Ansia e SviluppoAnsia e Sviluppo

Il ruolo della serotonina nella Il ruolo della serotonina nella “programmazione” dell’ansia durante lo “programmazione” dell’ansia durante lo

svilupposviluppoLuisa Lo Iacono

ELLS seminar - Monterotondo Oct 2008

AnsiaAnsia- L’ansia e’ uno stato mentale che si manifesta in risposta ad una minaccia o ad un potenziale pericolo.- Si accompagna a risposte fisiologiche come attivita’ autonomica, tensione muscolare e tremori, stato vigile, sovraeccitazione. - L’ansia si distingue dalla paura (risposta cognitiva vs risposta emotiva).- L’ansia e’ necessaria ed essenziale per la vita umana

- Risposta emozionale eccessiva verso una minaccia.

- Tendenza ad interpretare situazioni ambigue come pericolose.

Disordini d’AnsiaDisordini d’Ansia

1) Ansia innata2) Ansia condizionata

- Piu’ di 40 milioni di americani adulti affetti ogni anno (NIMH)- Prevalenza del 25% (Kessler et al., 1994)

Categories of anxiety disorders

Disorder Lifetime Prevalence

(%)

Characteristics

Generalized anxiety

5 Persistent worry, muscle tension, irritability and sleep disturbances

Panic disorder 3 Panic attack (chest pain, palpitation, short breath) and cognitive symptoms (fear of heart attack or stroke)

Post-traumatic stress disorder

3 Distressing recollection of a traumatic event (e.g. military combat, rape or serious accident) with persistent arousal

Social phobia 13 Fear and avoidance of social situation (e.g. eating or speaking in public)

Specific phobia

11 Persistent and unreasonable fear and avoidance of a particular object or situation (e.g. spiders or blood)

Obsessive-compulsive disorder

2 Repeated intrusive, unwanted, senseless or repulsive thoughts (often in the form of germ contamination) accompanied by rituals intended to neutralize the obsessional fear

Diagnostic and Statistical Manual of the American Psychiatric Association, Vol.4

Disordini d’ansiaDisordini d’ansia

Risposta ansiosa

Circuiti ansia

Sistemisensoriali

ComandiMotori eautonomici

Elaborazionesegnale

Inibizionecomportamentale

AvoidanceRisk assessment

Freezing

EccitazioneStato vigileAttenzioneTachicardia

MINACCIASOCIALE

MINACCIAFISICA

Risposta ansiosa

Sistemasensoriale

Elaborazionedel segnale

MINACCIASOCIALE

MINACCIAFISICA

CIRCUITI DELL’ANSIA

1) Dove sono I circuiti dell’ansia nel cervello?2) Quali anormalita’ caratterizzano la patologia?3) Perche’ e quando si generano?

1) DOVE?1) DOVE?

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Neuroanatomia dell’ansia

Corteccia

Talamo

Midbrain

Tronco encefalicoCervelletto

Ipotalamo

Ippocampo

Amygdala

Risposta ansiosa

Sistemasensoriale

Elaborazionedel segnale

MINACCIASOCIALE

MINACCIAFISICA

CIRCUITI DELL’ANSIA

1) Dove sono I circuiti dell’ansia nel cervello?2) Quali anormalita’ caratterizzano la patologia?3) Perche’ e quando si genera?

I tratti ansiosi si osservano gia’ nell’infanziaAlta cronicita’ della patologiaAnsia del bambino

Si’, accesa dalle esperienze di vita, es PTSD

Eziologia dell’ansiaEziologia dell’ansiaFattori ambientali?

Fattori genetici? Si’, natura familiare dell’ansia

GENI X AMBIENTE

MA

Da studi su gemelli: 30-40 % fattore di rischioMA

Caldji et al., 1998

Le cure materne regolano lo sviluppo dei circuiti neurali che guidano la risposta ansiosa

Open Field

Caspi et al., Science 2003

Influenza di stress infantili sulla depressione: moderazione a carico di una mutazione genetica5HTT: trasportatore serotonina

s/s: forma cortas/l: forma medial/l: forma lunga

The developmental programming of anxiety

Meccanismi biologici durante lo sviluppo sotto il controllo di fattori genetici ed ambientali possono “programmare” la predisposizione di un individuo a manifestare disordini d’ansia, durante tutta la vita

Risposta ansiosa

Sistemasensoriale

Elaborazionedel segnale

MINACCIASOCIALE

MINACCIAFISICA

CIRCUITI DELL’ANSIA

1) Dove sono I circuiti dell’ansia nel cervello?2) Quali anormalita’ caratterizzano la patologia?3) Perche’ e quando si generano?

Serotonergico Gabaergico

Circuiti neurali coinvolti

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are needed to see this picture.Categories of anxiety disorders and common treatments

Disorder Treatments

Generalized anxiety Benzodiazepines, SSRIs, Buspirone, behavioral therapy

Panic disorder SSRIs, benzodiazepines, cognitive/behavioral therapy

Post-traumatic stress disorder

SSRIs, cognitive/behavioral therapy

Social phobia SSRIs, benzodiazepines, cognitive/behavioral therapy

Specific phobia Behavioral therapy

Obsessive-compulsive disorder

SSRIs, behavioral therapy

Farmacologia dell’ansiaFarmacologia dell’ansia

Il sistema serotonergicoIl sistema serotonergico

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5HT1A

La sinapsi serotonergica

SSRI

Buspirone

I farmaci ansiolitici potenziano il segnale serotonergico

Serotonin 1AR-KO: il topo “ansioso”

Possono difetti nei circuiti serotonergici essere coinvolti nell’ansia?

OPEN FIELD

Durata: 60 minSistema Video tracking

• Tempo passato nel centro• % Distanza percorsa nel centro

Misure:

ELEVATED-PLUS MAZE

• N. di ingressi nelle braccia aperte

• Tempo passato nelle braccia aperte

• % Distanza percorsa nelle braccia aperte

Durata: 6 minSistema Video tracking

Misure:

Il comportamento del 5-HT1A KO mouse

Open Field

0

2

4

6

8

10

12

***

WT KO% path in the center

0

10

20

30

40

50

60

% entries in open arms

*

WT KO

Elevated-Plus Maze

Quando si sviluppa il fenotipo d’ansia?Quando si sviluppa il fenotipo d’ansia?

Doxicicline = no receptor

P0 P21

BIRTH MATURITY

P60

Normal Normal anxietyanxiety

Tecnica: Mutazione genetica condizionale con Doxicicline-repressible transactivation system

Increased Increased anxietyanxietyP0 P21

Anxiety Behavioral Test

ADULTBIRTH MATURITY

P60

P0 P21

Anxiety Behavioral Test

ADULT

Quando si sviluppa il fenotipo d’ansia?Quando si sviluppa il fenotipo d’ansia?

BIRTH MATURITY

P60

WAY100635 = no receptor activity

Anxiety?Anxiety?

Tecnica:Blocco farmacologico del 5-HT1Acon l’antagonista WAY100635

Trattamento cronico con osmotic mini pumps

Increased Increased anxietyanxiety

P0

BIRTH MATURITY

P60P35P14

*

0100200300400500600

Time in center

5-HT1AR signaling

CaMKII

P

neuronal bouton

5-HT1AR

i

Cai et al., J.Biol.Chem., 2002

5-HT1AR puo’ ridurre l’attivita’ dell’enzima CamKII

SinapsiSerotonina

P

P

Espressione genica

Sviluppo dendritico

sinaptogenesiPotenza sinaptica

Apprendimento, memoria, plasticita’ nervosa

Levels of P-CaMKII in hippocampus of 5-HT1A KO miceLevels of P-CaMKII in hippocampus of 5-HT1A KO mice

PP

P

PP

PP

P P

P0

BIRTH MATURITY

P60P35P14

ADULT

WT KOWT KO

Tecnica: western blot detection con anticorpo contro Phospho-CaMKII

WTKO

% p

-C

aMK

II

No Stress Stress

**

0

50

100

150

200

% p

-C

aMK

II

0

50

100

150

200 WTKO

Stress

CaMKII

neuronal bouton

5-HT1AR

i

Il topo 5-HT1AR KO ha un’aumentata attivita’ di CaMKII

Sinapsi in 5-HT1A KO mouseSerotonina

Gene expression

Dendritic development

SynaptogenesisSynaptic strength

Apprendimento, memoria, plasticita’ nervosa

PP

P

PP

P

Dendriti prossima

li apicali

J.P. Horning, University of Lausanne unpublished data

Aumentata arborizzazione dendritica Aumentata arborizzazione dendritica nell’ippocampo di topi 5-HT1A KOnell’ippocampo di topi 5-HT1A KO

Un difetto nei meccanismi di sviluppo dendritico nell’ippocampo nei primi anni di vita puo’ predisporre un individuo a manifestare ansia in eta’ adulta

La nostra ipotesi:

5-HT1AR e lo sviluppo post-natale del cervello5-HT1AR e lo sviluppo post-natale del cervello

CONCEPTION MATURITYBIRTH

Sensory experienceSensory experience

Nervous system developmentNervous system developmentADULT

BEHAVIOR

MigrazioneEstensioneassoni

Proliferazione Differenziamento

Primi contatti sinaptici

5-HT5-HT

1AR1AR

Maturita’

•Crescita dendritica•Sinaptogenesi

Maturazione e rifinitura

Plasticita’ “experience-dependent”

Cornelius GrossEnrica AuderoValeria CarolaTiago Ferreira

Thodoris TsetsenisOlga Ermakova

Giovanni FrazzettoOlivier Mirabeau

Apar JainRaffaella BosurgiTiziana RossettiRosa Paolicelli

Thank you!

EMBL-Animal FacilityFrancesca ZonfrilloAntonella Vecchio

EMBL-Phenotyping FacilityMumna Al Banchaabouchi

Dominika Farley