Stress bij adolescenten verandert de genen in de hersenen en beïnvloedt het gedrag van volwassenen

By | January 30, 2024

Samenvatting: Een nieuwe studie toont aan dat overmatige stress tijdens de adolescentie kan leiden tot permanente veranderingen in de genexpressie in de hersenen, vooral die welke verband houden met bio-energetische functies.

Dit onderzoek suggereert dat dergelijke veranderingen de cellulaire ademhaling kunnen verstoren en tot gedragsproblemen en psychiatrische stoornissen op volwassen leeftijd kunnen leiden. Met behulp van een rattenmodel toonde het onderzoek aan dat gestresste adolescente ratten angst, verminderde gezelligheid en cognitieve stoornissen vertoonden, die verband hielden met veranderingen in genen die de mitochondriale functie in de prefrontale cortex controleren.

Deze resultaten benadrukken de kritische invloed van stress bij adolescenten op de hersenfunctie en het gedrag van volwassenen.

Belangrijke feiten:

  1. Stress tijdens de adolescentie kan leiden tot permanente veranderingen in de genexpressie in de hersenen, met name van invloed op de mitochondriale ademhaling, die cruciaal is voor de neuronale functie.
  2. Gedragsstudies bij ratten die werden blootgesteld aan stress bij adolescenten lieten significante beperkingen zien op het gebied van angst, gezelligheid en cognitie.
  3. De studie vond specifieke genveranderingen in de prefrontale cortex van gestresste ratten die verband houden met oxidatieve stress en mitochondriale functie.

Bron: FAPESP

Overmatige stress tijdens de adolescentie kan leiden tot veranderingen in het profiel van genen die tot expressie komen in de hersenen, met name die welke verband houden met bio-energetische functies.

Volgens een onderzoek bij ratten, uitgevoerd door onderzoekers van de Ribeirão Preto Medical School (FMRP-USP) van de Universiteit van São Paulo in Brazilië, kunnen deze veranderingen de cellulaire ademhaling beïnvloeden en leiden tot gedragsproblemen en psychiatrische stoornissen op volwassen leeftijd.

De resultaten worden gerapporteerd in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Translationele psychiatrie.

Het is geen geheim dat er veel veranderingen plaatsvinden in ons lichaam en gedrag tijdens de adolescentie, wanneer de hersenen structurele en functionele veranderingen ondergaan, beïnvloed door zowel neurobiologische als sociale factoren.

“Net als het menselijk brein zijn de hersenen van een groeiende rat erg plastisch. Deze plasticiteit is duidelijk zichtbaar op moleculair niveau en in gedrag. Veranderingen in de expressieprofielen van specifieke genen in verschillende hersengebieden leiden tot veranderingen in de connectiviteit van hersencellen die zich systemisch verspreiden en kunnen leiden tot aanhoudende veranderingen in de volwassenheid die correleren met psychiatrische stoornissen”, aldus Thamyris Santos-Silva, eerste auteur van het artikel. Ten tijde van het onderzoek was ze doctoraalstudente in de farmacologie aan FMRP-USP.

“De adolescentie is een kritieke periode voor de plasticiteit van de hersenen, die aanzienlijk wordt beïnvloed door sociale ervaringen”, zegt Felipe Villela Gomes, laatste auteur van het artikel en professor aan de afdeling Farmacologie van FMRP-USP.

“Gedurende deze tijd neemt de kwetsbaarheid voor negatieve sociale en omgevingsfactoren zoals trauma, beledigingen en misbruik toe, en kunnen sociale ervaringen de kwetsbaarheid en veerkracht tegen stress beïnvloeden.”

De prefrontale cortex is een hersengebied dat tijdens de adolescentie extreem kwetsbaar is voor stress. Naarmate het ouder wordt, is het van cruciaal belang om de cognitieve controle over emoties die normaal gesproken op volwassen leeftijd worden waargenomen, te verbeteren. Bij ratten die tijdens de adolescentie aan stress werden blootgesteld, vertoonde dit gebied een lagere expressie van genen die een sleutelrol spelen bij de mitochondriale ademhaling.

Mitochondria zijn organellen die voorkomen in de meeste cellen van mensen en ratten, evenals in vele andere levende organismen. Door cellulaire ademhaling zijn ze de belangrijkste bron van chemische energie voor het functioneren van neuronen, een van de belangrijkste typen hersencellen. Ze helpen daarom bij het reguleren van sociaal gedrag, inclusief reacties op stress.

Het FAPESP-ondersteunde onderzoek begon met het analyseren van gedragsreacties op stress, zoals angst, sociale interactie en cognitie, bij ratten in hun late tienerjaren. Dieren werden gedurende tien opeenvolgende dagen blootgesteld aan een stressprotocol, wat samenviel met een intense periode van hersenplasticiteit. Vervolgens werden ze onderworpen aan specifieke tests om hun gedrag te beoordelen. De resultaten lieten in alle gevallen duidelijke beperkingen zien.

“We ontdekten dat gestreste dieren in deze levensfase een aanzienlijk slecht gedragsprofiel vertoonden, met angstgevoelens, verminderde gezelligheid en een verminderde cognitieve functie”, aldus Gomes.

Om erachter te komen of deze variaties worden weerspiegeld in genexpressie, stuurden de onderzoekers RNA-monsters naar het Behavioral Genetics Laboratory van het Brain Mind Institute (BMI) van het Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL). Het laboratorium wordt geleid door Carmen Sandi, hoogleraar neurowetenschappen.

Om genexpressie in de hersenen van de ratten te bestuderen, heeft het laboratorium het boodschapper-RNA gesequenced en de resultaten geanalyseerd met behulp van bio-informatica-instrumenten. Dit deel van het onderzoek werd gefinancierd onder een gezamenlijk institutioneel internationaliseringsprogramma, uitgevoerd door USP en CAPES, de Coördinatie van het Ministerie van Onderwijs voor de Verbetering van de Beroepsbevolking in het Hoger Onderwijs (Print USP/CAPES).

“De analyse toonde veranderingen aan in de genen van de prefrontale cortex bij de gestreste dieren. Van de tien meest getroffen genen waren er verschillende gekoppeld aan signaalroutes die verband houden met oxidatieve stress en de mitochondriale functie, een belangrijke cellulaire component van de energieproductie voor de hersenen”, aldus Gomes.

Ook het zuurstofverbruik van de mitochondriën in de hersenen van deze dieren werd beïnvloed door stress.

“We hebben nu verschillende soorten bewijsmateriaal dat wijst op het belang van de mitochondriale functie in dit gedragsprofiel”, zei Gomes.

Volgende stappen

Vervolgens gaan de onderzoekers onderzoeken of dit gedragsprofiel als basis kan dienen voor het voorspellen van iemands stressreactie en in hoeverre dit daadwerkelijk leidt tot het ontstaan ​​van psychiatrische stoornissen.

“Een andere manier om het onderzoek vooruit te helpen zou zijn door ons te concentreren op genetische veranderingen en door tests uit te voeren om erachter te komen wat er gebeurt als de genexpressie afneemt of verbetert. Dit zou verder bewijs kunnen leveren van de verbanden tussen stress en de veranderingen in kwestie en zelfs manieren kunnen suggereren om deze te bestrijden”, aldus Gomes.

Over dit nieuws uit stress-, genetica- en gedragsonderzoek

Auteur: Heloisa Reinert
Bron: FAPESP
Contact: Heloisa Reinert – FAPESP
Afbeelding: De afbeelding is afkomstig van Neuroscience News

Originele onderzoek: Vrije toegang.
“Transcriptomische analyse onthult mitochondriale routes geassocieerd met verschillende gedragsfenotypes en stressreacties bij adolescenten” door Thamyris Santos-Silva et al. Translationele psychiatrie


Abstract

Transcriptomische analyse onthult mitochondriale routes die geassocieerd zijn met verschillende gedragsfenotypes en stressreacties bij adolescenten

Adolescenten vertonen een grote variabiliteit in corticale dynamiek en gedragsresultaten. Het zich ontwikkelende brein van adolescenten is zeer gevoelig voor sociale ervaringen en omgevingsinvloeden en beïnvloedt het ontstaan ​​van persoonlijkheidskenmerken.

Een duidelijk patroon van mitochondriale genexpressie in de prefrontale cortex (PFC) tijdens de adolescentie benadrukt de essentiële rol van mitochondriën bij de rijping van de hersenen en de ontwikkeling van psychische aandoeningen.

Mitochondriale kenmerken in specifieke hersengebieden zijn verantwoordelijk voor gedragsverschillen op volwassen leeftijd. Het blijft echter onduidelijk of verschillende gedragsfenotypen bij adolescenten en de gedragsconsequenties van blootstelling aan stress in de vroege adolescentie geassocieerd zijn met veranderingen in PFC-mitochondriale genen en de capaciteit van de mitochondriale ademhalingsketen bij ratten.

We voerden gedragskarakterisering uit tijdens de late adolescentie (postnatale dag, PND 47-50), inclusief naïeve dieren en een groep blootgesteld aan stress van PND 31-40 (10 dagen footshock en 3 dwangsessies), met behulp van z-genormaliseerde gegevens uit drie gedragsdomeinen : angst (licht-donker-box-tests), gezelligheid (sociale interactie-test) en cognitie (test voor het herkennen van nieuwe objecten).

Met behulp van hoofdcomponentenanalyse hebben we drie clusters geïdentificeerd: naïef met een hogere gedragsmatige Z-score (HBZ), naïef met een lagere gedragsmatige Z-score (LBZ) en gestreste dieren. Genoombrede transcriptionele profilering onthulde verschillen in de expressie van mitochondria-gerelateerde genen bij zowel naïeve LBZ als gestresste dieren vergeleken met naïeve HBZ.

Genen die coderen voor subeenheden van oxidatieve fosforylatiecomplexen waren significant gedownreguleerd in zowel naïeve LBZ- als gestreste dieren en waren positief gecorreleerd met de gedragsmatige z-score van de fenotypes. Onze netwerktopologieanalyse van met mitochondriën geassocieerde genen onthuld Ndufa10 En Cox6a1 Genen als centrale identificatiemiddelen voor naïeve LBZ of gestreste dieren.

Met behulp van respirometrieanalyse met hoge resolutie ontdekten we dat zowel naïeve LBZ als gestreste dieren een verminderd prefrontaal fosforyleringsvermogen en redox-ontregeling vertoonden.

Onze resultaten tonen een verband aan tussen mitochondriale kenmerken en verschillende gedragsfenotypes bij adolescenten, terwijl ze de schadelijke functionele gevolgen van stress bij adolescenten op de PFC benadrukken.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *