The puzzle : absence seizures, astrocyte complexity, and memory impairments
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| Data de Publicação: | 2021 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/51856 |
Resumo: | Tese de Mestrado, Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências |
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The puzzle : absence seizures, astrocyte complexity, and memory impairmentsEpilepsia de Ausência InfantilAstrócitosGAT1Fator Neurotrófico derivado do Cérebro (BDNF)MemóriaTeses de mestrado - 2022Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências BiológicasTese de Mestrado, Biologia Evolutiva e do Desenvolvimento, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasA epilepsia de ausência infantil é uma síndrome não convulsiva, caraterizada por crises de ausência relatadas como breves interrupções de consciência e movimento. É descrita como uma génese multifatorial, afetando 2 a 8 crianças em cada 100 000 com idade inferior a 15 anos. As crises de ausência iniciam-se entre os 3 e 8 anos, podendo ocorrer múltiplas vezes por dia, podendo a sua frequência ser superior a 200 por dia. De entre todos os casos de epilepsia identificados em crianças em idade escolar, 10 a 17 % devem-se à epilepsia de ausência infantil. É diagnosticada por padrões de disparo neuronal anómalos e síncronos detetáveis por eletroencefalograma na rede talamocortical. A nível molecular, vários genes estão envolvidos na etiologia desta patologia, tais como os genes que codificam para os canais de cálcio tipo T, genes que codificam para as subunidades dos recetores GABAA; bem como o gene SLC6A1, que codifica para o transportador de GABA do subtipo 1 (GAT1). Em crianças com mutação no gene SLC6A1 o fenótipo de crises de ausência é o mais comum. Para além das crises de ausência, descrevem-se dificuldades cognitivas em 60 % das crianças com epilepsia de ausência infantil, tais como deficiências de atenção, hiperatividade, dificuldade de leitura, ou na realização de tarefas visuoespaciais. No entanto, dados relativos a perturbação de memória são inconsistentes, uma vez que nem todos os estudos englobam comparações com crianças desguarnecidas de tratamento. Relativamente à terapia farmacológica da epilepsia de ausência, esta baseia-se na administração individual de etosuximida, ácido valpróico ou lamotrigina, ou na combinações de dois destes fármacos. No geral, a ausência de resposta é de aproximadamente 30%, sendo que o ácido valpróico, quando administrado, está associado a efeitos neuropsiquiátricos adversos. Assim mesmo, quando o tratamento farmacológico permite o controlo das crises de ausência, déficies cognitivos são ainda relatados em 70% dos casos, não sendo claro se os fármacos anti-crises (antiseizure) têm efetivamente efeitos naqueles. Já os mecanismos patofisiológicos não são completamente identificados sabendo-se, no entanto, que as crises de ausência têm o seu início na rede talamocortical. Uma transmissão GABAérgica anormal, aumentada nos neurónios talamocorticais, está envolvida no processo das crises de ausência, sendo a transmissão GABAérgica regulada por transportadores de GABA (GATs), como por exemplo o GAT1, que são responsáveis pela recaptação de GABA da fenda sináptica. A disfunção do GAT1 nos astrócitos do tálamo observa-se em animais com crises de ausência, levando ao aumento da inibição tónica, sendo este aumento necessário e suficiente para a geração daquelas. Ainda, no tálamo, o GAT1 é expresso exclusivamente nos astrócitos sendo a recaptação de GABA quase exclusiva destas células da glia. Uma vez que esta síndrome está associada a défices cognitivos e a ausência de resposta a fármacos é comum, torna-se essencial a identificação de novos fármacos para esta doença. O Fator Neurotrófico Derivado do Cérebro (Brain-derived neurotrophic factor - BDNF) pode ser um novo alvo terapêutico para esta patologia, uma vez que é essencial para plasticidade sináptica, um processo necessário na aprendizagem e memória. O BDNF tem também a capacidade de aumentar o transporte de GABA mediado por GAT1 para os astrócitos, podendo contribuir para uma diminuição na inibição tónica. Como tal, neste trabalho utilizaram-se dois modelos animais de epilepsia de ausência: os ratos GAERS e respectivos ratos controlo não epilético (NEC), e ratos Wistar (como segundo controlo); murganhos Stargazer (STG) e respectivos controlo WT. Os ratos GAERS é um modelo animal de epilepsia de ausência, apresentando spike and wave discharges bilaterais de 7-9 Hz, com interrupções de movimento a partir do dia pós natal 30 e respondem de forma semelhante a fármacos anti-crises comparativamente com humanos. O modelo animal de murganho, os STG, apresentam spike and wave discharges de 6-7 Hz, com interrupções de movimento, caraterizadas também por disfunção do canal de cálcio CACNG2, bem como comportamentos maladaptativos e ataxia. Os objetivos principais deste trabalho foram: 1) identificar as comorbilidades comportamentais dos GAERS e dos STG, avaliando ansiedade, bem como aprendizagem e memória; 2) estudar a plasticidade sináptica em fatias do hipocampo, bem como avaliar a função do BDNF na potenciação a longo-prazo (LTP) nos GAERS e STG; 3) identificar diferenças a nível molecular e celular entre GAERS, Wistar e NEC, determinando a expressão de proteínas por western blot, nomeadamente transportadores de GABA, GAT1, GAT3 e GFAP (Glial fibrillary acidic protein). Recorrendo a imunohistoquímica, a quantificação de alterações de complexidade morfológica dos astrócitos foi também analisada em regiões cerebrais envolvidas na rede talamocortical e /ou memória. Os resultados obtidos contribuem para uma definição fenotípica precisa do modelo mais representativo de epilepsia de ausência infantil. Confirmaram-se deficiências de memória em animais GAERS jovem adultos e adultos a nível de memória de trabalho (Y Maze, acquisition Barnes), memória de reconhecimento de novos objetos (NOR), memória cross-modal contemplando memoria texturial e visual (CMOR) e ainda memória de referência espacial (Barnes Maze). Foram também observados défices na memória de referência espacial (Barnes Maze) para o modelo animal de murganho. De igual forma, a ausência de níveis de ansiedade (Open Field, EPM, Emergence Test) demonstra que os resultados observados não foram enviesados por deficiências de locomoção e/ou ansiedade. De modo a complementar os resultados observados in vivo, foi induzida potenciação a longo prazo em fatias de hipocampos de animais GAERS, Wistar e NEC, e registaram-se potenciais excitatórios pós sinápticos de campo (fEPSP) nas fibras colaterais de Schaffer na região CA1 do hipocampo. A plasticidade sináptica foi avaliada, e identificadas diferenças significativas entre os animais controlo e os epiléticos a nível de LTP, sendo significativamente reduzida nos GAERS, corroborando os resultados comportamentais. Deficiências de LTP no hipocampo foram também observadas nos murganhos STG. Nos GAERS, o BDNF recuperou a perda de magnitude da LTP para valores semelhantes ao controlo. Visto que o GAT1 está associado à perda de função e contribui para um aumento da inibição tónica nos animais epiléticos, e que no tálamo é meramente expresso em astrócitos, foi importante confirmar esta expressão única nos astrócitos talâmicos, visualizar a expressão destes transportadores nos astrócitos, bem como perceber se a morfologia dos astrócitos estaria alterada nas diversas áreas envolvidas nas crises de ausência, nomeadamente o córtex motor, somatosensorial, visual, talamo e ainda hipocampo, fundamental nos circuitos subjacentes à memória. Observou-se um aumento da complexidade morfológica dos astrócitos a nível do córtex motor, visual, hipocampo e tálamo, relativamente ao número de interseções à volta do soma, número de processos e comprimento total das ramificações nos GAERS. Foi ainda fundamental compreender se existem diferenças de expressão dos transportadores de GABA dos astrócitos. GAT3 também foi analisado, servindo de controlo, bem como analise de GFAP, visto que se observaram diferenças significativas a nível morfológico. A expressão de GAT1 nos GAERS não está alterada em nenhuma área cerebral, exceto no córtex motor, que é acompanhada por um aumento significativo de expressão de GFAP comparado com ambos os controlos. A expressão de GFAP está ainda significativamente aumentada no hipocampo, no talamo comparado com ambos os controlos, e no córtex visual, comparado com os Wistar. Um aumento do rácio do peso cérebro- corpo foi ainda observado para os animais epiléticos. Em suma, os resultados deste trabalho permitem inferir deficites de memória de nível comportamental em modelos animais de epilepsia de ausência, em circuitos subjacentes à rede talamocortical, nomeadamente córtex e tálamo, bem como as conexões dependentes do hipocampo. A nível de circuitos intrínsecos do hipocampo, uma reduzida indução de LTP foi observada nos animais epiléticos e esta função sináptica deficiente recuperou-se em perfusão com BDNF em fatias do hipocampo. Observou se a nível molecular que no talamo a expressão de GAT 1 é meramente observada em astrócitos e ausente em neurónios, e que a expressão de GAT1 e GAT3 não está alterada entre os animais epiléticos e os controlos, excepto no córtex motor. Finalmente, a nível celular foram ainda identificados aumentos de complexidade morfológica astrocitica, bem como de expressão de GFAP em diversas areas cerebrais de GAERS, envolvidas nas crises de epilepsia de ausência e nos circuitos de memória alterados.Typical absence seizures (ASs), characterized by 3-4 Hz spike-wave discharges in thalamocortical network, are the hallmark of Childhood Absence Epilepsy (CAE). In ASs animal models, dysfunction of thalamic GABA transporter-1 (GAT1), exclusively expressed in thalamic astrocytes and responsible for GABA reuptake, enhances tonic inhibition. This enhancement is essential and sufficient for the generation of ASs. A neuropsychological impairment is observed in 60% of children with CAE. Using an ASs animal model, the Genetic Absence Epilepsy Rat from Strasbourg (GAERS), the respective Non-Epileptic control (NEC), and Wistar rats, as well as STARGAZER mice, behaviour tests were carried out to assess anxiety-like behaviour, learning, and memory. Hippocampal synaptic plasticity was evaluated by performing long-term potentiation (LTP) experiments where field excitatory postsynaptic potentials were recorded in control hippocampal slices and perfusion with a possible target to CAE, BDNF (Brain-derived neurotrophic factor). Immunohistochemistry and Western blot assays were used to assess molecular and cellular morphological differences between epileptic and non-epileptic animals. In Novel object recognition, Cross-modal object recognition, Y-Maze, and Barnes Maze tests, we observed significant differences between GAERS and controls, suggesting an impairment in the prefrontal cortex, thalamus, parahippocampal regions, and hippocampal-dependent memory. LTP magnitude in GAERS was significantly lower than from Wistar and NEC, being rescued in perfusion with BDNF. GAERS display an increase in astrocytic morphological complexity, mainly in the hippocampus, thalamus, motor cortex, and visual cortex, and increase GFAP expression levels, compared to Wistar and NEC. No differences were found for GABA transporters expression. This work results suggest memory deficits in GAERS, especially in spatial working memory, object recognition, long-term memory, and reference memory, in line with the reduced LTP magnitude. Since GAT1 is expressed in astrocytes and there is an increase in morphological complexity and GFAP expression in GAERS, the involvement of astrocytes in the pathology of ASs is reinforced.Vaz, Sandra Cristina HenriquesAmorim, Maria Clara C. F. Pessoa deRepositório da Universidade de LisboaSottomayor, Mariana Serra de Sequeira Neuparth2023-12-31T01:31:42Z202220212022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/51856TID:202994430enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-11-20T18:12:52Zoai:repositorio.ul.pt:10451/51856Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openairemluisa.alvim@gmail.comopendoar:71602024-11-20T18:12:52Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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