Protein malnutrition and hippocampal development: study of memory/learning and nitric oxide synthase distribution

A nutrição inadequada é um dos principais fatores não-genéticos que afetam o desenvolvimento do encéfalo. O hipocampo é uma estrutura bastante sensível a alterações no aporte nutricional durante o desenvolvimento. No hipocampo a óxido nítrico sintase (ONS) é uma enzima altamente expressa e o óxido nítrico (ON) já foi apontado como tendo papel fundamental na potenciação de longa duração (LTP) e depressão de longa duração (LTD), responsáveis pelo processo de memória e aprendizado. Neste trabalho estudamos o efeito da malnutrição no comportamento associado à memória e aprendizado e na distribuição da ONS, através da técnica da nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato diaforase (NADPH-d). O presente trabalho foi aprovado pelo COMITÊ DE ÉTICA (CEA/055/2009). Foram utilizados ratos Wistar machos, divididos em dois grupos: grupo controle (GC) e grupo malnutrido (GM). A malnutrição se deu através da administração, para a mãe, de uma ração com 0% de proteína durante os 10 primeiros dias de lactação, iniciando-se no dia do nascimento dos filhotes. O GC recebeu ração comercial (22% de proteína). Os encéfalos foram processados histologicamente nas idades de P10, P20, P30, P45 e P90 (n=5 para cada idade e grupo estudado), sendo então realizada a histoquímica da NADPH-d para avaliar a distribuição da ONS. A avaliação dos comportamentos associados à ansiedade foi realizada através do labirinto em cruz elevado (LCE), o comportamento associados à busca por novos estímulos foi medida através do campo vazado (CV) e a memória/aprendizado foi avaliada através do labirinto aquático radial de 8 braços (LAROB) em animais P40 (n=10 para cada grupo) e P90 (n=11 para cada grupo). No GM em P10 observamos maior densidade de células NADPHd+ no giro denteado. Em P20, a marcação para NADPH-d no GM foi menor e esse padrão foi mantido em P30 e P45. No GM em P90 não observamos efeitos da dieta. Em P10, no GM observamos menor número de corpos marcados no stratum pyramidale (SPy). Em P20 o SPy encontrava-se intensamente marcado em ambos os grupos. Em P30 GM observamos maior número de células marcadas no SPy. Entretanto em P45, ambos os grupos apresentaram poucos corpos marcados. Em P90, o GM apresentou mais células marcadas no SPy. Não foram observadas diferenças significativas nas variáveis analisadas para o LCE. O GM em P90 explora maior número de orifícios, tanto na periferia (F=8,1; gl=1; P=0,014) quanto no número total (F=7,5; gl=1; P=0,017). Não foram observadas diferenças significativas para as variáveis analisadas no CV em P40. No teste de memória/aprendizagem foram observadas diferenças significativas entre o GM e o GC na latência de escape no 1 dia de testes em P90 (F=5,2; gl=1; P=0,033), com o GM apresentando melhor desempenho quando comparado ao GC. Esses valores podem ser explicados pela redução da latência para encontrar a plataforma de escape no GM. Não foram observadas diferenças significativas no LAROB em P40. Nossos resultados demonstram que a malnutrição protéica restrita aos 10 primeiros dias da lactação altera a distribuição da NADPH-d no hipocampo. A malnutrição afetou o comportamento dos animais em P40. Por outro lado, em P90 os primeiro dia de teste, sugerindo que o efeito observado está mais associado à novidade do ambiente de teste.Undernutrition is one of the main epigenetic factors that affect brain development. The hippocampus is a very vulnerable structure that is selectively affected by alterations of food intake during the developmental period. Nitric oxide synthase is an enzyme highly expressed in this structure and nitric oxide has been postulated to have a role in hippocampal LTP and LTD. Here, we evaluated, in rats, the effects of protein malnutrition during the first 10 days of lactation on the distribution of NADPH-diaphorase and on the following behaviors: anxiety, novelty seeking and memory/learning. This study was approved by our University Ethics Committee (CEA/055/2009). Wistar male rats were divided into two groups: control group (CG) and malnourished group (MG). Dams were fed ad libitum with a normoprotein diet (22% protein) during gestation. During the first 10 days of lactation, MG dams received a protein free (0% protein) diet while CG dams received a normoprotein (22%protein) diet. After P10, all dams were fed with a normoprotein diet. On each age studied, P10 until P90 (n=5 for each group), the animals brains were processed histologically and then NADPH-d histochemistry was carried out. Behavioral tests were performed with one male from each litter. Anxiety-like effects were measured in the elevated plus maze (EPM) during 5 min. The time spent in and entries into the open arms were the measured variables. The hole board (HB) was used to assess novelty-seeking (number of nose pokes) for 5 min. Memory and learning were assessed in the 8-arm radial water maze (8-ARWM). The time needed to find a small platform (4 trials/day for 5 consecutive days) submerged in cloudy water was the measured variable. P10 MG animals showed more stained NADPH-d+ cells on the dentate gyrus. At P20, we observed fewer stained cells in MG and this pattern was also observed at P30 and P45. At P90 the staining pattern in the dentate gyrus was similar for both groups. P10 MG animals showed less stained cell bodies in the stratum pyramidale. At P20, the stratum pyramidale in both groups showed intense staining. P30 MG animals showed more stained NADPH-d cells, but, at P45, we observed few stained cells in both groups. Though P90 MG animals presented more stained cells in stratum pyramidale. No differences between groups were observed regarding the anxiety measures. Regarding novelty-seeking, P90 MG animals presented a significantly (ANOVA: P=0.014 and 0,017) higher number of nose pokes that CG ones. No differences were found between groups at P40. As for memory/learning, P90 MG animals had a significantly (P=0.032) reduced latency to find the platform than CG ones in the 8-ARWM. No differences were found between groups at P40. Our results demonstrate that protein malnutrition restricted to the first 10 days of lactation altered the distribution of NADPH-d on hippocampus. The malnourished animals did not display behavioral alterations at P40. Conversely, P90 malnourished animals displayed higher levels of novelty-seeking behavior and a better memory/learning performance, mainly in the first testing day, suggesting that the effect is highly dependent on the novelty of the testing situation