Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/40667
Title: Glucocorticoid effects in the developing brain : a road to neuropsychiatric disorders
Authors: Pinheiro, Helena Alexandra Ribeiro de Carvalho 
Orientador: Gomes, Catarina
Ambrósio, António Francisco
Keywords: Cérebro; Crescimento e desenvolvimento; Microglia; Glucocorticoides; Distúrbios mentais
Issue Date: 2016
Project: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/COMPETE/132965/PT 
info:eu-repo/grantAgreement/FCT/5876/147358/PT 
Place of publication or event: Coimbra
Abstract: The exposure to high levels of glucocorticoids during brain development, either due to pharmacological therapies or stress, can have a long term impact in the brain cytoarchitecture and behaviour, increasing the susceptibility to neuropsychiatric disorders. Given the immunomodulatory role of glucocorticoids and the immunological fingerprint found in animals prenatally exposed to these hormones, microglial cells are likely implicated in the pathophysiology of these disorders. Several studies, including previous work by our group, show that prenatal exposure of rats to dexamethasone, a glucocorticoid widely used in clinics, leads to an anxious-phenotype in adulthood. These behavioural alterations were correlated with an atrophy of microglia at early stages of life, which was maintained in adulthood, in females’ prefrontal cortex, a region implicated in the response to stress. Adenosine A2A receptors, as regulators of microglia and involved in the pathophysiology of anxiety, emerge as possible molecular mediators of this process. Indeed, the chronic treatment with a selective antagonist of adenosine A2A receptors, which was already described as anxiolytic, was able to revert the anxious behaviour in males, but not in females. In the present thesis, our main aim was to characterize microglia morphology in the prefrontal cortex of adult male rats prenatally exposed to dexamethasone, in order to shed some light on the gender-specific response to treatment. By manual threedimensional reconstruction of microglia cells, we report that in utero exposure to dexamethasone induces a long-term hyper-ramification of microglia (increased number and length of processes), contrasting with the results previously obtained with females in the prefrontal cortex. The chronic blockade of adenosine A2A receptors, which aggravated females’ atrophy, was able to ameliorate microglia hypertrophy in males, showing a correlation between microglia morphology and behavioural improvement. Moreover, the relevance of adenosine A2A receptors for the maintenance of microglia morphology in physiological conditions seems to be gender biased, once the chronic blockade of adenosine A2A receptors per se had a mild effect on microglia morphology in males, whereas in females it induced a strong atrophy. Considering the contribution of microglia during development to neuronal cytoarchitecture and formation of synaptic networks, it is essential not to discard those effects. We then initiated a project using an in vitro model aiming at understanding the alterations induced by dexamethasone in neuron-microglia crosstalk during development. We started by characterizing the direct effect of the exposure to xx dexamethasone in hippocampal neurons, at early stages of polarization and dendritic development (two and five days in culture, respectively). We report that the exposure to dexamethasone induces dimorphic alterations in axon and dendrites, characterized by a hypertrophy in axon length (mediated by adenosine A2A receptors) and atrophy in dendrites (mediated by glucocorticoids receptors). Further analysis also revealed that the tonic activation of adenosine A2A receptors may play an important role in neuronal polarization. Thus, this work calls the attention to the importance of fully understanding the deleterious effects of the exposure to high levels of glucocorticoids during brain development in the crosstalk between several cell types in the brain, and to urgently take notice of gender differences in response to insults and pharmacological treatments.
A exposição a níveis elevados de glucocorticóides durante o desenvolvimento, na sequência de tratamentos farmacológicos ou stress, pode ter um impacto a longo prazo na citoarquitectura neuronal e no comportamento, conduzindo a uma maior suscetibilidade a doenças neuropsiquiátricas. Tendo em consideração o papel imunomodulador dos glucocorticóides e as marcas imunológicas em animais expostos a estas hormonas durante o período pré-natal, o envolvimento das células da microglia na fisiopatologia destes distúrbios é expectável. O nosso grupo demonstrou previamente que a exposição pré-natal de ratos a dexametasona, um glucocorticóide sintético frequentemente utilizado em terapêutica, conduz a um fenótipo ansioso na idade adulta. Estas alterações comportamentais estão associadas a uma atrofia das células da microglia logo após o nascimento, que foi mantida na idade adulta, no córtex pré-frontal (região associada à resposta ao stress) de ratos fêmea. Os recetores A2A de adenosina, como reguladores da microglia e estando envolvidos na fisiopatologia de distúrbios de ansiedade, surgem como candidatos a mediadores moleculares deste processo. De fato, o tratamento crónico com um antagonista seletivo dos recetores A2A de adenosina, que já foi descrito como ansiolítico, reverteu o perfil ansioso em ratos macho; no entanto, não reverteu o perfil ansioso nas fêmeas. Na presente tese, o objetivo principal consistiu na caracterização da morfologia da microglia do córtex pré-frontal de machos adultos expostos a dexametasona no período pré-natal, para clarificar as diferenças entre géneros na resposta ao tratamento. Através de reconstrução manual e tridimensional da morfologia da microglia, reporta-se que a exposição a dexametasona induz uma hiper-ramificação da microglia (aumento do número e comprimento dos processos), a longo prazo, contrastante com os resultados previamente obtidos no córtex pré-frontal de ratos fêmea. O bloqueio crónico dos recetores A2A de adenosina, que no caso das fêmeas agravou o fenótipo, foi capaz de melhorar a hipertrofia da microglia nos machos, indicando uma correlação entre a morfologia da microglia e a recuperação no fénotipo comportamental. Adicionalmente, a relevância dos recetores A2A de adenosina para a manutenção da morfologia da microglia em condições fisiológicas poderá depender do género, uma vez que o bloqueio crónico per se dos recetores A2A de adenosina teve um efeito moderado na morfologia da microglia em ratos macho, enquanto que nas fêmeas induziu uma atrofia elevada. Considerando a importância da microglia durante o neurodesenvolvimento na citoarquitetura neuronal e na formação de circuitos sinápticos, é essencial não xxii desprezar estes efeitos. Assim, inicou-se um projeto, utilizando um modelo in vitro, com o objetivo de clarificar as alterações induzidas pela exposição a dexametasona na comunicação entre microglia e neurónios durante o desenvolvimento. Começou-se pela caracterização dos efeitos diretos da exposição a dexametasona em neurónios do hipocampo, em momentos cruciais de polarização e desenvolvimento dendrítico (dois e cinco dias em cultura, respetivamente). A exposição a dexametasona induziu alterações dimórficas no axónio e nas dendrites, caracterizadas pela hipertrofia do comprimento do axónio (dependente dos recetores A2A de adenosina) e atrofia das dendrites (dependente dos recetores de glucocorticóides). Além disso, os dados obtidos sugerem que a ativação tónica dos recetores A2A de adenosina tem um papel importante na polarização neuronal. Deste modo, este trabalho evidencia a importância de compreender integralmente os efeitos deletérios da exposição a níveis elevados de glucocorticóides, durante o desenvolvimento neuronal, na comunicação entre os diversos tipos celulares, assim como a necessidade urgente de considerar as diferenças entre géneros na resposta a insultos e tratamentos farmacológicos.
Description: Dissertação de mestrado em Investigação Biomédica, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/40667
Rights: embargoedAccess
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