Adenosinergic control of fear extinction: the role of adenosine A2A receptors in the basolateral amygdala

Abstract

O medo é de extrema importância para a sobrevivência do indivíduo e da espécie. Enquanto tipo de aprendizagem associativa, este é essencial para a distinção entre situações potencialmente perigosas e seguras. No entanto, a criação de associações de medo patológicas, como é o caso da perturbação de stress pós-traumático, tem consequências na vida do indivíduo e na sua relação com a sociedade. Neste tipo de distúrbio do foro psicológico, o contexto de um trauma, que de outra forma seria considerado inofensivo, é associado a uma consequência negativa. Atualmente, a clínica oferece tipos de psicoterapia que envolvem mecanismos de extinção de medo, em que a a criação de uma nova associação positiva é favorecida, através da exposição do indivíduo a elementos que contextualizam o trauma num ambiente seguro. Apesar de eficaz, os pacientes sofrem recaídas frequentemente, tornando urgente o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas que tenham como alvo o circuito neuronal que controla a memória de extinção de medo.A amígdala é uma das estruturas cerebrais de maior importância no circuito neuronal que regula a formação de associações de memória de medo contextual, cujo processamento requere alterações de plasticidade sináptica.Os recetores A2A para a adenosina (A2AR) estão descritos como sendo capazes de modular fenómenos de plasticidade sináptica na amígdala basolateral, bem como a aprendizagem de memórias de medo condicionado. Para além disso, o nosso grupo demonstrou recentemente que o bloqueio seletivo destes recetores durante um protocolo de extinção de medo contextual leva à aceleração da curva de aprendizagem de extinção em roedores. No entanto, os mecanismos fisiológicos que estão na origem das alterações comportamentais observadas ainda não tinham sido investigados.Neste trabalho, foi demonstrado que o bloqueio seletivo dos A2AR durante um protocolo de extinção de medo contextual resulta na alteração de fenómenos de plasticidade de curta duração na amígdala basolateral de murganhos C57BL/6 e numa aparente necessidade de recrutamento de diferentes grupos neuronais no núcleo basolateral desta região. Por outro lado, o bloqueio seletivo dos A2AR na amígdala basolateral foi suficiente para induzir uma aprendizagem de extinção de medo mais pronunciada, reforçando o papel dos A2AR como moduladores dos microcircuitos da amígdala basolateral e memórias de medo associativo.Adicionalmente, de forma a compreender mais detalhadamente a sinalização intracelular mediada pelos A2AR na amígdala basolateral, a ativação de um recetor quimérico rodopsina-A2A (optoA2AR, expresso sob um promotor para CaMKIIα) foi avaliada na através de registos de eletrofisiologia extracelular ex vivo. A ativação mediada por luz dos optoA2AR levou a alterações na plasticidade de longa duração, que se traduziram numa diminuição da potenciação de longa duração e num aumento da despotenciação. Deste modo, confirmou-se mais uma vez o papel da sinalização intracelular mediada pelos A2AR na regulação da plasticidade sináptica dos microcircuitos da amígdala basolateral, que possivelmente envolve o sistema GABAérgico para além do glutamatérgico.Os resultados obtidos confirmam o papel dos A2AR como moduladores do circuito neuronal responsável pela formação e extinção de associações de medo condicionado e reforça o potencial terapêutico destes recetores no tratamento de perturbações de ansiedade.

Associative fear memories are of extreme importance for the survival of the individual. While this type of learning and memory is essential for most animal species to distinguish between danger and safety, pathological fear memory associations have major negative consequences for both the individual and the society. This is the case of fear- and anxiety-related disorders such as post-traumatic stress disorder, where a pathological association is formed between elements or cues contextualizing a traumatic situation, that otherwise would be considered safe, and an aversive consequence. Current treatment for such conditions is largely based on fear extinction mechanisms, where the formation of a new association is primarily driven by exposing the individual to contextual cues of the traumatic event; however fear relapse is not uncommon. Therefore, it is important to develop new therapeutic strategies that target the neural circuit behind fear extinction and that increase learning and consolidation of the fear extinction memory. The amygdala is a central player in the acquisition, consolidation and extinction of associative fear memories, which require modifications of synaptic plasticity in this brain region. Adenosine A2A receptors (A2AR) were shown to modulate synaptic plasticity in the basolateral amygdala and the acquisition of fear memory. Likewise, A2AR have been described by our group as being capable of accelerating fear extinction in rodents but it has not been yet disclosed how the manipulation of these receptors during a contextual fear extinction paradigm alters the physiological mechanisms underlying this process.In the present work, the systemic pharmacological blockade of A2AR with the selective antagonist SCH58261 during fear extinction training was shown to alter short-term plasticity in the basolateral amygdala of C57BL/6 mice and revealed a tendency for the recruitment of different neuronal groups in the basolateral nucleus of this region. Moreover, the specific targeting of A2AR in the basolateral amygdala was sufficient to accelerate fear extinction learning, solidifying the role of A2AR as active modulators of the microcircuits of the basolateral amygdala and associative fear memories.In order to further elucidate the role of A2AR-mediated signalling in the basolateral amygdala, the activation of a chimeric rhodopsin-A2A receptor (optoA2AR, expressed under a CaMKIIα promoter) was evaluated during ex vivo extracellular recordings, revealing an alteration in long-term plasticity phenomena. Light activation of these receptors impaired long-term potentiation and increased depotentiation, confirming the ability of A2AR-mediated signalling to influence synaptic plasticity in the microcircuits of the basolateral amygdala, possibly through the manipulation of the GABAergic system and not only the glutamatergic system, as previously thought. These findings confirm the role of A2AR as modulators of the neural circuit controlling the formation and extinction of contextual associative fear memories and reinforce the therapeutic potential of these receptors in the treatment of fear-related disorders.