ВЛИЯНИЕ ПРЕНАТАЛЬНОГО СТРЕССА НА ФОРМИРОВАНИЕ ОРЕКСИНЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГИПОТАЛАМУСА КРЫСЫ
PDF

Ключевые слова

мозг
гипоталамус
стриатум
онтогенез
пренатальный стресс
орексин
дофамин
двигательная активность
цикл бодрствование-сон

Как цитировать

Морина, И. Ю., Станкова, Е. П., & Романова, И. В. (2019). ВЛИЯНИЕ ПРЕНАТАЛЬНОГО СТРЕССА НА ФОРМИРОВАНИЕ ОРЕКСИНЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГИПОТАЛАМУСА КРЫСЫ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 105(5), 591–607. https://doi.org/10.1134/S0869813919050054

Аннотация

Исследовано влияние пренатального стресса (ПНС) на формирование орексинергической и дофаминергической систем мозга у 14-ти и 30-дневных крысят, рожденных самками, которых с 13 по 19 день беременности подвергали депривации сна (по 6 часов в день) методом «малых площадок». У 14-дневных ПНС крысят с помощью теста «открытое поле» выявлены нарушения двигательного развития. В гипоталамусе с помощью иммуногистохимического метода на срезах мозга у них выявлено значительное увеличение орексина А в нейронах перифорникальной области, а высокоэффективная жидкостная хроматографии демонстрируют увеличение уровня дофамина и скорости его метаболизма по сравнению с контрольными крысятами, рожденными от интактных самок. Результаты Вестерн-блоттинга свидетельствуют об уменьшении в стриатуме уровня фермента синтеза ГАМК (GAD65) и увеличении уровня фосфорилированной по серину-40 формы тирозингидроксилазы – фермента синтеза дофамина по сравнению с контролем. К 30-му дню жизни показатели двигательной активности у ПНС крысят не отличаются от контрольных, однако ПНС крысята характеризуются более высоким уровнем тревожности и меньшей исследовательской активностью. Результаты морфологических и биохимических исследований также свидетельствуют об отсутствии различий исследованных показателей в гипоталамусе и стриатуме в 30-дневных ПНС крысят по сравнению с контрольными, что подтверждается результатами электрофизиологического исследования, которое также демонстрирует отсутствие различий в организации цикла бодрствование-сон у 30-дневных ПНС и контрольных крысят. В статье обсуждаются морфофункциональные взаимодействия орексинергической и дофаминергических систем мозга в раннем постнатальном периоде развития организма и роль орексинов в компенсаторных механизмах мозга.

https://doi.org/10.1134/S0869813919050054
PDF

Литература

Zarrow M. X., Philpott J. E., Denenberg V. H. Passage of 14C-4-corticosterone from the rat mother to the foetus and neonate. Nature. 226 (5250): 1058-1069. 1970.

Weinstock M. Alterations induced by gestational stress in brain morphology and behaviour of the offspring. Prog. Neurobiol. 65 (5): 427-451. 2001.

V'yushina A.V., Pritvorova A.V., Flerov M.A. Oxidative modification of proteins in brain structures in Sprague-Dawley rats and some behavioral parameters after prenatal stress. Neurosci. Behav. Physiol. 44 (4): 395-400. 2014.

Sakurai Т. Orexins and Orexin Receptors: A family of hypothalamic neuropeptides and G protein-coupled receptors that regulate feeding behavior. Cell. 92(4): 573-585. 1998.

de Lecea L., Kilduff T. S., Peyron C., Gao X. B., Foye P. E., Danielson P. E., Fukuhara C., Battenberg E. L. F., Gautvik V. T., Bartlett F. S., Frankel W. N., van Den Pol A. N., Bloom F. E., Gautvik K. M., Sutcliffe J. G. The hypocretins: Hypothalamus-specific peptides with neuroexcitatory activity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95(1): 322-327. 1998.

Lin L., Faraco J., Li R., Kadotani H., Rogers W., Lin X., Qiu X., de Jong P. J., Nishino S., Mignot E. The sleep disorder canine narcolepsy is caused by a mutation in the hypocretin (orexin) receptor 2 gene. Cell. 98(3): 365-376. 1999.

Chemelli R., Willie J., Sinton C., Elmquist J., Scammell T., Lee C., Richardson J., Williams S., Xiong Y., Kisanuki Y., Fitch T., Nakazato M., Hammer R., Saper C., Yanagisawa M. Narcolepsy in orexin knockout mice: molecular genetics of sleep regulation. Cell. 98(4): 437-451. 1999.

Sakurai T., Moriguchi T., Furuya K., Kajiwara N., Nakamura T., Yanagisawa M., Goto K. Structure and function of human prepro-orexin gene. J. Biol. Chem. 274(25): 17771-17776. 1999.

Sakuraia Т. Roles of orexin/hypocretin in regulationof sleep/wakefulness and energy homeostasis. Sleep Med. Rev. 9:231–241. 2005.

Kovalzon V.M. Central mechanisms of the sleep-wakefulness cycle control. Hum. Physiol. 37(4): 500–508. 2011.

Kovalzon V.M. Ascending reticular activating system of the brain. Translat. Neurosci. Clinics. 2(4):275-285. 2016.

Aristakesian E. A. Comparative neurophysiological analysis of the waking-sleeping cycle during the early postnatal ontogeny in rats and guinea pigs. J. Evol. Biochem. Physiol. 33(6):545-550. 1997.

Steininger T. L., Kilduff T. S., Behan M., Benca.R. M., Landry C. F. Comparison of hypocretin/orexin and melanin-concentrating hormone neurons and axonal projections in the embryonic and postnatal rat brain. J. Chem. Neuroanatomy. 27(3): 165-181. 2004.

Ogawa Y., Kanda T., Vogt K., Yanagisawa M. Anatomical and electrophysiological development of the hypothalamic orexin neurons from embryos to neonates. J. Comp. Neurol. 525(18): 3809-3820. 2017.

Yamamoto Y., Ueta Y., Hara Y., Serino R., Nomura M., Shibuya I., Shirahata A., Yamashita H. Postnatal development of orexin/hypocretin in rats. Brain Res. Mol. Brain Res. 78(1-2): 108-119. 2000.

van Den Pol A. N., Patrylo P. R., Ghosh P. K., Gao X. B. Lateral hypothalamus: Early developmental expression and response to hypocretin (orexin). J. Compar. Neurol. 433(3): 349-363. 2001.

Grafe L. A., Bhatnagar S. Orexins and stress. Front. Neuroendocrinol. 51: 132-145. 2018.

Giardino W. J., de Lecea L. Hypocretin (orexin) neuromodulation of stress and reward pathways. Curr. Opin. Neurobiol. 29: 103-108. 2014.

Ito N., Yabe T., Gamo Y., Nagai T., Oikawa T., Yamada H., Hanawa T. I.c.v. administration of orexin-A induces an antidepressive-like effect through hippocampal cell proliferation. Neuroscience. 157(4): 720-732. 2008.

Bjornstrom K., Turina D., Strid T., Sundqvist T., Eintrei C. Orexin A inhibits propofol-induced neurite retraction by a phospholipase D/protein kinase C????-dependent mechanism in neurons. PLoS ONE. 9(5): 1-7. 2014.

Bakos J., Zatkova M., Bacova Z., Ostatnikova D. The Role of Hypothalamic Neuropeptides in Neurogenesis and Neuritogenesis. Neural. Plasticity. 2016: 1-10. 2016.

Морина И. Ю., Михрина А. Л., Романова И. В. Иммуногистохимическое исследование путей влияния дофамина на орексинергические нейроны перифорникальной области гипоталамуса крысы. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 104(6): 692-700. 2018. [Morina I. Yu., Mikhrina A. L., Romanova I. V. Immunohistochemical investigation of the ways of dopamine influence on orexinergic neurons of the perifornical hypothalamic area of rats. Russ. J. Physiol. 104 (6): 692-700. 2018. (In Russ.)].

Korotkova T. M., Sergeeva O. A., Eriksson K. S., Haas H. L., Brown R. E. Excitation of ventral tegmental area dopaminergic and nondopaminergic neurons by orexins/hypocretins. J. Neurosci. 23(1): 7-11. 2003.

Plowman E. K., Maling N., Rivera B. J., Larson K., Thomas N. J., Fowler S. C., Manfredsson F. P., Shrivastav R., Kleim J. A. Differential sensitivity of cranial and limb motor function to nigrostriatal dopamine depletion. Behav. Brain Res. 237:157-263. 2013.

Radl D., Chiacchiaretta M., Lewis R. G., Brami-Cherrier K., Arcuri L., Borrelli E. Differential regulation of striatal motor behavior and related cellular responses by dopamine D2L and D2S isoforms. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 115(1): 198-203. 2018.

Nakamura T., Uramura K., Nambu T., Yada T., Goto K., Yanagisawa M., Sakurai T. Orexin-induced hyperlocomotion and stereotypy are mediated by the dopaminergic system. Brain Res. 873(1): 181-187. 2000.

Светлов П. Г. Теория критических периодов развития и ее значение для понимания принципов действия среды на онтогенез. В кн.: Вопросы цитологии. М.-Л. Изд-во АН СССР. 1966. [Svetlov P. G. Teoriya kriticheskih periodov razvitiya i ee znachenie dlya ponimaniya principov dejstviya sredy na ontogenez [The theory of critical periods of development and its importance for understanding the principles of the environment on ontogenesis]. In: Cytology questions. Moscow-Leningrad. AN USSR. 1966].

Отеллин В. А., Хожай Л. И., Ордян Н. Э. Пренатальные стрессорные воздействия и развивающийся головной мозг: адаптивные механизмы, непосредственные и отсроченные эффекты. СПб. Изд-во «Десятка». 2007. [Otellin V. A., Khozhaj L. I., Ordyan N. EH. Prenatalnye stressornye vozdejstviya i razvivayushchijsya golovnoj mozg: adaptivnye mekhanizmy, neposredstvennye i otsrochennye effekty [Prenatal stressors and the developing brain: adaptive mechanisms, immediate and delayed effects]. SPb. «Desyatka». 2007].

Coggeshall R.E. A Study of diencephalic development in the albino rat. J. Comp. Neurol. 122(2): 241—299. 1964.

Кассиль В. Г., Отеллин В. А., Хожай Л. И., Косткин В. Б. Критические периоды развития головного мозга. Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 86(11): 1418—1425. 2000. [Kassil' V.G., Otellin V.A., Khozhai L.I., Kostkin V.B. Critical phases of the brain development. Russ. J. Physiol. 86 (11): 1418—1425. 2000. (In Russ.)].

Amiot C., Brischoux F., Colard C., La Roche A., Fellmann D., Risold P. Y. Hypocretin/orexin-containing neurons are produced in one sharp peak in the developing ventral diencephalon. Eur. J. Neurosci. 22(2): 531–534. 2005.

Mandl A.M. The phases of the estrous cycle in the adult white rat. J. Exp. Biol. 28: 576-584. 1951.

Marcondes F. K., Bianchi F.J., Tanno A.P. Determination of the estrous cycle phases of rats: some helpful considerations. Braz. J. Biology. 62(4): 609-614. 2002.

Vogel G.W. A review of REM sleep deprivation. Arch. Gen. Psychiatr. 32(6): 749-761. 1975.

Coenen A.M.L., van Luijtelaar E.L.J.M. Stress induced by three procedures of deprivation of paradoxical sleep. Physiology & Behavior. 35(4): 501-504. 1985.

Макаров В. Г., Макарова М. Н. Справочник. Физиологические, биохимические и биометрические показатели нормы экспериментальных животных. СПБ. Изд-во «ЛЕМА». 2013. [Makarov V. G., Makarova M. N. Spravochnik. Fiziologicheskie. biohimicheskie i biometricheskie pokazateli normy ehksperimental'nyh zhivotnyh [Directory. Physiological, biochemical and biometric indicators of the norm of experimental animals]. Sankt-Petersburg. «LEMA». 2013].

Lambertsen K. L., Gramsbergen J. B., Sivasaravanaparan M., Ditzel N., Sevelsted-Møller L. M., Olivan-Viguera A., Rabjerg M., Wulff H., Kohler R. Genetic KCa3.1-deficiency produces locomotor hyperactivity and alterations in cerebral monoamine levels. PLOS ONE. 7(10): 1-15. 2012.

Paxinos G., Watson Ch. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. Fourth Edition. San Diego. California. Acad. Press. 1998.

Krasnova I. N., Bychkov E. R., Lioudyno V. I., Zubareva O. E., Dambinova S. A. Intracerebroventricular administration of substance P increases dopamine content in the brain of 6-hydrodopamine lesioned rats. Neuroscience. 95(1): 113-117. 2000.

Ковальзон В. М., Цибульский В. Л. Депривация «быстрого» сна раздражением ретикулярной формации у крыс. Физиол. журн. СССР им. И.М. Сеченова. 64 (8): 1082—1088. 1978. [Kovalzon V.M., Tsibulsky V.L. REM deprivation caused by electrical stimulation of the midbrain reticular formation in rats. Russ. J. Physiol. 64(8): 1082-1088. 1978. (In Russ.)].

Рыжавский Б. Я. Развитие головного мозга в ранние периоды онтогенеза. Соросовский образовательный журн. 6 (1): 37—43. 2000. [Ryzhavskij B. Ya. Development of the brain in the early periods of ontogenesis. Sorosovskij obrazovatelnyj zhurnal. 6 (1): 37—43. 2000. (In Russ.)].

Harris A., Seckl J. Glucocorticoids, prenatal stress and the programming of disease. Hormones and Behavior. 59(3):279-289. 2011.

Plowman E. K., Maling N., Rivera B. J., Larson K., Thomas N. J., Fowler S. C., Manfredsson F. P., Shrivastav R., Kleim J. A. Differential sensitivity of cranial and limb motor function to nigrostriatal dopamine depletion. Behav. Brain Res. 237:157-263. 2013.

Radley J. J., Rocher A. B., Rodriguez A., Ehlenberger D. B., Dammann M., Mcewen B. S., Morrison J. H., Wearne S. L., Hof P. R. Repeated stress alters dendritic spine morphology in the rat medial prefrontal cortex. J. Compar. Neurol. 507(1): 1141-1150. 2008.

Haycock J.W. Phosphorylation of tyrosine hydroxylase in situ at serine 8, 19, 31 and 40. J. Biol. Chem. 265: 11682—11691. 1990.

Dunkley P. R., Bobrovskaya L., Graham M. E., von Nagy-Felsobuki E. I. Dickson P. W. Tyrosine hydroxylase phosphorylation: regulation and consequences. J. Neurochem. 91: 1025–1043. 2004.

Kordower J. H., Olanow C. W., Dodiya H. B., Chu Y., Beach T. G., Adler C. H., Halliday G. M., Bartus R. T. Disease duration and the integrity of the nigrostriatal system in Parkinson's disease. Brain. 136(8): 2419-2431. 2013.

Lussier S. J., Stevens H. E. Delays in GABAergic interneuron development and behavioral inhibition after prenatal stress. Dev. Neurobiol. 76(10): 1078–1091. 2016.

Stevens H. E., Su T., Yanagawa Y., Vaccarino F. M. Prenatal stress delays inhibitory neuron progenitor migrationin the developing neocortex. Psychoneuroendocrinology. 38: 509-521. 2013.

Rodrigues A. J, Leão P., Pêgo J. M., Cardona D., Carvalho M. M., Oliveira M., Costa B. M., Carvalho A. F., Morgado P., Araújo D., Palha J. A., Almeida O. F., Sousa N. Mechanisms of initiation and reversal of drug–seeking behavior induced by prenatal exposure to glucocorticoids. Mol. Psychiatry. 17(12): 1295–1305. 2012.

van den Hove D. L. A., Steinbusch H. W. M., Scheepens A., Van de Berg W. D., Kooiman L. A., Boosten B. J., Prickaerts J., Blanco C. E. Prenatal stress and neonatal rat brain development. Neuroscience. 137(1): 145-155. 2006.

Sickmann H. M., Arentzen T. S., Dyrby T.B., Plath N., Kristensen M. P. Prenatal stress produces sex-specific changes in depression-like behavior in rats: implications for increased vulnerability in females. J. Dev. Orig. Health Dis. 6(5):462–474. 2015.

Brocardo P. S., Boehme F., Patten A., Cox A., Gil-Mohapel J., Christie B. R. Anxiety- and depression-like behaviors are accompanied by an increase in oxidative stress in a rat model of fetal alcohol spectrum disorders: Protective effects of voluntary physical exercise. Neuropharmacology. 62(4):1607–1618. 2012.