Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Влияние раннего провоспалительного стресса на экспрессию различных транскриптов BDNF в отделах мозга самцов крыс препубертатного возраста

https://doi.org/10.18699/VJ16.149

Полный текст:

Аннотация

Провоспалительный стресс, перенесенный в раннем постнатальном периоде, способен провоцировать нарушение различных типов поведения у взрослых половозрелых особей, при этом механизмы, лежащие в основе данных нарушений, изучены недостаточно. Мозговой нейротрофический фактор (Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF) играет ключевую роль в реализации нейропластических процессов как в норме, так и при патологии. Ген BDNF транскрибируется в виде экзон-специфических мРНК, которые могут обладать различной реактивностью в зависимости от стимула. Мы предположили, что нарушения экспрессии специфических мРНК BDNF в отделах центральной нервной системы после стресса, вызванного провоспалительными стимулами на ранних этапах онтогенеза, могут составлять один из механизмов последующих расстройств поведения. Целью работы явилось исследование влияния провоспалительного стресса в раннем неонатальном периоде на содержание BDNF на уровне полипептида и паттерн экспрессии экзон-специфических мРНК BDNF в неокортексе и гиппокампе самцов крыс препубертатного возраста. Провоспалительный стресс вызывали путем подкожного введения бактериального липополисахарида детенышам крыс на третий и пятый постнатальные дни, а анализ BDNF проводили в возрасте 36 дней. Концентрацию полипептида BDNF в отделах головного мозга оценивали посредством твердофазного иммуноферментного анализа, экспрессию экзон-специфических мРНК BDNF исследовали с помощью количественной полимеразной цепной реакции после этапа обратной транскрипции. Содержание полипептида BDNF и уровень транскриптов, содержащих общий экзон IX, не менялись в результате провоспалительного стресса. В неокортексе (но не в гиппокампе) крыс, которым вводили липополисахарид, снижался уровень мРНК BDNF, содержащей экзон IV. Изменений в уровне других транскриптов, содержащих экзоны I и VI, не наблюдалось ни в одном из исследованных отделов мозга. Учитывая, что, согласно данным литературы, у животных, перенесших ранний провоспалительный стресс, развиваются нарушения поведения, мы предполагаем, что специфические изменения паттерна экспрессии BDNF могут быть вовлечены в патогенез этих нарушений.

Об авторах

Д. И. Перегуд
Научно-исследовательский институт наркологии – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральный медицинский исследовательский центр психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского» Минздрава России, Москва, Россия Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, Россия
Россия


С. В. Фрейман
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, Россия Научно-практический центр психоневрологии департамента здравоохранения Москвы, Москва, Россия
Россия


А. О. Тишкина
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, Россия
Россия


Л. С. Сохраняева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, Россия
Россия


Н. А. Лазарева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, Россия
Россия


М. В. Онуфриев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, Россия Научно-практический центр психоневрологии департамента здравоохранения Москвы, Москва, Россия
Россия


М. Ю. Степаничев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, Россия
Россия


Н. В. Гуляева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, Россия
Россия


Список литературы

1. Григорьян Г.А., Дыгало Н.Н., Гехт А.Б., Степаничев М.Ю., Гуляева Н.В. Молекулярные и клеточные механизмы депрессии. Роль глюкокортикоидов, цитокинов, нейротрансмиттеров и трофических факторов в генезе депрессивных нарушений. Усп. физиол. наук. 2014;45(2):3-19.

2. Иванов А.Д. Роль NGF и BDNF в регуляции активности зрелого мозга. Журн. высш. нерв. деят. 2014;64:137-146.

3. Сахарнова Т.А., Ведунова М.В., Мухина И.В. Нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) и его роль в функционировании центральной нервной системы. Нейрохимия. 2012;29:269-277.

4. Aid T., Kazantseva A., Piirsoo M., Palm K., Timmusk T. Mouse and rat BDNF gene structure and expression revisited. J. Neurosci. Res. 2007;85:525-535.

5. Altman J., Bayer S.A. Migration and distribution of two populations of hippocampal granule cell precursors during the perinatal and postnatal periods. J. Comp. Neurol. 1990;301:365-381.

6. Arnold S.E., Trojanowski J.Q. Human fetal hippocampal development: I. Cytoarchitecture, myeloarchitecture, and neuronal morphologic features. J. Comp. Neurol. 1996;367:274-292.

7. Baj G., Leone E., Chao M.V., Tongiorgi E. Spatial segregation of BDNF transcripts enables BDNF to differentially shape distinct dendritic compartments. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011;108:16813-16818.

8. Calabrese F., Rossetti A.C., Racagni G., Gass P., Riva M.A., Molteni R. Brain-derived neurotrophic factor: a bridge between inflammation and neuroplasticity. Front. Cell Neurosci. 2014;8:430. DOI 10.3389/fncel.2014.00430.eCollection 2014

9. Chiaruttini C., Sonego M., Baj G., Simonato M., Tongiorgi E. BDNF mRNA splice variants display activity-dependent targeting to distinct hippocampal laminae. Mol. Cell. Neurosci. 2008;37:11-19.

10. Doosti M.-H., Bakhtiari A., Zare P., Amani M., Majidi-Zolbanin N., Babri S., Salari A.A. Impacts of early intervention with fluoxetine following early neonatal immune activation on depression-like behaviors and body weight in mice. Progr. Neuro-Psychopharmacol. Biol. Psychiat. 2013;43:55-65.

11. Duclot F., Kabbaj M. Individual differences in novelty seeking predict subsequent vulnerability to social defeat through a differential epigenetic regulation of brain-derived neurotrophic factor expression. J. Neurosci. 2013;33:11048-11060.

12. Erburu M., Cajaleon L., Guruceaga E., Venzala E., Muñoz-Cobo I., Beltrán E., Puerta E., Tordera R.M. Chronic mild stress and imipramine treatment elicit opposite changes in behavior and in gene expression in the mouse prefrontal cortex. Pharmacol. Biochem. Behav. 2015;135:227-236.

13. Farhang S., Barar J., Fakhari A., Mesgariabbasi M., Khani S., Omidi Y., Farnam A. Asymmetrical expression of BDNF and NTRK3 genes in frontoparietal cortex of stress-resilient rats in an animal model of depression. Synapse. 2014;68:387-393.

14. Guan Z., Fang J. Peripheral immune activation by lipopolysaccharide decreases neurotrophins in the cortex and hippocampus in rats. Brain Behav. Immun. 2006;20:64-71.

15. Kawai T., Akira S. Signaling to NF-kappaB by Toll-like receptors. Trends Mol. Med. 2007;13:460-469.

16. Kranjac D., McLinden K.A., Deodati L.E., Papini M.R., Chumley M.J., Boehm G.W. Peripheral bacterial endotoxin administration triggers both memory consolidation and reconsolidation deficits in mice. Brain Behav. Immun. 2012;26:109-121.

17. Laus M.F., Vales L.D., Costa T.M., Almeida S.S. Early postnatal protein-calorie malnutrition and cognition: A review of human and animal studies. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2011;8:590-612.

18. Lehmann K., Rodriguez E.G., Kratz O., Moll G.H., Dawirs R.R., Teuchert-Noodt G. Early preweaning methamphetamine and postweaning rearing conditions interfere with the development of peripheral stress parameters and neural growth factors in gerbils. Int. J. Neurosci. 2007;117:1621-1638.

19. Lipsky R.H., Xu K., Zhu D., Kelly C., Terhakopian A., Novelli A., Marini A.M. Nuclear factor kappaB is a critical determinant in Nmethyl- D-aspartate receptor-mediated neuroprotection. J. Neurochem. 2001;78:254-264.

20. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-DDCt method. Methods. 2001;25:402-408.

21. Loman M.M., Gunnar M.R. Early experience and the development of stress reactivity and regulation in children. Neurosci. Biobehav. Rev. 2010;34:867-876.

22. Lubin F.D., Roth T.L., Sweatt J.D. Epigenetic regulation of BDNF gene transcription in the consolidation of fear memory. J. Neurosci. 2008;28:10576-10586.

23. Lucassen P.J., Naninck E.F., van Goudoever J.B., Fitzsimons C., Joels M., Korosi A. Perinatal programming of adult hippocampal structure and function; emerging roles of stress, nutrition and epigenetics. Trends Neurosci. 2013;36:621-631.

24. Lyons M.R., West A.E. Mechanisms of specificity in neuronal activityregulated gene transcription. Prog. Neurobiol. 2011;94:259-295.

25. O’Connor T.G., Ben-Shlomo Y., Heron J., Golding J., Adams D., Glover V. Prenatal anxiety predicts individual differences in cortisol in pre-adolescent children. Biol. Psychiat. 2005;58:211-217.

26. Oskvig D.B., Elkahloun A.G., Johnson K.R., Phillips T.M., Herkenham M. Maternal immune activation by LPS selectively alters specific gene expression profiles of interneuron migration and oxidative stress in the fetus without triggering a fetal immune response. Brain. Behav. Immun. 2012;26:623-634.

27. Pruunsild P., Sepp M., Orav E., Koppel I., Timmusk T. Identification of cis-elements and transcription factors regulating neuronal activitydependent transcription of human BDNF gene. J. Neurosci. 2011; 31:3295-3308.

28. Rico J.L.R., Ferraz D.B., Ramalho-Pinto F.J., Morato S. Neonatal exposure to LPS leads to heightened exploratory activity in adolescent rats. Behav. Brain Res. 2010;215;102-109.

29. Roth T.L., Lubin F.D., Funk A.J., Sweatt J.D. Lasting epigenetic influence of early-life adversity on the BDNF. Biol. Psychiat. 2009;65: 760-769.

30. Saha R.N., Liu X., Pahan K. Up-regulation of BDNF in astrocytes by TNF-alpha: a case for the neuroprotective role of cytokine. J. Neuroimmune Pharmacol. 2006;3:212-222.

31. Schmidt H.D., Sangrey G.R., Darnell S.B., Schassburger R.L., Cha J.H., Pierce R.C., Sadri-Vakili G. Increased brain-derived neurotrophic factor (BDNF) expression in the ventral tegmental area during cocaine abstinence is associated with increased histone acetylation at BDNF exon I-containing promoters. J. Neurochem. 2012;120: 202-209.

32. Shanks N., Larocque S., Meaney M.J. Neonatal endotoxin exposure alters the development of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis: early illness and later responsivity to stress. Neurosci. 1995;15: 376-384.

33. Sominsky L., Meehan C.L., Walker A.K., Bobrovskaya L., McLaughlin E.A., Hodgson D.M. Neonatal immune challenge alters reproductive development in the female rat. Hormones Behav. 2012a;62: 345-355.

34. Sominsky L., Walker A.K., Ong L.K., Tynan R.J., Walker F.R., Hodgson D.M. Increased microglial activation in the rat brain following neonatal exposure to a bacterial mimetic. Behav. Brain Res. 2012b;226:351-356.

35. Stepanichev M., Dygalo N.N., Grigoryan G., Shishkina G.T., Gulyaeva N. Rodent models of depression: neurotrophic and neuroinflammatory biomarkers. Biomed. Res. Int. 2014;2014:932757. DOI 10.1155/2014/932757

36. Tabuchi A. Synaptic plasticity-regulated gene expression: a key event in the long-lasting changes of neuronal function. Biol. Pharm. Bull. 2008;31:327-335.

37. Tsankova N.M., Kumar A., Nestler E.J. Histone modifications at gene promoter regions in rat hippocampus after acute and chronic electroconvulsive seizures. J. Neurosci. 2004;24:5603-5610.

38. Walker A.K., Hawkins G., Sominsky L., Hodgson D.M. Transgenerational transmission of anxiety induced by neonatal exposure to lipopolysaccharide: implications for male and female germ lines. Psychoneuroendocrinology. 2012;37:1320-1335.

39. Walker A.K., Hiles S.A., Sominsky L., McLaughlin E.A., Hodgson D.M. Neonatal lipopolysaccharide exposure impairs sexual development and reproductive success in the Wistar rat. Brain Behav. Immun. 2011;25:674-684.

40. Walker A.K., Nakamura T., Byrne R.J., Naicker S., Tynan R.J., Hunter M., Hodgson D.M. Neonatal lipopolysaccharide and adult stress exposure predisposes rats to anxiety-like behaviour and blunted corticosterone responses: implications for the double-hit hypothesis. Psychoneuroendocrinology. 2009;34:1515-1525.

41. Yehuda R., Engel S.M., Brand S.R., Seckl J., Marcus S.M., Berkowitz G.S. Transgenerational effects of posttraumatic stress disorder in babies of mothers exposed to the World Trade Center attacks during pregnancy. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2005;90:4115-4118.

42. Zhang J.C., Wu J., Fujita Y., Yao W., Ren Q., Yang C., Li S.X., Shirayama Y., Hashimoto K. Antidepressant effects of TrkB ligands on depression-like behavior and dendritic changes in mice after inflammation. Int. J. Neuropsychopharmacol. 2014;18. DOI 10.1093/ijnp/ pyu077


Просмотров: 410


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)