Anatomical characterization and behavioral consequences of manipulating VTA glutamatergic neurons projecting to anxiety centres

Abstract

A ansiedade é uma resposta emocional essencial para manter a integridade do organismo, que quando excessiva ou com origem inapropriada pode levar a alterações patológicas na deteção e atribuição de valência a ameaças levando a uma variedade de transtornos de ansiedade. Estes transtornos são as condições psiquiátricas mais frequentes, havendo necessidade de uma melhor compreensão dos mecanismos celulares e dos circuitos neuronais que medeiam a ansiedade inata. O núcleo leito da estria terminalis (BNST) é uma zona essencial na expressão da ansiedade. A área tegmental ventral (VTA) é um núcleo heterogéneo localizado no mesencéfalo e composto por neurónios dopaminérgicos (DA), glutamatérgicos (VTAglu) e gabaérgicos. Pensa-se que esta área tem um papel na atribuição de valência negativa e uma subpopulação dos seus neurónios são facilmente excitáveis em resposta a um estímulo aversivo. Talvez surpreendentemente, pouca informação existe relativamente às conexões desta área com centros de ansiedade como o BNST. Particularmente os VTAglu foram poucos estudados e algumas questões básicas relativamente às suas projeções e funções continuam sem resposta.Com este projeto, pretendemos dissecar os circuitos que modelam a ansiedade inata, concentrando-nos na caracterização da conectividade anatómica das projeções dos VTAglu para o BNST e averiguar o seu papel funcional na ansiedade. Para caraterizar as projeções dos VTAglu, tomámos partido de uma técnica anterógrada de tracing viral, marcando os terminais sinápticos, o que revelou alguma inervação sináptica na sub-região anteromedial do BNST e fibras densas no ventral pallidum (VP) e na habénula lateral (LHb). De seguida, para determinar o efeito da manipulação das projeções do VTAglu para o BNST, utilizámos uma estratégia viral dupla, expressando DREADDs nestas projeções. Ao realizar testes clássicos de ansiedade, conseguimos identificar comportamentos tigmotáticos nos ratinhos manipulados, um indicativo de ansiedade. Em ambientes mais anxiogénicos, nenhuma diferença foi observada.Adicionalmente, implementámos no laboratório o teste de visual looming (VLT), usado para medir respostas defensivas inatas, nos quais sabe-se que os VTAglu participam. Assim, visámos determinar o impacto de aumentar a sua atividade quimiogeneticamente, tendo curiosamente observado uma diminuição na tendência de escapar, no VLT.

Anxiety is an emotional response essential to maintain one’s integrity, but when excessive or triggered inappropriately can develop to a pathological shift in threat detection and value leading to a variety of anxiety disorders. These disorders are the most frequent psychiatric conditions, thus requiring a better understanding of cellular mechanisms and brain circuits for controlling innate anxiety. The bed nucleus of stria terminalis (BNST) is a key area particularly involved in the expression of anxiety. The ventral tegmental area (VTA) is a heterogeneous nucleus located in the midbrain and composed of dopamine (DA), glutamate (VTAglu) and GABAergic neurons. This area has been suggested to play a role in signalling negative valence and subpopulations of these neurons are readily excited by aversive stimuli. Perhaps surprisingly, little information is available on the VTA connections to anxiety centres, such as the BNST. In particular, VTAglu neurons have received little attention, and basic questions regarding their anatomical projection targets and functions remain unanswered.Our goal was to dissect midbrain circuits that modulate innate anxiety, focusing on anatomically mapping of VTAglu projections to the BNST and assessing their functional role in anxiety in mice. To characterize overall VTAglu projections, we employed an anterograde viral tracing approach, labelling synaptic terminals, revealing synaptic innervations in anteromedial subregion of the BNST and dense fibres in the ventral pallidum (VP) and lateral habenula (LHb). Next, to explore the impact of manipulating BNST-projecting VTAglu neurons on anxiety and anxiety-related behaviours, we employed a double-viral strategy expressing an excitatory DREADD in these projections. By performing classical anxiety behavioural assays, we could only identify thigmotactic behaviours in the manipulated mice, an index of anxiety. In more anxiogenic environments no differences were observed. Additionally, we implemented in the laboratory the visual looming test, for assessing innate defensive responses, in which the VTAglu are known to participate. Knowing this, we assessed the impact of the chemogenetic-mediated activity on this task and could curiously observe a decreased tendency to escape.