The role of AP2γ transcription factor in the modulation of adult glutamatergic neurogenesis in depression

Abstract

Major depressive disorder (MDD) is a multidimensional psychiatric disease, considered by the World Health Organization as one of the leading causes of disability. Despite the importance of this disease in modern societies and the large investment of resources already made in its study, the processes underlying its pathophysiology remain poorly understood. Several hypotheses have been proposed to clarify the neurobiological mechanisms underlying this psychiatric disorder, being the link between adult hippocampal neurogenesis and MDD a central topic in the past decades. Previous studies have identified AP2γ as a key regulator of adult hippocampal neurogenesis in mice, being expressed in a subpopulation of adult transient amplifying progenitors, and acting as a regulator of basal progenitors, promoting proliferation and glutamatergic neuronal differentiation. Thus, we wanted to further explore the impact of AP2γ in brain neurophysiology and behavior during development and at adult stages, dissecting also its mechanisms both in healthy and depressive states. With this study, we were able to understand the impact of AP2γ in post-natal development and during juvenile age, through the AP2γ constitutive knockout (KO) model. In the developmental milestones assessment we did not find any major impairment in the behavioral performance of AP2γ KO mice, since all parameters analyzed, including the ones where we found differences, were within the typical range for appearance of the developmental milestones. However, in the juvenile behavior assessment and in the hippocampal glutamatergic neurogenesis process, impairments were found, since AP2γ KO mice showed anxious-like behavior and decreased proliferation of immature neurons. To study the impact of modulating the transcription factor AP2γ in depression we exposed both constitutive and conditional KO animal models to a chronic stress protocol, which efficiently induced core depressive-like symptoms. Through the conditional AP2γ KO mice, we were able to elucidate the impact of deleting AP2γ on behavior and neurogenesis in depressive-like conditions specifically in adult age, without the interference of potential functions of the gene during early development that may appear in the constitutive AP2γ model. Through a multidimensional behavioral analysis, we observed that both models presented similar results in the three most affected behavioral dimensions in depression, namely anxiety, mood and cognition. Regarding anxiety and mood no major differences were found between genotypes in both animal models. Moreover, AP2γ KO mice presented cognitive deficits in basal conditions, but when exposed to chronic mild stress no detrimental effects of deletion of the gene were observed. In this work, we also identified, through a broad analysis of the dentate gyrus neurogenic niche, alterations of epigenetic regulators in the AP2γ constitutive KO mice after uCMS exposure. The reported results not only support the involvement of AP2γ in the transcriptional network that modulates the juvenile and adult neurogenic process, but also highlight the potential of this molecule as a future therapeutical tool in neuropsychiatric disorders, in which neurogenesis is impaired.

O transtorno depressivo persistente é uma doença psiquiátrica multidimensional, considerada pela Organização Mundial de Saúde como uma das principais causas de incapacidade. Apesar da importância desta doença na sociedade moderna, e do largo investimento de recursos já feitos no seu estudo, os processos subjacentes à sua patofisiologia continuam pouco percebidos. Várias hipóteses foram propostas para clarificar os mecanismos neurobiológicos implícitos nesta doença psiquiátrica, tendo sido o vínculo entre a neurogénese hipocampal adulta e a depressão um tópico central nas décadas passadas. Estudos anteriores identificaram o AP2γ como um regulador chave da neurogénese hipocampal adulta em ratinhos, sendo expresso numa subpopulação de células progenitoras de rápida amplificação adultas, e atuando como regulador de progenitores basais, promovendo a proliferação e a diferenciação neuronal glutamatérgica. Deste modo, propusemos continuar a explorar o impacto do AP2γ na neurofisiologia cerebral e no comportamento, durante a fase de desenvolvimento e na idade adulta, procurando entender também os seus mecanismos tanto no estado saudável como em depressão. Com este trabalho, fomos capazes de entender o impacto do AP2γ no desenvolvimento pós-natal e em idade juvenil, a partir do modelo animal de deleção constitutiva do AP2γ. Na avaliação dos marcos de desenvolvimento, não encontramos nenhuma alteração no desempenho comportamental nos animais com deleção de AP2γ, visto que todos os parâmetros analisados, incluindo os que encontramos alguma diferença, se encontravam dentro dos intervalos típicos de aparecimento dos marcos de desenvolvimento. Contudo, na avaliação do comportamento juvenil e no processo de neurogénese glutamatérgica hipocampal observamos défices, visto que os animais com deleção de AP2γ apresentaram comportamento ansioso e uma diminuição da proliferação de neurónios imaturos. Para estudar o impacto da modulação do fator de transcrição AP2γ em depressão expusemos tanto o modelo animal com deleção constitutiva bem como o modelo animal condicional do gene a um protocolo de stress crónico, o qual eficientemente induziu sintomas primários de depressão. Através do modelo animal condicional do AP2γ, conseguimos compreender o impacto da deleção do AP2γ na modulação do comportamento e neurogénese em condições depressivas especificamente em idade adulta, sem interferência das potenciais funções do gene durante o período de desenvolvimento dos animais, que poderão surgir no modelo animal constitutivo do AP2γ. Através, de uma análise comportamental multidimensional, observamos que ambos os modelos apresentaram resultados similares nas dimensões comportamentais mais afetadas na depressão, nomeadamente a ansiedade, o humor e a cognição. Relativamente à ansiedade e ao humor não encontramos grandes diferenças entre genótipos em ambos os modelos animais. Além disso, os modelos animais de deleção do AP2γ apresentaram défices cognitivos em condições basais, mas após exposição ao stress crónico não foram observados os efeitos prejudiciais da deleção do gene. Neste trabalho, também identificamos, através de uma análise abrangente do nicho neurogénico girus denteado, um reguladores epigenéticos alterados no animal constitutivo do AP2γ. Os resultados apresentados não só suportam o envolvimento do AP2γ na rede transcripcional responsável pela modulação do processo neurogénico juvenil e adulto, como também destacam o potencial desta molécula em abordagens terapêuticas futuras em doenças neuropsiquiátricas, nas quais a neurogénese se encontra afetada.