The developing adolescent brain is highly susceptible to social experiences and environmental insults, influencing how personality traits emerge. We previously found that adolescent stress leads to long-lasting behavioral changes and excitatory/inhibitory (E/I) balance dysregulation in the ventral hippocampus (vHip) associated with neurodevelopmental disorders, such as schizophrenia and bipolar disorder. The neurobiological mechanisms of psychiatric disorders have been linked with oxidative damage and reduced antioxidant capacity in the brain. However, the impact of severe stressors during adolescence, a critical neurodevelopmental period, on mitochondrial function, redox balance, and their functional consequences are not completely understood. We hypothesized that mitochondrial respiratory function and redox homeostasis in the vHip are affected by adolescent stress, leading to behavioral and electrophysiological changes associated with neuropsychiatric disorders. First, we performed a behavioral characterization during late adolescence (postnatal day, PND 47 - 50), including naïve animals and animals exposed to stress from PND 31 until 40 (10 days of footshock and 3 restraint sessions) by assessing sociability (social interaction test) and cognition function (novel-object recognition test). Then, we uncovered changes in E/I balance by analyzing the activity of glutamate pyramidal neurons, and the number of parvalbumin (PV)-containing GABAergic interneurons and their possible association with oxidative stress. To address the dynamic impact of stress on mitochondrial redox homeostasis, we performed high-resolution respirometry, DHE staining, MitoSox™ and AmplexRed® assays one (PND 41) and ten days (PND 51) after stress protocol. Also, we evaluated glutathione (GSH) and glutathione disulfide (GSSG) levels at PND 51. Finally, we assess the genome-wide transcriptomic signature of vHip of stressed animals by performing a bulk RNAsequencing following the behavioral tests. One week after stress, adolescent-stressed animals exhibited: (1) loss of sociability and cognitive impairment; (2) enhanced vHip pyramidal neuron activity; and (3) reduction in the number of PV-positive cells and their associated perineuronal nets. These changes were associated with an increased marker of oxidative stress in the vHip, in which was co-localized with PV interneurons. By performing high-resolution respirometry analysis, we found that stress impacted mitochondrial uncoupled efficiency (PND 41) and the phosphorylation capacity (PND 51). In addition, stressed animals displayed long-lasting redox dysregulation in the vHip, as revealed by molecular analysis. GSSG levels were increased in the vHip and serum of stressed animals and negatively correlated with social and cognitive performance, indicating that GSH was previously oxidized by ROS in stress conditions, and may affect behavioral phenotype. In another cohort of animals, we identified three cluster subgroups by performing principal component analysis of behavioral assessment: naïve higher-behavioral z-score (HBZ), naïve lower-behavioral z-score (LBZ), and stressed animals. Genes encoding subunits of oxidative phosphorylation complexes were significantly down-regulated in both naïve LBZ (Cox7c) and stressed animals (Coa5), while the Txnip gene that encoded thioredoxin-interacting protein were up-regulated in stressed animals and negatively correlated with behavioral performance. Our results identify mitochondrial genes associated with distinct adolescent behavioral phenotypes and highlight the negative impact of adolescent stress on vHip mitochondrial respiratory function and redox regulation, in which are partially associated with E/I imbalance and behavioral abnormalities.

O cérebro adolescente em desenvolvimento é altamente suscetível a experiências sociais e insultos ambientais, influenciando o surgimento de traços de personalidade. Descobrimos anteriormente que o estresse na adolescência leva a mudanças comportamentais duradouras e à desregulação do equilíbrio excitatório/inibitório (E/I) do hipocampo ventral (vHip) associado a distúrbios do neurodesenvolvimento, como esquizofrenia e transtorno bipolar. Os mecanismos neurobiológicos dos transtornos psiquiátricos têm sido associados a danos oxidativos e à capacidade antioxidante reduzida no cérebro. Entretanto, o impacto de estressores graves durante a adolescência, um período crítico de plasticidade, sobre a função mitocondrial, o equilíbrio redox e suas consequências funcionais não são completamente compreendidos. Nossa hipótese é que a função respiratória mitocondrial e a homeostase redox no vHip são afetadas pelo estresse na adolescência, levando a alterações comportamentais e eletrofisiológicas associadas a distúrbios neuropsiquiátricos. Primeiro, realizamos uma caracterização comportamental durante o final da adolescência (dia pós-natal, DPN 47 - 50), incluindo animais ingênuos e animais expostos ao estresse do DPN 31 até o 40 (10 dias de choque nas patas e 3 sessões de contenção), avaliando a sociabilidade (teste de interação social) e a função cognitiva (teste de reconhecimento de novos objetos). Em seguida, descobrimos alterações no equilíbrio E/I analisando a atividade dos neurônios piramidais de glutamato e o número de interneurônios GABAérgicos contendo parvalbumina (PV) e sua possível associação com o estresse oxidativo. Para abordar o impacto dinâmico do estresse na homeostase redox mitocondrial, realizamos respirometria de alta resolução, coloração com DHE, ensaios MitoSox™ e AmplexRed® um (DPN 41) e dez dias (DPN 51) após o protocolo de estresse. Além disso, avaliamos os níveis de glutationa (GSH) e dissulfeto de glutationa (GSSG) no PND 51. Por fim, avaliamos a assinatura transcriptômica de todo o genoma do vHip de animais estressados, realizando um sequenciamento de RNA em massa após os testes comportamentais. Uma semana após o estresse, os animais adolescentes estressados apresentaram: (1) perda de sociabilidade e prejuízo cognitivo; (2) aumento da atividade dos neurônios piramidais do vHip; e (3) redução do número de células positivas para PV e suas redes perineuronais associadas. Essas alterações foram associadas a um aumento do marcador de estresse oxidativo no vHip, que foi colocalizado com interneurônios PV. Ao realizar a análise de respirometria de alta resolução, descobrimos que o estresse afetou a eficiência desacoplada das mitocôndrias (DPN 41) e a capacidade de fosforilação (DPN 51). Além disso, os animais estressados apresentaram uma desregulação redox de longa duração no vHip, conforme revelado pela análise molecular. Os níveis de GSSG foram aumentados no vHip e no soro de animais estressados e correlacionados negativamente com o desempenho social e cognitivo, indicando que a GSH foi previamente oxidada por ROS em condições de estresse e pode afetar o fenótipo comportamental. Em outra coorte de animais, identificamos três subgrupos de agrupamento por meio da análise de componentes principais da avaliação comportamental: naïve alto z-score comportamental, naïve baixo z-score comportamental e animais estressados. Os genes que codificam subunidades dos complexos de fosforilação oxidativa foram significativamente regulados para baixo tanto nos animais naïve BBZ (Cox7c) quanto nos estressados (Coa5), enquanto o gene Txnip, que codifica a proteína que interage com a tiorredoxina, foi regulado para cima nos animais estressados e correlacionado negativamente com o desempenho comportamental. Nossos resultados identificam genes mitocondriais associados a fenótipos comportamentais distintos de adolescentes e destacam o impacto negativo do estresse na adolescência sobre a função respiratória mitocondrial vHip e a regulação redox, que estão parcialmente associadas ao desequilíbrio E/I e às anormalidades comportamentais.