Optogenetic activation of intracellular adenosine A2A receptor signaling in the amygdala as a model of stress in rodents

Abstract

Chronic stress is a major burden in our society, which can cause several modifications in the body, triggering several long-lasting alterations in stress-susceptible brain regions, such as the amygdala. This region of the brain plays an important role in emotional response as well as memory. So, changes caused by stress in the amygdala could lead to memory and mood dysfunction. For this reason, stress is considered a risk factor in the development of neurodegenerative and psychiatric disorders, including depression - one of the most common psychiatric disorders. Adenosine receptors have been correlated with depression, more specifically the adenosine A2A receptors. Patients diagnosed with depression show impairment in the adenosinergic system, including an increased expression of A2A receptors. Increased expression of A2A receptors is also observed in animals exposed to chronic stress. In fact, caffeine is a non-selective adenosine receptor antagonist that has been inversely correlated with the incidence of depression and memory dysfunction. Furthermore, the blockade of these receptors with an A2A receptor antagonist prevents changes in memory and in emotional response induced by chronic stress. Additionally, our group also demonstrated that the inactivation of these receptors in the amygdala prevents behavioral and physiological changes caused by stress. Therefore, the goal of this work is to demonstrate that optogenetic activation of intracellular A2A receptors signaling in the amygdala would be enough to mimic stress in rodents and, additionally, to understand the signaling pathway preferentially activated by A2A receptors in the amygdala. Our results showed that light-mediated activation of optoA2AR for 6 days led to a decrease in weight gain in animals. It was also observed, from the modified Y-maze test, deficits in the animals' memory. In the open field and elevated plus-maze protocol, rats displayed an anxiety-like behavior. Additionally, it was observed an anhedonic behavior, in the splash test, and depressive-like behaviors, in the forced swim test. Our results show for the first time the role of A2A receptors located in amygdala in behavioral alterations that can be induced by stress. Moreover, optogenetic activation of intracellular A2A receptor signaling in the amygdala for 5 min showed that the p38 signaling pathway may be the preferential pathway of the A2A receptors. In sum, our work confirms the role of A2A receptors in stress-induced behavioral alterations and reinforces their therapeutic potential for these receptors in the treatment of mood disorders.

O stresse crônico tem um grande peso na nossa sociedade, que pode causar várias modificações no corpo, desencadeando várias alterações de longa duração em regiões do cérebro suscetíveis ao stresse, como é o caso da amígdala. Esta região do cérebro desempenha um papel importante na resposta emocional e também na memória. Desta forma, alterações causadas pelo stresse na amígdala pode levar à disfunção da memória e do humor. Por esta razão, o stresse é considerado um fator de risco no desenvolvimento de doenças neurodegenerativas e psiquiátricas, incluindo a depressão - uma das perturbações psiquiátricas mais comuns. Os receptores de adenosina têm sido correlacionados com a depressão, mais especificamente os receptores de adenosina A2A. Pacientes diagnosticados com depressão mostram disfunção no sistema adenosinérgico, incluindo um aumento da expressão dos receptores A2A. O aumento da expressão dos receptores A2A também é observada em animais expostos a stresse crónico. Na verdade, a cafeína é um antagonista não seletivo dos receptores de adenosina que foi inversamente correlacionado com a incidência de depressão e disfunção de memória. Além disso, o bloqueio dos receptores A2A previne alterações na memória e na resposta emocional induzidas por stresse crônico. Adicionalmente o nosso grupo também demonstrou que a inativação destes receptores na amígdala previne alterações comportamentais e fisiológicas causadas pelo stresse. Portanto, o objetivo deste trabalho é demonstrar que a ativação optogenética da sinalização dos receptores A2A intracelulares na amígdala seria suficiente para mimetizar o stresse em roedores e, adicionalmente, perceber a via de sinalização preferencialmente ativada pelos receptores A2A na amígdala. Os nossos resultados mostraram que a ativação mediada por luz dos optoA2AR levou a uma diminuição do ganho de peso nos animais. Também foi observado, a partir do teste do labirinto em y modificado, défices mnemónicos nos animais. No protocolo do campo aberto e do labirinto em cruz elevado foi observado um comportamento do tipo ansioso nos animais optoA2AR. Adicionalmente, foi observado um comportamento de anedónia, no teste de sacarose, e comportamentos do tipo depressivo, no teste de natação forçada. Os nossos resultados mostram pela primeira vez o papel dos receptores A2A localizados na amígdala nas alterações comportamentais que podem ser induzidas por stresse crónico. Adicionalmente a ativação optogenética da sinalização dos receptores A2A intracelulares na amígdala por 5 min mostrou que a via de sinalização da p38 poderá ser a via preferencial. Em suma, o nosso trabalho veio confirmar o papel dos receptores A2A nas alterações comportamentais induzidas pelo stresse e reforçar o seu potencial terapêutico destes receptores no tratamento de perturbações psiquiátricas.