Effects of neonatal Allopregnanolone alteration levels on adult behaviour Role of dorsal hippocampus

Abstract

Los neuroesteroides son cruciales en la maduración sináptica durante el desarrollo y especialmente la allopregnanolona que, en rata, se sintetiza en forma de pico durante la segunda semana de vida . Estudios previos han demostrado que la alteración de estos niveles postnatales afecta críticamente el desarrollo del sistema nervioso central. Además, hay diversas pruebas experimentales que relacionan la alteración de los neuroesteroides neonatales con alteraciones conductuales en edad adulta. Por tanto, el estudio de los periodos críticos durante el desarrollo del individuo y su cerebro, y entre ellos el papel de los neuroesteroides, es importante en el campo de la psicobiología y las neurociencias, ya que su alteración determina una mayor vulnerabilidad a la psicopatología en edad adulta. Por ello, en la presente tesis doctoral hemos estudiado cómo la alteración de los niveles neonatales de allopregnanolona modifican el comportamiento adulto, focalizando en el rol del hipocampo dorsal. Para ello, hemos llevado a cabo el estudio de la respuesta conductual de exploración, ansiedad y aprendizaje aversivo en respuesta a la administración de neurosteroides en animales adultos a los que se les habían manipulado previamente los niveles de allopregnanolona en edades postnatales. Nuestros resultados demuestran que el hipocampo es (junto con otras áreas) uns estructura relevante en referencia a los efectos moduladores del comportamiento que tienen los neurosteroides y que la modulación de los niveles postnatales de allopregnanolona altera su respuesta. A continuación, y para poder desenmascarar parte de los mecanismos responsables de las alteraciones conductuales observadas en los estudios previos, estudiamos cambios en las subunidades del receptor GABA-A (inducidos por la modulación neonatal de neurosteroides) focalizando en las subunidades alpha4 y delta, debido a que su modulación por parte del neurosteroide allopregnanolona ha sido descrita como su principal mecanismo de acción. Además y dado que durante los periodos postnatales el receptor GABA-A cambia de exitatorio a inibitorio debido al incremento en la expressión de los cotransporadores de cloro y potassio de tipo 2 (KCC2), otro de los objetivos fue examinar como la alteración neonatal de los niveles de allopregnanolona puede afectar a su expresión. Nuestros resultados indican que la alteración neontal de neurosteroides modifica la expresión hipocampal de las subunidades alpha4 y delta de los receptors GABA-A no sólo durante el desarrollo postnatal sino a largo plazo hasta la edad adulta. Por otro lado, también hemos observado que la alteración neonatal de los niveles de allopregnanolona produce cambios en el patrón temporal de expressión del KCC2 en hipocampo, lo cual podría estar indicando una alteración en el tiempo de maduración del receptor GABA-A. Por todo ello, los presentes resultados nos llevan a concluir que el mantenimiento de los niveles de allopregnanolona durante el periodo postnatal son importantes para el desarrollo de la circuitería hipocampal y la respuesta conductual adulta.

Several works have point out the importance of the neurosteroid allopregnanolone for the maturation of the central nervous system and for adult behaviour. The alteration of neonatal allopregnanolone levels in the first weeks of life alters emotional adult behavior. Without discarding other brain structures, some of these behavioral alterations seem to be related to a different functioning of the hippocampus in adult age. We focus here in the study of the importance of neonatal neurosteroid levels for the adult response to novel environmental stimuli, anxiety-related behaviors and aversive learning. Our results show that alteration of neonatal physiological allopregnanolone levels modifies adult behavioural response to intrahippocampal administration of neurosteroids in the adulthood, thereby indicating that some of these effects are related to a different functioning of the dorsal hippocampus, as the behavioral effects (decrease in anxiety and aversive learning) of intrahippocampal allopregnanolone or pregnenolne sulphate infusions in adult age are not present in those subjects that their neonatal allopregnanolone levels were altered. Furthermore, we also explored some of the mechanism that could be underlying this hippocampal affectation. Results indicate that changes can be related to alterations in the expression of gamma-aminobutyric-acid receptors (GABAAR) containing α4 and δ subunits, molecular alterations that can persist into adult age and that can explain, in part, the reported behavioral disturbances. In addition, as during early development GABAAR predominantly produces depolarization and shifts to hyperpolarization in mature neurons depending on the progressive increase of the neuron-specific K+ /Cl- co-transporter 2 (KCC2) (a chloride exporter) levels, we analysed whether alteration of neonatal neurosteroids during development may also affect the progression increase of KCC2 in the hippocampus. Our data indicated that manipulation of allopregnanolone levels during early development modify hippocampal KCC2 expression In conclusion, the results of the present study indicate that the maintenance of physiological neonatal allopregnanolone levels plays an important role for the correct maturation of the hippocampus and for related behavioral responses. Moreover, neonatal allopregnanolone manipulations have a drastic impact on hippocampal GABAAR expression that can lead to an adult altered inhibitory system that responds differently to environmental cues. Finally, we also show that manipulation of neonatal neurosteroids affects KCC2 hippocampal expression, further indicating the relevance of neonatal neurosteroids levels for the hippocampal development.