Influence of stress in the structure and function of the amygdala

Abstract

Stress is a powerful modulator of emotional behavior and is implicated in the etiology of mood disorders like anxiety, depression and phobias. Mood disorders are particularly common and affect a large percentage of the world population with relevant implications to individual’s health and to the society. Fear and anxiety represent specific aspects of emotional behavior that show behavioral resemblances but are triggered by events that activate distinct neuronal pathways: while the amygdala plays a key role in fear-conditioned to cue stimuli, the bed nucleus of the stria terminalis (BNST) is implicated in anxiety behavior and responses to contextual stimuli. In addition, the BNST is directly involved in the regulation of the hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis being an important relay station of limbic inputs. In the present work, we have thoroughly characterized how emotional behavior, namely fear and anxiety, is affected by chronic stress. In order to uncover structural correlates of behavioral findings stereological estimates of the BNST and amygdaloid complex were performed, followed by 3-dimensional morphometric dendritic analysis. To clarify the relative importance of hormonal (corticosteroids) and central mediators (CRF1R or CRF2R agonists) of the stress response, and their contribution to neuroanatomical changes induced by stress, two additional sets of experiments were designed. Finally, the functional relevance of the observed changes was determined by characterizing the expression of immediate-early genes in control and stressed animals in basal conditions and after anxiogenic stimulus. Results show that chronic stress induces anxiety behavior without influencing fear-conditioning and locomotory/exploratory activity. Stress-induced anxiety correlated with increased volumes of the BNST, but not of the amygdala. Dendritic remodeling was found to make a significant contribution to the stress-induced increase in BNST volume, primarily due to changes in the anteromedial area of the BNST, an area strongly implicated in emotional behavior and in the neuroendocrine control of the stress response. Most of the effects of stress were recapitulated by exogenous corticosterone, while CRF1R reproduced particular aspects of spinogenesis. At last, chronic stress was associated to altered expression of c-fos in the BNST in both basal conditions and after anxiogenic stimuli. In conclusion, this study shows that chronic stress impacts on BNST structure and function establishing a possible correlation between anxiety behavior and structural remodeling. Finally, the functional impairment of the BNST may reflect the loss of inhibitory tone over the HPA and contribute to the perpetuation of corticosteroid neuronal restructuring.

O Stress é um modulador potente do comportamento emocional e está implicado na etiologia das perturbações do humor como a ansiedade, a depressão e as fobias. As perturbações do humor são particularmente comuns e afectam uma percentagem grande da população mundial com implicações relevantes para a saúde do indivíduo e da sociedade. O medo e a ansiedade representam aspectos específicos do comportamento emocional que apresentam semelhanças comportamentais mas são despoletados por eventos que activam circuitos neuronais distinctos: enquanto que a amígdala tem um papel central no condicionamento ao medo a estímulos específicos, o núcleo da estria terminal (NET) está implicado na ansiedade e em repostas a estímulos contextualizados. Adicionalmente, o NET está directamente envolvido na regulação do eixo hipotálamo-pituitária-surprarenal (HPA) sendo uma importante estação de passagem para a informação proveniente do sistema límbico. No presente trabalho, caracterizamos como é que o comportamento emocional, nomeadamente medo e ansiedade, é afectado pelo stress crónico. Por forma a estabelecer correlações estruturais com os achados comportamentais realizámos estimativas esterológicas do NET e da amígdala, seguido da análise dendrítica morfométrica de reconstruções 3-D de neurónios. Para clarificar qual a importânica relativa dos mediadores hormonais (corticosteróides) e centrais (agonistas CRF1R ou CRF2R) da resposta ao stress, e qual o seu contributo para as alterações neuroanatómicas observadas, realizámos duas experiências adicionais. Finalmente, a importância functional dos achados foi determinada caracterizando a expressão de genes de activação imediata em condições basais e após exposição a estímulos ansiogénicos. Os resultados mostraram que o stress crónico induz comportamento ansioso sem fectar o comportamento de medo ou actividade exploratória/locomotora. A ansiedade induzida pelo stress correlaciona-se com aumentos no volume do NET, mas não da amígdala. A remodelação dendrítica provou contribuir para o aumento significativo do NET, primariamente associado a alterações na área anteromedial do NET, uma área fortemente implicada no comportamento emocional e no controlo neuroendócrino da resposta ao stress. A maior parte dos efeitos observados pode ser replicado pela administração exógena de corticosteróides, enquanto que os agonistas dos CRF1R reproduziram aspectos particulares da formação de espinhas. Por fim, o stress crónico está associado a alterações na expressão de c-fos no NET quer em situações basais como após estímulos ansiogénicos. Concluindo, este estudo mostra que o stress crónico tem um impacto significativo na estrutura e função do NET estabelecendo uma possível ligação entre o comportamento ansioso e a remodelação estrutural. Finalmente, a disfunção do NET pode reflectir uma perda do tonus inibitório sobre o HPA e contribuir para a perpetuação da reestruturação neuronal pelos corticosteróides.