Biological and Behavioral Patterns of Post-Stroke Depression in Rats. (8th June 2018) - Ifergane, Gal; Boyko, Matthew; Frank, Dmitri; Shiyntum, Honore N.; Grinshpun, Julia; Kuts, Ruslan; Geva, Amir B.; Kaplan, Zeev; Zeldetz, Vladimir; Cohen, Hagit
Abstract: Background: Post-stroke depression (PSD) is the most frequent psychiatric complication following ischemic stroke. It affects up to 60% of all patients and is associated with increased morbidity and mortality following ischemic stroke. The pathophysiology of PSD remains elusive and appears to be multifactorial, rather than "purely" biological or psychosocial in origin. Thus, valid animal models of PSD would contribute to the study of the etiology (and treatment) of this disorder. Methods: The present study depicts a rat model for PSD, using middle cerebral artery occlusion (MCAO). The two-way shuttle avoidance task, Porsolt forced-swim test, and sucrose preference test were employed to assess any depression-like behavior. Localized brain expressions of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) protein levels were evaluated to examine the possible involvement of the brain neuronal plasticity in the observed behavioral syndrome. The raw data were subjected to unsupervised fuzzy clustering (UFC) algorithms to assess the sensitivity of bio-behavioral measures indicative of depressive symptoms post MCAO. Results : About 56% of the rats developed significant depressive-like behavioral disruptions as a result of MCAO compared with 4% in the sham-operated control rats. A pattern of a depressive-like behavioral response was common to all affected MCAO animals, characterized by significantly more escape failures and reduced number of total avoidance shuttles, a significant elevation in immobility duration, and reduced sucrose preference. Significant downregulations of BDNF protein levels in the hippocampal sub-regions, frontal cortex, and hypothalamus were observed in all affected MCAO animals. Conclusion: The UFC analysis supports the behavioral analysis and thus, lends validity to our results. RÉSUMÉ: Profils biologiques et modes comportementaux chez des rats atteints de dépression post-AVC. Contexte: La dépression demeure la complication psychiatrique la plus courante à la suite d'un AVC. Elle affecte jusqu'à 60 % de tous les patients qui en sont victimes et est associée à une augmentation de leur morbidité et de leur mortalité. La pathophysiologie de la dépression post-AVC est toutefois difficile à établir ; il semblerait que ses causes, plutôt que seulement biologiques ou psychosociales, sont multifactorielles. Du coup, des modèles animaux valides et appliqués à la dépression post-AVC pourraient contribuer à l'étude de l'étiologie de ce trouble mental et paver la voie à un traitement. Méthodes: La présente étude vise à décrire un modèle de dépression post-AVC chez des rats en se basant sur l'occlusion de leur artère cérébrale moyenne (OACM). On a ainsi utilisé trois tests pour mesurer tout type de comportement de nature dépressive: l'évitement d'une tâche dans une boîte à deux compartiments ( two-way shuttle avoidance task ), le test de Porsolt et le test de préférence au saccharose. L'activité locale du cerveau en lien avec les taux de protéines du facteur neurotrophique a été évaluée pour comprendre le rôle possible de la plasticité neuronale eu égard aux syndromes comportementaux observés. On a ensuite soumis nos données brutes à des algorithmes non supervisés par regroupements flous afin d'évaluer la sensibilité des résultats bio-comportementaux révélateurs de symptômes dépressifs post-OACM. Résultats: Environ 56 % des rats ont manifesté d'importantes perturbations comportementales de nature dépressive à la suite d'une OACM. Chez des rats témoins opérés de manière fictive, ce taux fut de 4 %. Un mode de réaction comportementale s'apparentant à la dépression a donc été observé systématiquement chez tous les rats affectés par une OACM. Ce mode s'est caractérisé par un nombre nettement plus grand de défaillances au moment de s'échapper, par un nombre réduit de déplacements d'un compartiment à l'autre, par une augmentation notable de leur durée d'immobilité et par une réduction de leur préférence en saccharose. Une importante régulation négative liée aux taux de protéines du facteur neurotrophique a aussi été observée chez tous les rats « OACM » dans leurs sous-régions hippocampiques, leur cortex frontal et l'hypothalamus. Conclusion: L'analyse menée au moyen d'algorithmes non supervisés par regroupements flous tend à corroborer notre analyse comportementale et à renforcer ainsi la validité de nos résultats.