Análise de interneurônios gabaérgicos parvalbumina-positivos e calbindina-positivos no córtex pré-frontal medial em modelo animal de autismo induzido por ácido valproico

O transtorno do espectro autista (TEA) é uma desordem do neurodesenvolvimento que possui etiologia desconhecida, caracterizada por déficits de comunicação e de interação social, bem como padrões de comportamento, atividades ou interesses restritos e/ou repetitivos. Um conhecido fator de risco para o desencadeamento do TEA é a exposição pré-natal ao ácido valproico (VPA), o qual é utilizado para gerar características do tipo-autista em modelos animais quando administrado durante a prenhez. O desequilíbrio excitatório/inibitório (E/I) está relacionado com os prejuízos cognitivos, sociais e sensoriais encontrados no TEA, sendo que há evidências importantes da contribuição de sinalização inibitória alterada. Devido ao papelchave dos interneurônios GABAérgicos para a manutenção do balanço E/I e a importância do córtex pré-frontal medial (CPFm) para comportamentos sociais nos roedores, os objetivos deste trabalho foram analisar a quantidade e a proporção dos interneurônios GABAérgicos calbindina-positivos (CB+) e parvalbumina-positivos (PV+) em relação aos neurônios totais NeuN+ nas camadas superficiais e profundas das três regiões do CPFm: córtex cingulado anterior (aCC) e áreas pré-límbica (PrL) e infralímbica (IL). Ratas Wistar prenhes foram aleatoriamente divididas em dois grupos experimentais: Controle e VPA. No dia embrionário 12,5, salina ou VPA (600 mg/kg, i.p.) foram administrados para os grupos Controle e VPA, respectivamente. No dia pós-natal 30, o encéfalo de ratos machos da prole (n= 3-5 em ninhadas) foi removido para realização da técnica de imunofluorescência e posterior análise em microscópio confocal (CEUA-UFRGS #140367). No CPFm como um todo, o grupo VPA apresentou um aumento no número de neurônios totais NeuN+ (p=0,0086). Já na análise das sub-regiões, observou-se diminuição do número de CB+ (p=0,0278) nas camadas profundas do aCC e na proporção destes interneurônios (p=0,0255) em relação aos neurônios totais nas camadas superficiais de PrL e de IL (p=0,0173). Já em relação aos PV+, houve aumento do número (p=0,0369) e na proporção (p=0,0044) destas células nas camadas superficiais de PrL e aumento do número nas camadas profundas (p=0,0245) de PrL. Interessantemente, houve diminuição da proporção de PV+ nas camadas superficiais (p=0,0003) e profundas (p=0,0460) do aCC e nas camadas superficiais de IL (p=0,0169). Os achados sugerem que a exposição prénatal ao VPA possa estar relacionada com alterações no processo de migração dos interneurônios em direção a áreas corticais, uma vez que a composição de todos os resultados nos permitiu observar diferentes padrões de alterações específicas nas sub-regiões. Além disso, a alteração em neurônios totais NeuN+ - os quais são majoritariamente representados por neurônios piramidais - poderia demonstrar o papel do componente excitatório nesse contexto. A exposição pré-natal ao VPA conduziu a alterações pós-natais importantes no CPFm, tanto no número quanto na distribuição de interneurônios, sugerindo uma possível relação com os prejuízos sociais já observados no modelo. Estes dados contribuem para elucidar elementoschave relacionados com alterações neurais observadas no TEA, bem como na compreensão de vias envolvidas no desequilíbrio E/I.Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder with unknown etiology, characterized by deficits in social interaction and social communication, as well as patterns of restricted and/or repetitive behaviors, activities or interests. An established environmental risk factor for ASD is the prenatal exposure to valproic acid (VPA). Based on this observation, VPA in commonly used to generate autistic-like behaviors in animal models when administered during pregnancy. Excitatory/inhibitory (E/I) imbalance is related to social, cognitive and sensory impairments found in ASD and there are strong evidences of an altered inhibitory signaling contribution. Given the key role of GABAergic interneurons for the maintenance of E/I balance and, since medial prefrontal cortex (mPFC) is pivotal to social behaviors in rodents, we aimed to evaluate quantity and proportion of calbindin-positive (CB+) and parvalbuminpositive (PV+) interneurons (both GABAergic ones) on upper and deeper layers of anterior cingulate cortex (aCC) and prelimbic (PrL) and infralimbic (IL) areas, all three mPFC subregions. Pregnant Wistar rats were randomly divided into two experimental groups: Control and VPA. At embryonic day 12.5, saline or VPA (600 mg/kg, i.p.) were administered to Control and VPA group, respectively. At postnatal day 30, brain of offspring male rats (n=3-5 in litters) was removed in order to perform imunofluorescence technique and subsequent confocal microscopy analysis (CEUA-UFRGS #140367). When analyzing the whole mPFC, VPA group presented an increase in the number of total neurons NeuN+ (p= 0.0086). In subregion analysis, it was observed a decrease in the number of CB+ (p= 0.0278) at deeper layers of aCC and also in the proportion of these interneurons (p=0.0255) into total neurons scenario at upper layers of PrL and IL areas (p= 0.0173). PV+ analysis revealed an increase in number (p= 0.0369) and proportion (p= 0.0044) of these cells at upper layers of PrL, as well as an increase in the number at deeper layers of PrL (p= 0.0245). Interestingly, there was a decrease in PV+ proportion within total neurons scenario at upper (p=0.0003) and deeper layers (p= 0.0460) of aCC, as well as upper layers of IL (p= 0.0169). Taken together, these results suggest that prenatal exposure to VPA may be related to alterations of interneuron migratory process towards cortical areas, once the composition of all results allowed us to observe different patterns of specific alterations in the subregions. Besides, the alteration in the number of total neurons NeuN+, which are mostly represented by pyramidal ones, could also demonstrate the role of excitatory component in this context. Prenatal exposure to VPA led to important postnatal changes in mPFC, in both neuronal number and distribution, suggesting possible correlation with the social impairments observed in the model. These data contribute to elucidate key elements related to neural changes observed in ASD, as well as to the understanding of pathways involved in E/I imbalance

Vulnerabilidade seletiva do sistema gabaérgico na doença de Alzheimer

Disfunções colinérgicas e glutamatérgicas têm sido amplamente descritas na doença de Alzheimer. Entretanto, o papel de outros sistemas de neurotransmissores, como o GABAérgico, permanece pouco entendido. De fato, estudos avaliando a neurotransmissão GABAérgica em pacientes com doença de Alzheimer têm resultados contraditórios. Por isso, é necessário um consenso na literatura a respeito do sistema GABAérgico nessa doença. O objetivo da presente dissertação foi avaliar se o sistema GABAérgico está alterado em pacientes com doença de Alzheimer. Nós realizamos uma revisão sistemática com meta-análise de acordo com o guia do PRISMA 2020 (PROSPERO #CRD42021264148). Nós buscamos nas bases de dados PubMed e Web of Science por estudos que reportassem de forma quantitativa e/ou semi-quantitativa o neurotransmissor, os transportadores, os receptores e as enzimas de síntese do sistema GABAérgico. Os participantes incluídos foram pacientes com doença de Alzheimer e indivíduos cognitivamente saudáveis. A medida de efeito foi determinada por meio da diferença média padronizada usando o método de Hedge com efeitos aleatórios. A porcentagem de heterogeneidade entre os estudos foi estimada com o teste I2. Os resultados estão apresentados como diferença média padronizada [95% intervalo de confiança], valor de p ajustado, I2 %. A busca identificou 3.223 artigos. Dentre eles, 48 se enquadraram nos critérios de inclusão (um total de 606 pacientes com doença de Alzheimer, média de idade de 75,6 anos, e 521 indivíduos cognitivamente saudáveis, média de idade de 72,2 anos). Os níveis de GABA estavam diminuídos no cerebelo (-1,21 [-1,83; -0,59], p < 0,001; 0%) e córtex temporal (-0,84 [-1,17; - 0,5], p < 0,001; 0%), mas não no sangue (-0,64 [-1,39; 0,11], p = 0,28; 64,2%) e líquor (-0,42 [-0,74; -0,1], p = 0,06; 0%); além disso, a disponibilidade do receptor GABAA estava diminuída no córtex temporal (-0,75 [-1,12; -0,38], p < 0,001; 0%). Nós identificamos níveis diminuídos da subunidade α2 (-1,55 [-2,6; -0,5], p = 0,03; 17,9%), α3 (-1,54 [-2,48, -0,61], p = 0,01; 0%), α5 (-1,99 [-3; -0,98], p < 0,001; 0%) e β2 (-1,63 [-2,59; -0,66], p = 0,01; 1,2%) no giro temporal. GAD65 (-1,44 [-2,4; -0,49], p = 0,02; 26,6%) e os transportadores de GABA (-1,82 [-2,69; - 0,95], p < 0,001; 0%) estavam diminuídos no cerebelo e no córtex parietal, respectivamente. Nós encontramos uma diminuição dos componentes do sistema GABAérgico somente em determinadas regiões encefálicas dos pacientes com doença de Alzheimer, sugerindo uma vulnerabilidade GABAérgica região-específica, mas um funcionamento relativamente conservado da neurotransmissão GABAérgica.Cholinergic and glutamatergic dysfunctions have been widely described in Alzheimer’s disease. However, the role of other neurotransmitter systems, such as the GABAergic, remains poorly understood. In fact, studies evaluating the GABAergic neurotransmission in Alzheimer’s disease patients have provided contradictory results. Thus, there is a need for a consensus in the literature regarding the GABAergic system in Alzheimer’s disease. We aimed at examining whether the GABAergic system is altered in Alzheimer’s disease patients. We systematically reviewed and meta-analysed the literature following the PRISMA 2020 guidelines (PROSPERO #CRD42021264148). We searched in the PubMed and Web of Science databases for studies reporting quantitative and/or semi-quantitative data of GABAergic neurotransmitter, transporters, receptors, and synthesis enzymes. The participants included were Alzheimer’s disease patients and age-matched cognitively unimpaired individuals. The effect sizes were determined via the standardised mean difference using Hedge’s g method with random effects. The percentage of heterogeneity between studies was estimated with I2 test. Data are presented as standardised mean difference [95% confidence interval], adjusted pvalue, I2 %. The search identified 3,223 articles. Forty-eight records met the inclusion criteria (a total of 606 Alzheimer’s disease patients, mean age 75.6, and 521 cognitively unimpaired individuals, mean age 72.2). GABA levels were decreased in the cerebellum (-1.21 [-1.83; - 0.59], p < 0.001; 0%) and temporal cortex (-0.84 [-1.17; -0.5], p < 0.001; 0%), but not in the blood (-0.64 [-1.39; 0.11], p = 0.28; 64.2%) and cerebrospinal fluid (-0.42 [-0.74; -0.1], p = 0.06; 0%); in addition, GABAA receptor availability was decreased in the temporal cortex (- 0.75 [-1.12; -0.38], p < 0.001; 0%). We identified diminished levels of GABAA receptor α2 (- 1.55 [-2.6; -0.5], p = 0.03; 17.9%), α3 (-1.54, [-2.48; -0.61], p = 0.01; 0%), α5 (-1.99 [-3; -0.98], p < 0.001; 0%), and β2 (-1.63 [-2.59; -0.66], p = 0.01; 1.2%) subunits in the temporal gyrus. GAD65 (-1.44 [-2.4; -0.49], p = 0.02; 26.6%) and GABA transporters (-1.82 [-2.69; -0.95], p < 0.001; 0%) were diminished in the cerebellum and parietal cortex, respectively. We found a decrease of GABAergic system components only in a few brain regions of Alzheimer’s disease patients, suggesting a region-specific GABAergic vulnerability, but a relatively conserved functioning of GABAergic neurotransmission in Alzheimer’s disease

Resveratrol prevents cytoarchitectural and interneuronal alterations in the valproic acid rat model of autism

Autism spectrum disorder (ASD) is a prevalent neurodevelopmental disorder characterized by several alterations, including disorganized brain cytoarchitecture and excitatory/inhibitory (E/I) imbalance. We aimed to analyze aspects associated with the inhibitory components in ASD, using bioinformatics to develop notions about embryonic life and tissue analysis for postnatal life. We analyzed microarray and RNAseq datasets of embryos from different ASD models, demonstrating that regions involved in neuronal development are affected. We evaluated the effect of prenatal treatment with resveratrol (RSV) on the neuronal organization and quantity of parvalbumin-positive (PV+), somatostatin-positive (SOM+), and calbindin-positive (CB+) GABAergic interneurons, besides the levels of synaptic proteins and GABA receptors in the medial prefrontal cortex (mPFC) and hippocampus (HC) of the ASD model induced by valproic acid (VPA). VPA increased the total number of neurons in the mPFC, while it reduced the number of SOM+ neurons, as well as the proportion of SOM+, PV+, and CB+ neurons (subregion-specific manner), with preventive effects of RSV. In summary, metabolic alterations or gene expression impairments could be induced by VPA, leading to extensive damage in the late developmental stages. By contrast, due to its antioxidant, neuroprotective, and opposite action on histone properties, RSV may avoid damages induced by VPA

Effects of single-dose antipurinergic therapy on behavioral and molecular alterations in the valproic acid-induced animal model of autism

Autism spectrum disorder (ASD) is characterized by deficits in communication and social interaction, restricted interests, and stereotyped behavior. Environmental factors, such as prenatal exposure to valproic acid (VPA), may contribute to the increased risk of ASD. Since disturbed functioning of the purinergic system has been associated with the onset of ASD and used as a potential therapeutic target for ASD in both clinical and preclinical studies, we analyzed the effects of suramin, a non-selective purinergic antagonist, on behavioral, molecular and immunological in an animal model of autism induced by prenatal exposure to VPA. Treatment with suramin (20 mg/kg, intraperitoneal) restored sociability in the three-chamber apparatus and decreased anxiety measured by elevated plus maze apparatus, but had no impact on decreased reciprocal social interactions or higher nociceptive threshold in VPA rats. Suramin treatment had no impact on VPA-induced upregulation of P2X4 and P2Y2 in hippocampus, and P2X4 in medial prefrontal cortex, but normalized an increased level of interleukin 6 (IL-6). Our results suggest an important role of purinergic modulation in behavioral, molecular, and immunological aberrations described in VPA model, and suggest that purinergic system might be a potential target for pharmacotherapy in preclinical studies of ASD