Introduzione

Nel 1849, Arnold Berthold riferì che i galletti castrati si comportavano in modo diverso rispetto ai loro conspecifici intatti. Ha anche sostituito i testicoli nella cavità addominale degli animali castrati, un atto che ha trovato ripristinato il loro comportamento normale. Questa scoperta ha catalizzato il campo dell’endocrinologia comportamentale. Oltre un secolo dopo, un focus principale di questo campo rimane la facilitazione ormonale e la mediazione del comportamento. Un grande volume di lavoro si è accumulato su come i segnali secreti possono influenzare il cervello e una gamma impressionante di comportamenti. Lungo la strada, gli studi hanno notato che gli ormoni possono anche funzionare rapidamente, in modi allettanti e incoerenti con l’attuale apprezzamento dei processi neuroendocrini. Tuttavia, un enorme divario nella comprensione sta nel modo in cui gli ormoni influenzano i rapidi cambiamenti nel comportamento e in che modo questi cambiamenti comportamentali sono modulati dai meccanismi di fornitura ormonale e di risposta agli ormoni.

I neurormoni generati localmente possono avere effetti acuti e cronici su diversi endpoint neurofisiologici, incluso il comportamento. La recente letteratura sulla neuroendocrinologia è piena di esempi della rapidità di sintesi e rilascio di ormoni all’interno del sistema nervoso centrale. Ad esempio, esiste ora la prova dell’azione dei neurosteroidi locali in ogni classe di vertebrati, insieme a prove convincenti che la sintesi dei neurormoni può essere rapidamente regolata da fattori ambientali ed endogeni. Capire come i neurormoni possono alterare la funzione di aree specifiche del cervello, così come modulare il flusso di informazioni tra le aree del cervello, farà luce sulle conseguenze a valle per l’integrazione sensomotoria, il comportamento e, infine, l’evoluzione. Questo simposio si basava su un lavoro entusiasmante attualmente condotto in più sistemi in laboratorio e sul campo sulla sintesi ormonale de novo, sulle azioni locali dei neurormoni e sui successivi effetti sul comportamento animale, come quelli associati alla riproduzione, allo stress, alla socialità, alla stagionalità, all’apprendimento e persino all’epilessia.

Un punto culminante di questo simposio è stata l’importanza di capire come la fornitura rapida di e la risposta agli estrogeni nel cervello può mediare il comportamento. Prove recenti implicano che gli ormoni come gli estrogeni possono anche condividere importanti caratteristiche dei neurotrasmettitori classici (Remage-Healey et al. 2011; Remage-Healey 2012). Ad esempio, gli studi hanno localizzato l’enzima estrogeno-sintetico, aromatasi, alla sinapsi (Peterson et al. 2005; Rohmann et al. 2007), suggerendo un ruolo per la fornitura sinaptica di estrogeni nella neurotrasmissione. Remage-Healey et al. (2010, 2012, 2013) hanno utilizzato una tecnica di retrodialisi in vivo per valutare direttamente il rapido effetto degli estrogeni su una regione di elaborazione uditiva nel cervello di un fringuello zebra maschio (Taeniopygia guttata). Hanno scoperto che l’inibizione della produzione di estrogeni ha influenzato rapidamente le risposte comportamentali a song, suggerendo un ruolo cruciale della sintesi dei neuroestrogeni nella codifica sensoriale e nella risposta comportamentale (Saldanha et al. 2011). Prove da storni europei catturati in natura e stagionalmente riproduttivi (Sturnus vulgaris) suggeriscono che questi effetti hanno il potenziale di cambiare in base al fotoperiodo e allo stato riproduttivo (Calisi et al. 2013), spingendo ulteriori query su come gli scenari del mondo reale hanno influenzato l’adattamento e l’applicazione di questo sistema.

Cornil et al. (2012) ha riferito che è sinaptosomiale, non microsomiale, aromatasi che sembra essere rapidamente modulata dal flusso ionico e dalla fosforilazione. Quindi, i processi simili alle correnti sinaptiche possono influenzare l’aromatizzazione sinaptica e quindi la trasmissione sinaptica. Infatti, l’inibizione dell’aromatizzazione locale nell’ippocampo passeriforme, un’area ricca di espressione sinaptica dell’aromatasi, ma povera di espressione somale, compromette la funzione di memoria spaziale nei fringuelli maschi (Bailey et al. 2013). È anche possibile che le risposte rapide agli estrogeni possano modulare criticamente il comportamento. Ad esempio, Maney ha riferito che l’espressione del recettore degli estrogeni alfa, codificato da ESR1 potrebbe guidare un polimorfismo comportamentale trovato nei passeri dalla gola bianca (Zonotrichia albicollis) (Horton et al. 2014a, 2014b).

Gli storni europei sono stati un potente modello per studiare le basi neurali del comportamento. Riters ha presentato i dati raccolti da storni maschi che, in risposta all’acquisizione di un nido durante la loro stagione riproduttiva, sperimentano un rapido cambiamento (in pochi minuti o ore) nelle vocalizzazioni di corteggiamento. Questi cambiamenti sono associati ad un rapido aumento del testosterone e al suo effetto sui recettori degli androgeni nel nucleo preottico (Alger e Riters 2006; Riters e Alger 2011). Riters ha indicato l’attività del recettore mu-oppioide come un meccanismo mediante il quale il testosterone nel nucleo preottico può influenzare rapidamente la vocalizzazione del corteggiamento (Riters 2010; Kelm-Nelson e Riters 2013). L’acquisizione di nidi da parte di storni europei è anche associata a una riduzione dell’attività del neuropeptide ipotalamico ormone inibitorio della gonadotropina (GnIH) rispetto agli storni senza nidi (Calisi et al. 2011; N. Amorin e R. M. Calisi, presentato per la pubblicazione). Poiché GnIH può avere un effetto inibitorio sull’asse ipotalamo-ipofisi-gonadico, la sua ridotta attività può facilitare i comportamenti associati alla riproduzione (Calisi et al. 2008, 2011; Calisi 2014; Ubuka et al. 2014).

I fattori di stress ambientali possono influenzare questi comportamenti riproduttivi. Dickens ha studiato il ruolo che l’aromatasi, un enzima chiave responsabile della biosintesi degli estrogeni, svolge nel sopprimere il comportamento sessuale della quaglia giapponese (Coturnix japonica). Lei e colleghi hanno riferito che lo stress acuto e le interazioni sessuali rapidamente (meno di 5-15 min) alterano l’attività dell’aromatasi cerebrale e la regione di influenza e il periodo di cambiamento possono essere specifici del sesso (Dickens et al. 2011; de Bournoville et al. 2013). Tuttavia, Dickens ha postulato che utilizzando solo l’attività dell’aromatasi come proxy per i meccanismi che coinvolgono l’estradiolo, potremmo non comprendere gli effetti completi della regolazione dell’estradiolo. I dati presentati hanno evidenziato un percorso catabolico-il sistema endocannabinoide-come potenziale modulatore rapido della risposta allo stress, sebbene negli uccelli questo sistema debba ancora essere completamente caratterizzato.

Altri enzimi steroidogeni sono anche potenziali candidati per lo studio della rapida regolazione del comportamento. Per esempio, Pradhan e Soma ha riferito nel 2010 che la produzione di 3-beta-idrossisteroido deidrogenasi/Delta 5-Delta 4-isomerasi (3-beta-HSD), che alla fine produce l’androstenedione nel cervello, risponde rapidamente (<10 min) e di stress acuto negli adulti zebra fringuelli e passeri di canzone (Melospiza melodia). 3-beta-HSD può anche rispondere rapidamente (< 30 min) a un incontro territoriale in passeri canzone maschile. Soma ha presentato ulteriori lavori sugli effetti acuti e cronici degli steroidi sintetizzati localmente e sul loro potenziale di agire attraverso meccanismi sia genomici che non genomici (Heimovics et al. 2012; Prior et al. 2014).

L’idea che rapide alterazioni nella fornitura di ormoni possano influenzare la funzione e il comportamento neuronale non è limitata agli uccelli. Woolley ha dimostrato la modulazione acuta delle correnti sinaptiche da parte dell’estradiolo e un ruolo per gli estrogeni, sintetizzati nell’ippocampo di ratto, sull’eccitabilità neuronale (Smejkalova e Woolley 2010; Huang e Woolley 2012; Tabatadze et al. 2013; Maggio et al. 2014). Questi effetti non sono modesti. Le alterazioni nell’eccitabilità neuronale sembrano tradursi direttamente in convulsioni a livello comportamentale, sottolineando il ruolo drammatico degli ormoni sintetizzati neuralmente nel cervello e nel comportamento.

Bergan, ispirato agli adattamenti del mondo reale dell’evitare i predatori, ha studiato i meccanismi di elaborazione delle informazioni da parte del sistema vomeronasale. Lui e colleghi (2014) hanno riferito che le risposte specifiche del sesso e specifiche della specie nell’amigdala mediale del topo possono alterare rapidamente il comportamento sessuale in modi ormono-dipendenti e specifici del sesso. Inoltre, hanno scoperto che lo sviluppo di tali circuiti dipende dagli effetti organizzativi della segnalazione di steroidi all’incirca al momento della pubertà (Bergan et al. 2014).

Forse la prova più drammatica di rapidi cambiamenti nell’arena della fisiologia neurale socialmente guidata e ormono-dipendente proviene da studi su pesci, come ciclidi (Astatotilapia burtoni), tordi blu (Thalassoma bifasciatum) e zebrafish (Danio rerio). Sia Maruska che Godwin hanno fornito prove di trasformazioni in neurofisiologia e comportamento che si verificano pochi minuti dopo la rimozione di morph dominanti o maschi (Godwin 2010; Semsar e Godwin 2003, 2004; Maruska e Fernald 2010, Marsh-Hunkin et al. 2013; Maruska et al. 2013a, 2013b; Maruska 2014). Mentre altri cambiamenti ormono-dipendenti possono richiedere più tempo, il fatto che i comportamenti aggressivi e riproduttivi possono cambiare in pochi minuti durante le transizioni nel contesto sociale genera molte domande su come i comportamenti che sappiamo essere ormono-dipendenti possono essere modulati indipendentemente dai cambiamenti nei segnali degli ormoni circolanti.