Role of androgens on the development of the mesocorticolimbic dopaminergic pathway in a model of prenatal stress

Existen numerosas evidencias en la literatura que demuestran que la exposición a situaciones de estrés durante el período de la gestacion produce alteraciones a largo plazo en los niveles de hormonas sexuales y en el desarrollo del sistema dopaminérgico de la descendencia. En nuestro laboratorio, empleando un modelo en la rata, observamos que dichas alteraciones en el sistema dopaminérgico variaban según si éstas se evaluaban antes o después de la adolescencia. Por otra parte, en el ser humano se ha demostrado ampliamente que varias psicopatologías tales como la esquizofrenia, adicciones a sustancias de abuso y depresión se desencadenan durante o hacia el final de la adolescencia. Definida como el período de transición entre la niñez y la vida adulta, la adolescencia es una etapa donde las hormonas gonadales ejercen sus efectos sobre los tejidos periféricos induciendo la aparición de los caracteres sexuales secundarios, pero también actúan centralmente influyendo sobre el remodelado y desarrollo final del cerebro. Teniendo en cuenta estos antecedentes hipotetizamos que el estrés prenatal estaría interfiriendo con el desarrollo del eje hipotálamo-hipófiso-gonadal, a la vez que modificaría la maduración del sistema dopaminérgico mesocórticolímbico deviniéndolo vulnerable a los cambios hormonales que ocurren durante la adolescencia. En este contexto, el objetivo general en el que se encuadra este trabajo de tesis consiste en avanzar sobre el conocimiento del rol de las hormonas gonadales masculinas sobre las alteraciones de la neurotransmision dopaminérgica en la cría estresada prenatalmente. En una aproximación hacia la evaluación de este objetivo se caracterizó el efecto del estrés prenatal sobre el eje reproductor masculino y sobre ciertos aspectos del sistema dopaminérgico, para por último intentar simular el efecto del estrés prenatal administrando prenatalmente a un antagonista del receptor de andrógenos: la flutamida. Mediante el empleo de un modelo de estrés prenatal por inmovilización de la madre durante la última semana de gestación en ratas Wistar, se evaluó la reactividad del sistema de estrés de las crías macho, al mismo tiempo que se estudiaron los efectos del estrés prenatal sobre diversos aspectos morfológicos, bioquímicos y moleculares del eje reproductor. En el mismo modelo, en crías macho prepuberales y adultas, se examinó la expresión de los receptores dopaminérgicos del tipo D2, de andrógenos y de estrógenos en diversas áreas cerebrales pertenecientes al sistema dopaminérgico mesocórtico-límbico y se estudiaron las arborizaciones dendríticas en las mismas áreas. Finalmente mediante la administración de la flutamida durante la última semana de gestación, se estudió si la disminución perinatal en los niveles de andrógenos circulantes podría influir sobre el desarrollo del sistema dopaminérgico. Los resultados obtenidos mostraron que el estrés prenatal indujo modificaciones a largo plazo en los niveles de las hormonas pertenecientes al eje reproductor masculino. A su vez, el estrés prenatal modificó parámetros de la morfología sexual externa y de la histomofometría gonadal de la descendencia. Por su parte, los efectos del estrés gestacional sobre los receptores dopaminérgicos del tipo D2 y a hormonas sexuales presentes en el cerebro, mostraron variaciones conforme al área en la cual se estaba realizando la observación y a la edad de las crías, mientras que la reducción en las arborizaciones dendríticas inducida por el estrés prenatal se registró en todas las áreas evaluadas y en ambas edades. Por último demostramos que la administración prenatal de flutamida afecta la morfología sexual interna y externa de la descendencia, al mismo tiempo que induce alteraciones en parámetros morfológicos del sistema dopaminérgico mesocórtico-límbico. De esta manera, la manipulación prenatal de andrógenos mostró consecuancias similares a las observadas en individuos que habían recibido estrés prenatal, sugiriendo que uno de los mecanismos por los cuales el estrés gestacional podría interferir sobre el desarrollo del cerebro es mediante la alteración del rol organizacional de los andrógenos y la modulación del rol activacional de los mismos.Several studies have demonstrated that stress exposure during pregnancy impairs the dopaminergic system in the offspring. Employing a rat prenatal stress paradigm we have observed that several alterations of the dopaminergic pathway vary if evaluated before or after puberty. It is well known that numerous psychopathologies (i.e. schizophrenia, substance abuse disorder and depression) develop during, or after, the adolescence period. Adolescence is defined as a transient and dynamic phase of development, when gonadal hormones act not only on peripheral tissues to cause the appearance of secondary sex characteristics, but they also act centrally to influence both the remodeling of the adolescent brain and behavioral maturation. Taking this background into account, we hypothesized that prenatal stress might be impairing the hypothalamic-pituitary-testicular axis development, while affecting the mesocortico-limbic dopaminergic system by becoming vulnerable to the hormonal changes that take place during the adolescence. In this context, the general aim or this research was to study the role of sexual hormones on the dopaminergic neurotransmission of prenatally stressed male offspring. Our first approach was to characterize the prenatal stress effects on the reproductive axis development and on the mesocortico-limbic dopaminergic pathway to finally simulate prenatal stress effects by prenatally administering the androgen receptor antagonist flutamide. Employing a prenatal stress paradigm that consisted on immobilization of the pregnant dam during the last week of gestation, we characterized the stress system of the gestant mother and of the male offspring, and the effects of early programming on morphological, biochemical and molecular parameters of the male reproductive axis. In the same model, we evaluated the androgen, oestrogen and D2-dopamine receptors expression, as well as the dendrite arborization status on several brain areas of the mesocortico-limbic dopaminergic pathway of prenatally stressed male offspring at prepubertal and adult stages. Finally, we administered flutamide during the last week of gestation in order to evaluate if decreased androgen levels might affect the dopaminergic system development. Our results show that repeated exposure to maternal restraint stress markedly modulates the development of the offspring reproductive axis by inducing longterm changes in sexual maturation, hormone secretion patterns, testicular histology, and testicular biochemistry. Moreover, prenatal stress induces impairment on the D2- dopamine receptors and sexual hormone receptors depending on the area, and the age of the offspring. Finally, prenatal administration of flutamide affected sexual morphology of the descendants, as well as the mesocortico-limbic dopaminergic dendrite morphology that resemble those described for prenatally stressed animals. In summary, prenatal androgen manipulations induce similar consequences as prenatal stress suggesting that one of the possible mechanisms of action is by affecting the organizational role of androgens and differentially modulating their activational role on brain development.Fil:Pallarés, María Eugenia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina