ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ ГЛУТАМАТНЫХ РЕЦЕПТОРОВ В ГИППОКАМПЕ И ЛОБНОЙ КОРЕ У КРЫС ЛИНИИ ГК С ГЕНЕТИЧЕСКОЙ КАТАТОНИЕЙ
PDF

Ключевые слова

глутаматергические рецепторы
Grm3
везикулярный транспортёр глутамата
гиппокамп
лобная кора
кататония
крысы линии ГК
ПЦР в реальном времени

Как цитировать

Плеканчук, В. С., & Рязанова , М. А. (2021). ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ ГЛУТАМАТНЫХ РЕЦЕПТОРОВ В ГИППОКАМПЕ И ЛОБНОЙ КОРЕ У КРЫС ЛИНИИ ГК С ГЕНЕТИЧЕСКОЙ КАТАТОНИЕЙ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 107(2), 232–242. https://doi.org/10.31857/S0869813921020060

Аннотация

Линия крыс ГК (аббревиатура от слов «генетическая» и «кататония») была получена в Институте цитологии и генетики СО РАН путем селекции на усиление реакции пассивно-оборонительного застывания в ответ на слабый стрессорный стимул. Крысы линии ГК имеют предрасположенность к кататоническим реакциям, а также ряд поведенческих и биохимических особенностей, соответствующих аналогичным характеристикам больных при шизофрении и депрессии. В основе кататонического синдрома, как и при шизофрении, предполагают наличие комплексного нарушения в работе нейротрансмиттерных систем мозга, при этом в последнее время особое внимание уделяется дисфункции глутаматергической системы мозга, в рамках развития глутаматной гипотезы психопатологий. Глутамат является главным возбуждающим медиатором в ЦНС и опосредует свои физиологические эффекты через ионотропные (AMPA-, NMDA-, каинатные) и метаботропные (mGlu) глутаматные рецепторы. Есть множество исследований, указывающих на изменение экспрессии генов рецепторов глутамата и состава их субъединиц при шизофрении и биполярных расстройствах, а также указывающих на вовлеченность NMDA-рецепторов глутамата в проявление кататонического синдрома. В связи с этим целью работы было исследование экспрессии генов глутаматной системы в гиппокампе и лобной коре крыс линии ГК с генетической кататонией. Методом ПЦР в реальном времени показана низкая экспрессия гена Grm3, кодирующего метаботропный глутаматный ауторецептор, в гиппокампе крыс с генетической кататонией. Экспрессия генов Grin1, Grin2A, Grin2B, Gria1, Grm2, Slc17a6 в лобной коре и гиппокампе, а также гена Grm3 в лобной коре не отличалась от контроля. Таким образом, выявленная низкая экспрессия мРНК гена Grm3 в гиппокампе может влиять на нейротрансмиссию глутамата в этой структуре, и в том числе, способствовать повышению нервной возбудимости у крыс линии ГК.

https://doi.org/10.31857/S0869813921020060
PDF

Литература

Kolpakov V.G., Barykina N.N., Alekhina T.A. Some genetic animal models for comparative psychology and biological psychiatry. Novosib. Inst. 1996.

Колпаков В.Г., Куликов А.В., Алехина Т.А., Чугуй В.Ф. Кататония или депрессия? Линия крыс ГК – генетическая животная модель психопатологии. Генетика. 40(6): 1–7. 2004.[ Kolpakov V.G., Kulikov A.V., Alekhina T.A., CHuguj V.F. Katatoniya ili depressiya? Liniya krys GK–geneticheskaya zhivotnaya model' psihopatologii. Genetika. 40(6): 1–7. 2004. (In Russ)].

Рязанова M.A., Прокудина O.И., Алехина T.A. Экспрессия генов системы катехоламинов в среднем мозге и реакция престимульного торможения у крыс с генетической кататонией. Вавиловский журн. генетики и селекции. 21(7): 798–803. 2017. [Ryazanova M.A., Prokudina O.I., Alekhina T.A. Ekspressiya genov sistemy katekholaminov v srednem mozge i reakciya prestimul’nogo tormozheniya u krys s geneticheskoj katatoniej. Vavilovskij Zhurn. Genetiki i Selekcii. 21(7): 798–803. 2017. (In Russ)]. https://doi.org/10.18699/VJ17.296

Wong E., Ungvari G.S., Leung S.-K., Tang W.-K. Rating catatonia in patients with chronic schizophrenia: Rasch analysis of the Bush–Francis Catatonia Rating Scale. Int. J. Methods Psychiatr. Res. 16(3): 161–170. 2007. https://doi.org/10.1002/mpr.224

Medda P., Toni C., Luchini F., Mariani M.G., Mauri M., Perugi G. Catatonia in 26 patients with bipolar disorder: clinical features and response to electroconvulsive therapy. Bipolar Disord. 17(8): 892–901. 2015. https://doi.org/10.1111/bdi.12348

Northoff G. Catatonia and neuroleptic malignant syndrome: psychopathology and pathophysiology. J. Neural Transm. 109(12): 1453–1467. 2002. https://doi.org/10.1007/s00702-002-0762-z

Moghaddam B., Javitt D. From revolution to evolution: The glutamate hypothesis of schizophrenia and its implication for treatment. Neuropsychopharmacology. 37(1): 4–15. 2012. https://doi.org/10.1038/npp.2011.181

Hirjak D., Kubera K.M., Wolf R.C., Northoff G. Going Back to Kahlbaum’s Psychomotor (and GABAergic) Origins: Is Catatonia More Than Just a Motor and Dopaminergic Syndrome? Schizophr. Bull. 46(2): 272–285. 2020. https://doi.org/10.1093/schbul/sbz074

Sokolov B.P. Expression of NMDAR1, GluR1, GluR7, and KA1 Glutamate Receptor mRNAs Is Decreased in Frontal Cortex of “Neuroleptic-Free” Schizophrenics: Evidence on Reversible Up-Regulation by Typical Neuroleptics. J. Neurochem. 71(6): 2454–2464. 2002. https://doi.org/10.1046/j.1471-4159.1998.71062454.x

Law A.J., Deakin J.F.W. Asymmetrical reductions of hippocampal NMDARI glutamate receptor mRNA in the psychoses. Neuroreport. 12(13): 2971–2974. 2001. https://doi.org/10.1097/00001756-200109170-00043

McCullumsmith R.E., Kristiansen L.V., Beneyto M., Scarr E., Dean B., Meador-Woodruff J.H. Decreased NR1, NR2A, and SAP102 transcript expression in the hippocampus in bipolar disorder. Brain Res. 1127(1): 108–118. 2007. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2006.09.011

Martucci L., Wong A.H.C., De Luca V., Likhodi O., Wong G.W.H., King N., Kennedy J.L. N-methyl-d-aspartate receptor NR2B subunit gene GRIN2B in schizophrenia and bipolar disorder: Polymorphisms and mRNA levels. Schizophr. Res. 84(2–3): 214–221. 2006. https://doi.org/10.1016/J.SCHRES.2006.02.001

Qin S., Zhao X., Pan Y., Liu J., Feng G., Fu J., Bao J., Zhang Zh., He L. An association study of the N-methyl-D-aspartate receptor NR1 subunit gene (GRIN1) and NR2B subunit gene (GRIN2B) in schizophrenia with universal DNA microarray. Eur. J. Hum. Genet. 13(7): 807–814. 2005. https://doi.org/10.1038/sj.ejhg.5201418

Bota R., Groysman L., Momii A. Catatonia as a Syndrome Characterized by GABAergic Interneuronal Dysfunction Mediated by NMDA Receptors. Br. J. Med. Med. Res. 19(11): 1–6. 2017. https://doi.org/10.9734/bjmmr/2017/30718

Rogers J.P., Pollak T. A., Blackman G., David A.S. Catatonia and the immune system: a review. The Lancet Psychiatry. 6(7): 620–630. 2019. https://doi.org/10.1016/S2215-0366(19)30190-7

Harrison P.J., Burnet P. The group II metabotropic glutamate receptor 3 (mGluR3, mGlu3, GRM3): expression, function and involvement in schizophrenia. J. Psychopharmacol. 22(3):308–22 2008. https://doi.org/10.1177/0269881108089818

Takamori S., Rhee J.S., Rosenmund C., Jahn R. Identification of Differentiation-Associated Brain-Specific Phosphate Transporter as a Second Vesicular Glutamate Transporter (VGLUT2). J. Neurosci. 21(22): RC182. 2001. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.21-22-j0002.2001

Wallen-Mackenzie A., Nordenankar K., Fejgin K., Lagerström M.C., Emilsson L., Fredriksson R., Wass C., Andersson D., Egecioglu E., Andersson M., Strandberg J., Lindhe Ö., Schiöth H.B., Chergui K., Hanse E., Långström B., Fredriksson A., Svensson L., Roman E., Kullander K. Restricted Cortical and Amygdaloid Removal of Vesicular Glutamate Transporter 2 in Preadolescent Mice Impacts Dopaminergic Activity and Neuronal Circuitry of Higher Brain Function. J. Neurosci. 29(7): 2238–2251. 2009. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5851-08.2009

Nordenankar K., Smith-Anttila C.J.A., Schweizer N., Viereckel T., Birgner C., Mejia-Toiber J., Morales M., Leao R.N., Wallén-Mackenzie Å. Increased hippocampal excitability and impaired spatial memory function in mice lacking VGLUT2 selectively in neurons defined by tyrosine hydroxylase promoter activity. Brain Struct. Funct. 220. 2171–2190. 2015. https://doi.org/10.1007/s00429-014-0778-9

Martinez-Gras I., Rubio G., del Manzano B.A., Rodriguez-Jimenez R., Garcia-Sanchez F., Bagney A., Carlos Leza J., Borrell J. The relationship between prepulse inhibition and general psychopathology in patients with schizophrenia treated with long-acting risperidone. Schizophr. Res. 115(2–3): 215–221. 2009. https://doi.org/10.1016/j.schres.2009.09.035

García-Sánchez F., Martínez-Gras I., Rodríguez-Jiménez R., Rubio G. [Prepulse inhibition of the startle response/reflex in neuropsychiatric disorders]. Rev. Neurol. 53(7): 422–32. 2011.

Vandesomlele J. Accurate normalization of real-time quantitative RT-PCR data.pdf. Genome Biol. 3(7): 1–12. 2002. https://doi.org/10.1186/gb-2002-3-7-research0034

Larionov A., Krause A., Miller W.R. A standard curve based method for relative real time PCR data processing. BMC Bioinformatics. 6(1): 1–16. 2005. https://doi.org/10.1186/1471-2105-6-62

Kew J.N.C., Kemp J.A. Ionotropic and metabotropic glutamate receptor structure and pharmacology. Psychopharmacology. 179(1): 4–29. 2005. https://doi.org/10.1007/s00213-005-2200-z

Mössner R., Schuhmacher A., Schulze-Rauschenbach S., Kühn K.-U., Rujescu D., Rietschel M., Zobel A., Franke P., Wölwer W., Gaebel W., Häfner H., Wagner M., Maier W. Further evidence for a functional role of the glutamate receptor gene GRM3 in schizophrenia. Eur. Neuropsychopharmacol. 18(10): 768–772. 2008. https://doi.org/10.1016/j.euroneuro.2008.05.007

Patil S.T., Zhang L., Martenyi F., Lowe S.L., Jackson K.A., Andreev B.V., Avedisova A.S., Bardenstein L.M., Gurovich I.Y., Morozova M.A., Mosolov S.N., Neznanov N.G., Reznik A.M., Smulevich A.B., Tochilov V.A., Johnson B.G., Monn J.A., Schoepp D.D. Activation of mGlu2/3 receptors as a new approach to treat schizophrenia: a randomized Phase 2 clinical trial. Nat. Med. 13(9): 1102–1107. 2007. https://doi.org/10.1038/nm1632

Fujioka R., Nii T., Iwaki A., Shibata A., Ito I., Kitaichi K., Nomura M., Hattori S., Takao K., Miyakawa T., Fukumaki Y. Comprehensive behavioral study of mGluR3 knockout mice: implication in schizophrenia related endophenotypes. Mol. Brain. 7(1): 31. 2014. https://doi.org/10.1186/1756-6606-7-31

Stone J.M., Morrison P.D., Pilowsky L.S. Glutamate and dopamine dysregulation in schizophrenia – A synthesis and selective review. J. Psychopharmacol. 21(4): 440–452. 2007. https://doi.org/10.1177/0269881106073126

Merritt K., McGuire P., Egerton A. Relationship between Glutamate Dysfunction and Symptoms and Cognitive Function in Psychosis. Front. Psychiatry. 4: 151. 2013. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2013.00151

Sweatt J. D. Hippocampal function in cognition. Psychopharmacology (Berl). 174(1): 99–110. 2004. https://doi.org/10.1007/s00213-004-1795-9

Harrison P.J. The hippocampus in schizophrenia: A review of the neuropathological evidence and its pathophysiological implications. Psychopharmacology. 174(1): 151–162. 2004. https://doi.org/10.1007/s00213-003-1761-y

Schumacher A., Villaruel F.R., Riaz S., Lee A.C.H., Ito R. Ventral hippocampal CA1 and CA3 differentially mediate learned approach-avoidance conflict processing. Curr. Biol. 28(8): 1318. 2018. https://doi.org/10.1101/180513

McEwen B.S., Nasca C., Gray J.D. Stress Effects on Neuronal Structure: Hippocampus, Amygdala, and Prefrontal Cortex. Neuropsychopharmacology. 41(1): 3–23. 2016. https://doi.org/10.1038/npp.2015.171

Рязанова М.А., Игонина Т.Н., Алехина Т.А., Прокудина О.И., Рязанова М.А. Увеличение доли “нервных” животных в ходе селекции на кататонию: участие в кататонических реакциях центральных адренорецепторов. Генетика. 48(11): 1–8. 2012. [Ryazanova M.A., Igonina T.N., Alekhina T.A., Prokudina O.I., Ryazanova M.A. Uvelichenie doli “nervnyh” zhivotnyh v hode selekcii na katatoniyu: uchastie v katatonicheskih reakciyah central’nyh adrenoreceptorov. Genetika. 48(11): 1–8. 2012. (In Russ)].

Петрова Е.В. Особенности изменения врожденных и приобретенных форм поведения крыс с генетической каталепсией. Журн. высшей нервн. деятельности. 40 (3): 475–480. 1990. [Petrova E.V. Osobennosti izmeneniya vrozhdennyh i priobretennyh form povedeniya krys s geneticheskoj katalepsiej. Zhurn. Vysshej Nervn. Deyatel’nosti. 40 (3): 475–480. 1990. (In Russ)].

Lynch D.R., Guttmann R.P. NMDA receptor pharmacology: perspectives from molecular biology. Curr. Drug. Targets. 2(3): 215–231. 2001.

Wyllie D.J.A., Livesey M.R., Hardingham G.E. Inf luence of GluN2 subunit identity on NMDA receptor function. Neuropharmacology. 74: 4–17. 2013. https://doi.org/10.1016/J.NEUROPHARM.2013.01.016

Duncan G.E., Moy S.S., Perez A., Eddy D.M., Zinzow W.M., Lieberman J.A., Snouwaert J.N., Koller B.H. Deficits in sensorimotor gating and tests of social behavior in a genetic model of re duced NMDA receptor function. Behav. Brain Res. 153(2): 507–519. 2004. https://doi.org/10.1016/J.BBR.2004.01.008