Amygdalar neurons regulating the stress response in chicken

Abstract

Els trastorns causats per l'estrès són un greu problema per als animals de granja, ja que repercuteixen negativament tant en el seu benestar, com en la productivitat de les granges. En mamífers, l'amígdala central estesa (EAce, que inclou l'amígdala central i el nucli del llit lateral de l'estria terminal o BSTL) exerceix un paper clau en la regulació de l'estrès, en controlar els aspectes fisiològics (neuroendocrins, autonòmics) i conductuals de la resposta d'estrès. En aus, la regulació de la resposta a l'estrès per EAce a penes es coneix, en part a causa de la dificultat d'identificar una "amígdala central" per la divergència evolutiva del telencèfal. Aquest problema va ser abordat pel nostre grup utilitzant l'enfocament de la biologia evolutiva del desenvolupament, que ens va portar a proposar diverses subdivisions i tipus cel·lulars de l'amígdala central estesa d’aus. En aquesta tesi, hem volgut aprofundir en l'anàlisi de l’EAce del pollastre estudiant: (1) la diversitat de tipus cel·lulars en funció del seu diferent origen embrionari; (2) les interconnexions entre les seves diferents subdivisions, mitjançant experiments de traçat de connexions; i (3) la implicació de les diferents subdivisions en la regulació de l'estrès, estudiant l'expressió de c-FOS mitjançant anàlisi de qPCR després d'induir estrès agut, utilitzant un paradigma d'aïllament social. Quant al primer objectiu, hem estudiat tres poblacions neuropeptidèrgiques, que expressen encefalina (ENK), somatostatina (SST) o factor alliberador de corticotropina (CRF). Moltes cèl·lules ENK coexpressen Pax6 i probablement s'originen en la divisió embrionària estriatal dorsal, les cèl·lules SST expressen principalment el factor de transcripció Nkx2.1 i tenen origen palidopreòptic, mentre que les cèl·lules CRF inclouen dos subtipus sobre la base de la coexpressió amb Pax6 (origen estriatal dorsal) o Islet1 (origen estriatal ventral). Aquestes cèl·lules són presents tant en el BSTL com en les parts laterals de la EAce del pollastre, globalment comparable a l'amígdala central d'altres amniotes. Les cèl·lules SST i ENK de l'amígdala central del pollastre semblen comparables a les cèl·lules "on" i "off" de l'amígdala central del ratolí, que s'activen o desactiven durant l'expressió de la por condicionada. Les cèl·lules CRF s'assemblen a les trobades en l'amígdala central i el BSTL de mamífers, relacionades amb les respostes a l'estrès crònic. Els nostres resultats de connectivitat van demostrar projeccions des de diferents subdivisions de l'amígdala central de pollastre al BSTL, que inclouen vies directes i indirectes, que probablement impliquen cèl·lules ENK i CRF. Finalment, els nostres resultats van mostrar que, com ocorre en mamífers, el BSTL i una part lateral de l'amígdala central de pollastre s'activen en l'aïllament social agut. Els nostres resultats donen suport a que las EAce de pollastre i ratolí tenen una organització i funció similars, obrint noves vies per a futures recerques sobre com les diferents cèl·lules i circuits regulen l'estrès.

Los trastornos causados por el estrés son un grave problema para los animales de granja, ya que repercuten negativamente tanto en su bienestar, como en la productividad de las granjas. En mamíferos, la amígdala central extendida (EAce, que incluye la amígdala central y el núcleo del lecho lateral de la estría terminal o BSTL) desempeña un papel clave en la regulación del estrés, al controlar los aspectos fisiológicos (neuroendocrinos, autonómicos) y conductuales de la respuesta de estrés. En aves, la regulación de la respuesta al estrés por EAce apenas se conoce, en parte debido a la dificultad de identificar una "amígdala central" por la divergencia evolutiva del telencéfalo. Este problema fue abordado por nuestro grupo utilizando el enfoque de la biología evolutiva del desarrollo, que nos llevó a proponer varias subdivisiones y tipos celulares de la amígdala central extendida de aves. En esta tesis, hemos querido profundizar en el análisis de la EAce del pollo estudiando: (1) la diversidad de tipos celulares en función de su diferente origen embrionario; (2) las interconexiones entre sus diferentes subdivisiones, mediante experimentos de trazado de conexiones; y (3) la implicación de las diferentes subdivisiones en la regulación del estrés, estudiando la expresión de c-FOS mediante análisis de qPCR tras inducir estrés agudo, utilizando un paradigma de aislamiento social. En cuanto al primer objetivo, estudiamos tres poblaciones neuropeptidérgicas, que expresan encefalina (ENK), somatostatina (SST) o factor liberador de corticotropina (CRF). Muchas células ENK coexpresan Pax6 y probablemente se originan en la división embrionaria estriatal dorsal, las células SST expresan principalmente el factor de transcripción Nkx2.1 y tienen origen palidopreóptico, mientras que las células CRF incluyen dos subtipos en base a su coexpresión con Pax6 (origen estriatal dorsal) o Islet1 (origen estriatal ventral). Estas células están presentes tanto en el BSTL como en las partes laterales de la EAce del pollo, globalmente comparable a la amígdala central de otros amniotas. Las células SST y ENK de la amígdala central del pollo parecen comparables a las células "on" y "off" de la amígdala central del ratón, que se activan o desactivan durante el expresion del miedo condicionado. Las células CRF se asemejan a las encontradas en la amígdala central y el BSTL de mamíferos, relacionadas con las respuestas al estrés crónico. Nuestros resultados de conectividad demostraron proyecciones desde diferentes subdivisiones de la amígdala central de pollo al BSTL, que incluyen vías directas e indirectas, que probablemente implican células ENK y CRF. Finalmente, nuestros resultados mostraron que, como ocurre en mamíferos, el BSTL y una parte lateral de la amígdala central de pollo se activan en el aislamiento social agudo. Nuestros resultados apoyan que las EAce de pollo y ratón tienen una organización y función similares, abriendo nuevas vías para futuras investigaciones sobre cómo las diferentes células y circuitos regulan el estrés.

Stress disorders are a major problem for farm animals, having a negative impact in both animals’ welfare and farm production. In mammals, the central extended amygdala (EAce, including central amygdala and lateral bed nucleus of the stria terminalis or BSTL), plays a key role in stress regulation, by controlling the physiological (neuroendocrine, autonomic) and behavioral aspects of the stress response. The regulation of the stress response by EAce is poorly understood in birds, in part because of problems in the identification of a 'central amygdala' due to the great evolutionary divergence of the telencephalon. This problem was previously addressed by our group using an evolutionary developmental biology approach, resulting in a proposal of several subdivisions and cell types of the avian central extended amygdala. In this thesis, we wanted to deepen in the analysis of the chicken EAce by studying: (1) the diversity of cell types based on their different developmental origin; (2) the interconnections between its different subdivisions, by way of tract-tracing experiments; and (3) the implication of the different subdivisions in stress regulation, studying c-FOS expression by qPCR analysis after inducing acute stress, using a social isolation paradigm. Regarding the first aim, we focused on three major neuropeptidergic populations, expressing enkephalin (ENK), somatostatin (SST) or corticotropin-releasing factor (CRF). We found that many ENK cells coexpress Pax6 and likely originate in the dorsal striatal embryonic division, SST cells mainly express the transcription factor Nkx2.1 and have pallidopreoptic origin, while CRF cells include two subtypes based on their coexpression with Pax6 (dorsal striatal origin) or Islet1 (ventral striatal origin). These different cells are present in both BSTL and lateral parts of chicken EAce, globally comparable to the central amygdala of other amniotes. SST and ENK cells of the chicken central amygdala appear comparable to the 'on' and 'off' cells of the mouse central amygdala, which become active or inactive during conditioned fear expression. CRF cells resemble those found in the central amygdala and BSTL of mammals, related to chronic stress responses. Our connectivity results showed complex projections from different subdivisions of the chicken central amygdala to BSTL, which include direct and indirect pathways likely involving ENK and CRF cells that may lead to inhibition or disinhibition of BSTL outputs. Finally, our results showed that chicken BSTL and a lateral part of the chicken central amygdala become active during acute social isolation, resembling results in mammals. Overall, we provide evidence for similar organization and function of chicken and mouse EAce, opening new venues for further investigations on how different cells and circuits regulate stress.