Effetti dell’ambiente materno precoce e dell’espressione di NPY-1r in area limbica su comportamento e riproduzione di topi femmine KO condizionali

The phenotype is the set of morphological and functional traits of an organism, resulting from the interaction between genotype and environmental factors. In mammals, early maternal environment plays a key role in the regulation of postnatal phenotypic development. Several studies in rodent models showed the influence of maternal cares on behavior, stress response and metabolism in adult offspring. In the mouse model characterized by a conditional deletion of Y1 receptor of neuropeptide Y (NPY) gene in excitatory neurons of the forebrain, the gene deletion affected only male mice reared by high maternal care foster dams; knockout males (NPY1rrfb) showed lower body weight, higher level of anxious behavior, lower plasmatic leptin levels, less abdominal adipose tissue and lower levels of NPY-1r mRNA expression compared to controls (NPY2lox). Further studies conducted in our laboratory have demonstrated that the effects of conditional inactivation of NPY-1r and early maternal behavior were sex related. Indeed, NPY-1r KO females display only mild or no effects on behavior and metabolism when compared to male mice. The aim of the present study was to investigate if and how limbic inactivation of NPY-1r and/or early maternal environment affect emotional, reproductive and maternal behavior of females. The generation of NPY1rrfb and NPY2lox offspring was achieved by mating three different genetically modified mouse lines. At birth, litters were fostered to dams of four different strains characterized by different levels of maternal behavior. As adults, NPY1rrfb and NPY2lox females were mated with C57Bl/6J male mice. Before and during pregnancy females were subjected to different behavioural tests: sucrose preference test (anhedonia), open field and nest-building test were performed to evaluate depression-like, anxious and maternal motivation behavior. At delivery pups were sexed and weighed, and body weight growth and survival of offspring were monitored during the first postnatal week. NPYrfb females showed decreased reproductive success compared to control females. Moreover, although no differences were observed in litter size, NPYrfb females’ litters showed lower body weight at birth compared to control females’ litters. At difference with previous data on males, the effects of NPY-1r gene inactivation on female reproduction was affected by gene deletion regardless of the foster mother strains. To assess whether the decreased reproductive success of NPYrfb females was due to a lack in maternal motivation or to decreased pups stimulation we performed a cross fostering experiment between NPYrfb and NPY2lox females. The data achieved by this experiment are not definitive. Currently analyses of NPY-1r mRNA expression in several brain areas, of immunohistochemistry of NPY and other peptides, and of perineuronal nets are still in progress. These data studies can contribute to understand the mechanisms involved in the decreased reproductive success of NPY1r KO females and the role of the limbic NPY system/Y1 receptor in the modulation of reproductive behavior.

Il fenotipo di un organismo, cioè l’insieme delle sue caratteristiche morfologiche e funzionali, è determinato dall’espressione del suo patrimonio genetico e dalle influenze dell’ambiente circostante. Nei mammiferi l’ambiente materno precoce riveste un ruolo fondamentale nel regolare lo sviluppo postnatale e il fenotipo. Studi condotti su roditori hanno dimostrato come la qualità delle cure materne influenzi comportamento, risposta allo stress e metabolismo della progenie in età adulta. Nel modello murino caratterizzato dalla delezione condizionale (ristretta ai neuroni eccitatori del prosencefalo) del gene NPY-1r, che codifica per il recettore Y1 del neuropeptide Y (NPY), è stato dimostrato che gli effetti della delezione genica si manifestavano solo nei maschi allevati da madri adottive ad alto grado di cure materne; in questa condizione i topi knockout (NPY1rrfb) mostrano minor peso corporeo, aumento del comportamento ansioso in età adulta, minori livelli plasmatici di leptina, minor quantità di tessuto adiposo e ridotta espressione dell’mRNA codificante per NPY-1r rispetto ai topi controllo (NPY2lox). Studi condotti nel nostro laboratorio hanno dimostrato che gli effetti della delezione genica e/o dell’ambiente materno precoce dipendono anche dal sesso; le femmine presentano pochi (o nessuno) effetti comportamentali e metabolici rispetto ai maschi. Il presente studio ha lo scopo di esaminare il comportamento emozionale, riproduttivo e materno di femmine knockout (NPY1rrfb) e di controllo (NPY2lox) allevate da madri con diverso grado di cure materne per valutare l’impatto dell’inattivazione condizionale di NPY-1r in area limbica e delle cure materne in risposta al challenge riproduttivo. Dall’incrocio di tre diverse linee murine abbiamo ottenuto una prole costituita da topi NPY1rrfb e NPY2lox dati in adozione, alla nascita, a madri di quattro diversi ceppi caratterizzati da un diverso grado di cure materne. In età adulta le femmine NPY1rrfb e NPY2lox sono state accoppiate con maschi di ceppo C57Bl/6J e sottoposte a diversi test comportamentali, prima e durante la gravidanza: anedonia, esplorazione di un’arena, test di costruzione del nido, per valutare il comportamento simil-depressivo, ansioso e di motivazione materna. Al parto è stato registrato numero, sesso e peso dei piccoli e valutata la crescita e sopravvivenza delle nidiate. Le femmine NPYrfb hanno avuto una significativa riduzione del successo riproduttivo (la percentuale di femmine che al PND 6 ha almeno un piccolo) rispetto ai controlli. Inoltre, i piccoli nati dalle femmine NPYrfb mostrano alla nascita un peso corporeo minore rispetto ai piccoli delle femmine di controllo. A differenza di quanto osservato nei maschi, in cui gli effetti della delezione genica di NPY-1r sono riscontrabili solo quando la prole è allevata da madri ad alto grado di cure materne, in questo studio è emerso che la delezione genica influenza la riproduzione nelle femmine e che questo effetto non sembra dipendere dalla qualità delle cure materne ricevute. Per comprendere se la riduzione del successo riproduttivo nelle femmine NPYrfb sia attribuibile alla mancanza di motivazione materna o a una ridotta stimolazione da parte dei piccoli, in uno studio successivo ho utilizzato la procedura di adozione incrociata tra femmine NPYrfb e NPY2lox che non ha fornito però dati conclusivi. Sono tutt’ora in corso le analisi sull’espressione del recettore NPY-1r in diverse aree cerebrali e le analisi immunoistochimiche su NPY ed altri neuropeptidi, oltre allo studio delle reti perineuronali, che potrebbero contribuire alla comprensione delle cause alla base della riduzione del successo riproduttivo osservato e del ruolo del sistema NPY limbico/recettore Y1 nella modulazione del comportamento riproduttivo.