Impact of biological sex in a mouse model of autism spectrum disorder: focus on ultrasonic vocalization production

Abstract

O transtorno do espetro do autismo (TEA) é uma doença do neuro desenvolvimento caracterizado por défices em interação e comunicação social, assim como comportamentos repetitivos. No TEA, há um grande viés masculino no diagnóstico, mas a razão para esta discrepância ainda não está esclarecida. Compreender as diferenças e a severidade do sintoma de TEA entre machos e fêmeas, é um passo muito importante para descobrir formas de diagnóstico mais eficientes e menos influenciadas pelo sexo.Esta tese de Mestrado teve o objetivo de caracterizar défices comportamentais diferenciados entre sexos num modelo animal bem estudado de TEA, modelo de ratinho de neurofibromatose tipo 1 (Nf1+/-). Aqui realizamos um estudo longitudinal do período perinatal até à fase juvenil. Testes de marcos de desenvolvimento foram executados durante a fase perinatal com foco nos sistemas motores e sensoriais. Observámos que os machos Nf1+/- mostraram mais défices de desenvolvimento inicial, especificamente em tarefas que envolviam força e coordenaçãoAs produções de vocalizações ultrassónicas também foram gravadas do dia pós-natal 6 ao 16 e foram detetadas muito poucas variações, nomeadamente aos dias 8 e 14. De seguida, os animais juvenis foram sujeitos a um teste social ao dia 25 e aqui as fêmeas Nf1+/- mostraram um melhor desempenho social quando comparados aos machos transgénicos.Durante o teste social, as vocalizações gravadas mostraram que o macho Nf1+/- tem preferência por vocalizar num contexto não-social. Ao dia 30, os animais foram sujeitos a um teste de empatia social (com um animal anestesiado) e os machos transgénicos mostraram mais interesse no animal estranho quando comparados com as fêmeas Nf1+/-. Ao dia 35, os animais desempenharam um teste de exploração de objetos e foi observado que os machos Nf1+/- tinham mais comportamento exploratório e maior tendência para repetir sequências quando comparados com os animais controlo das suas ninhadas.Em suma, os resultados apresentados indicam que os machos transgénicos desenvolvem sintomas TEA cedo na sua vida. Estes défices iniciais permanecem até à fase juvenil. De facto, neste modelo mostraram dificuldade em contextos sociais, nomeadamente em interação e comunicação, assim como comportamentos restritos e repetitivos. Todos estes resultados revelam a importância de entender os impactos do TEA dependentes do sexo, durante o desenvolvimento cerebral, e da descoberta de possíveis biomarcadores precoces para assistir num diagnóstico mais eficiente.

Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder characterized by impairments in social interaction and communication as well as repetitive behaviour. ASD displays a strong male bias, but the reason for this discrepancy is yet to be clarified. Understanding differences and severity of ASD symptoms between male and females is an important step to find more efficient and less biased ways to diagnose and to discovery new sex-targeted therapies.This Master Thesis aimed to characterize differential behavioural impairments between male and female in a well-stablished animal model of ASD, neurofibromatosis type 1 (Nf1+/-) mouse. Here, we performed a longitudinal study from perinatal period to juvenile phase. Developmental milestones were performed during the perinatal period, focusing on motor and sensory systems. We observed that Nf1+/- males were more susceptible to early developmental delays, specifically in tasks involving strength and coordination. Maternal-induced separation ultrasonic vocalizations (USVs) were also recorded between postnatal day (PND) 6 and 16 and few changes were detected, namely at PND8 and PND14. Next, juvenile mice were subjected to a social play test at PND25 and here Nf1+/- females showed a better social performance when compared to transgenic males. During social test, USVs were recorded showing that Nf1+/- males show a preference of vocalization in a non-social context. At PND30 mice were subjected to a social empathy test (with an anesthetized animal) and transgenic males display more interest in the stranger animal when compared to female Nf1+/-. At PND35, the animals performed the novel object exploration test and we observed that Nf1+/- males had more exploratory behaviour and had more tendency to repeat sequencies when compared to their wild-type (WT) littermates.Overall, our data demonstrated that Nf1+/- males showed ASD symptoms early-on in life. These initial impairments are also observed later in the juvenile phase. Indeed, they demonstrated difficulty in social contexts, namely in interaction and communication, and repetitive/hyperactive behaviour. All these results highlight the importance of understanding sex-dependent impacts of ASD during brain development and of discovering possible early biomarkers to help in a more efficient diagnosis.