrição: Tese de mestrado. Biologia (Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015
URI: http://hdl.handle.net/10451/18055
Designação: Mestrado em Biologia (Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento)
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