Ansia e Sviluppo

1. Ansia e Sviluppo Il ruolo della serotonina nella “programmazione” dell’ansia durante lo sviluppo Luisa Lo Iacono ELLS seminar - Monterotondo Oct 2008

2. Disordini d’Ansia • Risposta emozionale eccessiva verso una minaccia. • Tendenza ad interpretare situazioni ambigue come pericolose. Ansia innata Ansia condizionata • Piu’ di 40 milioni di americani adulti affetti ogni anno (NIMH) • Prevalenza del 25% (Kessler et al., 1994) Ansia - L’ansia e’ uno stato mentale che si manifesta in risposta ad una minaccia o ad un potenziale pericolo. • Si accompagna a risposte fisiologiche come attivita’ autonomica, tensione muscolare e tremori, stato vigile, sovraeccitazione. • L’ansia si distingue dalla paura (risposta cognitiva vs risposta emotiva). • L’ansia e’ necessaria ed essenziale per la vita umana

3. Disordini d’ansia Diagnostic and Statistical Manual of the American Psychiatric Association, Vol.4

4. MINACCIA SOCIALE MINACCIA FISICA Sistemi sensoriali Elaborazione segnale Circuiti ansia Inibizione comportamentale Avoidance Risk assessment Freezing Comandi Motori e autonomici Eccitazione Stato vigile Attenzione Tachicardia Risposta ansiosa

5. MINACCIA SOCIALE MINACCIA FISICA Risposta ansiosa Sistema sensoriale CIRCUITI DELL’ANSIA Elaborazione del segnale Dove sono I circuiti dell’ansia nel cervello? Quali anormalita’ caratterizzano la patologia? Perche’ e quando si generano?

6. 1) DOVE? Neuroanatomia dell’ansia Corteccia Talamo Midbrain Amygdala Ipotalamo Ippocampo Tronco encefalico Cervelletto

7. MINACCIA SOCIALE MINACCIA FISICA Risposta ansiosa Sistema sensoriale CIRCUITI DELL’ANSIA Elaborazione del segnale Dove sono I circuiti dell’ansia nel cervello? Quali anormalita’ caratterizzano la patologia? Perche’ e quando si genera?

8. Fattori genetici? Si’, natura familiare dell’ansia MA Da studi su gemelli: 30-40 % fattore di rischio Eziologia dell’ansia Fattori ambientali? Si’, accesa dalle esperienze di vita, es PTSD MA I tratti ansiosi si osservano gia’ nell’infanzia Alta cronicita’ della patologia Ansia del bambino GENI X AMBIENTE

9. Le cure materne regolano lo sviluppo dei circuiti neurali che guidano la risposta ansiosa Open Field Caldji et al., 1998

10. The developmental programming of anxiety Meccanismi biologici durante lo sviluppo sotto il controllo di fattori genetici ed ambientali possono “programmare” la predisposizione di un individuo a manifestare disordini d’ansia, durante tutta la vita Influenza di stress infantili sulla depressione: moderazione a carico di una mutazione genetica 5HTT: trasportatore serotonina s/s: forma corta s/l: forma media l/l: forma lunga Caspi et al., Science 2003

11. MINACCIA SOCIALE MINACCIA FISICA Risposta ansiosa Sistema sensoriale CIRCUITI DELL’ANSIA Elaborazione del segnale Dove sono I circuiti dell’ansia nel cervello? Quali anormalita’ caratterizzano la patologia? Perche’ e quando si generano?

12. Circuiti neurali coinvolti Serotonergico Gabaergico Farmacologia dell’ansia

13. Il sistema serotonergico

14. SSRI Buspirone I farmaci ansiolitici potenziano il segnale serotonergico La sinapsi serotonergica 5HT1A

15. Serotonin 1AR-KO: il topo “ansioso” Possono difetti nei circuiti serotonergici essere coinvolti nell’ansia?

16. OPEN FIELD Durata: 60 min Sistema Video tracking Misure: • Tempo passato nel centro • % Distanza percorsa nel centro

17. ELEVATED-PLUS MAZE Durata: 6 min Sistema Video tracking Misure: • N. di ingressi nelle braccia aperte • Tempo passato nelle braccia aperte • % Distanza percorsa nelle braccia aperte

18. Elevated-Plus Maze 60 50 * 40 % entries in open arms 30 20 10 0 WT KO Il comportamento del 5-HT1A KO mouse Open Field 1 2 1 0 8 6 % path in the center * * * 4 2 0 W T K O

19. Increased anxiety MATURITY ADULT BIRTH P0 P21 P60 MATURITY BIRTH Normal anxiety P0 P21 P60 Anxiety Behavioral Test Quando si sviluppa il fenotipo d’ansia? Tecnica: Mutazione genetica condizionale con Doxicicline-repressible transactivation system Doxicicline = no receptor

20. Quando si sviluppa il fenotipo d’ansia? Anxiety? * 600 500 400 Time in center 300 MATURITY BIRTH 200 100 0 P14 P35 P0 Increased anxiety P60 Tecnica: Blocco farmacologico del 5-HT1Acon l’antagonista WAY100635 Trattamento cronico con osmotic mini pumps WAY100635 = no receptor activity MATURITY ADULT BIRTH P0 P21 P60 Anxiety Behavioral Test

21. 5-HT1AR signaling 5-HT1AR bg ai neuronal bouton 5-HT1AR puo’ ridurre l’attivita’ dell’enzima CamKII Cai et al., J.Biol.Chem., 2002 Sinapsi Serotonina P CaMKII P Espressione genica P sinaptogenesi Potenza sinaptica Sviluppo dendritico Apprendimento, memoria, plasticita’ nervosa

22. Tecnica: western blot detection con anticorpo contro Phospho-CaMKII WT KO P P WT WT P KO KO P P P ** 200 150 200 % p-CaMKII 100 P 150 % p-CaMKII P 50 100 P 0 50 No Stress Stress 0 Stress Levels of P-CaMKII in hippocampus of 5-HT1A KO mice WT KO MATURITY ADULT BIRTH P14 P35 P0 P60

23. P P P P 5-HT1AR P P bg ai Il topo 5-HT1AR KO ha un’aumentata attivita’ di CaMKII neuronal bouton Sinapsi in 5-HT1A KO mouse Serotonina CaMKII Gene expression Synaptogenesis Synaptic strength Dendritic development Apprendimento, memoria, plasticita’ nervosa

24. Dendriti prossimali apicali La nostra ipotesi: Un difetto nei meccanismi di sviluppo dendritico nell’ippocampo nei primi anni di vita puo’ predisporre un individuo a manifestare ansia in eta’ adulta Aumentata arborizzazione dendritica nell’ippocampo di topi 5-HT1A KO J.P. Horning, University of Lausanne unpublished data

25. 5-HT1AR e lo sviluppo post-natale del cervello 5-HT 1AR Sensory experience Maturita’ Differenziamento Proliferazione Primi contatti sinaptici • Crescita dendritica • Sinaptogenesi Estensione assoni Migrazione Maturazione e rifinitura Plasticita’ “experience-dependent” MATURITY CONCEPTION BIRTH ADULT BEHAVIOR Nervous system development

26. Thank you! Cornelius Gross Enrica Audero Valeria Carola Tiago Ferreira Thodoris Tsetsenis Olga Ermakova Giovanni Frazzetto Olivier Mirabeau Apar Jain Raffaella Bosurgi Tiziana Rossetti Rosa Paolicelli EMBL-Animal Facility Francesca Zonfrillo Antonella Vecchio EMBL-Phenotyping Facility Mumna Al Banchaabouchi Dominika Farley