UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM PSICOBIOLOGIA YWLLIANE DA SILVA RODRIGUES MEURER Participação do circuito dopaminérgico nas alterações do comportamento de medo inato de camundongos infectados pelo Toxoplasma gondii Natal - RN 2012 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM PSICOBIOLOGIA YWLLIANE DA SILVA RODRIGUES MEURER Participação do circuito dopaminérgico nas alterações do comportamento de medo inato de camundongos infectados pelo Toxoplasma gondii Dissertação apresentada ao programa de pósgraduação em Psicobiologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Psicobiologia. Orientador: Prof. Dr. Antonio Pereira Junior Natal - RN 2012 Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Setorial do Centro de Biociências Meurer, Ywlliane da Silva Rodrigues. Participação do circuito dopaminérgico nas alterações do comportamento de medo inato de camundongos infectados pelo Toxoplasma gondii / Ywlliane da Silva Rodrigues Meurer. - Natal, RN, 2012. 58f.: il. Orientador: Prof. Dr. Antônio Pereira Júnior Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Biociências. Programa de Pós-Graduação em Psicobiologia. 1. Toxoplasma gondii. – Dissertação. 2. Dopamina. – Dissertação. 3. Medo inato. – Dissertação. I. Pereira Júnior, Antônio. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Título. RN/UF/BSE-CB CDU 616.993 Título: “Participação do circuito dopaminérgico nas alterações do comportamento de medo inato de camundongos infectados pelo Toxoplasma gondii” Autora: Ywlliane da Silva Rodrigues Meurer Instituição: Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN Pós-graduação em Psicobiologia (Psicologia Fisiológica) 26 de Abril de 2012, Natal –RN. Banca Examinadora: ________________________________________ Prof. Dr. Antonio Pereira Junior Instituto do Cérebro (UFRN) ________________________________________ Prof.ª Dr.ª Alessandra Mussi Ribeiro Departamento de Fisiologia/Centro de Biociências (UFRN) ________________________________________ Dr. Marco Aurélio de Moura Freire Instituto de Neurociências de Natal – Edmond e Lily Safra (IINN-ELS) RESUMO O protozoário Toxoplasma gondii transforma a aversão inata de ratos à urina de gato em atração. Essa mudança pode aumentar a probabilidade de transmissão do parasito para o seu hospedeiro definitivo, os felinos, onde pode se reproduzir sexualmente. Os circuitos neurais envolvidos no medo inato, ansiedade ou medo aprendido se sobrepõem consideravelmente, aumentando a possibilidade de que o T. gondii possa interferir com todos de maneira não-específica. Neste estudo, foi avaliada a imunorreatividade para tirosina hidroxilase (TH) em áreas dopaminérgicas relacionadas com o medo inato em camundongos suiços machos infectados. A infecção latente pelo parasita inverteu a aversão aos odores de felinos. Esta modificação pode estar relacionada com a presença dos cistos na amígdala, pois a infecção não diminui medo aprendido, a ansiedade, o olfato, ou a aprendizagem não-aversiva. No entanto, o mecanismo neuroquímico relacionado a estas alterações no medo inato durante a infecção permanece pouco estudado. Os animais foram infectados com bradizoítos (25 cistos) da cepa ME-49 de T. gondii. Os cérebros foram removidos após 60 dias, seccionados e processados para revelar a reatividade da enzima TH. Os cistos foram contados nas áreas associadas ao circuito dopaminérgico, bem como em regiões relacionadas ao medo inato. A contagem por área e a análise densitométrica mostrou baixa relação entre a presença de cistos e a reatividade para TH regiões de interesse nos animais infectados, quando comparados aos controles não-infectados. Palavras-chave: Toxoplasma gondii, dopamina, medo inato. ABSTRACT The protozoan parasite Toxoplasma gondii transforms the innate aversion of rats for cat urine into a fatal attraction, that increases the likelihood of the parasite completing its life cycle in the cat’s intestine. The neural circuits implicated in innate fear, anxiety, and learned fear all overlap considerably, raising the possibility, that T. gondii may disrupt all of these nonspecifically. In this study, we evaluated immunoreactivity for tyrosine hydroxylase (TH) in areas associated with innate fear of infected male swiss mice. The latent Toxoplasma infection converted the aversion of mice to feline odors into attraction. This loss of fear is remarkably specific, as demonstrated by Vyas et al (2007), because infection did not diminish learned fear, anxiety-like behavior, olfaction, or nonaversive learning. However, the neurochemical mechanism related to alterations in innate fear due to T. gondii infection remains poorly studied. 20 mice were inoculated with bradyzoites (25 cysts) from a Toxoplasma gondii (Me-49 strain). The brains were removed after 60 days, sectioned and processed for TH immunohistochemistry. The correlation between the amount of cysts per area and the densitometric analysis of neurotransmitter reactivity was low in the areas implicated in innate fear of infected animals, when comparated with noninfected controls. Key words: Toxoplasma gondii, dopamine, innate fear. LISTA DE FIGURAS Figura 1: Ciclo de vida do parasita Toxoplasma gondii ........................................... 12 Figura 2: Esquema de síntese das catecolaminas ................................................. 18 Figura 3: Representação dos núcleos dopaminérgicos. .......................................... 19 Figura 4: Cistos da cepa Me-49 obtidos de macerado de cérebro de camundongos previamente infectados. (A) Cistos observados na objetiva de 4X. (B) Cisto observado na objetiva de 10X. (C) Cisto observado na objetiva de 40X. ................................................................. 26 Figura 5: Procedimento de inoculação do parasita realizado per gavage com agulha curva ponta de bola ...................................................................... 26 Figura 6: Paradigma de medo inato. Adaptado de (VYAS, A. et al.; 2007) ............. 27 Figura 7: Diagrama esquemático do procedimento histológico aplicado no cérebro dos animais experimentais. (A) visão sagital das regiões analisadas, (B) sequencia coronal exeplificando como foram feitas as identificações das áreas nos cortes seriados e (C) esquema seriado de organização dos cortes nas lâminas. ....................................................... 29 Figura 8: Aparência de camundongos controle não infectados (A) e infectados (B) com o Toxoplasma gondii. Camundongos albinos Swiss com 2 meses de idade infectados pelo período de 60 dias. (C) efeito neurológico e físico em animais infectados segundo Hermes (2009)....... 31 Figura 9: Frequência media de ocupação dos quadrantes com odores pelos animais (A) controle e (B) infectados (N=odor neutro; G=odor de gato; C=odor de cachorro; P=odor próprio) ....................................................... 34 Figura 10:Distância percorrida por segmento temporal do teste (A), distância total percorrida (B) e velocidade total alcançada pelos animais infectados e controle. (C=controle; I=infectado) (Média±erro padrão) .......................... 35 Figura 11:Tempo nas zonas (média±erro padrão) definidas no campo aberto (A) e número de entradas em cada zona definida (B) pelos animais infectados e não-infectados. (C=controle; I=infectado; P=odor próprio; N=odor neutro; C=odor de cachorro; G=odor de gato; Ce=centro do aparato) .................................................................................................... 38 Figura 12:Representação dos cortes histológicos do cérebro de animais infectados pelo T. gondii. (A) Bulbo olfatório e (B) Substantia nigra e ATV .......................................................................................................... 39 Figura 13:Representação de cistos encontrados em áreas do cérebro dos animais infectados pelo T. gondii. ............................................................ 40 Figura 14:Distribuição de cistos em áreas do cérebro dos animais infectados pelo T. gondii. (AmBSA= amígdala basolateral; ATV= área tegmentar ventral; SN= Substantia nigra; ZCPA= zona cinzenta periaquedutal; AF=área frontal; Hcp=hipocampo) (*=p<0,05; ZCPA vs AF) ................... 40 Figura 15:Análise densitométrica (média±erro padrão) e de contraste entre as marcações para a enzima tirosina hidroxilase nos núcleos dopaminérgicos substantia nigra e ATV em cérebros de animais controles e infectados............................................................................... 42 Figura 14:Imunomarcação para enzima tirosina hidroxilase em cérebros de animais controle (A) e infectado (B). (Setas apontam para cistos contendo bradizoítos) .............................................................................. 43 SUMÁRIO RESUMO ABSTRACT 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 10 1.1. Toxoplasma gondii E O COMPORTAMENTO ............................................... 11 1.1.1. O PARASITO – T. gondii ........................................................................ 11 1.2. ALTERAÇÕES COMPORTAMENTAIS CAUSADAS PELO T. gondii ............ 12 1.3. REAÇÕES DE DEFESA ................................................................................ 15 1.3.1. MEDO ................................................................................................... 16 1.3.1.1. MEDO INATO ................................................................................. 16 1.4. DOPAMINA E MEDO...................................................................................... 17 2. OBJETIVO ........................................................................................................ 24 3. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 25 3.1. ANIMAIS ....................................................................................................... 25 3.2. MODELO EXPERIMENTAL ........................................................................... 25 3.3. PARADIGMA DE MEDO INATO .................................................................... 27 3.4. SOROLOGIA .................................................................................................. 28 3.5. PROCESSAMENTO HISTOLÓGICO ............................................................. 28 3.6. ANÁLISE ESTATÍSTICA................................................................................. 30 4. RESULTADOS ..................................................................................................... 31 4.1. APARÊNCIA FÍSICA DOS ANIMAIS INFECTADOS ..................................... 31 4.2. CONFIRMAÇÃO DA INFECÇÃO NOS ANIMAIS EXPERIMENTAIS E AVALIAÇÃO DO PESO DOS ANIMAIS DURANTE O PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ............................................................................................ 32 4.3. ANÁLISE COMPORTAMENTAL DOS ANIMAIS SUBMETIDOS À EXPOSIÇÃO AO ODOR DE GATO ................................................................ 34 4.3.1. Atividade locomotora dos animais experimentais................................... 35 4.3.2. Medo Inato ............................................................................................. 37 4.4. ANÁLISE HISTOLÓGICA DO CÉREBRO DE ANIMAIS SUBMETIDOS AO PARADIGMA DE ODOR .......................................................................... 39 4.4.1. Número de cistos no cérebro dos animais infectados ............................ 39 4.4.2. Densidade de marcação nas áreas relacionadas ao medo inato e ao circuito dopaminérgico ................................................................................. 41 5. DISCUSSÃO ........................................................................................................ 44 6. CONCLUSÃO ...................................................................................................... 51 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 52 10 1. INTRODUÇÃO Os parasitas sobrevivem através da exploração de hospedeiros de uma espécie diferente. Esta sobreviência é provavelmente uma das relações ecológicas mais bem sucedidas do planeta, tendo em vista que para cada organismo existe um parasita que pode infectá-lo. Hospedeiros e parasitas podem co-evoluir em uma disputa perpétua envolvendo adaptações e contra-adaptações de modo a manter suas adequações aos ambientes que compartilham. Este raciocínio segue a hipótese evolucionária denominada de princípio da rainha vermelha, proposta por van Valen (VAN VALEN, L.; 1973) e que pode ser resumida “... para um sistema evolucionário, o desenvolvimento contínuo é necessário apenas para manter a sua adequação relativa aos sistemas com os quais co-envolve”. No caso de seres humanos, esse princípio pode ser ilustrado pelo fato de que apesar da imensa alocação somática para o sistema imunológico no nosso organismo, as pessoas ainda são bastante vulneráveis às doenças infecciosas. Vários parasitas evoluíram ciclos de vida complexos, que envolvem múltiplos hospedeiros e são transmitidos para o hospedeiro definitivo de maneira trófica. Aparentemente, existem vantagens adaptativas na introdução de pelo menos um hospedeiro intermediário para a transmissão do parasita até seu hospedeiro final (CHOISY, M. et al.; 2003). Alguns parasitas que são transmitidos de maneira trófica são capazes de alterar o comportamento do hospedeiro intermediário para aumentar suas chances de predação (THOMAS, F.; ADAMO, S. ; MOORE, J.; 2005). O fenômeno de alteração fenotípica induzida em animais parasitados permite que o parasito passe de um hospedeiro intermediário para o hospedeiro definitivo e desta forma possa completar o seu ciclo de vida (CEZILLY, F. et al.; 2010). Existem vários exemplos de manipulação parasitária de hospedeiros disponíveis na literatura, ocorrendo em vários organismos, desde microorganismos até mamíferos (LEFEVRE, T. et al.; 2009). Por exemplo, formigas infectadas com o trematodo Dicrocoelium dendriticum se deslocam para o topo da vegetação e assim aumentam suas chances de predação pelo hospedeiro definitivo do parasito, as ovelhas (CARREY, W.P.; 1969). 11 Um outro exemplo é o aumento da atratividade de seres humanos infectados pelo parasito Plasmodium falciparum, causador da malária, para o mosquito Anopheles gambiae, hospedeiro definitivo do parasito e permitindo que o mesmo possa completar o seu ciclo de vida (LACROIX, R. et al.; 2005). As modificações fenotípicas induzidas por parasitos são bem variadas, tanto em magnitude quanto em diversidade. Na maioria dos casos, são vários os traços fenotípicos modificados pelo parasito no hospedeiro, em efeito transformando-os em organismos profundamente modificados (THOMAS, F.; ADAMO, S. ; MOORE, J.; 2005; THOMAS, F.; POULIN, R. ; BRODEUR, J.; 2010). 1.1. Toxoplasma gondii e comportamento 1.1.1. O parasito T. gondii T. gondii é um protozoário parasito intracelular obrigatório que tem a capacidade de invadir e proliferar dentro de todo tipo celular nucleado em diferentes hospedeiros. Este parasito tem um ciclo de vida complexo – heteroxeno – no qual há a participação de dois hospedeiros para o seu desenvolvimento, um definitivo e outro intermediário. O ciclo definitivo ocorre no tecido enteroepitelial de felídeos, onde aparecem diferentes estágios morfológicos, com fases de desenvolvimento sexuada e assexuada, e liberação final de oocisto não-esporulado. No hospedeiro intermediário, no entanto, são encontradas duas formas predominantes do patógeno, a taquizoíta e a bradizoíta, que proliferam por endodiogenia dentro das células e tecidos de vários vertebrados, como peixes, aves e mamíferos, incluindo humanos (DUBEY, J. P.; LINDSAY, D. S. ; SPEER, C. A., 1998; ROBERTS, L. S.; SCHMIDT, G. D. ; JANOVY, J., 2009) (Figura 1). 12 Figura 1: Ciclo de vida do protozoário T. gondii. (Adaptado de DUBEY; LINDSAY et al; 1998). 1.2. Alterações comportamentais causadas pelo Toxoplasma gondii No caso do T. gondii, as alterações fenotípicas induzidas em hospedeiros intermediários como os roedores incluem a modificação do comportamento inato de aversão ao odor da urina de felinos em atração (BERDOY, M.; WEBSTER, J.P. ; MACDONALD, D.W.; 2000; VYAS, A. et al.; 2007; WEBSTER, J.P.; 2007; KANNAN, G. et al.; 2010; HOUSE, P.K.; VYAS, A. ; SAPOLSKY, R.; 2011). Esta alteração 13 comportamental é especifica para a aversão inata aos feromônios do gato presentes na urina, já que não ocorrem alterações em outros comportamentos, tal como medo aprendido ou ansiedade (VYAS, A. et al.; 2007). As indicações iniciais dos mecanismos responsáveis pelas mudanças comportamentais induzidas pelo T. gondii sugerem a participação de vias dopaminérgicas. Foi demonstrado, por exemplo, que a administração do antipsicótico haloperidol e do ácido valpróico, um estabilizador do humor, poderiam evitar o aparecimento dessas mudanças comportamentais (WEBSTER, J.P. et al.; 2006). Além disso, foi demonstrado que a administração de um bloqueador seletivo de autoreceptores dopaminérgicos, a vanoxerina, (GBR- 12909) também causava supressão dos comportamentos atípicos associados com a infecção crônica pelo T.gondii em roedores (SKALLOVA, A. et al.; 2006) e que antipsicóticos e estabilizadores de humor têm ação inibitória sobre a replicação de taquizoítas in vitro (JONES-BRANDO, L.; TORREY, E.F. ; YOLKEN, R.; 2003). Os cistos de T. gondii se localizam em regiões estratégicas para a manipulação do comportamento no sistema nervoso central de mamíferos, como no sistema límbico, (HOLLIMAN, R.E.; 1997) sistema olfatório, córtex pré-frontal, hipotálamo, amígdala lateral e basolateral (VYAS, A. et al.; 2007). O sistema límbico é uma região envolvida na mediação de vários comportamentos sociais, tal como agressividade, reprodução e comportamentos parentais (KLEIN, S.L., 2003). Recentemente foi demonstrado que ratos infectados cronicamente com T.gondii ao serem expostos ao odor do gato apresentam aumento da atividade neural localizada numa região da amígdala normalmente ativada quando ratos não infectados são expostos a uma fêmea no estro (HOUSE, P.K.; VYAS, A. ; SAPOLSKY, R.; 2011). Isto poderia explicar a atração fatal que roedores infectados apresentam pela urina de gato (HOUSE, P.K.; VYAS, A. ; SAPOLSKY, R.; 2011). Também foi demonstrado que o genoma do T. gondii possui dois genes, TgAaaH1 e TgAaaH2 que codificam a enzima tirosina hidroxilase, a enzima passolimitante para síntese de dopamina (GASKELL, E.A. et al.; 2009). Além disso, foi observado que a infecção de células dopaminérgicas com o T. gondii aumentou o metabolismo de dopamina, indicando um possível mecanismo para a manipulação 14 comportamental observada em hospedeiros intermediários do parasito (PRANDOVSZKY, E. et al.; 2011). Vários estudos epidemiológicos têm demonstrado uma correlação entre a soroprevalência para o T. gondii e a esquizofrenia (FULLER TORREY, E.; RAWLINGS, R. ; YOLKEN, R.H.; 2000; TORREY, E.F. ; YOLKEN, R.H.; 2003). Por exemplo, análises de amostras de soro obtidas de mães pouco antes ou após o parto revelaram uma proporção significantemente elevada de anticorpos IgM para T. gondiioxoplasma em crianças que desenvolveram esquizofrenia durante a vida subsequente (TORREY, E.F. ; YOLKEN, R.H.; 2003) e indivíduos no primeiro episódio de esquizofrenia apresentaram níveis significativamente altos de anticorpos das classes IgG, IgM e/ou IgA no soro e no fluido cerebroespinhal (YOLKEN, R.H. et al.; 2001). Além disso, a meta-análise de estudos que testaram uma associação entre títulos de anticorpos para T. gondii e primeiro episódio de esquizofrenia revelaram que 18 dos 19 estudos demonstraram alta prevalência deste parasito entre pacientes esquizofrênicos em comparação com controles (WEBSTER, J.P. et al.; 2006). Foi demonstrado que os cistos são encontrados quase exclusivamente no interior de neurônios, não em células de glia, onde podem permanecer por toda a vida do hospedeiro protegidos da ação do sistema imunológico através da formação do chamado vacúolo parasitóforo (MELZER, T.C. et al.; 2010). Parasitas dentro de neurônios podem diretamente causar morte celular ou atrofia de seus processos celulares (VALLOCHI, A.L. et al.; 2005), além disso a geração de um processo inflamatório pode contribuir, via produção de óxido nítrico ou espécies reativas de oxigênio, o que pode afetar diretamente na gênese de novos neurônios. É importante ressaltar que mecanismo de resposta imunológica contra o T. gondii encistado pode desencadear a produção de citocinas proinflamatórias, INF-g e indoleamina 2,3–dioxigenase, além de alterar os níveis, reciclagem e eficiência de muito neuromoduladores, incluindo dopamina, glutamato e serotonina (STIBBS, H.H.; 1985). Ainda, o próprio T. gondii pode diretamente influenciar os níveis de neurotransmissores, talvez de forma mais sutil do que a proposta por STIBBS em 1985, uma vez que estudos recentes têm fornecido evidências de que o parasito 15 aumenta diretamente o metabolismo local (PRANDOVSZKY, E. et al.; 2011), pois pode codificar as enzimas de síntese (GASKELL, E.A. et al.; 2009) e ainda liberar dopamina (PRANDOVSZKY, E. et al.; 2011). A relação com a dopamina é apoiada por diversos estudos que vem demonstrando alteração em comportamentos de roedores, além do fato que agonistas e antagonistas dopaminérgicos perturbarem os fenótipos comportamentais expressos pelo parasito (SKALLOVA, A. et al.; 2006; GOODWIN, D.G.; STROBL, J.S. ; LINDSAY, D.S.; 2011). 1.3. REAÇÕES DE DEFESA O estudo comparado do comportamento em várias espécies animais contribui para o entendimento da evolução do comportamento humano. O estudo do medo e da ansiedade, por exemplo, que tem um claro valor adaptativo em resposta a situações de ameaça que podem comprometer a integridade física ou a sobrevivência, pode se beneficiar enormemente da observação comportamental em várias espécies diferentes de animais (BLANCHARD, R.J. et al.; 1998) As fontes de perigo para um animal são muito variadas. Dentre elas, podemos citar confrontos com predadores, competições com co-específicos por acesso a alimentos ou oportunidades reprodutivas, condicionantes ambientais tais como altura, iluminação, estímulos dolorosos e ambientes ou objetos desconhecidos. Embora o comportamento de defesa e as ameaças variem para cada espécie, os animais geralmente utilizam uma de quatro estratégias defensivas básicas: fuga, congelamento, ataque defensivo e submissão (BLANCHARD, D.C. ; BLANCHARD, R.J.; 1988; ADAMS, D.B.; 2006). A decisão por uma estratégia em particular leva em conta vários fatores, como as características do ambiente (existência de uma rota de fuga ou não), distância do estímulo ameaçador e experiência prévia com o estímulo ou ambiente. BLANCHARD & BLANCHARD, estudando as respostas defensivas comportamentais de roedores (ratos e camundongos) em confronto com predadores (BLANCHARD, D.C. ; BLANCHARD, R.J.; 1988; BLANCHARD, R.J. et al.; 1998), classificaram o tipo de estratégia defensiva de acordo com o nível de ameaça: 16 potencial ou incerta, distal ou proximal. No primeiro grupo, as estratégias observadas são comportamentos exploratórios cautelosos e hesitantes, usando posturas e movimentos do corpo que possibilitam a aproximação e a investigação de possíveis ameaças denominadas de comportamentos de avaliação de risco. O segundo grupo entra em ação após a avaliação do risco e determina a estratégia de lidar com a ameaça, que envolve fuga, se a ameaça é distal, ou luta/congelamento, caso seja proximal. 1.3.1. MEDO O medo e a ansiedade são estados emocionais de grande valor adaptativo, experimentados de maneira subjetivos como não prazerosos e desconfortáveis, acompanhados por um conjunto de alterações comportamentais e fisiológicas. Lader (1981) atribui como causa principal da ansiedade a expectativa de um perigo iminente e indefinido, porém sem que uma ameaça real seja identificada ou, quando existente, considerada como desproporcional à resposta (LADER, M.H.; 1981). Em modelos com roedores, o medo e ansiedade podem ser diferenciados através dos estímulos e/ou situações que os desencadeiam, de forma que o medo ocorre diante de situações claras e evidentes de ameaça e perigo, enquanto a ansiedade é desencadeada por situações onde o perigo é apenas potencial, vago e incerto (BLANCHARD, R.J. et al.; 1990) 1.3.1.1. MEDO Os mamíferos apresentam um comportamento fortemente defensivo à exposição ao odor natural do seu predador, em especial ao odor da pele ou pelo, mas também da urina e fezes (APFELBACH, R. et al.; 2005). Esta resposta tem sido cada vez mais utilizada como um modelo para estudo de ansiedade (BLANCHARD, D.C.; GRIEBEL, G. ; BLANCHARD, R.J.; 2003; MCGREGOR, I.S. et al.; 2004; STAPLES, L.G. et al.; 2005; SIVIY, S.M.; HARRISON, K.A. ; MCGREGOR, I.S.; 2006). A resposta dos roedores ao odor de felinos é um comportamento inato e 17 rígido (DIELENBERG, R.A. ; MCGREGOR, I.S.; 2001). Por exemplo, quando ratos são reexpostos à coleira de um gato, mesmo sem qualquer odor, apresentam o mesmo comportamento aversivo (BLANCHARD, D.C.; GRIEBEL, G. ; BLANCHARD, R.J.; 2001; BLANCHARD, R.J. et al.; 2001; STAPLES, L.G. et al.; 2005). Alterações plásticas pronunciadas e duradouras foram encontradas no hipocampo de animais submetidos ao paradigma de odor de predador (FOX, R.J. ; SORENSON, C.A.; 1994; MESCHES, M.H. et al.; 1999). Na literatura, tem sido relatado que a exposição de ratos ou camundongos aos gatos, não somente aos seus odores, induzem respostas defensivas imediatas (BLANCHARD, R.J. et al.; 1990), e também respostas de longa duração (semanas), como um aumento de ansiedade revelado no paradigma experimental do labirinto em cruz elevado (ADAMEC, R.E. ; SHALLOW, T.; 1993; COHEN, H.; BAR-HAIM, N. ; KOTLER, M.; 1996; ADAMEC, R.; 1997; COHEN, Y.; LACHENMEYER, J.R. ; SPRINGER, C.; 2003; ADAMEC, R.; SHALLOW, T. ; BURTON, P.; 2005; ADAMEC, R.E.; BLUNDELL, J. ; BURTON, P.; 2005). É importante ressaltar que o modelo do medo inato baseado no odor do gato tem uma desvantagem importante que é a sua reprodução por diversas vezes complicada pela dificuldade na determinação da intensidade do odor (LI, C.I.; MAGLINAO, T.L. ; TAKAHASHI, L.K.; 2004) e pelas peculiaridades relacionadas com o odor, gênero, raça e dieta dos gatos utilizados (por exemplo, a quantidade de carne consumida). Isso prejudica sobremaneira a comparação entre os estudos. 1.4. DOPAMINA E MEDO A dopamina (DA), um neurotransmissor da família das catecolaminas, é sintetizada pela ação da enzima tirosina hidroxilase, que converte o aminoácido tirosina em L-DOPA o qual, por sua vez, é descarboxilado para formar a dopamina (Figura 2). 18 Figura 2: Esquema de síntese das catecolaminas. Os neurônios dopaminérgicos apresentam dois modos distintos de atividade: tônica, que ocorre através do disparo espontâneo destes neurônios, e fásica, representada pelo padrão explosivo de disparos em resposta a estímulos relevantes. O término da ação da DA no encéfalo pode envolver sua recaptação e posterior metabolismo através da enzima monoaminaoxidase (MAO), que converte a DA em ácido dihidroxifenilacético (DOPAC), ou sua conversão em ácido homovanílico (HVA), provavelmente no espaço extraneuronal, através da ação seqüencial da catecol-Ometiltransferase e da MAO (CARLSSON, A. ; WALDECK, B.; 1958; ELSWORTH, J.D. ; ROTH, R.H.; 1997). A liberação de DA é modulada por receptores pré-sinápticos localizados no corpo celular, dendritos ou terminais nervosos de células dopaminérgicas, 19 denominados auto-receptores. A estimulação de auto-receptores da região somatodendrítica diminui a taxa de disparos destes neurônios, enquanto a estimulação de auto-receptores dos terminais nervosos inibe a síntese e a liberação de DA. As vias dopaminérgicas ascendentes do sistema nervoso central de mamíferos podem ser divididas em: mesoestriatal (ou nigroestriatal), que tem origem predominante na substância negra do mesencéfalo e inerva o estriado dorsal, em particular os núcleos caudado e putame; mesocortical, que surge predominantemente na área tegmental ventral (ATV) e projeta-se sobretudo para o córtex pré-frontal; e mesolímbica, que também tem origem predominante na ATV e inerva estruturas do sistema límbico, incluindo núcleo accumbens, amígdala e hipocampo (OADES, R.D. ; HALLIDAY, G.M.; 1987; GARDNER, E.L. ; ASHBY, C.R., JR.; 2000). (Figura 3) Existe, contudo, um significativo grau de heterogeneidade quanto às origens anatômicas e aos alvos de projeção dessas vias (MOORE, R.Y. ; BLOOM, F.E.; 1978; WISE, R.A.; 2009). O córtex cingulado, por exemplo, aparece como parte integrante tanto da via mesolímbica quanto da via mesocortical (OADES, R.D. ; HALLIDAY, G.M.; 1987; GARDNER, E.L. ; ASHBY, C.R., JR.; 2000). A via dopaminérgica mesoestriatal tem sido classicamente associada com o controle da movimentação voluntária (OZER, H.; EKINCI, A.C. ; STARR, M.S.; 1997; DAMIER, P. et al.; 1999). Figura 3: Diagrama esquemático das vias dopaminérgicas. Modificado de (FELDMAN, R.S.; MEYER, J.S. ; QUENZER, L.F.; 1997) 20 Por outro lado, diferentes condições fisiológicas e patológicas como alerta, estresse, adição a drogas, e distúrbios neuropsiquiátricos têm sido associadas a alterações nas vias mesolímbica e mesocortical (FINLAY et al.; 1995; GOLDSTEIN; DEUTCH, 1992; VOLKOW et al., 2002). Vários neurotransmissores têm sido implicados no medo. Dentre eles evidenciam-se as aminas biogênicas, como a noradrenalina e a serotonina, aminoácidos como o GABA e a glicina, peptídeos como o fator de liberação da corticotrofina, o ACTH e a colecistocinina, e esteroides como a corticosterona (GRAEFF; BRANDÃO, 1999). Muitos estudos têm sido realizados no intuito de relacionar circuitos encefálicos específicos com o medo e a ansiedade. Estudos sobre a regulação desses circuitos por neuromoduladores são úteis na medida em que podem ser de relevância terapêutica para os distúrbios de ansiedade (BRANDÃO et al., 1994, 1999, 2003; MILLAN, 2003). A dopamina parece ser um dos neuromoduladores mais ativos em mecanismos subjacentes a estados de medo e ansiedade (MILLAN, 2003). A associação de alterações na transmissão dopaminérgica e situações ameaçadoras têm sido demonstradas em numerosos trabalhos. Mecanismos dopaminérgicos têm sido associados à produção e elaboração do estresse agudo e crônico (FEENSTRA et al., 1995; FINLAY et al., 1995). Na realidade, alterações na transmissão dopaminérgica sempre ocorrem em consequência da exposição de animais a uma ampla variedade de estressores (GOLDSTEIN et al., 1996). Apesar das inúmeras evidências de um envolvimento secundário da dopamina em estados de medo pesquisas comportamentais visando esclarecer o envolvimento da dopamina e de seus receptores nessa condição têm relatado efeitos ansiolíticos, ansiogênicos ou ausência de efeitos com o uso de agonistas e antagonistas dopaminérgicos em diferentes modelos animais de ansiedade (DAVIS et al., 1993; GARCIA et al., 2005; GREBA; KOKKINIDIS, 2000; INOUE et al., 2000; OLIVEIRA et al., 2006; REIS et al., 2004; RODGERS et al., 1994). Sugere-se que tais efeitos dependam da natureza do estímulo aversivo, isto é, o sinal modulatório do 21 mecanismo dopaminérgico no comportamento defensivo dependeria do tipo de estímulo emocional eliciador da resposta. As caracterizações de quais vias dopaminérgicas estão envolvidas no comportamento de medo permanece, no entanto, pouco esclarecida. Além disso, o envolvimento de mecanismos dopaminérgicos tanto em processo de medo inato ou aprendido tem sido pouco relatado. Um conjunto crescente de evidências converge atualmente para a ideia de que a ativação das vias mesocortical e mesolímbica, originadas a partir de neurônios dopaminérgicos na ATV, é particularmente sensível a estimulações ambientais aversivas e pode ser importante para o desenvolvimento de respostas exageradas de medo (DEUTCH et al., 1985; GREBA et al., 2001; GUARRACI; KAPP, 1999; GUARRACI et al., 2000), que dependem diretamente da conexão entre áreas como amígdala, hipocampo e córtex pré-frontal. A ativação de neurônios da ATV por estímulos aversivos parece modular o medo e a ansiedade por meio de suas projeções ascendentes. A dopamina é encontrada na amígdala em concentrações apreciáveis (INGLIS; MOGHADDAM, 1999; YOUNG; RESS, 1998). As projeções dopaminérgicas para amígdala têm origem principalmente na ATV (OADES; HALLIDAY, 1987), embora um estudo recente tenha demonstrado que a área mesencefálica A9 de primatas, referente à substância negra parte compacta, projeta seus axônios diretamente para o núcleo amigdalar basolateral, fornecendo fortes evidências da participação deste núcleo, de forma maciça, na regulação dos estados emocionais (CHO, Y.T. ; FUDGE, J.L.; 2010) Déficits produzidos por extensas lesões na amígdala que envolvem as regiões amigdaloides CeA (núcleo amigdaloide central), BLA (núcleo basolateral) e MeA (núcleo amigdaloide medial) (BLANCHARD, D.C. ; BLANCHARD, R.J.; 1972) responsáveis por induzir medo inato em relação ao predador pode ser ocasionado por danos específicos na MeA, bem como possivelmente, por danos na BLA (VAZDARJANOVA, A.; CAHILL, L. ; MCGAUGH, J.L.; 2001) 22 O BLA é o principal sítio de recepção de sinais aversivos, enquanto o núcleo central é a principal estação de saída para as respostas autonômicas, endócrinas e somáticas associadas ao medo (DAVIS, 1992; FENDT; FANSELOW, 1999; LEDOUX et al., 1988; LEDOUX, 2000). Lesões no núcleo CeA atenuam a exibição de “freezing”, em testes relacionados ao medo aprendido contextual, no período imediatamento pós-choque, e em testes de retenção, demonstrando o papel crítico deste núcleo amigdaloide (FANSELOW, M.S. et al; 1993, DAVIS et al; 1997, PHILLIPS & LEDOUX; 1992). Com relação ao medo inato, estudos posteriores demonstram que as lesões de CeA, as quais são capazes de afetar medo condicionado não têm efeitos significativos sobre o medo inato ao odor gato (LI, C.I.; MAGLINAO, T.L. ; TAKAHASHI, L.K.; 2004). Este resultado é consistente com dado recente que mostra que a inativação de CeA induzida por muscimol não teve efeitos sobre medo inato induzido por TMT (2,3,5-trimetil-3-tiazoline), odor relacionado a predadores (FENDT et al.; 2003). Além disso, estudos indicam que lesões no núcleo CeA da amigdala não afetam a ocorrência de outras respostas emocionais inatas (SANANES; CAMPBELL; 1989, WALKER; DAVIS; 1997). Com relação ao núcleo amigdaloide medial (MeA), alguns estudos o apontam como importante estrutura conectada a diversas regiões cerebrais envolvidas na modulação do comportamento de medo inato. Suas projeções seguem até estruturas como o septum lateral, o núcleo da stria terminalis, até hipotálamo anterior e ventromedial e também substância cinzenta periarquedutal (CANTERAS, N.S.; SIMERLY, R.B. ; SWANSON, L.W.; 1995). Estudos demonstram que lesões ou estimulação elétrica de regiões inervadas por este núcleo amigdaloide afetam a expressão do comportamento defensivo (ALBERT & CHEW, 1980; BANDLER, DEPAULIS & VERGNES, 1985; CANTERAS, 2002; DE OCA, DECOLA, MAREN, E FANSELOW, 1998; FERNÁNDEZ DE MOLINA & HUNSPERGER, 1962; SILVEIRA & GRAEFF, 1992). Além disso, lesões neste núcleo produzem efeitos importantes sobre o freezing e componentes de contato do medo inato, pois ratos com este núcleo lesionado mostram reduzido esquiva/aversão e aumento na atenção 23 expandida/avaliação exploratória, o que é consistente com a redução do medo. Logo, conhecer a neurobiologia deste nucleo no comportamento de medo inato pode ter relevância para compreender a base neural dos traços emocionais e da fisiopatologia de transtornos psiquiátricos que incluem um componente incondicionada, como fobias (BIEDERMAN et al, 2001;. SCHWARTZ, WRIGHT, SHIN, KAGAN , & RAUCH, 2003). Vários estudos atribuem à amígdala o papel de receber informações acerca de sinais de perigo e avaliá-los quanto ao seu grau de ameaça para o organismo. Desta forma, a amígdala parece atuar como uma espécie de interface sensórioafetiva na reação de defesa, isto é, funcionaria como um filtro de sinais sensoriais com conotação afetiva. Uma vez que a amígdala aparece como uma estrutura essencial para a aquisição e a expressão do medo condicionado (FANSELOW; LEDOUX, 1999; FENDT; FANSELOW, 1999; LEDOUX, 2000; MAREN; FANSELOW, 1996; MAREN, 2000) e recebe, através do BLA, projeções dopaminérgicas dos neurônios da ATV (BRINLEY-REED; MCDONALD, 1999; KRETTEK; PRICE, 1978; WALLACE et al., 1992), essas duas áreas tornam-se alvos interessantes para o estudo do envolvimento de mecanismos dopaminérgicos no medo e na ansiedade. Cabe ressaltar que a participação do circuito amigdaloide na organização da resposta inata ainda permanece obscura, embora dados recentes apontem o seu papel na modulação desta resposta. Alguns propoem um papel diferencial das respostas geradas pelos núcleos amigdaloides basolateral e central em respostas de medo inato (MOREIRA, C.M. et al.; 2007). No entanto, outros avaliam que as estruturas amigdaloides respondem ao processo de medo inato de maneira similar ao tipo de processamento do medo aprendido (ANTONIADIS, E.A. ; MCDONALD, R.J.; 2001; CANTERAS, N.S.; RIBEIRO-BARBOSA, E.R. ; COMOLI, E.; 2001; MULLER, M. ; FENDT, M.; 2006). Neste contexto, muito ainda precisa ser avaliado sobre as interconexões entre as estruturas cerebrais envolvidadas tanto no processamento de medo inato e aprendido, uma vez que ambos expressam uma gama de respostas autonomicas, hormonais e neuroquímicas, que influenciam comportamento, funções motoras e viscerais. 24 2. OBJETIVO Avaliar a participação do circuito dopaminérgico nas alterações do medo inato de camundongos induzidas pela infecção crônica pelo parasito Toxoplasma gondii. 2.1. Objetivos específicos Avaliar as alterações no comportamento de medo inato dos camundongos infectados pelo T gondii após a exposição ao estímulo aversivo (urina de gato) utilizando o teste do campo aberto. Avaliar as alterações na distribuição da enzima tirosina hidroxilase no circuito dopaminérgico e no circuito de medo inato do cérebro de camundongos infectados após a exposição ao estímulo aversivo (urina de gato). 25 3. MATERIAS E MÉTODOS 3.1. Animais Foram utilizados 20 camundongos (Mus musculus) machos albinos da linhagem Swiss (idade: 7-8 semanas; peso: 35-40g), oriundos do Biotério Central da Universidade Federal do Ceará e mantidos na sala de criação de animais do Laboratório de Biologia da Malária e Toxoplasmose, do Centro de Biociências da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Os animais foram mantidos em ciclo claro-escuro de 12h:12h controlado por um temporizador, com inicio da fase clara às 6h00, com água e ração ad libitum. Os animais foram divididos aleatoriamente em dois grupos (n=10), controle e infectado, e mantidos em caixas com grupos de cinco animais separadamente. O projeto foi aprovado no comitê de ética para uso de animais (CEUA) da UFRN, com número de protocolo 007/2010. 3.2. Modelo experimental de infecção A cepa do T. gondii utilizada foi a ME-49, tipo II, mantida in vivo, com passagens a cada 8 semanas em camundongos albinos swiss (Mus musculus) através da inoculação de 25 cistos obtidos a partir da maceração do cérebro de camundongos previamente infectados diluídos em 1 mL de salina (Figura 4). O período de infecção para todos os animais foi de 60 dias. Cada grupo foi acompanhado e avaliado durante todo o período de experimentação, com avaliações diárias de sobrevida e acompanhamento da aparência física. 26 A B C Figura 4: Cistos da cepa Me-49 obtidos de macerado de cérebro de camundongos previamente infectados. (A) Cistos observados na objetiva 4X (setas). (B) Cisto observado na objetiva de 10X. (C) Cisto observado na objetiva de 40X. (Arquivo pessoal) (Escala:50µM) Os 25 cistos foram inoculados em cada animal experimental por via oral (per gavage) com agulha de aço boleada na ponta para evitar ferimentos no trato digestivo superior dos animais (Figura 5). Figura 5: Procedimento de inoculação do parasita realizado por gavage com agulha curva ponta de bola. 27 3.3. Paradigma de medo inato Após os 60 dias de infecção, os animais foram submetidos ao paradigma de exposição ao odor de predador, (VYAS, A. et al.; 2007) com a exploração de uma arena circular (raio = 75 cm) com fundo negro, dividida em quatro quadrantes, cada um associado com um objeto cilindrico de PVC idêntico para cada quadrante. Todos os objetos foram impregnados com um odor específico (urina de gato, urina de cachorro, urina de camundongo, ou um objeto com odor de cada caixa original de cada grupo de animais, denominado de odor neutro). Os animais foram previamente habituados à sala de experimentação e ao aparato durante 1 hora. Em seguida, o teste foi realizado e gravado por 20 min para cada animal com uma câmera webcam 3.1MP acoplada a um computador com software de análise comportamental ANY-MAZE (Stoelting, USA). Os parâmetros analisados foram: distância total percorrida, distância por período do teste, velocidade total desenvolvida pelo animal, latência, distância percorrida e número de entradas nos diferentes quadrantes envolvidos, com ênfase no quadrante com odor de seu predador. Odor de Cachorro Odor de Gato Odor Camundongo Odor Neutro Figura 6: Paradigma de medo inato. Adaptado de (VYAS, A. et al.; 2007) 28 3.4. Sorologia Após análise no paradigma de medo, os animais foram anestesiados com Tiopental sódico® (30mg/Kg) e 500µl de sangue venoso foi coletado por punção cardíaca antes do procedimento de perfusão para análise sorológica da presença de anticorpos anti-T. gondii. O perfil sorológico dos animais experimentais foi avaliado através do teste de hemaglutinação indireta, utilizando um kit comercial da marca Warma®, onde hemácias sensibilizadas com antígeno do parasito são utilizadas para avaliar a adsorção de possíveis anticorpos anti-T. gondii presentes em fluidos testes. A presença de anticorpos proporciona uma aglutinação entre antígenoanticorpo e forma um “botão” no fundo de uma placa em V. Quando anticorpos estão ausentes, não ocorre aglutinação e forma uma visualização contínua na placa. 3.5. Processamento histológico Ao final do período de infecção e dos testes comportamentais, os dez animais de cada grupo experimental foram anestesiados com uma dose de Tiopental (30mg/kg) e perfundidos através do ventrículo esquerdo com 180-250ml de solução salina 0,9% em tampão fosfato 0,1 M heparinizada (pH 7,4) seguida de 250ml de uma solução de paraformaldeído a 4% em tampão fosfato 0,1 M (pH 7,4). Após a perfusão, os cérebros foram removidos e mergulhados em tampão fosfato 0,1 M (pH 7,4 a 4ºC) por 24 horas. Depois de lavados com solução salina 0,9%, os cérebros foram crioprotegidos por mais 24 horas em sacarose 30%, também a 4ºC. Ao fim desse processo, foram congelados em meio de inclusão para criotomia Tissue-Tek® (Sakura, Japão). Os cérebros foram mantidos em freezer -80ºC até serem seccionados coronalmente na espessura de 60 µm com um criostato. Para imunohistoquímica, os cérebros foram seccionados, de forma seriada, com 5 séries, com 60µm de espessura no criostato em plano coronal. As fatias foram coletados desde o bulbo olfatório até o cerebelo. 29 A B C 7 Figura 7: Diagrama esquemático do procedimento histológico no cérebro dos animais experimentais. (A) visão sagital das regiões analisadas, (B) sequência coronal exemplificando como foram feitas as identificações das áreas nos cortes seriados e (C) esquema seriado de organização dos cortes nas lâminas (SANTOS, J.R., 2010). Antes do procedimento imunohistoquímico, as secções foram previamente lavadas e tratadas com peróxido de hidrogênio para inativação das peroxidases endógenas. Em seguida, as secções do tecido foram incubadas com anticorpo primário anti-TH, proveniente de coelhos, diluídos em tampão fosfato 0,1M contendo soro normal a 0,4% (1:10.000; Millipore®) por toda a noite na temperatura ambiente. No dia seguinte, as lâminas foram lavadas 4X por 10 minutos cada, em tampão fosfato 0,1M, para em seguida serem incubadas com anticorpo secundário anticoelho feito em cabra (1:1000, Vector Laboratories, USA) por 2h em temperatura ambiente. Após várias lavagens com tampão fosfato 0.1M, o complexo anticorpo foi localizado utilizando o sistema ABC (Vectastain ABC Elite kit cat # PK6101, Vector Laboratories®, USA) seguido pela reação com 3,3’-diaminobenzidina. As amostras foram então desidratadas em etanol e xileno, para então serem montadas utilizando Entellan®. 30 3.6. Análise dos dados Neste trabalho foi utilizado o software ANY-MAZE para análise comportamental do paradigma de medo inato. A análise histológica foi realizada em parte em microscópio comum binocular acoplado a uma câmera CCD de baixa resolução. Algumas magens também puderam ser capturadas utilizando um microscópio Zeiss de alta resolução acoplado a uma câmera digital monocromática com base motorizada. Os softwares ImageJ (http:\\www.nih.gov) e MatLab (v.R2009b, HTTP:\\www.mathworks.com) foram utilizados para processamento das imagens e análise densitométrica. Os dados obtidos foram analisados com a ajuda do software GraphPad v.5.0, utilizando o teste t de Student e o teste post-hoc de Newman Keuls. 31 4. RESULTADOS 4.1. Aparência física dos animais infectados Foi observada diminuição da função comportamental e neurológica nos camundongos infectados, utilizando as observações propostas por (HERMES, G. et al.; 2008). Padrões de salubridade como a aparência física dos animais foram observados durante o período de infecção. No primeiro quarto de tempo de infecção foram verificadas dificuldades no padrão postural, piloereção, ferimentos na cauda, marcha alterada, bem como variação no peso corporal (Figura 8). Outros estudos disponíveis na literatura também demonstram estas caracteristicas durante as duas primeiras semanas pós-infecção (SKALLOVA, A. et al.; 2006; HERMES, G. et al.; 2008). De acordo com alguns estudos (SKALLOVA, A. et al.; 2006; AFONSO, C.; PAIXAO, V.B. ; COSTA, R.M.; 2012), os animais estudados apresentam melhora nestas condições à medida que progride o tempo de infecção. Neste trabalho, após 60 dias de infecção, apenas um animal apresentava um sinal sutil de piloereção. 32 C 1 2 3 Figura 8: Aparência de camundongos controle não infectados (A) e infectados (B) com o Toxoplasma gondii. Camundongos albinos Swiss com 2 meses de idade infectados pelo período de 60 dias. (C) Imagem retirada de HERMES et al (2009) mostrando a aparência de animal controle (1), infectado com ferimento na cauda (2) e infectado com distúrbio postural (3). 4.2. Confirmação da infecção e avaliação do peso dos animais experimentais O peso dos animais também foi acompanhado durante o experimento. Os animais foram pesados antes da inoculação, 30 dias após e no término do experimento, com 60 dias de infecção. Foi observado que camundongos infectados perderam peso ou diminuíram o ganho de peso ao longo do tempo de infecção (2,32±0,21), enquanto os animais controle mantiveram o ganho de peso (3,56±0,23) (Tabela 1). O efeito no peso nos animais infectados pode ter relação direta com o processo fisiológico da doença, visto que as duas primeiras semanas de infecção são cruciais para o desempenho imunológico dos animais (SKALLOVA, A. et al.; 2006; AFONSO, C.; PAIXAO, V.B. ; COSTA, R.M.; 2012). Todos os animais infectados apresentaram positividade no teste de hemaglutinação. Animais controle foram negativos como esperado. 33 Tabela 1: Variação de peso (gramas) dos animais experimentais durante o processo de infecção comparados com o valor de peso médio de cada grupo (números negativos indicam peso do animal abaixo do peso médio do grupo). Variação no peso Animal Antes Após 30 dias Status sorológico Após 60 dias I1 0,5 3,5 6,5 + I2 -0,5 0,5 5 + I3 1,5 2 5,6 + I4 0,5 1,3 5,4 + I5 -1,5 1 4,3 + I6 -2 0 5,2 + I7 0,5 2,5 5,5 + I8 0 1 4,6 + I9 2 4,1 6,8 + I10 -1 1 3,9 + C1 0 3,3 8,4 - C2 1 2 7,1 - C3 -2 3,7 7,9 - C4 1,5 4,9 9 - C5 0,5 3,4 7,6 - C6 -1,5 1,7 6 - C7 0 2,6 7,4 - C8 -1 2,3 6,6 - C9 2 3,9 7,8 - 0,5 3,5 6,5 - C10 34 4.3. Análise comportamental dos animais submetidos à exposição ao odor de gato Para analisar a aversão aos odores, os animais foram colocados na arena de campo aberto que continha quatro quadrantes, dentro dos quais havia quatro objetos com diferentes odores posicionados. A posição inicial dos animais experimentais foi no quadrante de odor de camundongo. Foi permitida a exploração do animal durante 15 minutos. Após isso, foi constatado que animais controle apresentavam diminuição no padrão exploratório e uma robusta aversão ao quadrante com odor de gato (Figura 9). Estes animais, controle, apresentaram um deslocamento para regiões vizinhas ao quadrante de odor próprio. Em contrapartida, animais infectados apresentaram um aumento no padrão exploratório e uma preferência pelo quadrante com odor de seu predador. Este aumento de preferência pode ter relação direta com a modulação do estado de medo ou semelhante a ansiedade. A) B) + C P G N - C G P N Figura 9: Frequência media de ocupação dos quadrantes com diferentes odores pelos animais (A) controles e (B) infectados (N=odor neutro; G=odor de gato; C=odor de cachorro; P=odor próprio). (MaP: Maior tempo de permanência no quandrante; MeP: Menor tempo de permanência no quadrante). 35 4.3.1. Atividade locomotora dos animais experimentais Em relação à distância percorrida no campo aberto circular a análise de variância entre o grupo infectado (100,9±3,50; n=10) e controle (69,27±5,55; n=10) revelou uma diferença significativa. A atividade locomotora foi diferente tanto em relação a distância total percorrida quanto em número de linhas cruzados entre as zonas. Esses resultados confirmam estudos anteriores (AFONSO, C.; PAIXAO, V.B. ; COSTA, R.M.; 2012). (Figura 10) Vale destacar que a distância percorrida foi diferente entre etapas do teste, tendo em vista que o animal infectado apresentou uma maior locomoção no primeiro e terceiro segmento temporal, o que condiz com dados de outros autores (AFONSO, C.; PAIXAO, V.B. ; COSTA, R.M.; 2012) A respeito da velocidade desenvolvida pelos animais, foi possível observar que os animais controle (0,079±0,01; n=10) apresentaram maior velocidade do que os animais infectados (0,109±0,01; n=10) (p<0,05). Estes resultados permitem inferir que os animais controle apresentavam um comportamento semelhante à ansiedade. Em contrapartida, o aumento da mobilidade, comportamento exploratório, com comprometimento muscular (pelo aumento da velocidade) demonstram especiais circunstâncias que sinalizam uma diminuição da ansiedade em animais infectados e, por conseguinte, um possível aumento na taxa de predação pela diminuição do medo de seu predador natural. 36 Controle Infectado Distância percorrida (metros) A 50 40 30 20 10 0 0-300 300-600 B 600-900 Tempo (minutos) Distância percorrida (m) 150 * 100 50 0 C C I 0.15 Velocidade (m/s) * 0.10 0.05 0.00 C I Figura 10: Distância percorrida por segmento temporal do teste (A), Distância total percorrida (B) e velocidade total alcançada pelos animais infectados e controles. (C=controle; I=infectado) (Média±erro padrão) 37 4.3.2. Medo Inato Com relação ao número de entradas nos quadrantes do aparato experimental foi possível notar que os dois grupos apresentaram respostas distintas. Os animais infectados passaram mais tempo na zona de odor de gato (283,53±11,06; n=10, p<0,01) do que animais não infectados (179,15±13.2; n=10). Em contrapartida, os animais não infectados ficaram mais tempo na zona de odor próprio (282,56±32.2; n=10, p<0,05) quando comparados aos infectados (192,56±27.6; n=10) (Figura 11). Este resultado corrobora estudos anteriores que demonstraram a preferência do animal infectado pelo ambiente com o odor do seu predador natural (BERDOY, M.; WEBSTER, J.P. ; MACDONALD, D.W.; 2000; VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007) Animais infectados apresentaram também uma maior preferência ao ambiente com odor de cachorro. Isso pode ser confirmado quando avaliamos esta preferência por segmento temporal do teste, no qual em 2/3 do teste os animais manifestaram maior preferência pelo odor de gato e em seguida aumentaram a frequência de permanência também no ambiente com odor de cachorro. O mesmo pode ser visto com relação aos animais controle, que passaram a frequentar mais o ambiente de odor neutro. Talvez esta diferença, embora não significativa, tenha relação direta com o fluxo de ar da sala, que fazia com que os odores de gato e cachorro se misturassem em determinado momento do teste. Como visto por outros autores, animais infectados aumentam suas visitas ao centro do aparato, sinalizando possivelmente um comportamento típico de ansiedade (VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007; HOUSE, P.K.; VYAS, A. ; SAPOLSKY, R.; 2011). 38 A 400 Tempo nas zonas (s) P N C G * 300 * 200 Ce 100 0 C I C I C I C I C I B Entradas nas zonas 50 N P Ce G C 40 30 20 * 10 0 C I C I C I C I C I Figura 11: Tempo nas zonas (média±erro padrão) definidas no campo aberto (A) e número de entradas em cada zona definida (B) pelos animais infectados e não-infectados. (C=controle; I=infectado; P=odor próprio; N=odor neutro; C=odor de cachorro; G=odor de gato; Ce=centro do aparato) 39 4.4. Análise histológica do cérebro de animais submetidos ao odor Secções foram co-marcados com técnica de Nissl e anti-TH para contagem de cistos cerebrais nos tecido nervoso de animais infectados. Foram separados os cortes seriados contendo as áreas de interesse. A co-marcação demonstrou que todos os espécimes estavam em bom estado anatômico e a marcação dopaminérgica havia sido específica nos seus núcleos correspondentes (Figura 12). A B Figura 12: Representação dos cortes histológicos do cérebro de animais infectados pelo T. gondii. (A) Bulbo olfatório e (B) Substantia nigra e ATV. 4.4.1. Número de cistos no cérebro dos animais infectados Foi realizada análise da distribuição de cistos em regiões do cérebro dos animais infectados. A análise da freqüência de distribuição dos cistos em determinadas áreas do cérebro apontam para uma distribuição variável e aleatória (Figura 13 e 14). Em regiões relacionadas ao comportamento de medo, referidas como alvo de tropismo do parasito em trabalhos anteriores, os cistos foram poucos e em proporções variáveis (AmBSA= 3,4±0.74; VTA=2,8±0.4; SN=2,4±1.34; ZCPA=0,8±0.37; 3,4±0.51; 3,01±0.89). Diferente de outros estudos, não foi observado um acúmulo preferencial de cistos em estruturas como a amígdala (VYAS, A. et al.; 2007). 40 100 µM Figura 13: Representação de cistos encontrados em áreas do cérebro dos animais infectados pelo T. gondii. Cistos=Setas e cabeças de seta. Número de cistos do T. gondii 8 6 4 * 2 0 AmBLA ATV SN ZCPA AF Hcp Figura 14: Distribuição de cistos em áreas do cérebro dos animais infectados pelo T. gondii. (AmBSA= amígdala basolateral; ATV= área tegmentar ventral; SN= Substantia nigra; ZCPA= zona cinzenta periaquedutal; AF=área frontal; Hcp=hipocampo) (*=p<0,05; ZCPA vs AF). 41 4.4.2. Densidade de marcação nas áreas relacionadas ao medo inato e circuito dopaminérgico A reatividade para a tirosina hidroxilase apresentou distribuição homogênea em toda a substantia nigra e área tegmental ventral. Não houve alteração significativa na reatividade nessas regiões quando os animais infectados foram comparados com o grupo controle, o que foi confirmado através da análise densitométrica (Figura 15A). Os resultados nos dois principais núcleos dopaminérgicos foram (Substantia nigra: C=0,106±0.005; I=0,1035±0.0047; ATV: C=0,126±0.004; I=0,1854±0.0047) (Figura 15B). 42 A C Densidade Óptica 3.0 I 2.5 2.0 1.5 ATV Nigra B Nigra ATV Índice de contraste 0.2 C I 0.1 0.0 Nigra ATV Nigra ATV Figura 15: Análise densitométrica (média±erro padrão) e de contraste entre as marcações para a enzima tirosina hidroxilase nos núcleos dopaminérgicos substantia nigra e ATV em cérebros de animais controles e infectados. 43 250µm Figura 16: Imunomarcação para enzima tirosina hidroxilase em cérebros de animais infectados. (Cistos contendo bradizoítos são mostrados pelas setas). 44 5. DISCUSSÃO O parasitismo é a capacidade de um organismo utilizar os recursos de seu hospedeiro para sobreviver. De acordo com a hipótese de manipulação comportamental, um parasita pode ser capaz de alterar o comportamento de seu hospedeiro em benefício próprio (POULIN, R.; 2010; THOMAS, F.; POULIN, R. ; BRODEUR, J.; 2010). Esta capacidade de modular o comportamento do hospedeiro sugere adaptações intrigantes desenvolvidas por alguns parasitas para facilitar sua própria transmissão entre hospedeiros (THOMAS, F.; ADAMO, S. ; MOORE, J.; 2005). Em roedores, por exemplo, especula-se que a atração pela urina do gato em animais infectados é um tipo de manipulação comportamental, que pode aumentar a taxa de predação por gatos, possibilitando a reprodução sexual do parasito (WEBSTER, J.P.; BRUNTON, C.F. ; MACDONALD, D.W.; 1994; BERDOY, M.; WEBSTER, J.P. ; MACDONALD, D.W.; 1995; SKALLOVA, A. et al.; 2006; VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007). A presença dos cistos parasitários na amígdala (VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007), e o consequente aumento nos níveis de dopamina locais poderia explicar o bloqueio da aversão à urina de felinos em ratos infectados pelo parasita (VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007). Vários autores têm sugerido que cistos de T. gondii se localizam em regiões estratégicas para a manipulação do comportamento no sistema nervoso central de mamíferos, como no sistema límbico (HOLLIMAN, R.E.; 1997), sistema olfatório, córtex pré-frontal, hipotálamo, amigdala lateral e basolateral (VYAS, A. et al.; 2007). Sendo estas regiões envolvidas na mediação de vários comportamentos sociais, tais como agressividade, reprodução e comportamentos parentais (KLEIN, S.L., 2003). Recentemente, alguns autores (BERENREITEROVA, M. et al.; 2011) demonstraram a distribuição maciça e aleatória de cistos no cérebro de animais infectados, sem estar associada aos núcleos dopaminérgicos ou a algum tropismo como anunciado anteriormente (WEBSTER, J.P.; 1994; VYAS, A. et al.; 2007; HOUSE, P.K.; VYAS, A. ; SAPOLSKY, R.; 2011). É importante destacar que o estudo de (BERENREITEROVA, M. et al.; 2011) foi feito somente através de marcação histológica convencional, sem nenhuma consideração neuroquímica, a qual tem sido 45 demonstrada alterada em testes in vitro (GOODWIN, D.G.; STROBL, J.S. ; LINDSAY, D.S.; 2011; PRANDOVSZKY, E. et al.; 2011) e in vivo (STIBBS, H.H.; 1985; SKALLOVA, A. et al.; 2006). Neste contexto, tem sido demonstrado que a capacidade de um parasita alterar o comportamento de seus hospedeiros depende de sua capacidade de modular o sistema imunológico ou os sistemas de neurotransmissores do hospedeiro, como o sistema dopaminérgico (STIBBS, H.H.; 1985; WEBSTER, J.P.; 1994; SKALLOVA, A. et al.; 2006; VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007; HERMES, G. et al.; 2008). Durante o período de infecção utilizado neste estudo, demonstrou-se que a cepa ME-49 produz os mesmo efeitos na aparência dos animais experimentais descrito por outros autores (HRDA, S. et al.; 2000; SKALLOVA, A. et al.; 2006; HERMES, G. et al.; 2008). Tal efeito, no entanto, é temporário (HRDA, S. et al.; 2000) e ocorre por um período entre oito e dez semanas após a inoculação. Nossos resultados demonstram que durante o período de infecção os animais apresentam ganho de peso corporal reduzido, possivelmente em decorrência do processo infeccioso. Contudo a redução de ganho de peso passa a ser cada vez menor ao se aproximar a oitava semana de infecção. Isso demonstra que, embora não tenha sido realizada a sorologia para confirmação do estado imunológico neste período, os animais poderiam estar em processo de soroconversão. Este resultado é corroborado por outros estudos (SKALLOVA, A. et al.; 2006; AFONSO, C.; PAIXÃO, V.B. ; COSTA, R.M.; 2012) que observaram durante as primeiras semanas de infecção a redução de peso porém com recuperação nas semanas seguintes. A presença do T. gondii no tecido cerebral é demonstrada rotineiramente quando se realiza um estudo morfológico no cérebro de animais infectados. Estudos recentes têm demonstrado por bioluminescência a presença do parasito no tecido cerebral também sugerem um tropismo para regiões do córtex cerebral, no lobo frontal, e nas regiões do gânglio basal, hipotálamo e cerebelo (DELLACASALINDBERG, I.; HITZIGER, N. ; BARRAGAN, A.; 2007; VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007) 46 No contexto das hipóteses de manipulação comportamental discutidas recentemente na literatura, é importante notar que o parasito nem sempre está associado com estruturas do sistema dopaminérgico, nem com o sistema defensivo do hipotálamo. Apesar da variabilidade interindividual ser significativa, algumas caracteristicas gerais se sobressaem nesta distribuição tecidual. Primeiro, as áreas cerebrais corticais quase sempre exibem alta densidade de cisto em comparação com regiões subcorticais (BERENREITEROVA, M. et al.; 2011). Em segundo, regiões como a amígdala ou áreas associativas temporais apresentam alta densidade de cistos, como descrito por alguns autores (VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007) Cabe ressaltar que a presença do T. gondii no cérebro dos animais pode afetar o processamento da informação dentro em uma ampla variedade de sistemas funcionais cerebrais, uma vez que modificações locais podem afetar regiões distantes através de supressão ou estimulação de receptores de membrana e vias intracelulares (GOODWIN, D.G.; STROBL, J.S. ; LINDSAY, D.S.; 2011). Neste trabalho, cistos contendo T. gondii foram encontrados distribuídos em várias regiões do cérebro dos animais infectados, sem apresentar o tropismo sugerido por alguns autores (VYAS, A. et al.; 2007; BERENREITEROVA, M. et al.; 2011). A distribuição de cistos foi avaliada em regiões dopaminérgicos e em regiões relacionadas ao medo, para correlação do modelo utilizado com as alterações comportamentais demonstradas. Pode-se constatar uma distribuição aleatória de cistos em cada região estudada de cada animal infectado, no entanto uma tendência de presença nas regiões moduladoras de medo. O fato de não demonstrarmos um tropismo dos cistos permite supor que a presença dos cistos em regiões dopaminérgicas e não dopaminérgicas modulam de maneira sutil os sistemas de neurotransmissão locais. Desta forma podem alterar comportamentos regidos por áreas aferentes e eferentes deste sistema, o que pode influenciar os animais para determinados fenótipos comportamentais já demonstrados anteriormente como mudanças na análise de risco ou o medo inato (BERDOY, M.; WEBSTER, J.P. ; MACDONALD, D.W.; 2000; VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007; HOUSE, P.K.; VYAS, A. ; 47 SAPOLSKY, R.; 2011). Estes resultados sugerem que o acúmulo de cisto em diferentes áreas de um circuito em particular pode conduzir a alterações comportamentais semelhantes e, assim, o próprio parasita pode ter sofrido pressão seletiva para manipular circuitos neuronais funcionais em detrimento a uma área específica. Neste estudo, animais infectados aumentaram sua locomoção exploratória quando expostos ao odor específico de seu predador, apresentando maior distância percorrida e maior velocidade de movimentos. A exploração do ambiente também ocorreu de maneira diferente em relação ao grupo controle, quando avaliado o número de entrada nas zonas e o cruzamento entre as linhas das zonas do aparato. Os animais infectados apresentaram menor número de cruzamento de segmentos. Além disso, os animais infectados apresentavam menor tigmotaxia, se expondo mais ao centro, demonstrando um comportamento de menor ansiedade (VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007). Os animais infectados apresentaram respostas preferenciais a áreas inseguras (mais próximas ao odor do predador), demonstrando um comportamento de medo inato reduzido e por conseguinte expressando um maior comportamento de risco. Animais infectados apresentaram também uma maior preferência ao ambiente com odor de cão, possivelmente por mistura de odores no aparato. Isso pode ser confirmado quando avaliamos esta preferência por segmento temporal do teste, no qual em 2/3 do teste os animais manifestaram maior preferência pelo odor de gato e em seguida aumentaram a frequência de permanência também no ambiente com odor de cachorro. Animais controle também passaram a frequentar mais outros ambientes, como o de odor neutro após 2/3 do teste. Estes eventos podem ter sido ocasionados pela direção do fluxo de ar da sala, que induzia a mistura de odores após certo tempo de teste, e pelo tipo de aparato utilizado, o qual facilita a mistura de odores em seu interior. Os dados aqui apresentados sugerem que os animais cronicamente infectados apresentam respostas preferenciais as áreas expostas ao predador, 48 discrepante do que seria comportamento defensivo normal, e são consistentes com estudos anteriores em modelos de ratos infectados (VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007; LAMBERTON, P.H.; DONNELLY, C.A. ; WEBSTER, J.P.; 2008; HOUSE, P.K.; VYAS, A. ; SAPOLSKY, R.; 2011). No entanto, os dados deste estudo, assim como o de outros autores, não permitem discriminar se essas alterações comportamentais são causadas por mudanças na avaliação do risco ambiental e/ou por alterações na produção de neurotransmissores específicos que modulam as respostas comportamentais. As diferenças comportamentais descritas neste trabalho para animais infectados não são facilmente explicados por uma suposta debilidade geral associada com à infecção por Toxoplasma, porque os animais com cistos cerebrais mostram aumento de desempenho em algumas variáveis comportamentais e diminuição do desempenho em outros (BERDOY, M.; WEBSTER, J.P. ; MACDONALD, D.W.; 1995; 2000; SKALLOVA, A. et al.; 2006; VYAS, A. et al.; 2007; VYAS, A.; KIM, S.K. ; SAPOLSKY, R.M.; 2007; HOUSE, P.K.; VYAS, A. ; SAPOLSKY, R.; 2011; AFONSO, C.; PAIXAO, V.B. ; COSTA, R.M.; 2012). Desta forma, estes resultados sugerem que os animais infectados cronicamente interagem com o seu ambiente de forma diferente de animais não infectados. Esta mudança pode resultar em comportamentos mal-adaptados, tais como visitas mais demoradas em áreas expostas ao predador ou mesmo o aumento da exploração em zonas inseguras. Sendo assim, é importante ressaltar que as vias dopaminérgicas em geral são de essencial importância para regulação de funções motoras, emocionais e cognitivas. Ainda que, do ponto de vista quantitativo, constituam somente uma pequena parte dos neurônios cerebrais, os neurônios dopaminérgicos têm uma grande importância funcional (STONE, T.W.; 1996). Sabe-se que a dopamina não somente participa do sistema de recompensa, como também é importante em processos de tomada de decisão através do controle integrativo de várias áreas cerebrais (SCHULTZ, W.; DAYAN, P. ; MONTAGUE, P.R.; 1997). Para entender como isto ocorre, vale ressaltar a participação do sistema dopaminérgico na expressão e integração de comportamento de medo, por 49 conseguinte de núcleos dopaminérgicos e da própria amígdala no reconhecimento de estímulos nocivos, isto porque já foi demonstrado que a via amigdala basolateralnucleo accumbens está envolvida na detecção e avaliação de estímulos ameaçadores e outras vias amigdaloides, como a via amigdalo central-dorso hipocampal está ligada à expressão de comportamentos de medo. Outrossim, os próprios núcleos amigdaloides podem se automodular e modificar as expressões do comportamento aversivo inato ou aprendido. Recentemente, tem sido proposto um papel diferencial das sub-regiões central e basolateral da amigdala no comportamento do medo inato (MOREIRA, C.M. et al.; 2007). Não está claro, entretanto, se o papel dos circuitos amigdalóides na organização do medo inato é similar à sua participação no processamento das respostas de medo aprendido (ANTONIADIS, E.A. ; MCDONALD, R.J.; 2001; CANTERAS, N.S.; RIBEIRO-BARBOSA, E.R. ; COMOLI, E.; 2001; MULLER, M. ; FENDT, M.; 2006). Também não é claro o papel das vias dopaminérgicas neste circuito, bem como a associação deste neurotransmissor com outras vias na resposta de medo inato, presentes no córtex pré-frontal, na região hipocampal ou na zona cinzenta periaquedutal. Baseado nisto, neste trabalho foi avaliado o sistema dopaminérgico e a distribuição de cistos nas áreas relacionadas à expressão do medo. No entanto, não foi possível identificar qualquer alteração na marcação da enzima chave do processo de produção da dopamina e que é produzida pelo próprio parasita, a tirosina hidroxilase. Ressalta-se que nem sempre é possível visualizar cistos com T. gondii em núcleos dopaminérgicos, o que recentemente foi demonstrado (BERENREITEROVA, M. et al.; 2011). Ainda, sobre a regulação dopaminérgica do parasita, sabe-se que o mesmo produz e libera dopamina quando cultivados in vitro interagindo com fibroblastos (PRANDOVSZKY, E. et al.; 2011). Supõe-se que quando liberada a dopamina possa sinalizar e modificar o processamento de informações em regiões próximas dos cistos, regular o próprio nível de produção da dopamina em células do hospedeiro, e 50 regular de maneira parácrina o ambiente parasitado. Neste sentido, dados na literatura apontam uma modulação negativa para proliferação dos parasitos quando colocados em ambiente in vitro na presença de antipsicóticos antagonistas de receptores dopaminérgicos (JONES-BRANDO, L.; TORREY, E.F. ; YOLKEN, R.; 2003; GOODWIN, D.G.; STROBL, J.S. ; LINDSAY, D.S.; 2011). Isto pode sugerir que a presença do parasito no SNC de seus hospedeiros intermediários é heterogênea e pode causar uma regulação fina na liberação de outros neurotransmissores, não necessariamente na dopamina, o que pode, desta forma, alterar os comportamentos. Análises mais refinadas com o emprego de técnicas de captação e análise da liberação de neurotransmissores e de seus metabólitos em tempo real, como é o caso de microdiálise associada a cromatografia líquida, são necessárias para validar esta proposição. 51 6. CONCLUSÃO Conclui-se que: • A quantidade de cistos é variável em cada animal experimental infectado, mas segue um padrão de encistamento em regiões que estão relacionadas ao medo inato; • Regiões relacionadas ao medo inato não apresentam alteração morfológicas nas redes neurais dopaminérgicas. 52 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ADAMEC, R. 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