Effects of stress on CA3 pyramidal neurons in the pregnant female rat

Abstract

Stress is one of the primary factors leading to many disorders, including depression, one of the most prevalent psychiatric disorders. Additionally, it has been well documented that hippocampal plasticity is vulnerable to the effects of stress and these effects are often sexually differentiated. Women are twice as likely as men to experience stress-related disorders during the lifespan. In fact, a growing number of women experience psychological stress, such as depression and anxiety, during pregnancy and the postpartum period. This maternal stress may have detrimental effects on maternal mood and maternal care of offspring. In turn, recent research has documented a significant impact of pregnancy and motherhood on hippocampus plasticity in the mother. However, very little research has focused the impact of stress during gestation on the neurobiology of mother. Therefore, the present study investigated how stress affects dendritic morphology of CA3 pyramidal neurons in the hippocampus of pregnant females, and whether these effects differ from those in virgin females. Age-matched pregnant and virgin female Wistar rats were divided into two conditions: 1) Stress and 2) Control. Females in the stress condition were restrained for 1 hour/day for 2 weeks, beginning on gestation day 8 and at matched time-points in virgin females. Females were sacrificed the day after the last restraint session, prior to giving birth, and the brains were processed using Golgi impregnation technique. The results obtained show that repeated restraint stress results in dendritic atrophy in the apical region of CA3 pyramidal neurons in both pregnant and virgin females. Moreover, pregnant females resulted in less complex CA3 pyramidal neurons compared to virgin females. Stress had no effect on weight gain in virgin and pregnant, or litter characteristics and sex of fetuses in pregnant females. These factors were also not associated with CA3 dendritic morphology. Further work is needed to determine how restraint stress affects dendritic morphology in other regions of the hippocampus.

O quotidiano é preenchido por diversos episódios stressantes que podem representar uma grande ameaça ao bem-estar físico e emocional. De facto, o stress é um dos principais factores que leva a diversos transtornos, incluindo depressão, um dos transtornos psiquiátricos mais prevalentes. Assim, para lidar adequadamente com situações de stress, ajustes fisiológicos ou estratégias comportamentais são de extrema importância e são normalmente acompanhadas pela activação da resposta ao stress, com a intenção de manter ou alcançar a homeostase interna. Uma activação e desactivação da resposta ao stress bem sucedidas são, então, vitais para a sobrevivência. A resposta ao stress é coordenada pelo cérebro, que interpreta as experiências como ameaçadoras ou não e, de acordo com a situação, determina as respostas comportamentais e psicológicas. Portanto, quando uma ameaça real ou percebida ocorre, a resposta ao stress é activada no cérebro e envolve a libertação de hormonas pelo sistema nervoso simpático e pelo eixo hipotálamo-pituitária-adrenal (HPA). Os glucocorticóides (GC), cortisol nos humanos e corticosterona em roedores, desempenham um papel central na mediação de aspectos essenciais à resposta ao stress e retorno à homeostase. A duração do stress também está implicada nesta resposta neuronal, sendo que uma duração prolongada por mais de uma semana acarreta efeitos mais profundos ao nível dos neurónios. O hipocampo, constituído principalmente pelas regiões do cornu ammonis (CA) e pelo giro denteado (DG), para além de desempenhar um papel essencial na aprendizagem e memória, tem também a função de regulação de “feedback” negativo da resposta ao stress através do eixo HPA. A grande concentração de receptores de GC na formação hipocampal sugere que os efeitos desta hormona no hipocampo sejam directos, tornando esta área do cérebro particularmente sensível ao stress e aos GC. De facto, tem sido bem documentado que a plasticidade do hipocampo é vulnerável aos efeitos do stress, através de níveis elevados de GC, causando alterações estruturais e funcionais no hipocampo. Os neurónios piramidais da região CA3 do hipocampo são particularmente sensíveis ao efeito do stress crónico, apresentando remodelação dendrítica. Sendo que esta região está envolvida na formação de memórias e processamento espacial, é interessante que eventos stressantes repetitivos resultem em atrofia dos neurónios piramidais CA3, caracterizada pela redução da complexidade dendrítica e do comprimento dendrítico total em machos, o que igualmente afecta a função do hipocampo, incluindo perda de memória espacial. Esta remodelação dendrítica pode ter duas interpretações: uma resposta mal adaptada, com a retracção dendrítica a contribuir para uma maior vulnerabilidade do hipocampo a outros eventos, como doenças, e factores stressantes crónicos, ou uma resposta compensatória para protecção contra efeitos neurotóxicos. É também importante ter em consideração que estes efeitos do stress são muitas vezes sexualmente diferenciados. A propensão para desenvolver transtornos relacionados com stress é estimada em duas vezes mais para mulheres em relação aos homens, durante a vida. Esta tendência é marcada pelo envolvimento das hormonas gonadais femininas, progesterona e estradiol, e a sua acção no eixo HPA. Tendo em consideração que, para além de desempenharem um papel chave no desenvolvimento diferencial do cérebro, estas hormonas estão também envolvidas na formação da plasticidade cerebral nos principais centros emocionais e podem exercer um papel importante na modulação da resposta ao stress, é cada vez mais reconhecida uma ligação entre género e transtornos relacionados com stress, com as discrepâncias entre géneros atribuídas ao efeito das hormonas gonadais. O ciclo reprodutivo da mulher está intimamente relacionado com os níveis de GC, com elevada libertação desta hormona e elevada sensibilidade ao stress durante a fase folicular do ciclo menstrual bem como da fase proestro do ciclo estral em roedores, quando os níveis de estrogénio estão elevados. Assim, uma potencial combinação de GC e hormonas gonadais pode levar a uma maior incidência de transtornos relacionados com stress em fêmeas. De facto, um número crescente de mulheres sofre stress psicológico, como depressão e ansiedade, durante a gravidez e o período pós-parto. Por outro lado, pesquisas recentes têm documentado um impacto significativo da gravidez e maternidade na plasticidade do hipocampo da mãe. Este impacto pode estar relacionado com o envolvimento do hipocampo nas importantes adaptações hormonais, neurológicas e comportamentais necessárias na mãe para assegurar a sobrevivência da prole, na transição para a maternidade. A placenta, os ovários e o feto contribuem para as flutuações dramáticas de hormonas esteróides e peptídicas que ocorrem durante a gravidez e o período pós-parto e são importantes para a indução do circuito maternal e o inicio dos comportamentos maternos. Além disso, visto os efeitos que as hormonas esteróides têm nas propriedades estruturais do hipocampo, estas flutuações hormonais no período reprodutivo podem ter também um impacto na plasticidade desta área do cérebro. O stress e os níveis de GC têm também um impacto na mãe. Apesar das alterações normais nos níveis de GC serem importantes para diversos aspectos da maternidade, o stress durante a gestação leva ao aumento da concentração basal de GC e pode ter efeitos prejudiciais sobre o humor materno e os cuidados maternos da prole. No entanto, pouca pesquisa tem focado o impacto do stress durante a gestação sobre a neurobiologia da mãe. Assim, o presente estudo investigou o efeito do stress sobre a morfologia dendrítica dos neurónios piramidais da região CA3 do hipocampo de fêmeas grávidas e se, estes efeitos, diferem em fêmeas virgens. Ratos Wistar fêmeas, grávidas e virgens de idades correspondentes, foram divididos em duas condições: Stress e Controlo. As fêmeas na condição de stress foram contidas em caixas de contenção uma hora/dia durante duas semanas, começando no oitavo dia de gestação e em tempos correspondentes em fêmeas virgens. As fêmeas foram sacrificadas no dia a seguir à última sessão de contenção, antes do parto. O útero das fêmeas grávidas foi dissecado para permitir a contagem dos fetos, tendo também em conta o seu sexo. Os cérebros foram processados usando a técnica de impregnação de Golgi, que consiste numa impregnação metálica e permite detectar as árvores dendríticas e as espinhas dendríticas. Para a análise da morfologia dendrítica, seis células piramidais CA3 por cada cérebro foram escolhidas e o número de pontos de ramificação, bem como o comprimento total da árvore dendrítica, foram avaliados separadamente para a região apical e basal. A distribuição e complexidade das dendrites foram analisadas recorrendo à contagem das intersecções das dendrites com círculos concêntricos equidistantes (análise de Sholl). Os resultados obtidos mostraram que as fêmeas grávidas e virgens, na condição de stress, tiveram atrofia dendrítica significativa na região apical dos neurónios piramidais CA3, em comparação com as fêmeas controlo. Para além disso, as fêmeas grávidas apresentaram neurónios piramidais CA3 significativamente menos complexos, em comparação com as fêmeas virgens. O stress não teve efeito sobre o peso em virgens e grávidas, nem afectou as características das ninhadas. Este estudo forneceu novas evidências de que o stress e a gravidez têm um impacto na morfologia dendrítica dos neurónios piramidais CA3. Pesquisa futura irá avaliar a morfologia dendrítica e a densidade das espinhas dentríticas na região CA1 e DG bem como o possível papel do stress e da maternidade no desempenho de tarefas dependentes do hipocampo na fêmea adulta.