Rimodellamento cardiaco avverso e modificazioni epigenetiche nella femmina di ratto esposta a sconfitta sociale vicaria

Abstract

L’esposizione ad eventi stressanti, soprattutto di tipo cronico, viene considerata una variabile cardine per lo sviluppo di disordini cardiovascolari e neuropsichiatrici e sembrerebbe che le donne ne siano interessate più del doppio degli uomini, dall’inizio della pubertà fino alla menopausa. Nonostante questo, la ricerca neuroscientifica e biomedica si è basata prevalentemente sullo studio del sesso maschile (nell’animale come nell’uomo) portando ad una generalizzazione dei risultati che non tiene conto di eventuali differenze di sesso (“Sex Bias”). In questo studio è stato utilizzato per due settimane il paradigma di Vicarious Social Defeat (VSD), il quale prevede la presenza di una femmina di ratto “osservatrice” dell’interazione agonistica tra due ratti maschi (Social Defeat), al fine di indurre in essa, tramite contagio emotivo, una condizione di stress sociale. Le femmine di ratto sono state, quindi, divise ed assegnate casualmente alla condizione di VSD o a quella di controllo (in questo caso la femmina veniva posta all’interno di una gabbia vuota senza, quindi, la presenza dei due ratti maschi in interazione agonistica). Inizialmente, per documentare una condizione di stress cronico nelle femmine esposte a VSD, sono stati registrati i dati relativi alla frequenza cardiaca e al comportamento durante gli episodi di VSD, insieme alla quantificazione della concentrazione di corticosterone plasmatico e del peso delle ghiandole surrenali valutate, in questo caso, 24h dopo l’ultimo episodio di stress. Dopodichè, si è cercato di indagare se ripetuti episodi di VSD potessero indurre negli animali delle modificazioni cardiache avverse ed epigenetiche. A tal fine, sono state analizzate le proprietà contrattili dei cardiomiociti e dei transienti del calcio ed è stata valutata l’espressione dei microRNA-34a cardiaci così come l’efficienza mitocondriale di alcuni marker apoptotici (BLC2, BAX, AKT) che sembrerebbero coinvolti nella risposta di stress. I risultati dello studio indicano che due settimane di VSD provocano, nelle femmine di ratto, una maggior frequenza cardiaca e la manifestazione di comportamenti simil-ansiosi e di ipervigilanza, durante gli episodi di VSD, insieme ad una maggior produzione di corticosterone plasmatico e ad un incremento del peso delle ghiandole surrenali, al termine del protocollo, nelle femmine esposte a VSD rispetto ai controlli. È emersa, inoltre, una minor efficienza contrattile dei cardiomiociti isolati e uno squilibrio nei transienti del calcio nelle femmine VSD rispetto ai controlli. Non sono state osservate differenze significative nell’espressione dei miR-34a e nei marker apoptotici, sebbene emerga una tendenza apprezzabile all’aumento di miR-34a nelle femmine stressate. In conclusione, l’insieme dei risultati suggerisce che il paradigma di VSD è un valido modello per lo studio delle alterazioni cardiache derivanti da stress sociale ripetuto nelle femmine di ratto e che potrebbe essere utilizzato per studiare i meccanismi sottostanti allo sviluppo di patologie cardiovascolari stress-indotte nella femmina, consentendo quindi una maggiore considerazione delle differenze di genere all’interno della ricerca biomedica.

Exposure to stressful events, especially of the chronic type, is considered a key variable for the development of cardiovascular and neuropsychiatric disorders. Women would seem to be affected more than twice when compared to males, from the beginning of puberty until the menopause. Despite this, neuroscientific and biomedical research has been based on the study of the male sex (in animal as in humans) leading to a generalization of the results, regardless of any gender differences (“Sex Bias”). In this study the Vicarious Social Defeat paradigm (VSD) was used for two weeks, which involved the presence of a female rat “observer” forced to witness the agonistic fight between two male rats (Social Defeat), which could to induce, through emotional contagion, a condition of social stress. Female rats were divided and randomly assigned to the VSD condition or to the control condition (in this case, the female was placed inside an empty cage, without the presence of the two male rats in agonistic interaction). Initially, in order to document chronic stress in VSD females, data on heart rate and behavior during VSD episodes were recorded and the quantification of plasma corticosterone and the weight of the adrenal glands assessed twenty-four hours after the last stress episode. Afterwards, we investigated whether episodes of repeated social stress could induce adverse cardiac and epigenetic alterations in the animals. For this purpose, the contractile properties of cardiomyocytes and calcium transient were analyzed and the expression of cardiac microRNA-34a evaluated as well as the mitochondrial efficiency of apoptotic markers (BCL2, BAX, AKT) involved in stress response. The results showed that two weeks of VSD induce in female rats increased heart rate and the display of anxiety-like and hypervigilant behaviors, during VSD exposure, with a larger secretion of plasma corticosterone and an increased weight of the adrenal 5 glands, at the end of the paradigm, in female rats exposed to VSD condition compared to controls. Furthermore, a lower contractile efficiency of isolated cardiomyocytes and an imbalance in the calcium transient in experimental animals compared to control emerged. No significant findings were observed in microRNA-34a expression and in apoptotic markers, although an appreciable trend of miR-34a increase in stressed females was observed. Overall, the results suggest that the VSD paradigm is a valid model for the study of cardiac alterations resulting from repeated social stress in female rats, and it could be used to study the mechanisms underlying the development of stress-related cardiovascular disease in the female, allowing a greater consideration of gender differences in biomedical research.