Impact of maternal diabetes on offspring memory.

Abstract

Diabetes durante a gravidez está associada a aumento do risco de distúrbios do neurodesenvolvimento na descendência, nomeadamente défices psicomotores, sensoriais e cognitivos. Estudos indicam que diabetes materna induz modificações estruturais e funcionais no hipocampo da descendência, uma região cerebral associada aos processos de aprendizagem e memória. No entanto, os mecanismos exatos pelos quais o ambiente uterino de uma mãe diabética afeta o hipocampo da descendência permanecem por definir.O objetivo principal da presente tese foi avaliar o impacto da diabetes materna na memória da descendência, avaliando primeiro o impacto no desenvolvimento durante o início da infância e depois analisando alterações celulares e moleculares subjacentes a alterações de memória. Além disso, evidências sugerem que diabetes materna afeta o cérebro da descendência de uma maneira dependente do gênero. No entanto, poucos estudos foram realizados simultaneamente em machos e fêmeas, a fim de estabelecer um efeito claro. Por isso, pretendemos também esclarecer o possível efeito diferencial da diabetes materna na descendência com base no género.Para avaliar a influência do ambiente intrauterino da diabetes durante a gravidez no desenvolvimento durante as primeiras semanas de vida, foi realizada uma bateria de testes para avaliar reflexos, força e locomoção durante esse período, uma vez que alterações no desempenho nesses testes podem ser sugestivas de défices do desenvolvimento do sistema sensório-motor. Diabetes materna induziu atraso no desenvolvimento de reflexos, força e comprometeu a locomoção durante as duas primeiras semanas pós-natais dos descendentes de ambos os sexos com tendência para um efeito mais evidente nos machos. O alcance de marcos físicos de desenvolvimento dos descendentes foi avaliado, revelando um atraso no desenvolvimento. Adicionalmente, este estudo longitudinal demostrou que os descendentes de ambos os sexos de mães diabéticas apresentaram défices em termos de ganho de peso. Sendo o objetivo principal desta tese avaliar o impacto da diabetes materna na memória da descendência no final da infância e, tendo em consideração que a ansiedade pode afetar a cognição, avaliou-se o comportamento ansioso utilizando o teste de campo aberto (OPF) e o teste do labirinto em cruz elevado (EPM). A atividade locomotora também foi avaliada no OPF, uma vez que deficiências locomotoras podem influenciar o desempenho da descendência em testes de memória. Não foram observadas alterações na locomoção nos machos e fêmeas descendentes de mães diabéticas. Em relação ao comportamento ansioso, observou-se que a diabetes materna teve um impacto diferencial nos descendentes consoante o género. Fêmeas demonstraram uma tendência a explorar menos a área central da arena do OPF e entraram menos vezes nos braços abertos do EPM, sugerindo um comportamento ansioso, enquanto nos machos não foram detetadas alterações. Para avaliar o impacto de diabetes materna na memória da descendência, realizou-se o teste de reconhecimento de objetos (NOR). Apesar de não ter sido possível realizar uma análise diferencial consoante o gênero, os resultados indicam que diabetes maternal afeta negativamente a memória da descendência.Para investigar os mecanismos celulares e moleculares que podem estar subjacentes aos défices de memória dos descendentes, começou-se por avaliar a organização estrutural das sub-regiões do hipocampo através da coloração de violeta de cresilo. Não foram detetadas alterações na espessura das camadas nucleares das sub-regiões do hipocampo, sugerindo que a diabetes materna não induziu perda neuronal. Adicionalmente, avaliaram-se os níveis de proteínas envolvidas na sinaptogénese tais como a PSD-95, sinapsina-1, sinaptofisina e KIF1A. A diabetes materna não induziu alterações nos níveis de proteínas sinápticas incluindo nos níveis de VGlut-1, um marcador de sinapses glutamatérgicas. Níveis proteicos de subunidades do recetores AMPA foram também avaliados sendo que estes recetores são importantes para plasticidade sináptica. Observou-se uma tendência para a diminuição dos níveis proteicos totais de GluA1 no hipocampo de fêmeas, filhas de mães diabéticas e uma tendência para o aumento de GluA2 em sinaptossomas de hipocampo de machos. Estas alterações poderão afetar funcionalmente a neurotransmissão e a plasticidade sináptica, e consequentemente os processos de memória.Este trabalho realça a importância de compreender plenamente os efeitos deletérios da diabetes materna durante o desenvolvimento do cérebro, o seu impacto a longo prazo em circuitos neuronais e no comportamento. Além disso, este estudo também demonstra a importância de estudar as diferenças de género em resposta a insultos durante o neurodesenvolvimento.Melhor compreensão dessas questões permitirá delinear estratégias terapêuticas futuras de modo a prevenir e tratar a disfunção neuronal subjacente aos défices cognitivos e de memória da descendência das mães diabéticas

Diabetes during pregnancy is associated with increased risk of neurodevelopmental disorders in the offspring, namely psychomotor, sensorial and cognitive impairments. Experimental studies indicate that diabetes during pregnancy induces structural and functional modifications in offspring hippocampus, a brain region associated with learning and memory processes. Nevertheless, the exact mechanisms by which in utero diabetic environment affects the offspring hippocampus remain to be defined.The main aim of the present thesis was to evaluate the impact of maternal diabetes on offspring’s memory, evaluating first its’ impact on early development and then uncover the underlying cellular and molecular alterations in the hippocampus that could be behind alterations found. Furthermore, evidences suggest that maternal diabetes impacts the offspring’s brain in a gender-dependent manner, but few studies have been performed in both male and female offspring in order to establish a clear effect. Therefore we also intended to clarify possible gender-dependent impact of maternal diabetes on the offspring.In order to evaluate the influence that foetal exposure to maternal diabetes could have during early postnatal development, a battery of tests was performed to assess reflexes, strength, and locomotion during the first postnatal weeks since altered performance in these tests could be suggestive of developmental sensory-motor system deficits. Maternal diabetes induced a delay in the development of reflexes, and impaired strength and locomotion during the first two postnatal weeks of both male and female offspring with a tendency for stronger effect on male offspring. The achievement of physical developmental milestones was also assessed and revealed, as well, a delayed development in both male and female offspring of diabetic dams. Furthermore, this longitudinal study showed impairments in weight gain of the offspring of diabetic dams of both genders.Since the main aim of this thesis was to evaluate the impact of maternal diabetes on offspring memory in late infancy period, and since anxiety may affect cognition, we assessed anxiety-like behaviour in the open field (OPF) and elevated plus maze (EPM) tests. Locomotor activity was also evaluated in the OPF, as locomotor impairments may influence offspring performance in memory tests. No alterations were observed in locomotion in both female and male offspring of diabetic dams. Regarding anxious-like behaviour, a gender-specific impact of maternal diabetes was observed. Females demonstrated a tendency to explore less the central area of the OPF arena and entered fewer times EPM open arms suggesting an anxious-like behaviour, whereas no changes were observed for males. To uncover the impact of maternal diabetes in offspring memory we performed the novel object recognition (NOR) test. Even though we were unable to carry out a gender differential analysis, results strongly indicate that maternal diabetes negatively impacts offspring memory.To investigate the underlying cellular and molecular mechanisms that may be responsible for the cognitive deficits, we started by evaluating the structural organization of hippocampal subregions by cresyl violet staining. No differences in the thickness of the hippocampal subregion nuclear layers were detected suggesting that maternal diabetes did not induce neuronal loss. Furthermore, we evaluated the levels of proteins involved in synaptogenesis namely PSD-95, synapsin-1, synaptophysin and KIF1A. Maternal diabetes did not induce changes in the protein levels of these synaptic proteins nor in the levels of VGlut-1 as an indicator of glutamatergic synapses. AMPA receptor subunit levels were also evaluated since these receptors are important for synaptic plasticity. We observed a tendency for decreased total levels of GluA1 in the hippocampus of female offspring of diabetic dams and a tendency for increased synaptic GluA2 in the hippocampus of male offspring. These changes may functionally impact neuronal transmission and synaptic plasticity, which are important features in the context of memory processes.This work highlights the importance of fully understanding the deleterious effects of maternal diabetes during brain development, as well as their long-term impact on neurobehavioral circuits. Furthermore, this study also demonstrates the importance of studying gender differences in response to insults during neurodevelopment. A better understanding of these issues will allow delineating future therapeutic strategies to prevent and treat neuronal dysfunction underlying memory and cognitive deficits of the offspring of diabetic mothers.