Exploration and emotional behavior in conditional NPY1r KO mice in relation to sex and early maternal environment : a comprehensive analysis by principal components

Abstract

NPY1r has been largely studied for its capability not only to stimulate appetite-related behaviors, but also to modulate emotional behaviors and stress response. In humans and other animals, NPY1r appears to be involved in some psychopathological disorders such as Major Depression and Post-Traumatic Stress Disorder. The conditional NPY1r knockout mouse model can be a powerful tool to understand the behavioral response to stressful events and the role of this receptor in psychopathological disorders, as well as possible gene-environment interactions since a potential involvement of maternal care in the regulation of NPY expression has been hypothesized. In the present study, knockout and wild type mice were fostered at birth to one of four different lactating dams’ strains characterized by different levels of maternal cares and as adults, were subjected to the Open Field test; some of them, following a stress event (pregnancy for females and Social Stress test for males), underwent a second test session. Mouse behaviors and other data, such as mean velocity or time spent in different areas of the arena, were analyzed. 367 mice from 9 different cohorts were analyzed. Principal component analysis was conducted with the aim of reducing the dimensionality of the dataset; remarkably, in line with our expectation, all considered dependent variables were grouped in five principal components accordingly to the data’s covariance matrix, resulting in groupings in accordance with their inherent characteristics (one category for anxiety-like behaviors, one for vertical exploration, one for general exploration/activity, etc.). Firstly, by means of a screening of the wild type population, strong sex effects were found, with females generally being more exploratory and less anxious than their male counterparts. This effect was also observed in relation to the foster dams’ strain: females reared by CD1dams were more exploratory than males, whereas mice reared by C57, FVB or BALB/c 3 strains did not show such a sex difference. In a second analysis that took into account the effect of genotype, knockout mice were less exploratory and more anxious than wild type mice, and generally this was not related to sex or foster dams’ strain. Under present conditions, our results showed how early maternal environment and NPY1 receptor are involved in the expression of anxiety-like behaviors. These results may help to better understand the etiopathogenesis of anxiety-related psychopathological disorders and help to develop future therapies to reduce psychopathological disorders.

NPY1r è stato ampiamente studiato per via della sua capacità non solo di stimolare comportamenti appetitivi, ma anche di modulare comportamenti emozionali e risposte stressogene. Nell’essere umano e anche in altri animali, NPY1r sembrerebbe essere coinvolto in alcuni disturbi psicopatologici come la depressione maggiore ed il disturbo da stress posttraumatico. Lo studio del modello murino knockout condizionale per NPY1r può essere un valido strumento per comprendere la risposta comportamentale ad eventi stressogeni e il ruolo di questo recettore in disturbi psicopatologici, così come la possibile interazione tra il gene e l’ambiente dato che è stato ipotizzato un potenziale coinvolgimento delle cure materne nella regolazione dell’espressione di NPY. In questo studio, topi knockout e wild type sono stati adottati alla nascita da uno dei quattro ceppi di madri allattanti caratterizzati da diversi livelli di cure materne e da adulti, sono stati sottoposti al test dell’Open Field, ed alcuni di essi sono stati sottoposti una seconda volta al test a seguito di un evento stressogeno (per le femmine la gravidanza ed i maschi la procedura di Social Stress). Sono stati analizzati vari comportamenti dell’animale e altri dati come la velocità media e il tempo speso nelle diverse aree dell’arena. Sono stati analizzati 367 topi di 9 coorti diverse. È stata condotta un'analisi delle componenti principali con l'obiettivo di ridurre la dimensionalità del dataset; in linea con le nostre aspettative, le variabili dipendenti sono state accorpate in cinque componenti principali sulla base della matrice di covarianza dei dati di partenza, risultando raggruppate in accordo con le loro caratteristiche intrinseche (una categoria per comportamenti simil-ansiosi, una per esplorazione verticale, una per esplorazione/attività generale, ecc). In primo luogo, attraverso lo screening sui wild type si sono evidenziati forti effetti del sesso, per cui le femmine, in generale, risultavano essere maggiormente esplorative e meno ansiose dei maschi. Questo effetto si è presentato anche in relazione all’ambiente materno precoce: le femmine adottate da CD1 risultavano più esplorative dei maschi, mentre topi adottati dai ceppi C57, FVB o Balb/c non hanno mostrato una tale differenza sessuale. In una seconda analisi che ha preso in considerazione anche l’effetto del genotipo si è osservato come i topi knockout siano stati meno esplorativi e più ansiosi rispetto ai wild type; in generale non è risultato essere in relazione al sesso oppure all’ambiente materno precoce. Al momento, i nostri risultati dimostrano come l’ambiente materno precoce ed NPY1r siano coinvolti nell’espressione di comportamenti simil-ansiogeni. Questo tipo di studi può aiutare a comprendere maggiormente l’eziopatogenesi di disturbi psicopatologici legati all’ansia e contribuire allo sviluppo di future terapie per ridurre questi disturbi.