Efeitos do exercício físico resistido materno na neuroplasticidade hipocampal da prole de ratos Wistar

Abstract

A prática do exercício aeróbico materno é capaz de gerar benefícios na função cognitiva da prole, melhorando aspectos relacionados à memória e aprendizado, aumentando a expressão de neurotrofinas e gerando neurogênese hipocampal. Entretanto, os efeitos de outras modalidades de exercício físico praticados pelas mães sobre a função cognitiva da prole permanecem desconhecidos. Essa tese teve como objetivo estudar os efeitos do exercício físico materno do tipo resistido em aspectos comportamentais, neuroplásticos e epigenéticos dos descendentes, explorando esses efeitos em diferentes períodos na vida da prole. Para tal, ratos Wistar foram utilizados em dois experimentos. O primeiro teve como objetivo avaliar os efeitos do exercício resistido (ER) materno no período neonatal, e o segundo na fase adulta da prole. O modelo de ER adotado em ambos os experimentos foi a escalada em escada vertical. Neste, após realização de teste de capacidade máxima, a rata teve que escalar a escada com peso fixado ao corpo. Esse protocolo foi realizado três vezes por semana, durante os períodos descritos. No primeiro experimento, ratas grávidas foram divididas em dois grupos: sedentário durante a gestação e o exercitado durante a gestação. Após o nascimento, no dia pós-natal (P) 8, os filhotes machos foram avaliados quanto ao nível de corticosterona (CORT) plasmática, neurogênese hipocampal e metilação global do DNA hipocampal; também foi avaliado a CORT materna e os marcos do desenvolvimento, peso corporal, tamanho do corpo e cabeça do P2 ao P21 da prole. Não foram observadas diferenças estatísticas entre as mães exercitadas e seus filhos em relação aos níveis de CORT quando comparados ao controle, sugerindo que essa modalidade de exercício não gerou níveis elevados de estresse. Não foram observadas diferenças nos marcos do desenvolvimento entre os grupos. Diferenças transitórias, diminuição do peso corporal e aumento do eixo ântero-posterior do crânio, foram observadas nos filhos de mães exercitadas. Os filhos de mães exercitadas apresentaram proliferação celular aumentada no hipocampo, bem como uma diminuição nos níveis de metilação global de DNA hipocampal. O conjunto desses resultados mostrou que o ER gestacional não gerou malefícios ou alterou de forma importante aspectos físicos dos descendentes, e foi capaz de modificar positivamente fatores associados à neuroplasticidade no hipocampo no período neonatal. No segundo experimento, os efeitos do ER maternal praticado em diferentes janelas temporais foram explorados. Quatro grupos compuseram esse experimento: o grupo de filhos de mães que não se exercitaram, filhos de mães que se exercitaram apenas no período gestacional, filhos de mães que se exercitaram apenas no período pré-gestacional e os filhos de mães que se exercitaram no período pré-gestacional e gestacional. Os descendentes machos foram avaliados em parâmetros comportamentais de memória e aprendizado (Labirinto Aquático de Morris), fatores de neuroplasticidade hipocampais (IGF-1 e BrdU+) e mecanismos epigenéticos hipocampais (Metilação global de DNA, Acetilação Global das Histonas H3 e H4, e a atividade da HDAC2). O ER praticado durante a gestação influenciou de forma discreta, mas positivamente a memória e aprendizado dos descendentes, diminuindo a atividade hipocampal da HDAC2 mas sem causar modificações nos marcadores de neuroplasticidade. Os filhos de mães exercitadas no período pré-gestacional, por sua vez, apresentaram aumento na expressão dos fatores neuroplásticos hipocampais (BrdU+ e IGF-1), acompanhado de diminuição da metilação global de DNA e aumento da acetilação da histona H4. Surpreendentemente, os filhos de mães exercitadas nos dois momentos não apresentaram modificações em nenhuma das análises feitas. O conjunto dos resultados obtidos nessa tese demonstra que o ER materno é capaz de gerar modificações hipocampais importantes relacionadas com a função cognitiva. Essa influência positiva parece estar mais relacionada à prática dessa modalidade de exercício realizada de forma isolada nos períodos pré-gestacional e gestacional.

Maternal aerobic exercise practice can cause benefits on offspring cognitive function, improving memory and learning, increasing neurotrophins expression and causing hippocampal neurogenesis. However, the effects of other modalities of exercise practiced by mothers on cognitive function of offspring, remain unknown. This Ph.D. thesis aimed to study the effects of maternal resistance physical exercise on behavior, neuroplastic and epigenetic aspects of the descendants, exploring these effects in different periods of mother’s life and in distinct periods of progeny's life. Thus, Wistar rats were used in two groups of experiments, the first aimed to study the effects of maternal resistance exercise (RE) on the neonatal period, and the second on adult phase. In the first experiment, pregnant rats were divided into two groups: sedentary during pregnancy and exercise during pregnancy. The RE model used in both experiments was the vertical ladder climbing. After the maximum capacity test, the rat had to climb the ladder with weight in their tails. This protocol was performed three times per week, during the described periods. After the birthday, on postnatal day (P) 8, the male pups were evaluated for: plasmatic corticosterone (CORT) levels, hippocampal neurogenesis and global DNA hippocampal methylation; maternal CORT and motor milestones, body weight, body length and head length on P2 and P21, also were evaluated. No differences were observed in CORT levels of mothers and offspring, indicating that the modality of exercise did not cause high levels of stress. No differences were reported in motor milestones between groups; transitory differences were observed in some body weight and length measures. Offspring from exercise mothers presented an increase in hippocampal cellular proliferation, and a decrease of global DNA hippocampal methylation was also reported. These results demonstrated that maternal RE did not cause harm or alter of an important way the physical development of offspring and was able to cause positive modifications in the hippocampus at the neonatal period. In the second experiment of this thesis, the effects of maternal RE practiced in different temporal windows were explored. This experiment was composed of four groups: offspring of sedentary mothers before and during gestation, offspring of mothers exercised just at pregestational period, offspring of mothers exercised during pregnancy, and offspring of mothers exercised before and during the gestational period. The adult male offspring were evaluated to: behavior analysis (Morris water maze), expression of neuroplastic factors (BrdU and IGF-1), and hippocampal epigenetic mechanisms (Global Hippocampal DNA methylation, Global hippocampal H3 and H4 acetylation, and HDAC2 activity). The RE practiced during pregnancy discretely influenced the memory and learning of descendants, mitigating the hippocampal HDAC2 activity, but without altering neuroplastic factors. Offspring from exercised mothers before pregnancy showed overexpression of hippocampal neuroplastic factors (BrdU and IGF-1), a decrease of global hippocampal DNA methylation, and an increase of H4 acetylation. Surprisingly, the offspring of exercised mothers in the two moments did not show any modifications in assays performed in this group of experiments. The group of data reported in this thesis demonstrated that maternal RE can cause important hippocampal modifications related to cognitive function. This positive influence seems to be linked to the maternal practice of this modality at gestational and pregestational periods.