A multidimensional analysis of maternal separation impact: corticosteroids and oxytocin linkage

Abstract

Exposure to early life stress and emotional trauma appear to be critical for neurodevelopment, stress responsiveness, lifetime health, and behavioral programming. Importantly, the severity of these effects seems to be mediated by the glucocorticoid levels exposure and the specific development stage at which it occurs. Indeed, in the last decades elegant longitudinal research with humans informed about the impact of early life experiences on the adult general adaptation. However, the mechanisms underlying the stress programming are still unclear. Animal models have been developed to experimentally investigate the neural substracts of early chronic stress exposure. In the rat, maternal separation (MS) in early ages have been linked to endocrinal, neurochemical and behavioral disruptions in the rat. The present thesis aimed to investigate the long-term imprinting effects of early stress exposure into two developmental time windows (MS2-15, MS7-20), in terms of behavioral outcomes: spatial memory performance, anxiety behaviors, learn helplessness behavior and social behavior. Moreover, in order to clarify the cross-talk between corsticosteroid and oxytocinergic systems as possible mechanism underlying the proposed behavioral outcomes, we separately evaluated the long-term consequences of early life maternal separation in corticosteroid and oxytocinergic pathways. Independently of the temporal windows in which the stressor occurred, MS rats showed increased adrenal glands and body’s weight, which may reflect a disruption of the HPA axis, as corroborated by the higher levels of corticosteroids plasma found in the same animals. Behaviorally, MS2-15 rats presented depressive-like behaviors and, indepently of the brain maturity, both MS groups showed hyperanxious behavior in the elevated plus maze test. Finally, early adverse experiences showed to influence the mRNA OT-r expression in specific brain areas linked to HPA axis regulation and to several cognitive- and social-emotional processes. These findings could reflect the time-dependent imprinting effect of adverse experiences in childhood, since the impact of corticosteroids in the maturation of specific neuronal substract of behavior and neuroendocrine phenotypes were demonstrated.

A exposição precoce a stress e a experiências traumáticas têm sido apontadas como críticas para o desenvolvimento neurocognitivo, da respostas ao stress, da saúde e da programação comportamental. Mais importante ainda, a severidade destes efeitos parece ser mediada pelos níveis de glucocorticóides e pelo período desenvolvimental em que as experiências ocorrem. De facto, nas últimas décadas estudos longitudinais realizados com humanos têm demonstrado o impacto das experiências precoces na adaptação global em idade adulta. No entanto, os mecanismos subjacentes à programação do stress ainda não estão totalmente clarificados. Neste sentido, têm-se desenvolvido modelos animais para identificar, experimentalmente, quais os substratos neurais subjacentes aos efeitos da exposição crónica ao stress. No rato, a separação materna (MS) em idades precoces tem sido associada a perturbações neurobioquímicas, neuroendócrinas e as perturbações de comportamento. A presente tese teve como objectivo avaliar, a nível comportamental, e em dois períodos sensitivos do desenvolvimento (MS2-15, MS7-20) os efeitos da programação a longo-prazo da exposição precoce a stress, nomeadamente: o desempenho da memória espacial, o comportamento ansioso, o comportamento depressivo e o comportamento social. Adicionalmente, e a fim de promover a compreensão sobre a relação entre os sistemas oxitocinérico e HPA como possível mecanismo subjacente aos outcomes comportamentais identificados, foram avaliadas separadamente as consequências a longo-prazo da separação maternal nas vias oxitocinérgica e na produção de corticoesteróides. Independentemente dos períodos temporais em que ocorreu o stress, os ratos sujeitos à separação materna apresentaram um aumento ao nível do peso corporal e das das glândulas adrenais, o que pode reflectir uma ruptura do eixo HPA, como corroborado pelos maiores níveis plasmáticos de corticosteróides encontrados nos mesmos animais. Ao nível comportamental, os ratos MS2-15 apresentaram comportamentos depressivos e, independente do nível de maturação cerebral, ambos os grupos experimentais apresentaram comportamentos ansiosos quando testados no Elevated Plus Maze. Finalmente, a experiência de stress em momentos precoces do desenvolvimento demonstrou influenciar a expressão do mRNA dos receptors de oxitocina em áreas específicas do cérebro associadas à regulação do eixo HPA e a vários processos cognitivos e sócio-emocionais. Os presentes resultados permitem demonstrar que o impacto de experiências adversas na infância está dependente do período desenvolvimental em que estas ocorrem, tendo sido demonstrado o impacto dos corticosteroides na maturação de redes neuronais especificamente associadas a determinados fenótipos comportamentais e neuroendócrinos.