Οι πρώιμες εμπειρίες θεωρούνται κύριοι παράγοντες στη διαμόρφωση της
συμπεριφοράς και της λειτουργίας του εγκεφάλου των ενηλίκων. Τα αρνητικά
γεγονότα που μπορεί να βιώσει το νεογνό έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην
ανάπτυξη αρκετών περιοχών του εγκεφάλου, όπως ο προμετωπιαίος φλοιός και ο
ιππόκαμπος, δημιουργώντας στα άτομα αυτά μια προδιάθεση για μη προσαρμοστικές ή
και ψυχοπαθολογικές συμπεριφορές. Αρκετές μελέτες στον κλάδο της νευροεπιστήμης
αναδεικνύουν τις επιγενετικές τροποποιήσεις που πραγματοποιούνται στο γονιδίωμα
ως την οδό για τον προγραμματισμό των παραπάνω συμπεριφορών. Στην παρούσα
μελέτη χρησιμοποιήσαμε το ζωικό μοντέλο νεογνικής εκπαίδευσης σε λαβύρινθο
σχήματος Τ υπό συνθήκες ανταμοιβής (επαφή με τη μητέρα) ή ματαίωσης της
συγκεκριμένης ανταμοιβής, προκειμένου να μελετήσουμε τις, επαγόμενες από τις
δύο αυτές νεογνικές εμπειρίες, επιγενετικές τροποποιήσεις στη χρωματίνη
κυττάρων του ενήλικου εγκεφάλου. Όταν τα ζώα αυτά ενηλικιώθηκαν εκτέθηκαν στη
δοκιμασία μετατόπισης προσοχής (ASST), το ανάλογο της δοκιμασίας ταξινόμησης
καρτών (WCST) σε ανθρώπους που χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της λειτουργίας
του προμετωπιαίου φλοιού. Στη συνέχεια προσδιορίστηκε ο αριθμός των
ανοσοθετικών κυττάρων για τη φωσφοακετυλιωμένη ιστόνη Η3 (PAcH3). Επίσης έγινε
διπλός ανοσοφθορισμός για την PAcH3 και το δείκτη νευρωνικής ενεργοποίησης
c-Fos, ώστε να διερευνηθεί η εμπλοκή της συγκεκριμένης επιγενετικής τροποποίηση
στην επαγωγή του γονιδίου c-fos. Τέλος, σε διαφορετική κοόρτη ζώων, που δεν
είχαν εκτεθεί ως ενήλικα στη δοκιμασία ASST, μελετήθηκε η δομή και η έκταση των
δενδριτικών πεδίων με χρώση κατά Golgi.
Τα αποτελέσματα μας έδειξαν ότι τα ενήλικα ματαιωμένα ζώα είχαν
χαμηλότερη ενεργοποίηση της χρωματίνης, όπως αυτό φαίνεται από το μειωμένο
αριθμό PAcH3 θετικών κυττάρων στον έσω κογχομετωπιαίο φλοιό . Αντίστοιχα, τα
επίπεδα του παράγοντα c-Fοs μετά τη δοκιμασία ASST ήταν επίσης χαμηλότερα στην
περιοχή αυτή, και μάλιστα παρατηρήθηκε συνεντοπισμός του παράγοντα c-Fos και
της PAcH3, καθώς όλα τα κύτταρα που εξέφραζαν τον c-Fos ήταν ανοσοθετικά και
για την PAcH3, ενισχύοντας την άποψη ότι απαιτούνται οι συγκεκριμένες
τροποποιήσεις στην ιστόνη 3 για να ενεργοποιηθεί το γονίδιο c-fos μετά από
κάποιο ερέθισμα. Επιπλέον, ο έσω κογχομετωπιαίος φλοιός των ματαιωμένων ζώων
είχε διαφορετική κυτταροαρχιτεκτονική δομή σε σχέση με αυτόν των ζώων ελέγχου
με μεγαλύτερη έκταση δενδριτικού πεδίου, όπως φάνηκε μετά από χρώση Golgi.
Αντίθετα από τον έσω κογχομετωπιαίο φλοιό, στην CA1 περιοχή του ιππόκαμπου, ο
αριθμός των ανοσοθετικών κυττάρων για την PAcH3 ήταν αυξημένα στα ματαιωμένα
ζώα, εύρημα που έρχεται σε συμφωνία με παλαιότερα ευρήματα σύμφωνα με τα οποία
τα επίπεδα του φωσφορυλιωμένου μεταγραφικού παράγοντα CREB ήταν αυξημένα,
ειδικά στη συγκεκριμένη περιοχή του ιππόκαμπου μετά από εκπαίδευση στον υδάτινο
λαβύρινθο κατά Morris. Επίσης, στην CA1 η έκταση των δενδριτικών πεδίων ήταν
μειωμένη σε σχέση με τα ζώα ελέγχου. Είναι λοιπόν πιθανό, η αυξημένη
ενεργοποίηση της χρωματίνης να οδηγεί σε μείωση της έκτασης των δενδριτικών
πεδίων, επιτρέποντας τη διατήρηση μόνο των λειτουργικών, ώριμων συνάψεων.
Φαίνεται ότι η συγκεκριμένη νεογνική εμπειρία της εκπαίδευσης υπό
συνεχόμενη ματαίωση έχει μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στον προμετωπιαίο φλοιό και
στον ιππόκαμπο σε μοριακό, δομικό και λειτουργικό επίπεδο, υποστηρίζοντας τη
θεώρηση ότι οι πρώιμες εμπειρίες μπορούν να προγραμματίσουν με πολύ ειδικό
τρόπο τη λειτουργία του εγκεφάλου των ενηλίκων και επομένως και τη συμπεριφορά
τους.
(EL)
Early life experiences are considered as major determinants of adult behavior
and brain function. Adverse events have a profound impact on the development of
brain areas such as the prefrontal cortex and the hippocampus and predispose
individuals for maladaptive reactions and even psychopathology. Work in the
field of developmental neuroscience provided compelling data that epigenetic
modifications of the genome may underlie aspects of this process. We utilized
the animal model of neonatal training in a T-maze under conditions of reward
through maternal contact or denial of this expected reward (DER) to investigate
the neonatal experience-induced epigenetic changes of chromatin in neuronal
cells in the adult brain. As adults, these animals were exposed to the
Attention Set Shift Task (ASST), a rat analogue of the Wisconsin Card Shorting
Test for humans (WCT), a task generally used to estimate prefrontal cortex
function. Following ASST, we estimated immunohistochemically the levels of
phospho-acetylated Histone 3 (PAcH3) positive cells. Moreover, we determined
the co-localization of c-Fos and PAcH3 by double immunofluorescent labeling, in
order to investigate the contribution of the specific epigenetic modification
on c-fos activation. In a different cohort of animals, not exposed to the ASST,
we determined the structure and extent of the dendritic branching using the
Golgi stain.
Adult DER rats had lower chromatin activation in the medial orbitofrontal
cortex as shown by the lower number of PAcH3 immunopositive cells. Likewise,
c-fos levels were also lower in this specific area, following ASST and indeed
there was co-localization of c-Fos and PAcH3 – all c-Fos immunopositive cells
were also PAcH3 positive- confirming that phospho-acetylation of H3 is
necessary for c-fos activation following a stimulus. In addition, the dendritic
morphology was altered in the animals denied the expected reward as neonates,
with aberrant dendritic arborizations, as revealed by Golgi staining.
Contrary to the medial orbitofrontal cortex, PAcH3 levels in the CA1 area of
the hippocampus were elevated in DER animals. This result is in accordance with
our previously reported finding that pCREB levels were higher in the CA1 area
of DER animals following exposure to the Morris water maze task. Moreover, in
the CA1 the dendritic tree was reduced in the DER animals. Hence, it is
possible that the higher levels of activated chromatin could allow a decrease
in dendritic branching, enabling the maintenance of only functional mature
synapses.
Our findings that the neonatal experience of learning under conditions
of denial of the expected reward of maternal contact had long-term effects on
the prefrontal cortex and the hippocampus at the molecular, structural and
functional levels, support the concept that early-life experiences can program
in an experience-specific way, adult brain function and thus behavior.
(EN)
