Αγωνιστική συμπεριφορά, ηθολογικά πρότυπα και ο ρόλος των γλυκοκορτικοστεροειδών υποδοχέων

Στα ζωικά είδη με έντονες κοινωνικές αλληλεπιδράσεις και ιεραρχίες, παρατηρούνται δύο κύριες στρατηγικές αντιμετώπισης καταστάσεων ή αλλιώς ηθολογικά πρότυπα: η προδραστική και η αναδραστική. Τα χαρακτηριζόμενα ως προδραστικά άτομα θεωρείται πως ακολουθούν κυρίως μία κυριαρχική, επιθετική, τολμηρή και στερεοτυπική συμπεριφορά, ενώ τα αναδραστικά, μία υποτακτική, επιφυλακτική, φοβική και ευέλικτη συμπεριφορά. Οι συγκεκριμένες στρατηγικές είναι πολύ σημαντικές για την επιβίωση, την ομοιόσταση, την κοινωνική μάθηση, τη διερεύνηση, την αξιοποίηση διαθέσιμων πόρων καθώς και την αναπαραγωγή. Η συσχέτιση της επιθετικής συμπεριφοράς με άλλες εκφάνσεις της προσωπικότητας έχει διερευνηθεί σε πτηνά, τρωκτικά και θηλαστικά, όπου η επιθετική συμπεριφορά φάνηκε να συνδέεται με την εξερευνητική συμπεριφορά και την τολμηρότητα. Η απόκριση των οργανισμών σε δυσμενή ερεθίσματα και προκλήσεις του φυσικού και κοινωνικού περιβάλλοντος διέπεται από περίπλοκους μοριακούς και νευροενδοκρινικούς μηχανισμούς. Η απόκριση των τελεόστεων στην καταπόνηση ρυθμίζεται μέσω της ενεργοποίησης του άξονα Υποθαλάμου – Υπόφυσης – Μεσονέφρου (Hypothalamic – pituitary – interrenal axis, HPI), οδηγώντας τελικά στην έκκριση της κορτιζόλης. Η επίδραση της κορτιζόλης κατά την απόκριση στο στρες ρυθμίζεται μέσω δύο υποδοχέων, του γλυκοκορτικοστεροειδούς (GR) και του αλατοκορτικοστεροειδούς (MR), με γενωμική και μη γενωμική δράση στη φυσιολογία και συμπεριφορά. Το zebrafish αν και στη φύση αποτελεί ένα κοινωνικό είδος, με ισχυρή τάση σχηματισμού κοπαδιού, σε πληθυσμούς χαμηλής συγκέντρωσης, εμφανίζει επιθετικές αλληλεπιδράσεις οι οποίες στην πλειοψηφία τους καταλήγουν σε σχέσεις κυριαρχίας – υποτέλειας και στα δύο φύλα. Επιπλέον, έκθεση σε οξύ και χρόνιο στρες πυροδοτεί στο zebrafish συγκεκριμένα ηθολογικά πρότυπα και μετρήσιμες συμπεριφορές που το καθιστούν πολύτιμο οργανισμό μοντέλο για τη μελέτη μηχανισμών που ρυθμίζουν το στρες. Σκοπός της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της αγωνιστικής συμπεριφοράς και των ηθολογικών προτύπων στο zebrafish, καθώς και ο ρόλος των γλυκοκορτικοστεροειδών υποδοχέων στην απόκριση στην καταπόνηση τόσο σε ενήλικα zebrafish όσο και σε προνύμφες. Αρχικά (Κεφάλαιο 2), ενήλικα αρσενικά zebrafish τα οποία εκτέθηκαν σε δοκιμασία δυαδικής αγωνιστικής συμπεριφοράς και χαρακτηρίστηκαν ως κυρίαρχα και υποτελή, εκτέθηκαν στη συνέχεια σε μία σειρά συμπεριφορικών δοκιμασιών προκειμένου να διερευνηθεί η υπόθεση σχετικά με τη συνέπεια της απόκρισης στα διαφορετικά ηθολογικά πρότυπα του zebrafish. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως τα υποτελή άτομα εμφάνισαν μεγαλύτερη άνεση εξερεύνησης της κάθετης στήλης του νερού σε άγνωστο περιβάλλον σε σύγκριση με τα κυρίαρχα. Παράλληλα, τα άτομα που εμφάνισαν αυξημένη εξερευνητική τάση σε κατάλληλα σχεδιασμένη συμπεριφορική δοκιμασία έδειξαν και έναν πιο αγχώδη φαινότυπο σε σχέση με τα μη εξερευνητικά. Με δεδομένο πως οι συμπεριφορικές αποκρίσεις των ατόμων δεν ακολούθησαν τα πρότυπα που έχουν οριστεί στη βιβλιογραφία, δεν ήταν εφικτός ο εντοπισμός κάποιας συνέπειας στην απόκριση των δύο ηθολογικών προτύπων. Συμπερασματικά, οι νικητές ή οι χαμένοι μίας δυαδικής αγωνιστικής αλληλεπίδρασης δεν αντικατοπτρίζουν ένα προδραστικό ή αναδραστικό ηθολογικό πρότυπο αντίστοιχα, καθώς η έκβαση μίας δυαδικής αγωνιστικής αλληλεπίδρασης και η θέση που θα καταλάβει κάθε άτομο στην κοινωνική αυτή ιεραρχία εξαρτώνται και από άλλους παράγοντες πέρα από το ηθολογικό πρότυπο του ατόμου. Στη συνέχεια (Κεφάλαιο 3), διερευνήθηκαν οι διαφορές σε μοριακούς και ενδοκρινικούς ρυθμιστές στα διαφορετικά ηθολογικά πρότυπα καθώς και η σχέση της αγωνιστικής συμπεριφοράς με το σεροτονεργικό σύστημα. Ενήλικα αρσενικά zebrafish εκτέθηκαν σε δοκιμασία δυαδικής αγωνιστικής συμπεριφοράς και στα κυρίαρχα και υποτελή άτομα που προέκυψαν ακολούθησε μία σύντομη χορήγηση φλουοξετίνης. Ύστερα από τον φαρμακολογικό χειρισμό παρατηρήθηκε εκ νέου η αγωνιστική τους συμπεριφορά καθώς και η δομή της κοινωνικής τους ιεραρχίας και τελικά τα άτομα θανατώθηκαν προκειμένου να εκτιμηθούν τόσο η συγκέντρωση της κορτιζόλης όσο και η έκφραση συγκεκριμένων γονιδίων. Η οξεία χορήγηση φλουοξετίνης επηρέασε σημαντικά τη συμπεριφορά των zebrafish και τα επίπεδα έκφρασης διαφόρων γονιδίων, καθώς μείωσε σημαντικά την επιθετική συμπεριφορά των κυρίαρχων ατόμων και εξάλειψε την ακινητοποιημένη και αμυντική συμπεριφορά των υποτελών ατόμων. Αν και δεν εντοπίστηκε κάποια στατιστικά σημαντική διαφορά στη συγκέντρωση της κορτιζόλης μεταξύ των κυρίαρχων και υποτελών ατόμων, τα άτομα στα οποία χορηγήθηκε φλουοξετίνη εμφάνισαν σημαντικά υψηλότερη συγκέντρωση κορτιζόλης σε σύγκριση με τα άτομα χωρίς κάποιο φαρμακολογικό χειρισμό. Τέλος, η φλουοξετίνη άσκησε ισχυρή επίδραση και σε μοριακούς ρυθμιστές της νευρωνικής λειτουργίας, του στρες και των ηθολογικών προτύπων. Η επίδραση της φλουοξετίνης στον άξονα ΗΡΙ διερευνήθηκε περαιτέρω στο Κεφάλαιο 4, όπου χορηγήθηκαν τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις της ουσίας σε προνύμφες zebrafish, οι οποίες στη συνέχεια εκτέθηκαν σε μία δοκιμασία εναλλαγής φωτός – σκότους προκειμένου να εκτιμηθεί η συμπεριφορική τους απόκριση στην καταπόνηση. Η σύντομη χορήγηση υψηλής συγκέντρωσης φλουοξετίνης είχε ως αποτέλεσμα τη στατιστικά σημαντική αύξηση της συγκέντρωσης της κορτιζόλης στις προνύμφες καθώς και τη μείωση της κινητικότητας τους ως απόκριση στις εναλλαγές φωτεινότητας. Στόχος των επόμενων πειραμάτων αποτέλεσε η διερεύνηση του ρόλου των GR και MR στους νευροενδοκρινικούς μηχανισμούς που ρυθμίζουν την απόκριση των οργανισμών σε συνθήκες καταπόνησης, αλλά και σε κοινωνικές προκλήσεις του περιβάλλοντος. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν γενετικές γραμμές zebrafish με σίγαση στους GR και MR, προκειμένου να χαρακτηριστούν ηθολογικά ενήλικα άτομα των συγκεκριμένων στελεχών και να εντοπιστούν τυχόν διαφορές στην απόκρισή τους τόσο σε συνθήκες οξείας καταπόνησης όσο και χρόνιας (Κεφάλαιο 5). Από τα αποτελέσματα των συγκεκριμένων πειραμάτων φάνηκε μία συμπληρωματική δράση των δύο υποδοχέων στη συμπεριφορική απόκριση των ενηλίκων zebrafish στο στρες. Τα mr -/- άτομα εμφάνισαν έναν πιο αγχώδη φαινότυπο σε σύγκριση με τα gr-/-, ενώ δεν εντοπίστηκε κάποια διαφορά ως προς την κοινωνική προτίμηση των δύο στελεχών σε σύγκριση με τα άτομα αγρίου τύπου. Τα gr -/- εμφάνισαν υπερκορτιζολαιμία σε συνθήκες ηρεμίας, υποδεικνύοντας τη συμμετοχή του GR στο σύστημα αρνητικής ανάδρασης της κορτιζόλης. Η υψηλή ενεργότητα του HPI άξονα που εμφάνισαν τα gr -/- άτομα συνοδεύτηκε και από έναν έντονα αναδραστικό φαινότυπο σε δοκιμασίες που επιτρέπουν την έκφραση της αγωνιστικής συμπεριφοράς του είδους. Τέλος (Κεφάλαιο 6), μελετήθηκε και η συμπεριφορική και ενδοκρινική απόκριση σε οξεία καταπόνηση σε προνύμφες zebrafish αγρίου τύπου, gr -/-, mr -/- και gr -/-mr -/-. Η υπεροκορτιζολαιμία που παρατηρήθηκε στα ενήλικα gr -/-, εντοπίστηκε και στις προνύμφες τόσο σε κατάσταση ηρεμίας όσο και σε συνθήκες οξείας καταπόνησης. Οι συμπεριφορικές δοκιμασίες στις οποίες εκτέθηκαν οι προνύμφες ήταν μία δοκιμασία απόκρισης σε μηχανική καταπόνηση και δύο δοκιμασίες εναλλαγής φωτός – σκότους με δύο διαφορετικές εντάσεις φωτεινότητας. Οι τρεις γενετικές γραμμές με μετάλλαξη στους υποδοχείς των γλυκοκορτικοστεροειδών εμφάνισαν μία διαταραγμένη ένταση απόκρισης στα μηχανικά ερεθίσματα αλλά και στο επίπεδο εξοικείωσής τους. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει μία πιθανή αλληλεπίδραση των υποδοχέων των γλυκοκορτικοστεροειδών με την ενεργότητα των νευρώνων Mauthner, οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για τη συμπεριφορική απόκριση των προνυμφών σε αυτού του είδους τα ερεθίσματα. Επιπλέον φάνηκε πως η ένταση του φωτισμού στον οποίο εκτίθενται οι προνύμφες σε δοκιμασίες εναλλαγής φωτός – σκότους διαδραματίζει πολύ σημαντικό ρόλο τόσο στην ένταση όσο και στο μοτίβο της συμπεριφορικής απόκρισης. Οι διαφορές στην απόκριση των προνυμφών με σίγαση στα γονίδια των γλυκοκορτικοστεροειδών υποδοχέων στις διαφορετικές εντάσεις φωτεινότητας ενδεχομένως οφείλονται σε προβλήματα στην οπτική επεξεργασία και στην προσαρμογή στην εναλλαγή των φωτεινών ερεθισμάτων.