АНАЛИЗ НЕЙРОГЕНЕЗА В ГИППОКАМПЕ МЫШЕЙ ПРИ КРАТКОСРОЧНОМ АНТИОРТОСТАТИЧЕСКОМ ВЫВЕШИВАНИИ
PDF

Ключевые слова

антиортостатическое вывешивание
гиппокамп
нейрогенез
кортикостерон
глюкокортикоидные рецепторы
CREB

Как цитировать

Олейник, Е. А., Наумова , А. А., Григорьева, Ю. С., Бахтеева, В. Т., Лаврова, Е. А., Черниговская, Е. В., & Глазова, М. В. (2022). АНАЛИЗ НЕЙРОГЕНЕЗА В ГИППОКАМПЕ МЫШЕЙ ПРИ КРАТКОСРОЧНОМ АНТИОРТОСТАТИЧЕСКОМ ВЫВЕШИВАНИИ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 108(7), 861–873. извлечено от https://rusjphysiol.org/index.php/rusjphysiol/article/view/1637

Аннотация

Длительные космические полёты и симулируемая микрогравитация оказывают негативное влияние на целый ряд когнитивных функций, включая память, обучение, ориентацию в пространстве и принятие решений. В то же время известно, что в регуляции когнитивных процессов важную роль играет гиппокампальный нейрогенез. В настоящей работе было исследовано влияние 3-дневной двигательной разгрузки задних конечностей (антиортостатического вывешивания) на активность нейрогенеза в гиппокампе мышей. В экспериментах были использованы взрослые самцы мышей линии CD1. Наши результаты показали, что 3-дневное вывешивание не оказывает влияния на пролиферацию клеток и численность незрелых doublecortin-позитивных нейронов, однако вызывает снижение числа ранних nestin-позитивных нейрональных предшественников. Анализ сигнальных каскадов, вовлечённых в регуляцию гиппокампального нейрогенеза, не выявил изменений в активности протеинкиназ ERK1/2, однако показал повышение экспрессии и фосфорилирования транскрипционного фактора CREB. Кроме того, после 3-дневного вывешивания у мышей наблюдалось значительное увеличение концентрации кортикостерона в крови, а также экспрессии глюкокортикоидных рецепторов в гранулярных клетках и поле СА3 гиппокампа, что свидетельствует о развитии стрессорного ответа. Таким образом, стресс, отражающий адаптацию организма к двигательной разгрузке, может являться ключевым фактором, опосредующим нарушения гиппокампального нейрогенеза при кратковременном воздействии симулируемой микрогравитации.

PDF

Литература

Altman J, Das GD (1965) Autoradiographic and histological evidence of postnatal hippocampal neurogenesis in rats. J Comp Neurol 124:319–335. https://doi.org/10.1002/CNE.901240303

Baptista P, Andrade JP (2018) Adult hippocampal neurogenesis: Regulation and possible functional and clinical correlates. Front Neuroanat 12:44.

Adami R, Pagano J, Colombo M, Platonova N, Recchia D,Chiaramonte R, Bottinelli R, Cannepari M, Bottai D (2018) Reduction of Movement in Neurological Diseases: Effects on Neural Stem Cells Characteristics. Front Neurosci 12:336. https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00336

Watson N, Ji X, Yasuhara T, Date I, Kaneko Y, Tajiri N, Borlongan C (2015) No pain, No gain: Lack of exercise obstructs neurogenesis. Cell Transplant 24:591–597. https://doi.org/10.3727/096368915X687723

Popova NK, Kulikov AV, Naumenko VS (2020) Spaceflight and brain plasticity: Spaceflight effects on regional expression of neurotransmitter systems and neurotrophic factors encoding genes. Neurosci Biobehav Rev 119:396–405.

Roberts DR, Albrecht MH, Collins HR, Asemani D , Spampinato VM, Xun Zhu , Chimowitz MI, Antonucci MU (2017) Effects of Spaceflight on Astronaut Brain Structure as Indicated on MRI. N Engl J Med 377:1746–1753. https://doi.org/10.1056/NEJMoa1705129

Demertzi A, Van Ombergen A, Tomilovskaya E, Jeurissen B , Pechenkova E, Perri CD, Litvinova L, Amico E , Rumshiskaya A, Rukavishnikov I, Sijbers J, Sinitsyn V, Kozlovskaya I, Sunaert S, Parizel PM , Van de Heyning PH, Laureys S, Wuyts FL (2016) Cortical reorganization in an astronaut’s brain after long-duration spaceflight. Brain Struct Funct 221:2873–2876. https://doi.org/10.1007/S00429-015-1054-3/FIGURES/1

Van Ombergen A, Demertzi A, Tomilovskaya E, Jeurissen B, Sijbers J , Kozlovskaya I, Parizel PM, Van de Heyning PH, Sunaert S, Laureys S, Wuyts FL (2017) The effect of spaceflight and microgravity on the human brain. J Neurol 264:18–22. https://doi.org/10.1007/S00415-017-8427-X

Koppelmans V, Bloomberg JJ, De Dios YE, Wood SJ, Reuter-Lorenz PA, Kofman IS, Riascos R, Mulavara AP, Seidler RD (2017) Brain plasticity and sensorimotor deterioration as a function of 70 days head down tilt bed rest. PLoS One 12:e0182236. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0182236

Roberts DR, Zhu X, Tabesh A, Duffy EW, Ramsey DA, Brown TR (2015) Structural Brain Changes following Long-Term 6° Head-Down Tilt Bed Rest as an Analog for Spaceflight.Am J Neuroradiol 36:2048–2054. https://doi.org/10.3174/AJNR.A4406

Casler JG, Cook JR (1999) Cognitive performance in space and analogous environments. Int J Cogn Ergon 3:351–372.

Vecchio LM, Meng Y, Xhima K, Lipsman N, Hamani C, Aubert I (2018) The Neuroprotective Effects of Exercise: Maintaining a Healthy Brain Throughout Aging. Brain Plast 4:17. https://doi.org/10.3233/BPL-180069

Dekeyzer S, De Kock I, Nikoubashman O, Bossche SV, Eetvelde RV, De Groote J M , Wiesmann M, Deblaere K, Achten E (2017) “Unforgettable” – a pictorial essay on anatomy and pathology of the hippocampus. Insights Imaging 8:199. https://doi.org/10.1007/S13244-016-0541-2

Anand K, Dhikav V (2012) Hippocampus in health and disease: An overview. Ann Indian Acad Neurol 15:239–246.

Li K, Guo X, Jin Z, Ouyang X, Zeng Y , Jinsheng F , Wang Y, Yao L, Ma L (2015) Effect of Simulated Microgravity on Human Brain Gray Matter and White Matter – Evidence from MRI. PLoS One 10:e0135835. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0135835

Yasuhara T, Hara K, Maki M, Matsukawa N, Fujino H, Date I, Borlongan CV (2007) Lack of exercise, via hindlimb suspension, impedes endogenous neurogenesis. Neuroscience 149:182–191. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2007.07.045

Nomura S, Kami K, Kawano F, Oke Y, Nakai N, Ohira T, Fujita R, Terada M, Imaizumi K, Ohira Y (2012) Effects of hindlimb unloading on neurogenesis in the hippocampus of newly weaned rats. Neurosci Lett 509:76–81. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2011.12.022

Qaisar R, Karim A, Elmoselhi AB (2020) Muscle unloading: A comparison between spaceflight and ground‐based models. Acta Physiol 228:e13431. https://doi.org/10.1111/apha.13431

Morey-Holton ER, Globus RK (2002) Hindlimb unloading rodent model: Technical aspects. J Appl Physiol 92:1367–1377.

Li Z, Theus MH, Wei L (2006) Role of ERK 1/2 signaling in neuronal differentiation of cultured embryonic stem cells. Dev Growth Differ 48:513–523. https://doi.org/10.1111/j.1440-169X.2006.00889.x

Jansson LC, Åkerman KE (2014) The role of glutamate and its receptors in the proliferation, migration, differentiation and survival of neural progenitor cells. J Neural Transm 121:819–836. https://doi.org/10.1007/s00702-014-1174-6

Schlett K (2006) Glutamate as a Modulator of Embryonic and Adult Neurogenesis. Curr Top Med Chem 6:949–960. https://doi.org/10.2174/156802606777323665

Berezovskaya AS, Tyganov SA, Nikolaeva SD, Naumova AA , Merkulyeva NS, Shenkman BS, Glazova MV (2021) Dynamic Foot Stimulations During Short-Term Hindlimb Unloading Prevent Dysregulation of the Neurotransmission in the Hippocampus of Rats. Cell Mol Neurobiol 41:1549–1561. https://doi.org/10.1007/s10571-020-00922-2

Berezovskaya AS, Tyganov SA, Nikolaeva SD, Naumova AA, Shenkman BS, Glazova MV (2021) Plantar stimulations during 3-day hindlimb unloading prevent loss of neural progenitors and maintain erk1/2 activity in the rat hippocampus. Life 11(5) : 449. https://doi.org/10.3390/life11050449

Charvet CJ, Finlay BL (2018) Comparing adult hippocampal neurogenesis across species: Translating time to predict the tempo in humans. Front Neurosci 12. https://doi.org/10.3389/FNINS.2018.00706/FULL

Snyder JS, Choe JS, Clifford MA, Jeurling SI, Hurley P, Brown A, Kamhi JF, Heather A Cameron HA (2009) Adult-Born Hippocampal Neurons Are More Numerous, Faster Maturing, and More Involved in Behavior in Rats than in Mice. J Neurosci 29:14484–14495. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1768-09.2009

Ortega-Martínez S (2015) A new perspective on the role of the CREB family of transcription factors in memory consolidation via adult hippocampal neurogenesis. Front Mol Neurosci 8:46. https://doi.org/10.3389/FNMOL.2015.00046/BIBTEX

Bourtchuladze R, Frenguelli B, Blendy J, Cioff D, Schutz G, Silva AG (1994) Deficient long-term memory in mice with a targeted mutation of the cAMP-responsive element-binding protein. Cell 79:59–68. https://doi.org/10.1016/0092-8674(94)90400-6

Böer U, Alejel T, Beimesche S, Cierny I, Krause D, Knepel W, Flügge G (2007) CRE/CREB-Driven Up-Regulation of Gene Expression by Chronic Social Stress in CRE-Luciferase Transgenic Mice: Reversal by Antidepressant Treatment. PLoS One 2:e431. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0000431

Chen Y, Fenoglio KA, Dubé CM, Chen Y, Fenoglio KA, Dubé CM (2006) Cellular and molecular mechanisms of hippocampal activation by acute stress are age-dependent. Mol Psychiatry 11:992. https://doi.org/10.1038/SJ.MP.4001863

Bernal A, Arranz L (2018) Nestin-expressing progenitor cells: function, identity and therapeutic implications. Cell Mol Life Sci 75:2177. https://doi.org/10.1007/S00018-018-2794-Z

Marei HES, Ahmed AE, Michetti F, Pescatori M, Pallini R, Casalbore P, Cenciarelli C, Elhadidy M (2012) Gene Expression Profile of Adult Human Olfactory Bulb and Embryonic Neural Stem Cell Suggests Distinct Signaling Pathways and Epigenetic Control. PLoS One 7:e33542. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0033542

Pechnick RN, Zonis S, Wawrowsky K, Cosgayon R, Farrokhi C, Lacayo L, Chesnokova V (2011) Antidepressants Stimulate Hippocampal Neurogenesis by Inhibiting p21 Expression in the Subgranular Zone of the Hipppocampus. PLoS One 6:e27290. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0027290

Warner-Schmidt JL, Duman RS (2006) Hippocampal neurogenesis: opposing effects of stress and antidepressant treatment. Hippocampus 16:239–249. https://doi.org/10.1002/HIPO.20156

Boucher P, Plusquellec P (2019) Acute Stress Assessment From Excess Cortisol Secretion: Fundamentals and Perspectives. Front Endocrinol (Lausanne) 10:749. https://doi.org/10.3389/FENDO.2019.00749/BIBTEX

Sakamoto K, Karelina K, Obrietan K (2011) CREB: a multifaceted regulator of neuronal plasticity and protection. J Neurochem 116:1. https://doi.org/10.1111/J.1471-4159.2010.07080.X