Влияние хронического социального стресса на экспрессию генов, ассоциированных с нейротрансмиттерными системами в гипоталамусе самцов мышей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Хронический социальный стресс, вызванный повторным негативным опытом в агонистических взаимодействиях, вызывает формирование депрессивноподобного состояния у самцов мышей. Цель исследования – изучить изменения экспрессии генов, кодирующих белки, участвующие в метаболизме, рецепции, транспорте катехоламинов, опиоидов, глутамата и ГАМК, в гипоталамусе под влиянием хронического социального стресса. Образцы гипоталамуса были секвенированы методом RNA-Seq. Было показано, что экспрессия катехоламинергических генов Adra1b, Adrbk1, Comtd1, Ppp1r1b, Sncb, Sncg и Th у животных с депрессивноподобным состоянием повышается, а экспрессия генов Maoa и Maob снижается. Экспрессия опиоидергических и каннабиноидергических генов Pdyn, Penk, Pomc, Pnoc, Ogfr и Faah была повышена, в то время как, экспрессия генов Oprk1, Opcml, Ogfrl1 и Cnr1 снижена. Экспрессия глутаматергических генов Grik3, Grik4, Grik5, Grin1, Grm2 и Grm4 повышается, а генов Gria3, Grik1, Grik2, Grin2a, Grin3a, Grm5, Grm8 и Gad2 снижается по сравнению с контрольными животными. Экспрессия ГАМКергических генов Gabre, Gabbr2 и Slc6a11 была выше, а генов Gabra1, Gabra2, Gabra3, Gabrb2, Gabrb3, Gabrg1, Gabrg2, и Slc6a13 была ниже у животных с депрессивноподобным состоянием. Анализ полученных данных позволяет предположить, что продукты генов, через которые осуществляются взаимосвязи с другими нейротрансмиттерными системами (Th, Gad2, Gabra1, Gabrg2, Grin1 и Pdyn), могут представлять интерес в качестве потенциальных мишеней для фармакологической коррекции последствий хронического социального стресса.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Л. Коваленко

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: koir0909@mail.ru
Россия, Новосибирск, 630090

А. Г. Галямина

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: koir0909@mail.ru
Россия, Новосибирск, 630090

Д. А. Смагин

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: koir0909@mail.ru
Россия, Новосибирск, 630090

Н. Н. Кудрявцева

Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Институт физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук

Email: koir0909@mail.ru
Россия, Новосибирск, 630090; Санкт-Петербург, 199034

Список литературы

  1. Kudryavtseva N.N., Bakshtanovskaya I.V., Koryakina L.A. Social model of depression in mice of C57BL/6J strain // Pharmacol. Biochem. Behav. 1991. V.38. P. 315–320, https://doi.org/10.1016/0091-3057(91)90284-9
  2. Августинович Д.Ф., Алексеенко О.В., Бакштановская И.В. и др. Динамические изменения серотонергической и дофаминергической активности мозга в процессе развития тревожной депрессии: экспериментальное исследование // Успехи физиол. наук. 2004. Т. 35. С. 19–40.
  3. Кудрявцева Н.Н., Амстиславская Т.Г., Августинович Д.Ф. и др. Влияние хронического опыта побед и поражений в социальных конфликтах на состояние серотонергической системы головного мозга мышей // Журн. высшей нервной деят. им. И.П. Павлова. 1996. Т. 46. С. 1088–1096.
  4. Amstislavskaya T.G., Kudryavtseva N.N. Effect of repeated experience of victory and defeat in daily agonistic confrontations on brain tryptophan hydroxylase activity // FEBS Lettr. 1997. V. 406. P. 106–108. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(97)00252-4
  5. Smagin D., Boyarskikh U., Bondar N. et al. Reduction of serotonergic gene expression in the raphe nuclei of the midbrain under positive fighting experience in male mice // Adv. Biosci. Biotechnol. 2013. V. 4. P. 36–44.
  6. Puglisi-Allegra S., Cabib S. Effects of defeat experiences on dopamine metabolism in different brain areas of the mouse // Aggress. Behav. 1990 .V. 16. P. 271–284. https://doi.org/10.1358/dnp.1998.11.9.863689
  7. Tidey J.W., Miczek K.A. Social defeat stress selectively alters mesocorticolimbic dopamine release: An in vivo microdialysis study // Brain. Res. 1996. V. 721. P. 140–149. https://doi.org/10.1016/0006-8993(96)00159-x
  8. Fatemi S.H., Stary J.M., Earle J.A. et al. GABAergic dysfunction in schizophrenia and mood disorders as reflected by decreased levels of glutamic acid decarboxylase 65 and 67 kDa and Reelin proteins in cerebellum // Schizophr. Res. 2005. V. 72. P. 109–122. https://doi.org/10.1016/j.schres.2004.02.017
  9. Karolewicz B., Maciag D., O’Dwyer G. et al. Reduced level of glutamic acid decarboxylase 67 kDa in the prefrontal cortex in major depression // Int. J. Neuropsychopharmacol. 2010. V. 13. P. 411–420. https://doi.org/10.1017/S1461145709990587
  10. Browne C.A., Lucki I. Targeting opioid dysregulation in depression for the development of novel therapeutics // Pharmacol. Ther. 2019. V. 201. P. 51–76. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2019.04.009
  11. Anderson S.A., Michaelides M., Zarnegar P. et al. Impaired periamygdaloid-cortex prodynorphin is characteristic of opiate addiction and depression // J. Clin. Invest. 2013. V. 123. P. 5334–5341. h ttps://doi.org/10.1172/JCI70395
  12. Melo I., Drews E., Zimmer A., Bilkei-Gorzo A. Enkephalin knockout male mice are resistant to chronic mild stress // Genes Brain Behav. 2014. V. 13. P. 550–558. https://doi.org/10.1111/gbb.12139
  13. Qu N., He Y., Wang C. et al. A POMC-originated circuit regulates stress-induced hypophagia, depression, and anhedonia // Mol. Psychiatry. 2020. V. 25. P. 1006–1021. https://doi.org/10.1038/s41380-019-0506-1
  14. Parsons C.G., Danysz W., Quack G. Glutamate in CNS disorders as a target for drug development: an update // Drug. News. Perspect. 1998. V. 11. P. 523–569. https://doi.org/10.1358/dnp.1998.11.9.863689
  15. Nestler E.J., Carlezon W.A. Jr. The mesolimbic dopamine reward circuit in depression // Biol. Psychiatry. 2006. V. 59. P. 1151–1159. https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2005.09.018
  16. Hashimoto K. Emerging role of glutamate in the pathophysiology of major depressive disorder // Brain. Res. Rev. 2009. V. 61. P. 105–123. https://doi.org/10.1016/j.brainresrev.2009.05.005
  17. Barker D.J., Root D.H., Zhang S., Morales M. Multiplexed neurochemical signaling by neurons of the ventral tegmental area // J. Chem. Neuroanat. 2016. V. 73. P. 33–42. https://doi.org/10.1016/j.jchemneu.2015.12.016
  18. Kudryavtseva N.N., Smagin D.A., Kovalenko I.L., Vishnivetskaya G.B. Repeated positive fighting experience in male inbred mice // Nat. Protoc. 2014. V. 9. P. 2705–2717. https://doi.org/10.1038/nprot.2014.156
  19. Kudryavtseva N.N., Avgustinovich D.F. Behavioral and physiological markers of experimental depression induced by social conflicts (DISC) // Aggress. Behav. 1998. V. 24. P. 271–286.
  20. Kudryavtseva N.N. Development of mixed anxiety/depression-like state as a consequence of chronic anxiety: Review of experimental data // Curr. Top. Behav. Neurosci. 2022. V. 54. P. 125–152. https://doi.org/10.1007/7854_2021_248
  21. Коваленко И.Л., Смагин Д.А., Галямина А.Г. и др. Изменение экспрессии дофаминергических генов в структурах мозга самцов мышей под влиянием хронического социального стресса: данные RNA-seq // Мол. биология. 2016. V. 50. P. 184–187. https://doi.org/10.7868/S00268984116010080
  22. Hebert M.A., Serova L.I., Sabban E.L. Single and repeated immobilization stress differentially trigger induction and phosphorylation of several transcription factors and mitogenactivated protein kinasesin the rat locus coeruleus // J. Neurochem. 2005. V. 95. P. 484–498. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2005.03386.x
  23. Kvetnansky R., Sabban E.L., Palkovits M. Catecholaminergic systems in stress: Structural and molecular genetic approaches // Physiol. Rev. 2009. V. 89. P. 535–606. https://doi.org/10.1152/physrev.00042.2006
  24. Kudryavtseva N.N., Smagin D.A., Kovalenko I.L. et al. Serotonergic genes in the development of anxiety/depression-like state and pathology of aggressive behavior in male mice: RNA-seq data // Mol. Biol. 2017. V. 51. P. 251–262, https://doi.org/10.7868/S0026898417020136
  25. George J.M. The synucleins // Genome Biol. 2002. V. 3. https://doi.org/10.1186/gb-2001-3-1-reviews3002
  26. Oaks A.W., Sidhu A. Synuclein modulation of monoamine transporters // FEBS Lett. 2011. V. 585. P. 1001–1006. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2011.03.009
  27. Galyamina A.G., Kovalenko I.L., Smagin D.A., Kudryavtseva N.N. Changes in the expression of neurotransmitter system genes in the ventral tegmental area in depressed mice: RNA-seq data // Neurosci. and Behav. Physiol. 2018. V. 48. P. 591–602.
  28. Frieling H., Gozner A., Römer K.D. et al. Alpha-synuclein mRNA levels correspond to beck depression inventory scores in females with eating disorders // Neuropsychobiology. 2008. V. 58. P. 48–52. https://doi.org/10.1159/000155991
  29. Ninkina N., Peters O., Millership S. et al. Gamma-synucleinopathy: Neurodegeneration associated with overexpression of the mouse protein // Hum. Mol. Genet. 2009. V. 18. P. 1779–1794. https://doi.org/10.1093/hmg/ddp090
  30. Merrill J.O., Korff M., Banta-Green C.J. et. al. Prescribed opioid difficulties, depression and opioid dose among chronic opioid therapy patients // Gen. Hosp. Psychiatry. 2012. V. 34. P. 581–587. https://doi.org/10.1016/j.genhosppsych.2012.06.018
  31. Scherrer J. F., Salas J., Copeland L.A. et al. Prescription opioid duration, dose, and increased risk of depression in 3 large patient populations //Ann. Fam. Med. 2016. V. 14. P. 54–62. https://doi.org/10.1370/afm.1885
  32. Lazary J., Eszlari N., Juhasz G., Bagdy G. Genetically reduced FAAH activity may be a risk for the development of anxiety and depression in persons with repetitive childhood trauma // Eur. Neuropsychopharmacol. 2016. V. 26. P. 1020–1028. https://doi.org/10.1016/j.euroneuro.2016.03.003
  33. Wang Y., Zhang X. FAAH inhibition produces antidepressant-like efforts of mice to acute stress via synaptic long-term depression // Behav. Brain Res. 2017. V. 324. P. 138–145. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2017.01.054
  34. Domschke K., Dannlowski U., Ohrmann P. et al. Cannabinoid receptor 1 (CNR1) gene: Impact on antidepressant treatment response and emotion processing in major depression // Eur. Neuropsychopharmacol. 2008. V. 18. P. 751–759. https://doi.org/10.1016/j.euroneuro.2008.05.003
  35. Mitjans M., Serretti A., Fabbri C. et al. Screening genetic variability at the CNR1 gene in both major depression etiology and clinical response to citalopram treatment // Psychopharmacology. 2013. V. 227. P. 509–519, https://doi.org/10.1007/s00213-013-2995-y
  36. Masih J., Verbeke W. Exploring association of opioid receptor genes polymorphism with positive and negative moods using Positive and Negative Affective States Scale (PANAS) // Clin. Exp. Psychol. 2019. V. 5. № 1. P. 1–6.
  37. Schol-Gelok S., Janssens A. C., Tiemeier, H. et al. A genome-wide screen for depression in two independent Dutch populations // Biol. Psychiatry. 2010. V. 68. P. 187–196. https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2010.01.033
  38. Li X., Tizzano J.P., Griffey K. et al. Antidepressant-like actions of an AMPA receptor potentiator (LY392098) // Neuropharmacology. 2001. V. 40. P. 1028–1033. https://doi.org/10.1016/s0028-3908(00)00194-5
  39. Kotlinska J., Liljequist S. The putative AMPA receptor antagonist, LY326325, produces anxiolytic effects without altering locomotor activity in rats // Pharmacol. Biochem. Behav. 1998. V. 60. P. 119–124. https://doi.org/10.1016/s0091-3057(97)00565-0
  40. Walker D.L., Davis M. The role of amygdala glutamate receptors in fear learning, fear-potentiated startle, and extinction // Pharmacol. Biochem. Behav. 2002. V.71. P. 379–392. https://doi.org/10.1016/s0091-3057(01)00698-0
  41. Chourbaji S., Vogt M.A., Fumagalli F. et al. AMPA receptor subunit 1 (GluRA) knockout mice model the glutamate hypothesis of depression // FASEB J. 2008. V. 22. P. 3129–3134. https://doi.org/10.1096/fj.08-106450
  42. Papp M., Moryl E. Antidepressant activity of non-competitive and competitive NMDA receptor antagonists in a chronic mild stress model of depression // Eur. J. Pharmacol. 1994. V. 263. P. 1–7. https://doi.org/10.1016/0014-2999(94)90516-9
  43. Wiley J.L., Cristello A.F., Balster R.L. Effects of site-selective NMDA receptor antagonists in an elevated plus-maze model of anxiety in mice // Eur. J. Pharmacol. 1995. V. 294. P. 101–107. https://doi.org/10.1016/0014-2999(95)00506-4
  44. Barkus C., McHugh S.B., Sprengel R. et al. Hippocampal NMDA receptors and anxiety: At the interface between cognition and emotion // Eur. J. Pharmacol. 2010. V. 626. P. 49–56. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2009.10.014
  45. Stelly C.E., Pomrenze M.B., Cook J.B., Morikawa H. Repeated social defeat stress enhances glutamatergic synaptic plasticity in the VTA and cocaine place conditioning // Elife. 2016. V. 5. https://doi.org/10.7554/eLife.15448
  46. Wieronska J.M., Branski P., Szewczyk B. et al. Changes in the expression of metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5) in the rat hippocampus in an animal model of depression // Pol. J. Pharmacol. 2001. V. 53. P. 659–662.
  47. Wang H., Zhu Y.Z., Wong P. T.-H. et al. cDNA microarray analysis of gene expression in anxious PVG and SD rats after cat-freezing test. // Exp. Brain. Res. 2003. V. 149. P. 413–421. https://doi.org/10.1007/s00221-002-1369-1
  48. 4Kroes R.A., Panksepp J., Burgdorf J. et al. Modeling depression: Social dominance-submission gene expression patterns in rat neocortex // Neuroscience. 2006. V. 137. P. 37–49. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2005.08.076
  49. Tanay V.A., Glencorse T.A., Greenshaw A.J. et al.. Chronic administration of antipanic drugs alters rat brainstem GABAA receptor subunit mRNA levels // Neuropharmacology. 1996. V. 35. P. 1475–1482. https://doi.org/10.1016/s0028-3908(96)00065-2
  50. Tanay V.M., Greenshaw A.J., Baker G.B., Bateson A.N. Common effects of chronically administered antipanic drugs on brainstem GABA(A) receptor subunit gene expression // Mol. Psychiatry. 2001. V. 6. P. 404–412. https://doi.org/10.1038/sj.mp.4000879
  51. Ménard C., Tse Y.C., Cavanagh C. et al. Knockdown of prodynorphin gene prevents cognitive decline, reduces anxiety, and rescues loss of group 1 metabotropic glutamate receptor function in aging // J. Neurosci. 2013. V. 33. P. 12792–12804. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0290-13.2013
  52. Ménard C., Quirion R., Bouchard S. et al. Glutamatergic signaling and low prodynorphin expression are associated with intact memory and reduced anxiety in rat models of healthy aging // Front. Aging Neurosci. 2014. V. 6. https://doi.org/10.3389/fnagi.2014.00081
  53. Smagin D.A., Kovalenko I.L., Galyamina A.G. et al. Dysfunction in ribosomal gene expression in the hypotalamus and hippocampus following chronic social defeat stress in male mice as revealed by RNA-seq // Neural. Plast. 2016. 3289187.
  54. Raimundo N. Mitochondrial pathology: Stress signals from the energy factory // Trends in Molecular Medicine. 2014. V. 20. N. 5. P. 282–292.
  55. Кудрявцева Н.Н., Шурлыгина А.В., Галямина А.Г. и др. Иммунопатология смешанного тревожно-депрессивного расстройства: экспериментальный подход к коррекции иммунодефицитных состояний // Журн. высшей нервной деят. им И.П. Павлова. 2017. Т. 67. № 6. С. 671–692.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Экспрессия ДЭГ катехоламинергических систем в ГПТ у депрессивных самцов мышей. Белые столбцы – контроль, темные столбцы – депрессивные мыши. * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001 vs. контроль. Для гена Sncb представлена вспомогательная шкала. Данные выражены в единицах FPKM. # – ранее опубликованные данные [21].

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспрессия ДЭГ опиоидергических и каннабиноидной систем в ГПТ у депрессивных самцов мышей. Белые столбцы – контроль, темные столбцы – депрессивные мыши. *p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001 vs. контроль. Данные выражены в единицах FPKM.

Скачать (77KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспрессия ДЭГ глутаматергической системы в ГПТ у депрессивных самцов мышей. Белые столбцы – контроль, темные столбцы – депрессивные мыши. *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001 vs. контроль. Для генов Gad2, Grik5, Grin1 представлена вспомогательная шкала. Данные выражены в единицах FPKM.

Скачать (102KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспрессия ДЭГ ГАМКергической системы в ГПТ у депрессивных самцов мышей. Белые столбцы – контроль, темные столбцы – депрессивные мыши. *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001 vs. контроль. Для гена Slc6a11 представлена вспомогательная шкала. Данные выражены в единицах FPKM.

Скачать (96KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Функциональные взаимосвязи белков, кодируемых ДЭГ, установленные согласно базе данных STRING (http://string-db.org/) у депрессивных животных в ГПТ.

Скачать (525KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024