PATHOPHYSIOLOGICAL ROLE OF ADENOSINERGIC MODULATION WITHIN THE BASOLATERAL COMPLEX OF THE AMYGDALA

Tese no âmbito do Programa Interuniversitário de Doutoramento em Envelhecimento e Doenças Crónicas, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra.Caffeine, which is a general antagonist of adenosine receptors, as well as selective adenosine A2A receptor (A2AR) antagonists have already been described as being able to prevent and revert depressive-like symptoms. This process likely involves information processing within the amygdala, which has a central role in emotional processing and, thus, is one of the most affected brain structures upon stress exposure and depression. Furthermore, adenosine A1 (A1R) and A2AR both modulate the generation of the fear response, which is critically dependent on the amygdala and glutamate receptors, including NMDA receptors. However, the role of the adenosinergic system in the modulation of synaptic transmission within the amygdala remains poorly understood. The present study aimed at evaluating and characterizing the involvement of A1R and A2AR in the modulation of NMDA receptor-mediated responses in physiological conditions, as well as unraveling the mechanisms of altered excitatory and inhibitory synaptic transmission and their subsequent modulation by A2AR in synapses from the lateral nucleus (LA) to basolateral nuclei (BLA), in animals submitted to repeated restraint stress. For that purpose, whole-cell patch-clamp recordings were performed in BLA pyramidal neurons upon stimulation of the LA. In physiological conditions, in juvenile male Wistar rats, we observed that A1R activation inhibited NMDA receptor-mediated currents. We also obtained interesting data showing that the purportedly selective A2AR agonist CGS21680 lacked the desired selectivity, since we observed that it decreased NMDA receptor-mediated currents in a manner which was not prevented by the selective A2AR antagonist SCH58261. Thereupon, we intended to expand the study of the role of A2AR in amygdala circuits to an animal model of repeated restraint stress in juvenile male Wistar rats. However, not only was there no clear alteration of the phenotype after repeated restraint stress, but also we did not observe any alterations in excitatory synaptic transmission recordings and, hence, no studies regarding the role of A2AR were performed. We then decided to study the role of A2AR in a repeated restraint stress model in adult Wistar rats, following a protocol which we had previously validated in our laboratory. Stressed animals did not exhibit changes in glutamatergic synaptic transmission but had increased evoked input/output curves of inhibitory transmission. Also, we showed, for the first time, that A2AR exert a tonic control on basal inhibitory transmission in the BLA, which was similar in control and in stressed animals. Curiously, the purportedly selective A2AR agonist CGS21680 caused opposite effects in control and in stressed animals, decreasing and increasing the amplitude of evoked inhibitory synaptic currents respectively. Overall, our data suggest that A1R and A2AR play an essential role in the regulation of the balance between excitation and inhibition within the amygdala, but possible mechanisms underlying the results which we obtained should be further explored. Since adenosine receptors are involved in the expression of amygdala-dependent behavior and in the etiology of emotional disorders, further understanding of the transduction pathways affected by repeated stress and by A2AR will be essential to unravel their usefulness as therapeutic targets in mood and anxiety disorders.A cafeína, que é um antagonista geral dos recetores de adenosina, bem como antagonistas seletivos dos recetores A2A da adenosina (A2AR), já foram descritos como sendo capazes de prevenir e reverter sintomas depressivos. Este processo envolve, provavelmente, o processamento da informação dentro da amígdala, que tem uma função central no processamento das emoções e, portanto, é uma das regiões do cérebro mais afetadas pela exposição ao stress e depressão. Para além disso, os recetores A1 da adenosina (A1R) e A2AR já foram descritos como sendo essenciais na geração da resposta do medo, que é criticamente dependente da amígdala e de recetores de glutamato, incluindo os recetores de NMDA. No entanto, o papel do sistema adenosinérgico na modulação da transmissão sináptica dentro da amígdala permanece pouco conhecido. O presente estudo pretendeu avaliar e caracterizar o envolvimento dos A1R e A2AR na modulação da resposta mediada por recetores NMDA em condições fisiológicas, assim como explorar a alteração da transmissão sináptica excitatória e inibitória e a sua modulação pelos A2AR nas sinapses entre os núcleos lateral (LA) e basolateral (BLA), em modelos animais de stress de imobilização repetida. Para esse efeito, foram feitos registos de whole-cell patch- clamp em neurónios piramidais da BLA, com estimulação na LA. Em condições fisiológicas, em ratos machos Wistar jovens, observámos que a ativação dos A1R inibiu as correntes mediadas por recetores de NMDA. Obtivemos, também, dados interessantes que mostram que o CGS21680, suposto agonista seletivo dos A2AR, não tem a seletividade desejada, visto que observámos um decréscimo nas correntes mediadas por recetores de NMDA que não foi prevenido pelo antagonista seletivo dos A2AR, SCH58261. Expandimos, posteriormente, o estudo do papel dos A2AR na transmissão sináptica basal num modelo animal de stress de imobilização repetida, em ratos machos jovens. No entanto, não só o fenótipo não foi claro, como também não observámos quaisquer alterações em registos preliminares de transmissão sináptica excitatória, e, por isso, não fizemos estudos para determinar o papel dos A2AR. Decidimos então avançar para o estudo do papel dos A2AR num modelo animal de imobilização crónica repetida em ratos machos Wistar adultos, segundo um protocolo previamente validado no nosso laboratório. Os animais sujeitos a stress não exibiram quaisquer mudanças na transmissão sináptica excitatória, mas foi observado um aumento das curvas de input/output da transmissão sináptica. Demonstrámos, ainda, pela primeira vez, que os A2AR exercem um controlo tónico na transmissão sináptica basal inibitória na BLA, que foi semelhante nos animais do grupo controlo e stressados. Curiosamente, o agonista supostamente seletivo dos A2AR, CGS21680, causou efeitos opostos nos animais do grupo de controlo e nos stressados, diminuindo e aumentando a amplitude das correntes sinápticas inibitórias evocadas, respetivamente. No geral, os nossos dados sugerem que os A1R e A2AR desempenham um papel essencial na regulação do balanço entre a excitação e a inibição dentro da amígdala, mas os possíveis mecanismos que estão na base dos resultados que obtivemos devem ser futuramente explorados. Sendo que os recetores de adenosina estão envolvidos na expressão de comportamentos dependentes da amígdala e na etiologia de disfunções emocionais, a compreensão das vias de transdução afetadas pelo stress repetido e pelos A2AR será essencial para determinar o seu interesse como alvos terapêuticos em disfunções de humor e ansiedade.La Caixa Foundation (LCF/PR/HP17/52190001