Guanosina como um agente potencializador dos efeitos tipo-antidepressivo e pró-sinaptogênico desencadeados pela cetamina

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Neurociências, Florianópolis, 2022.Evidências convincentes têm demonstrado que a cetamina, um antagonista do receptor NMDA, exerce efeito antidepressivo rápido e duradouro, bem como efeito profilático, por promover a formação de espinhos dendríticos via ativação de mTORC1. Considerando que o uso da cetamina apresenta algumas limitações, estratégias direcionas em potencializar suas respostas antidepressivas, mas com menor potencial para efeitos indesejáveis são bem-vindas. Neste sentido, estudos recentes mostraram que a guanosina, uma purina neuroprotetora endógena, apresenta mecanismos de ação sobrepostos à cetamina e, portanto, poderia ser um novo candidato para potencializar suas ações. Diante disso, o objetivo desta tese foi investigar a guanosina como um agente potencializador dos efeitos tipo-antidepressivo e pró-sinaptogênico desencadeados pela cetamina em camundongos, bem como o papel da via de sinalização mediada por mTORC1 nestas possíveis respostas. A coadministração única com doses sub-efetivas de cetamina (0,1 mg/kg, i.p.) e guanosina (0,01 mg/kg, p.o.) foi capaz de produzir um efeito tipo-antidepressivo após 1 h e 24 h, mas não após 7 dias, em camundongos. Este efeito comportamental foi acompanhado por um aumento rápido (iniciado em 1 h) e transitório (de volta aos níveis do controle em 24 h) no imunoconteúdo de BDNF, p-Akt (Ser473), p-GSK-3ß (Ser9), p-mTORC1 (Ser2448), p-p70S6K (Thr389) no hipocampo, mas não no córtex pré-frontal. Por outro lado, a associação de cetamina e guanosina aumentou o imunoconteúdo PSD-95 e GluA1 no córtex pré-frontal, mas não no hipocampo após 1 h, enquanto um aumento no imunoconteúdo dessas proteínas em ambas as estruturas encefálicas foi observado após 24 h. Contudo, o aumento no imunoconteúdo de PSD-95 e GluA1 promovido pela combinação de cetamina e guanosina não persistiu após 7 dias. Além disso, a administração combinada de cetamina e guanosina aumentou a densidade de espinhos dendríticos na porção ventral do giro denteado da formação hipocampal e no córtex pré-frontal após 24 h. Não obstante, a administração de rapamicina (0,2 nmol/sítio, i.c.v., um inibidor seletivo de mTORC1) anulou completamente os efeitos tipo-antidepressivo e pró-sinaptogênico desencadeadas pela combinação de cetamina e guanosina, indicando que estas respostas são dependentes, pelo menos em parte, da ativação de mTORC1. Adicionalmente, a combinação com doses sub-efetivas de cetamina (0,1 mg/kg, i.p.) e guanosina (0,01 mg/kg, p.o.) foi capaz de reverter o comportamento tipo-depressivo e os déficits no imunoconteúdo de BDNF, p-Akt (Ser473), p-GSK-3ß (Ser9), PSD-95, GluA1 e sinapsina no hipocampo de camundongos submetidos à administração crônica com corticosterona (20 mg/kg, p.o., por 21 dias). É importante destacar que estes efeitos foram abolidos pela administração de rapamicina, reforçando o envolvimento de mTORC1 nos efeitos tipo-antidepressivo e pró-sinaptogênico desencadeados pela associação de cetamina e guanosina. Além disso, a administração profilática de cetamina (5 mg/kg, i.p.), mas não de guanosina (1 ou 5 mg/kg, p.o.) ou a associação de cetamina (1 mg/kg, i.p.) e guanosina (5 mg/kg, p.o.) preveniu o comportamento tipo-depressivo e reduções no imunoconteúdo de PSD-95, GluA1 e sinapsina no hipocampo de camundongos submetidos à administração crônica com corticosterona (20 mg/kg, p.o., por 21 dias). Estes resultados reforçam a noção que a administração profilática de cetamina é capaz de produzir uma resposta pró-resiliência contra o comportamento tipo-depressivo induzido por estresse. Os resultados deste trabalho indicam que a combinação de cetamina e guanosina é capaz de produzir um efeito tipo-antidepressivo e uma resposta pró-sinaptogênica de maneira tempo-dependente no hipocampo e córtex pré-frontal. Além disso, este estudo sugere que a guanosina em combinação com a cetamina pode constituir uma estratégia segura e promissora para auxiliar pacientes com diagnóstico de depressão no futuro, por permitir a redução da dose terapeuticamente eficaz de cetamina, uma prova de conceito que merece uma investigação mais aprofundada.Abstract: Compelling evidence has demonstrated that ketamine, an NMDA receptor antagonist, elicits fast and long-lasting antidepressant responses, besides prophylactic actions, by stimulating dendritic spines formation via mTORC1 activation. Considering that ketamine's use has some limitations, strategies targeting to potentiate its antidepressant responses but devoid of undesirable effects are welcome. Within this scenario, recent studies have shown that guanosine, an endogenous neuroprotective purine, presents overlapping mechanisms to ketamine e thereby, it could be a novel candidate to potentiate its actions. Given this background, this thesis aimed to investigate guanosine as an augmenting agent of antidepressant-like and pro-synaptogenic effects triggered by ketamine in mice, as well as the role of the mTORC1 signaling pathway in these putative responses. A single combined administration of subthreshold doses of ketamine (0.1 mg/kg, i.p.) and guanosine (0.01 mg/kg, p.o.) was effective to produce a fast (1 h ? 24 h), but not long-lasting (7 days) antidepressant-like effect in mice. This behavioral effect was paralleled by a rapid (started in 1 h) and transient (back to baseline in 24 h) increase on BDNF, p-Akt (Ser473), p- GSK-3ß (Ser9), p-mTORC1 (Ser2448), p-p70S6K (Thr389) immunocontent in the hippocampus, but not in the prefrontal cortex. Conversely, ketamine plus guanosine increased PSD-95 and GluA1 immunocontent in the prefrontal cortex, but not the hippocampus after 1 h, whereas increased levels of these proteins in both brain structures were observed after 24 h. However, the increase in the immunocontent of PSD-95 and GluA1 elicited by the combination of ketamine and guanosine did not persist after 7 days. Furthermore, the combined administration of ketamine plus guanosine raised the dendritic spines density in the ventral dentate gyrus of the hippocampus and prefrontal cortex after 24 h. Nonetheless, the rapamycin (0.2 nmol/site, i.c.v.) administration completely abrogated the antidepressant-like effect and pro- synaptogenic responses triggered by ketamine plus guanosine, indicating that these responses are dependent, at least in part, on mTORC1 activation. Additionally, a low-dose combination of ketamine (0.1 mg/kg, i.p.) and guanosine (0.01 mg/kg, p.o.) was effective in reversing the depressive-like behavior and deficits on the immunocontent of BDNF, p-Akt (Ser473), p- GSK-3ß (Ser9), PSD-95, GluA1, and synapsin in the hippocampus of mice subjected to the chronic administration of corticosterone (20 mg/kg, p.o., for 21 days). It is important to note that these responses were abolished by rapamycin administration, further reinforcing the involvement of mTORC1 in the antidepressant-like and pro-synaptogenic effects elicited by a low-dose combination of ketamine and guanosine. Moreover, a single prophylactic administration of ketamine (5 mg/kg, i.p.), but not guanosine (1 or 5 mg/kg, p.o.) or the association of ketamine (1 mg/kg, i.p.) plus guanosine (5 mg/kg, p.o.), was able to prevent the depressive-like behavior and the reduction in the immunocontent of PSD-95, GluA1, and synapsin in the hippocampus of mice subjected to the chronic administration of corticosterone (20 mg/kg, p.o., for 21 days). These results reinforce the notion that the prophylactic administration of ketamine is effective in producing a pro-resilience response against depressive-like behavior induced by stress. The results of this study indicate that ketamine plus guanosine combination is effective to produce an antidepressant-like effect and a pro-synaptogenic response in a time-dependent manner in the hippocampus and prefrontal cortex. Furthermore, this study suggests that guanosine in combination with ketamine could constitute an effective and safe strategy to assist patients diagnosed with depression in the future by allowing ketamine's therapeutically effective dose to be lowered, a proof-of-concept that deserves further investigation