Behavioral and metabolic consequences of limbic NPY1R conditional inactivation in male and female mice

Abstract

l recettore Y1 di NPY è coinvolto nella mediazione delle principali funzioni di NPY tra cui comportamento alimentare, risposta allo stress e comportamento emozionale (ansia, depressione). Per comprendere al meglio le funzioni di questo recettore, recentemente è stato sviluppato un modello murino di knock-out condizionale per Y1R in area limbica (Npy1rrfb) dove la delezione del gene è ristretta ai neuroni eccitatori del prosencefalo. Gli studi eseguiti su questo modello animale hanno dimostrato che i topi Npy1rrfb sono caratterizzati da maggiori livelli di ansia e mostrano una minore crescita corporea quando paragonati ai loro controlli. Questi effetti risultano evidenti solo negli animali maschi e solo quando allevati da madri con elevato grado di cure materne (ceppo FVB/J – HM). Lo scopo generale di questa tesi è stato quello di investigare il ruolo del recettore Y1 di NPY in area limbica nella regolazione di metabolismo, comportamento e funzione riproduttiva in relazione al sesso e all’ambiente materno precoce. Il modello animale utilizzato è descritto da Bertocchi et al. (2011). Alla nascita i piccoli sono stati dati in adozione a madri del ceppo CD1, il cui comportamento materno è stato analizzato e caratterizzato come grado elevato di cure materne. In sintesi, i risultati presentati in questa tesi dimostrano che gli effetti della delezione di Npy1r in area limbica sono fortemente dipendenti dal sesso. In particolare, i maschi Npy1rrfb mostrano una ridotta crescita corporea dallo svezzamento all’età adulta ma, quando sottoposti ad un challenge metabolico (somministrazione di una dieta grassa) mostrano: maggiore incremento del peso corporeo, maggiore tessuto adiposo viscerale e maggiori livelli di glucosio plasmatici, indicando una vulnerabilità allo sviluppo di patologie metaboliche. Inoltre, quando sottoposti a stress psicosociale cronico, i maschi Npy1rrfb risultano ancora più suscettibili allo sviluppo di patologie metaboliche rispetto ai loro controlli. La caratterizzazione fisiologica di maschi Npy1rrfb e Npy1r2lox ha mostrato che una riduzione di Y1R in area limbica induce, a riposo, una maggiore frequenza cardiaca, una maggiore temperatura corporea, minore variabilità della frequenza cardiaca e ridotta componente vagale nella modulazione della frequenza cardiaca. Infine, a livello comportamentale, i maschi Npy1rrfb sono caratterizzati da ridotti livelli di aggressività territoriale e non mostrano la normale inibizione dell’assunzione di cibo indotta dalla novità. E’ interessante notare come le femmine di questo modello animale non mostrino nessun effetto della delezione del gene Npy1r a livello comportamentale, metabolico e al seguito di stress cronico. Tuttavia, quando sottoposte all’evento riproduttivo, le femmine Npy1rrfb hanno mostrato: minori giorni trascorsi dall’accoppiamento al parto, peso dei piccoli alla nascita minore rispetto a quello delle femmine Npy1r2lox e un minore successo riproduttivo. Inoltre, a seguito del cross-fostering tra femmine Npy1r2lox e Npy1rrfb, il successo riproduttivo veniva aumentato nelle femmine Npy1rrfb e diminuito nelle femmine Npy1r2lox suggerendo che, alla base delle ridotta sopravvivenza dei piccoli, ci siano alterazioni dovute sia alla madre che ai piccoli. In conclusione, i risultati ottenuti in questa tesi confermano il coinvolgimento del recettore Y1 di NPY in area limbica nella regolazione del metabolismo, comportamento emozionale e riproduttivo in modo differente nei due sessi. Inoltre forniscono la prima dimostrazione di un ruolo del sistema NPY1R limbico nella modulazione della vulnerabilità individuale ai disordini metabolici indotti da dieta ipercalorica.

Neuropeptide Y (NPY) and its receptors are involved in vulnerability to stress, anxiety, depression and metabolic disorders. Recently, we demonstrated that, conditional inactivation of the Npy1r gene in the excitatory neurons of the forebrain of subadult mice induced lower body weight growth, increased anxiety and CRH-IR in the PVN only in male mice and only when reared by high maternal (HM) care foster mothers (FVB/J strain – Bertocchi et al. 2011). The general aim of the work presented in this thesis was to investigate the role of limbic Npy1r in regulating metabolism, stress response, behavior and reproductive functions in relation to sex and early maternal environment. To this aim, we used a conditional knockout mouse model (Npy1rrfb) in which the inactivation of the Y1Rs was restricted to the excitatory neurons of the forebrain as described in Bertocchi et al. (2011). At birth all animales were fostered to Swiss CD1 dams characterized by high maternal care (HM). The results presented in this thesis demonstrated that the effects of limbic inactivation of Npy1r are strongly dependent on sex. When limbic Npy1r gene is inactivated, Npy1rrfb males showed slower body weight growth compared to controls (Npy1r2lox) but when challenged with a high fat diet (HFD), only Npy1rrfb males, but not females, showed higher body weight growth, higher blood glucose level and higher level of white adipose tissue compared to controls. Moreover, following chronic psychosocial stress, Npy1rrfb male mice were more susceptible to develop metabolic disorder when stress was coupled with a high fat diet. Furthermore, Npy1rrfb male mice are characterized, at rest, by higher heart rate, reduced overall heart rate variability and lower values of the indices of vagal modulation as compared to controls. Npy1rrfb male mice also showed lower aggression and were less sensitive to novelty as compared to controls. In female mice we found no differences in behavior, metabolism and response to chronic stress but, when challenged with reproduction, Npy1rrfb females showed lower reproductive success compared to controls. Cross-fostering experiment between Npy1rrfb females and control (Npy1r2lox) females increased pups survival in Npy1rrfb whereas decreased reproductive success in Npy1r2lox females, thus suggesting a maternal as well as an offspring effects in modulating the correct mother-pup interactions. Altogether, these results indicate that low limbic Npy1r expression affects both emotional and social behavior and metabolism increasing susceptibility to behavioral and metabolic disorders in a sex-dependent manner.