ВЛИЯНИЕ ДИЕТА-ИНДУЦИРОВАННОГО И МЕЛАНОКОРТИНОВОГО ОЖИРЕНИЯ НА ЭКСПРЕССИЮ ТРИПТОФАНГИДРОКСИЛАЗЫ 2 В НЕЙРОНАХ СРЕДНЕГО МОЗГА И ГИПОТАЛАМУСА МЫШЕЙ
PDF

Ключевые слова

серотонин
триптофангидроксилаза-2
средний мозг
гипоталамус
диета-индуцированное ожирение
агути-мыши

Как цитировать

Михайлова, Е. В., Свиридова, Д. Л., Романова, И. В., Деркач, К. В., & Шпаков, А. О. (2020). ВЛИЯНИЕ ДИЕТА-ИНДУЦИРОВАННОГО И МЕЛАНОКОРТИНОВОГО ОЖИРЕНИЯ НА ЭКСПРЕССИЮ ТРИПТОФАНГИДРОКСИЛАЗЫ 2 В НЕЙРОНАХ СРЕДНЕГО МОЗГА И ГИПОТАЛАМУСА МЫШЕЙ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 106(10), 1238–1250. https://doi.org/10.31857/S0869813920100064

Аннотация

Серотониновая система мозга играет ключевую роль не только в регуляции поведения и когнитивных функций, но и в контроле пищевого поведения и энергетического обмена. В это вовлечены серотонинергические нейроны среднего мозга, экспрессирующие фермент триптофангидроксилазу 2-го типа (ТПГ-2), катализирующую синтез серотонина, и гипоталамические нейроны, экспрессируюшие серотониновые рецепторы. В настоящее время изменения экспрессии и распределения ТПГ-2 в нейронах среднего мозга при ожирении остаются мало изученными. Наряду с этим предполагается, что серотонин может синтезироваться и в гипоталамических нейронах, оказывая влияние на серотониновую систему гипоталамуса, но данные об экспрессии и возможной локализации ТПГ-2 в гипоталамических нейронах отсутствуют. Целью работы было изучение экспрессии ТПГ-2 в среднем мозге и ее распределение в нейронах аркуатных, паравентрикулярных и супраоптических ядер гипоталамуса у мышей с диета-индуцированным ожирением (ДИО) и у агути-мышей с генетически-обусловленным ожирением меланокортинового типа. В гипоталамусе мышей С57Bl/6J выявлена экспрессия гена ТПГ-2 и с помощью двойного иммуномечения впервые показана локализация фермента в иммунопозитивных к проопиомеланокортину (ПОМК) нейронах аркуатных ядер и в иммунопозитивных к вазопрессину нейронах паравентрикулярных и супраоптических ядер. При обоих типах ожирении количество ТПГ-2-иммунопозитивных гранул в ПОМК- и вазопрессин-иммунопозитивных нейронах повышалось, хотя экспрессия гена Tph2 повышалась только у агути-мышей. В среднем мозге ДИО-мышей содержание ТПГ-2 снижалось, в то время как у агути-мышей оно не менялось. Эти результаты свидетельствуют о важной роли синтезируемого в гипоталамусе серотонина, который совместно с серотонином, поступающим из среднего мозга, вовлечен в компенсаторные изменения гипоталамического сигналинга при ожирении. Обнаружение ТПГ-2-иммунопозитивных гипоталамических нейронов различной эргичности, способных синтезировать серотонин, указывает на существование новых механизмов аутокринной и паракринной серотониновой регуляции в гипоталамусе, в том числе при ожирении.

https://doi.org/10.31857/S0869813920100064
PDF

Литература

Halliday G.M., Tork I. Serotonin-like immunoreactive cells and fibres in the rat ventromedial mesencephalic tegmentum. Brain Res. Bull. 22: 725–735. 1989.

Baker K.G., Halliday G.M., Hornung J.P., Geffen L.B., Cotton R.G., Tork I. Distribution, morphology and number of monoamine-synthesizing and substance P-containing neurons in the human dorsal raphe nucleus. Neuroscience. 42: 757–775. 1991.

Chen G.L., Novak M.A., Hakim S., Xie Z., Miller G.M. Tryptophan hydroxylase-2 gene polymorphisms in rhesus monkeys: association with hypothalamic-pituitary-adrenal axis function and in vitro gene expression. Mol. Psychiatry. 11(10):914–928. 2006.

Carkaci-Salli N., Salli U., Kuntz-Melcavage K.L., Pennock M.M., Ozgen H., Tekin I., Freeman W.M., Vrana K.E. TPH2 in the ventral tegmental area of the male rat brain. Brain Res. Bull. 84(6):376-80. 2011.

Nezafati M.H., Eshraghi A., Vojdanparast M., Abtahi S., Nezafati P. Selective serotonin reuptake inhibitors and cardiovascular events: A systematic review. J. Res. Med. Sci. 21:66. 2016. eCollection 2016.

Yabut J.M., Crane J.D., Green A.E., Keating D.J., Khan W.I., Steinberg G.R. Emerging Roles for Serotonin in Regulating Metabolism: New Implications for an Ancient Molecule. Endocr. Rev. 40(4):1092-1107. 2019.

Bacqué-Cazenave J., Bharatiya R., Barrière G., Delbecque J-P., Bouguiyoud N., Di Giovanni G., Cattaert D., De Deurwaerdère P. Serotonin in Animal Cognition and Behavior. Int. J. Mol. Sci. 21(5): E1649. 2020.

Bamalan O.A., Al Khalili Y. Physiology, Serotonin. StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2020-2019.

Walther D.J., Peter J.U., Bashammakh S., Hortnagl H., Voits M., Fink H., Bader M. Synthesis of serotonin by a second tryptophan hydroxylase isoform. Science. 299: 76. 2003.

Heydendael W., Jacobson L. Glucocorticoid status affects antidepressant regulation of locus coeruleus tyrosine hydroxylase and dorsal raphé tryptophan hydroxylase gene expression. Brain Res. 1288: 69–78. 2009.

Mosienko V., Bert B., Beis D., Matthes S., Fink H., Bader M., Alenina N.. Exaggerated aggression and decreased anxiety in mice deficient in brain serotonin. Transl. Psychiatry. 2 (5): e122. 2012.

Wang L., Han D., Yin P., Teng K., Xu J., Ma Y. Decreased tryptophan hydroxylase 2 mRNA and protein expression, decreased brain serotonin concentrations, and anxiety-like behavioral changes in a rat model of simulated transport stress. Stress. 22(6):707-717. 2019.

Mikhailova E.V., Romanova I.V., Derkach K.V., Vishnevskaya O.N., Shpakov A.O. The Effect of Diet-Induced and Melanocortin Obesity on Expression of Tryptophan Hydroxylase 2 in the Dorsal Raphe Nucleus and Ventral Tegmental Area in Mice. J. Evol. Biochem. Physiol. 55(4): 293–301. 2019.

Clark J.A., Flick R.B., Pai L.Y., Szalayova I., Key S., Conley R.K., Deutch A. Y., Hutson P.H., Mezey E. Glucocorticoid modulation of tryptophan hydroxylase-2 protein in raphe nuclei and 5-hydroxytryptophan concentrations in frontal cortex of C57/Bl6 mice. Mol. Psychiatry. 13(5):498–506. 2008.

Romanova I.V., Derkach K.V., Mikhrina A.L., Sukhov I.B., Mikhailova E.V., Shpakov A.O. The leptin, dopamine and serotonin receptors in hypothalamic POMC-neurons in normal and obese rodents. Neurochem. Res. 43(4): 821-837. 2018.

Bagnol D., Lu X.Y., Kaelin C.B., Day H.E., Ollmann M., Gantz I., Akil H., Barsh G.S., Watson S.J. Anatomy of an Endogenous Antagonist: Relationship between Agouti-Related Protein and Proopiomelanocortin in Brain. J. Neurosci. 19: 1-7. 1999.

Altstein M., Gainer H. Differential biosynthesis and posttranslational processing of vasopressin and oxytocin in rat brain during embryonic and postnatal development. J. Neurosci. 8: 3967–3977. 1988.

Derkach K., Zakharova I., Zorina I., Bakhtyukov A., Romanova I., Bayunova L., Shpakov A. The evidence of metabolic-improving effect of metformin in Ay/a mice with genetically-induced melanocortin obesity and the contribution of hypothalamic mechanisms to this effect. PLOS One. 14(3), e0213779. 2019.

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.

Bethea C.L., Reddy A.P., Flowers M., Shapiro R.A., Colman R.J., Abbott D.H., Levine J.E. High fat diet decreases beneficial effects of estrogen on serotonin-related gene expression in marmosets. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 58:71-80. 2015.

Thompson J.R., Valleau J.C., Barling A.N., Franco J.G., De Capo M., Bagley J.L., Sullivan E.L. Exposure to a High-Fat Diet during Early Development Programs Behavior and Impairs the Central Serotonergic System in Juvenile Non-Human Primates. Front. Endocrinol. (Lausanne). 8:164. 2017.

Pan Q., Liu Q., Wan R., Kalavagunta P.K., Liu L., Lv W., Qiao T., Shang J., Wu H. Selective inhibition of intestinal 5-HT improves neurobehavioral abnormalities caused by high-fat diet mice. Metab. Brain Dis. 34(3):747-761. 2019.

Park S., Harrold J.A., Widdowson P.S., Williams G. Increased binding at 5-HT(1A), 5-HT(1B), and 5-HT(2A) receptors and 5-HT transporters in diet-induced obese rats. Brain Res. 847(1):90-97. 1999.

Deguchi T., Barchas J. Regional distribution and developmental change of tryptophan hydroxylase activity in rat brain. J. Neurochem. 19 (3):927-929. 1972.

Burke L.K., Doslikova B., D'Agostino G., Garfield A.S., Farooq G., Burdakov D., Low M.J., Rubinstein M., Evans M.L., Billups B., Heisler L.K. 5-HT obesity medication efficacy via POMC activation is maintained during aging. Endocrinology. 155 (10): 3732–3738. 2014.

Shpakov A.O., Derkach K.V., Berstein L.M. Brain signaling systems in the type 2 diabetes and metabolic syndrome: promising target to treat and prevent these diseases. Future Sci OA. 1(3):FSO25. 2015.

Doslikova B., Garfield A.S., Shaw J., Evans M.L., Burdakov D., Billups B., Heisler L.K. 5-HT2C receptor agonist anorectic efficacy potentiated by 5-HT1B receptor agonist coapplication: an effect mediated via increased proportion of pro-opiomelanocortin neurons activated. J. Neurosci. 33 (23): 9800–9804. 2013.