Tonårsstress förändrar hjärnans gener, påverkar vuxnas beteende

By | January 29, 2024

Sammanfattning: En ny studie avslöjar att överdriven stress under tonåren kan leda till bestående förändringar i hjärnans genuttryck, särskilt de som är relaterade till bioenergetiska funktioner.

Denna forskning indikerar att sådana förändringar kan förändra cellandningen och bidra till beteendeproblem och psykiatriska störningar i vuxen ålder. Med hjälp av en råttmodell visade studien att stressade tonårsråttor uppvisade ångest, minskad sällskaplighet och kognitiva försämringar, relaterade till förändringar i gener som styr mitokondriell funktion i den prefrontala cortex.

Dessa fynd understryker den kritiska effekten av ungdomsstress på vuxnas hjärnfunktion och beteende.

Nyckelfakta:

  1. Stress i tonåren kan orsaka bestående förändringar i hjärnans genuttryck, särskilt påverkar mitokondriell andning, avgörande för neuronal funktion.
  2. Beteendebedömningar hos råttor som exponerats för ungdomsstress visade markanta brister i ångest, sällskaplighet och kognition.
  3. Studien fann specifika genetiska förändringar i prefrontala cortex hos stressade råttor, associerade med oxidativ stress och mitokondriell funktion.

Fontän: FAPESP

Överdriven stress under tonåren kan orsaka förändringar i profilen för gener som uttrycks i hjärnan, särskilt de som är associerade med bioenergetiska funktioner.

Dessa förändringar kan påverka cellandningen, vilket resulterar i beteendeproblem och psykiatriska störningar i vuxen ålder, enligt en studie på råttor utförd av forskare från Medicinska fakulteten i Ribeirão Preto (FMRP-USP) vid universitetet i São Paulo, i Brasilien.

Resultaten är samlade i en artikel publicerad i tidskriften Translationell psykiatri.

Det är ingen hemlighet att många förändringar sker i vår kropp och beteende under tonåren när hjärnan genomgår strukturella och funktionella förändringar formade av både neurobiologiska och sociala faktorer.

“Precis som den mänskliga hjärnan är hjärnan på en tonårsråtta väldigt plastisk. Denna plasticitet ses på molekylär nivå och i beteendemässiga termer. “Förändringar i uttrycksprofilerna för specifika gener i olika hjärnregioner leder till förändringar i hjärncellernas anslutningsmöjligheter, som sprider sig systemiskt och kan producera ihållande förändringar i vuxen ålder som korrelerar med psykiatriska störningar”, säger Thamyris Santos. -Silva, första författare till artikeln. Vid tidpunkten för studien var hon doktorand i farmakologi vid FMRP-USP.

“Tonåren är en kritisk period för hjärnans plasticitet, som i hög grad påverkas av sociala erfarenheter”, tillägger Felipe Villela Gomes, sista författare till artikeln och professor vid institutionen för farmakologi vid FMRP-USP.

“Mottagligheten för negativa sociala och miljömässiga faktorer, såsom trauma, förolämpningar och övergrepp, ökar under denna period, och social erfarenhet kan påverka sårbarhet och motståndskraft mot stress.”

Den prefrontala cortexen är en hjärnregion som är extremt känslig för stress under tonåren. När du mognar är det avgörande att förbättra den kognitiva kontrollen av känslor som normalt ses i vuxen ålder. Hos råttor som utsattes för stress under tonåren visade denna region lägre nivåer av uttryck av gener som spelar en nyckelroll i mitokondriell andning.

Mitokondrier är organeller som finns i de flesta celler hos människor och råttor, såväl som många andra levande organismer. Genom cellulär andning är de den huvudsakliga källan till kemisk energi för nervcellers funktion, en av huvudtyperna av hjärnceller. Därför hjälper de till att reglera socialt beteende, inklusive reaktionen på stress.

Studien, som stöddes av FAPESP, började med att analysera beteendemässiga reaktioner på stress, såsom ångest, social interaktion och kognition, hos sena tonårsråttor. Djuren exponerades för ett stressprotokoll under tio dagar i följd som sammanföll med en intensiv period av hjärnans plasticitet. De utsattes sedan för specifika tester för att utvärdera deras beteende och resultaten visade olika försämring i varje fall.

“Vi fann att djur som var stressade i detta skede av livet visade en markant dålig beteendeprofil, med ångest, minskad sällskaplighet och nedsatt kognitiv funktion,” sa Gomes.

För att ta reda på om dessa variationer återspeglades i genuttryck skickade forskarna RNA-prover till Behavioral Genetics Laboratory vid Brain Mind Institute (BMI) vid Swiss Federal Institute of Technology i Lausanne (EPFL). Laboratoriet leds av Carmen Sandi, professor i neurovetenskap.

För att undersöka genuttryck i råtthjärnorna sekvenserade labbet budbärar-RNA och analyserade resultaten med hjälp av bioinformatiska verktyg. Denna del av studien finansierades av ett gemensamt institutionellt internationaliseringsprogram genomfört av USP och CAPES, samordning för förbättring av högre utbildningspersonal vid utbildningsministeriet (PrInt USP/CAPES).

– Analysen visade förändringar i generna i den prefrontala cortex hos de stressade djuren. Bland de tio mest påverkade generna var flera associerade med vägar relaterade till oxidativ stress och mitokondriell funktion, en viktig cellulär komponent i energiproduktion för hjärnan, säger Gomes.

Man fann också att syreförbrukningen av mitokondrierna i dessa djurs hjärnor påverkas av stress.

“Vi har nu bevis av flera slag som pekar på vikten av mitokondriell funktion i denna beteendeprofil,” sa Gomes.

Nästa steg

Forskarnas nästa steg kommer att omfatta att undersöka om denna beteendeprofil kan fungera som en grund för att förutsäga en individs reaktion på stress och i vilken utsträckning detta faktiskt leder till utveckling av psykiatriska störningar.

“Ett annat sätt att avancera studien skulle vara att fokusera på genetiska förändringar, utföra tester för att ta reda på vad som händer när genuttrycket minskar eller förbättras. “Detta kan ge mer bevis på sambanden mellan stress och sjukdomarna i fråga, och till och med peka ut sätt att bekämpa dem,” sa Gomes.

Om denna forskningsnyhet om stress, genetik och beteende

Författare: Heloisa Reinert
Fontän: FAPESP
Kontakt: Heloísa Reinert – FAPESP
Bild: Bilden är krediterad till Neuroscience News.

Ursprunglig forskning: Fri tillgång.
“Transkriptomisk analys avslöjar mitokondriella vägar associerade med distinkta fenotyper av ungdomars beteende och stressrespons” av Thamyris Santos-Silva et al. Translationell psykiatri


Abstrakt

Transkriptomisk analys avslöjar mitokondriella vägar associerade med distinkta fenotyper av ungdomars beteende och stressrespons

Ungdomar uppvisar stor variation i kortikal dynamik och beteenderesultat. Den utvecklande ungdomshjärnan är mycket känslig för sociala upplevelser och miljöförolämpningar, vilket påverkar hur personlighetsdrag uppstår.

Ett distinkt mönster av mitokondriellt genuttryck i den prefrontala cortex (PFC) under tonåren understryker mitokondriernas väsentliga roll i hjärnmognad och utvecklingen av psykisk ohälsa.

Mitokondriella egenskaper i vissa hjärnregioner förklarar beteendeskillnader i vuxen ålder. Det är dock fortfarande oklart huruvida de distinkta beteendefenotyperna hos ungdomar och de beteendemässiga konsekvenserna av tidig stressexponering i tonåren hos råttor åtföljs av förändringar i PFC-mitokondrierrelaterade gener och respiratorisk kedjekapacitet i mitokondrierna.

Vi utförde beteendekarakterisering under sen tonåren (postnatal dag, PND 47–50), inklusive naiva djur och en grupp som exponerades för stress från PND 31–40 (10 dagars fotchock och 3 sessioner av immobilisering) med hjälp av normaliserade data. tre beteenden. domäner: ångest (ljus-mörker box-test), sällskaplighet (social interaktionstest) och kognition (novel object recognition test).

Med hjälp av huvudkomponentanalys identifierade vi tre grupper: naiva med en högre beteendemässig z-poäng (HBZ), naiva med en lägre beteendemässig z-poäng (LBZ) och stressade djur. Genomomfattande transkriptionsprofilering avslöjade skillnader i uttrycket av mitokondrierrelaterade gener i både naiva LBZ och stressade djur jämfört med naiva HBZ.

Gener som kodar för subenheter av oxidativa fosforyleringskomplex nedreglerades signifikant i både naiva och stressade LBZ-djur och korrelerade positivt med beteendemässiga z-poängfenotyper. Vår nätverkstopologianalys av mitokondrierassocierade gener hittades Ndufa10 och Cox6a1 gener som kärnidentifierare för LBZ-naiva respektive stressade djur.

Genom högupplöst respirometrianalys fann vi att både naiva och stressade LBZ-djur uppvisade minskad prefrontal fosforyleringskapacitet och redoxdysreglering.

Våra resultat identifierar ett samband mellan mitokondriella egenskaper och distinkta ungdomsbeteendefenotyper, samtidigt som de belyser de skadliga funktionella konsekvenserna av ungdomsstress på PFC.

Leave a Reply

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