Neuroprotección del hipocampo de roedores macho: el efecto de la paternidad y del tratamiento con prolactina

Abstract

Parental experience imposes neuroplasticity in the hippocampus of both females and males. In the lactating rat, the hippocampus is protected against excitotoxic damage with kainic acid and this effect is mediated by mechanisms related to prolactin (PRL). Chronic treatment with exogenous PRL had a protective effect against excitotoxic damage in the hippocampus of the virgin female rat. It is still unknown whether paternity can provide such protection to male rodents and if the PRL participates in this effect.To assess the effect of paternity against excitotoxic lesions, we crossed male mice with females that shared the same box until the day of parturition (PPD0), when they were randomly assigned in two groups: (i) the pregnancy group (male fathers were given 100 ng/1 μL of kainic acid or vehicle on PPD1) and (ii) the paternal group (males housed with the female and their pups until PPD8, when they were administered kainic acid i.c.v. after the evaluation of paternal behavior). In the control group, individually housed adult virgin male mice underwent excitotoxic lesion withouth further manipulation. To assess whether PRL had neuroprotective effects in the male hippocampus, as seen in female rats, adult virgin male mice were randomly assigned in the following groups: (i) the control group (individually housed male mice, without any manipulation until I.c.v. administration of kainic acid or vehicle), (ii) the group treated chronically with saline (a daily s.c. injection of 100 μl of saline for seven consecutive days until the day of the excitotoxic lesion), and (iii) the group treated chronically with PRL (a daily injection of 8 μg of PRL/100 μl of saline, until the day of induction of the excitotoxic lesion). For both experimental designs, neurodegeneration markers (NeuN, Fluoro-Jade C) and astrogliosis (GFAP) were measured in the CA1, CA3 and CA4 areas of the dorsal hippocampus.The CA1 area was not damaged in any of the groups. The paternal group suffered less neurodegeneration and astrogliosis in the CA3 and CA4 areas compared to their respective controls, regardless of the expression of the parental behavior. An analysis of the protein levels for PRL, PRL receptor and intracellular signaling pathways related to PRLRs was performed. Monomeric PRL was decreased in the hippocampus of the parents in the first postpartum week with a parallel increase in a dimerized isoform of 48 kDa compared to virgin controls. The long isoform of the PRL receptor did not change. However, an increase in pAkt, a signaling molecule that participates in cell survival, was noted in the paternal group. These results indicate that the hippocampus of male mice housed with the mother and their offspring is less sensitive to neurotoxic lesions than virgin animals.In the case of experiments with chronic administration of PRL, anatomical measurements in the hippocampus showed a protective effect against excitotoxic damage in the CA3 area of the hippocampus, where the experimental group treated with PRL had lower levels of cell death and lower neurodegeneration in comparison with the control group and the group treated with SAL. In the CA4 area, the results do not clearly indicate any protective effect of PRL, proposing that the neuroprotective actions of PRL are not global in the hippocampus of the male mouse., suffer from lower levels of neurodegeneration caused by excitotoxicity in the hippocampus. In addition, exogenously administered prolactin has neuroprotective action in the hippocampus of female rats, supporting the effect seen in lactating rats. The goal of this study is to verify the neuroprotective effect of this hormone in the male hippocampus as an exogenous treatment, and investigate the role of parental experience in the protection of the male brain. In the first part of the project, we describe that almost half of the CD-1 mice developed parental behavior towards their own pups. Mice with interaction with their offspring and the dam had lower levels of hippocampal neurodegeneration after excitotoxic damage compared to virgin males and males with sexual experience. This protection may be due to the activation of the Akt intracellular pathway, related to cell survival, since the parents had higher levels of said protein compared to the controls. Regarding the neuroprotective effect of prolactin, virgin CD-1 male mice were exogenously treated with prolactin for seven consecutive days and underwent intracerebroventricular treatment with kainic acid. The anatomical evaluation of the hippocampus yielded results that indicate a neuroprotective role for prolactin, preferentially located in the CA 3 area. The results of this project provide new insights into the understanding of the neuroprotective role of prolactin, as well as social neuroprotection, such as the one presented within the framework of paternal experience.

Η γονεϊκή εμπειρία επιφέρει νευροπλαστικότητα στον ιππόκαμπο και των δύο φύλων. Στον θηλυκό επίμυ κατά τη διάρκεια του θηλασμού, ο ιππόκαμπος προστατεύεται από διεγερσιμοτοξική βλάβη με καϊνικό οξύ και αυτό το αποτέλεσμα προκαλείται από μηχανισμούς που σχετίζονται με την προλακτίνη (PRL). Η χρόνια θεραπεία με εξωγενή PRL είχε προστατευτική δράση ενάντια στη διεγερσιμοτοξική βλάβη στον ιππόκαμπο του θηλυκού αρουραίου χωρίς αναπαραγωγική εμπειρία. Είναι ακόμη άγνωστο εάν η πατρότητα μπορεί να προσφέρει αντίστοιχη προστασία στα αρσενικά τρωκτικά και εάν η PRL συμμετέχει σε αυτή.Για να αξιολογήσουμε την επίδραση της πατρότητας έναντι των διεγερσιμοτοτοξικών βλαβών, διασταυρώσαμε αρσενικούς με θηλυκούς μύες οι οποίοι συμβίωναν στο ίδιο κλουβί μέχρι την ημέρα του τοκετού (PPD0), οπότε και χωρίστηκαν τυχαία σε δύο ομάδες: (i) την ομάδα εγκυμοσύνης (αρσενικοί μύες, βλάβη με 100 ng/1 μL καϊνικού οξέος ή έκδοχο την PPD1) και (ii) την πατρική ομάδα (αρσενικοί μύες που στεγάζονται με το θηλυκό και τα νεογνά τους μέχρι την PPD8, όταν τους χορηγήθηκε καϊνικό οξύ ενδοεγκεφαλικά μετά την αξιολόγηση της πατρικής συμπεριφοράς). Στην ομάδα ελέγχου, ενήλικοι αρσενικοί μύες χωρίς αναπαραγωγική εμπειρία υπέστησαν διεγερσιμοτοξική βλάβη χωρίς περαιτέρω χειρισμό. Για να εκτιμηθεί εάν η PRL είχε νευροπροστατευτική δράση στον αρσενικό ιππόκαμπο, όπως έχει αποδειχθεί σε θηλυκούς αρουραίους, ενήλικοι αρσενικοί μύες χωρίς αναπαραγωγική εμπειρία ταξινομήθηκαν τυχαία στις ακόλουθες ομάδες: (i) την ομάδα ελέγχου (στεγάζονται ατομικά, χωρίς κανέναν χειρισμό μέχρι την χορήγηση καϊνικού οξέως ή εκδόχου), (ii) η ομάδα που έλαβε χρόνια θεραπεία με φυσιολογικό ορό (ημερήσια έγχυση 100 μl φυσιολογικού ορού για επτά διαδοχικές ημέρες μέχρι την ημέρα της διεγερσιμοτοξικής βλάβης) και (iii) η ομάδα που έλαβε χρόνια θεραπεία με PRL (ημερήσια ένεση 8 μg PRL/100 μl φυσιολογικού ορού, μέχρι την ημέρα πρόκλησης της διεγερσιμοτοτοξικής βλάβης). Και για τα δύο πειραματικά σχέδια, οι δείκτες νευροεκφυλισμού (NeuN, Fluoro-Jade C) και η αστρογλοίωση (GFAP) μετρήθηκαν στις περιοχές CA1, CA3 και CA4 του ραχιαίου ιππόκαμπου.Η περιοχή CA1 δεν υπέστη βλάβη σε καμία από τις ομάδες. Η πατρική ομάδα υπέστη μικρότερου βαθμού νευροεκφυλισμό και αστρογλοίωση στις περιοχές CA3 και CA4 σε σύγκριση με τις άλλες ομάδες, ανεξάρτητα από την έκφραση γονεϊκής συμπεριφοράς. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση των επιπέδων πρωτεΐνης για την PRL, τον υποδοχέα PRL και ενδοκυτταρικές οδούς σηματοδότησης που σχετίζονται με τους PRLRs. Το μονομερές PRL μειώθηκε στον ιππόκαμπο των γονέων την πρώτη εβδομάδα μετά τον τοκετό με παράλληλη αύξηση της διμερισμένης ισομορφής των 48 kDa σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου. Η μακρά ισομορφή του υποδοχέα PRL δεν άλλαξε. Ωστόσο, μια αύξηση στο pAkt, ένα σηματοδοτικό μόριο που συμμετέχει στην κυτταρική επιβίωση, σημειώθηκε στην πατρική ομάδα. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι ο ιππόκαμπος των αρσενικών μυών που στεγάζονται με τη μητέρα και τους απογόνους τους είναι λιγότερο ευαίσθητος σε νευροτοξικές βλάβες από τα ζώα χωρίς αναπαραγωγική εμπειρία.Στην περίπτωση της χρόνιας χορήγησης PRL, οι ανατομικές μετρήσεις στον ιππόκαμπο έδειξαν προστατευτική δράση έναντι διεγερσιμοτοτοξικής βλάβης στην περιοχή CA3 του ιππόκαμπου, όπου η πειραματική ομάδα που έλαβε θεραπεία με PRL είχε χαμηλότερα επίπεδα κυτταρικού θανάτου και χαμηλότερου βαθμού νευροεκφυλισμό σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου και την ομάδα που υποβλήθηκε σε θεραπεία με έκδοχο. Στην περιοχή CA4, τα αποτελέσματα δεν υποδεικνύουν σαφώς καμία προστατευτική επίδραση του PRL, προτείνοντας ότι οι νευροπροστατευτικές δράσεις της PRL δεν είναι ολικές στον ιππόκαμπο του αρσενικού μύ. Επιπλέον, η εξωγενώς χορηγούμενη PRL έχει νευροπροστατευτική δράση στον ιππόκαμπο θηλυκών αρουραίων, υποστηρίζοντας την επίδραση που παρατηρείται σε θηλυκά κατά την περίοδο του θηλασμού. Στόχος αυτής της μελέτης είναι η επαλήθευση της νευροπροστατευτικής δράσης αυτής της ορμόνης στον αρσενικό ιππόκαμπο ως εξωγενής θεραπεία και η διερεύνηση του ρόλου της γονεϊκής εμπειρίας στην προστασία του αρσενικού εγκεφάλου. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, περιγράφεται ότι σχεδόν οι μισοί των CD-1 μυών ανέπτυξαν γονεϊκή συμπεριφορά προς τους απογόνους τους. Οι μύες που αλληλεπίδρασαν με τους απογόνους τους και τη μητέρα τους είχαν χαμηλότερα επίπεδα νευροεκφυλισμού στον ιππόκαμπο μετά από διεγερσιμοτοξική βλάβη σε σύγκριση με τους αρσενικούς μύες με ή χωρίς σεξουαλική εμπειρία. Αυτή η προστασία μπορεί να οφείλεται στην ενεργοποίηση της ενδοκυτταρικής οδού Akt, που σχετίζεται με την κυτταρική επιβίωση, καθώς η πατρική ομάδα είχε υψηλότερα επίπεδα της εν λόγω πρωτεΐνης σε σύγκριση με τις άλλες ομάδες. Όσον αφορά τη νευροπροστατευτική δράση της προλακτίνης, αρσενικοί μύες CD-1 υποβλήθηκαν σε εξωγενή αγωγή με προλακτίνη για επτά διαδοχικές ημέρες και υποβλήθηκαν σε ενδοεγκεφαλοκοιλιακή χορήγηση καϊνικού οξέος. Η ανατομική αξιολόγηση του ιππόκαμπου υποδεικνύει τον νευροπροστατευτικό ρόλο της προλακτίνη, που κατά προτίμηση εντοπίζεται στην περιοχή CA 3. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας παρέχουν νέα στοιχεία για την κατανόηση του νευροπροστατευτικού ρόλου της προλακτίνης, καθώς και της κοινωνικής νευροπροστασίας, όπως αυτή που παρουσιάζεται στο πλαίσιο της πατρικής εμπειρίας.

La experiencia parental impone neuroplasticidad en el hipocampo de ambos hembras y machos. En las ratas lactantes, el hipocampo está protegido contra el daño excitotóxico con ácido kaínico y este efecto está mediado por mecanismos relacionados con la prolactina (PRL). Tratamientos crónicos con PRL exógena tuvieron un efecto protector contra un daño excitotóxico en el hipocapo de la rata hembra vírgen. Todavía se desconoce si la paternidad puede proporcionar tal protección a los roedores machos y si la PRL participa en este efecto. Para evaluar el efecto de la paternidad contra lesiones excitotóxicas, cruzamos ratones macho con hembras que se alojaron en la misma caja hasta el día del parto (PPD0), cuando se asignaron aleatoriamente en dos grupos: (i) el grupo de embarazo (a los machos padres se les administraron 100 ng/1 μL de ácido kaínico o vehículo el PPD1) y (ii) el grupo paternal (machos alojados con la hembra y las crías hasta el PPD8, cuando se les administró ácido kaínico i.c.v. después de la evaluación de la conducta paternal). En el grupo control se asignaron ratones macho adultos vírgenes alojados individualmente que se sometieron a lesión excitotóxica. Para evaluar si la PRL tiene efectos neuroprotectores en el hipocampo de los machos, como se ha visto en ratas hembras, ratones macho vírgenes se asignaron aleatoriamente en los siguientes grupos: (i) el grupo control (ratones macho alojados individualmente,sin ninguna manipulación hasta la administración i.c.v. de ácido kaínico o vehículo), (ii) el grupo tratado de manera crónica con salina (una inyección s.c. Diaria de 100 μl de solución salina por siete días consecutivos hasta el día de la inducción de la lesión excitotóxica), y (iii) el grupo tratado de manera crónica con PRL (una inyección diaria de 8 μg de PRL/100 μl de salina, hasta el día de la inducción de la lesión excitotóxica). Para ambos diseños experimentales se midieron marcadores de neurodegeneración (NeuN, Fluoro-Jade C) y astrogliosis (GFAP) en las áreas CA1, CA3 y CA4 del hipocampo dorsal. El área CA1 no sufrió daño en ninguno de los grupos. El grupo paternal sufrió menor neurodegeneración y astrogliosis en las áreas CA3 y CA4 en comparación con sus respectivos controles, independientemente de la expresión de la conducta parental. Se realizó un análisis de los niveles protéicos para PRL, receptor de PRL y vías de señalización intracelulares relacionadas con los PRLRs. La PRL monomérica se disminuyó en el hipocampo de los padres en la primera semana posparto con un paralelo aumento de una isoforma dimerizada de 48 kDa en comparación con los controles vírgenes. La larga isoforma del receptor de PRL no cambió. Sin embargo, se notó un aumento en la pAkt, una molécula de señalización que participa en la supervivencia celular en el grupo paternal. Estos resultados indican que el hipocampo de los padres alojados con la madre y las crías son menos sensibles a las lesiones neurotóxicas que animales vírgenes. En el caso de los experimentos con administración crónica de PRL, las mediciones anatómicas en el hipocampo arrojaron un efecto protector contra el daño excitotóxico en el área CA3 del hipocampo, dónde el grupo experimental tratado con PRL tuvo menores niveles de muerte celular y menor neurodegeneración en comparación con los grupos control y control tratado con SAL. En el área CA4 los resultados no indican claramente algún efecto protector de la PRL, indicando que las acciones neuroprotectoras de la PRL no son globales en el hipocampo del ratón macho.