ЭФФЕКТЫ ОСТРОГО СТРЕССА У МЫШЕЙ, РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ 5-НТ1А-РЕЦЕПТОРОВ К ХРОНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ С ПОМОЩЬЮ 8-OH-DPAT
PDF

Ключевые слова

острый стресс
5-HT1A-рецепторы
мыши
ген c-fos
метаболизм
серотониновая система мозга
катехоламины надпочечников

Как цитировать

Кондаурова, Е. М., Антонов, Е. В., Баженова, Е. Ю., Базовкина, Д. В., & Науменко, В. С. (2020). ЭФФЕКТЫ ОСТРОГО СТРЕССА У МЫШЕЙ, РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ 5-НТ1А-РЕЦЕПТОРОВ К ХРОНИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ С ПОМОЩЬЮ 8-OH-DPAT. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 106(9), 1069–1084. https://doi.org/10.31857/S0869813920090010

Аннотация

Недавно были созданы рекомбинантные линии мышей B6.CBA-D13Mit76C (B6-M76C) и B6.CBA-D13Mit76B (B6-M76B), различающихся чувствительностью 5-HT1A-рецептора к хронической активации агонистом 8-OH-DPAT (8-гидрокси-2-(ди-н-пропиламино)тетралин). 5-HT1A-рецептор является ключевым регулятором серотониновой (5-НТ) системы мозга, которая участвует в регуляции реакции на стресс. В данной работе было обнаружено, что острый эмоциональный стресс (40-минутное обездвижение) увеличивает экспрессию гена c-fos, являющего маркером реакции на стресс, в мозге мышей обеих линий. Вызванное стрессом увеличение экспрессии c-fos в стриатуме, гипоталамусе и коре мышей B6-M76C было более выраженным. Реакция на эмоциональный стресс привела к увеличению соотношения метаболита серотонина – 5-ГИУК (5-гидроксиинодолуксусная кислота) к 5-HT в среднем мозге и гиппокампе у обеих линий. Выявлено повышенное соотношение 5-ГИУК/5-HT в гипоталамусе B6-M76C и коре B6-M76B мышей после стресса. При этом реакция на стресс привела к снижению уровня норадреналина в гиппокампе и гипоталамусе у B6-M76C мышей. Уровни дофамина, норадреналина, адреналина и соотношения дофамин/норадреналин в надпочечниках возросли в ответ на стреcсирующее воздействие только у мышей вB6-M76C. Настоящее исследование показало, что у мышей линии B6-M76C симпатоадреналовая система более чувствительна к действию острого стресса. Реакция на стресс у B6-M76C мышей приводит к увеличению содержания норадреналина и адреналина в ткани надпочечника. Повышение отношения дофамин/норадреналин в надпочечнике может свидетельствовать о более быстром превращении промежуточных продуктов биосинтеза катехоламинов (дофамин) в норадреналин и далее в адреналин вследствие ускорения биосинтетического процесса в ответ на стресс у мышей B6-M76C. Кроме того, была показана повышенная чувствительность нейронов гипоталамуса к действию стресса у животных линии B6-M76C. Таким образом, мыши B6-M76C представляют значительный интерес для изучения гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы с гиперактивным ответом на стресс, и могут способствовать выявлению новых биомаркеров для клинических исследований.

https://doi.org/10.31857/S0869813920090010
PDF

Литература

Селье Г. На уровне целого организма. М. Наука. 1972. [Selye G. At the level of the whole organism. M. Science. 1972. (In Russ)].

Меерсон Ф. З. Адаптация, стресс и профилактика. М. Наука. 1981. [Meerson F. Z. Adaptation, stress and prevention. M. Science. 1981.(In Russ)].

Pacak K., Palkovits M. Stressor specificity of central neuroendocrine responses: implications for stress-related disorders. Endocr. Rev. 22(4):502-548. 2001.

Zamora-Gonzalez E. O., Santerre A., Palomera-Avalos V., Morales-Villagran A. A chronic combinatory stress model that activates the HPA axis and avoids habituation in BALB/C mice. J. Neurosci. Methods. 213(1):70-75. 2013.

Kvetnansky R., Pacak K., Sabban E. L., Kopin I. J., Goldstein D. S. Stressor specificity of peripheral catecholaminergic activation. Adv. Pharmacol. 42:556-560. 1998.

Pacak K., Baffi J. S., Kvetnansky R., Goldstein D. S., Palkovits M. Stressor-specific activation of catecholaminergic systems: implications for stress-related hypothalamic-pituitary-adrenocortical responses. Adv. Pharmacol. 42:561-564. 1998.

Seo J. H., Kim T. W., Kim C. J., Sung Y. H., Lee S. J. Treadmill exercise during pregnancy ameliorates posttraumatic stress disorderinduced anxietylike responses in maternal rats. Mol. Med. Rep. 7(2):389-395. 2013.

Robbins T. W., Everitt B. J. Central norepinephrine neurons and behavior. In: Psychopharmacology: The Fourth Generation of Progress. Eds. Bloom F. E., Kupfer D. J.. New York. Raven Press. 363-372 1995.

Aston-Jones G., Rajkowski J., Cohen J. Role of locus coeruleus in attention and behavioral flexibility. Biol. Psychiatry. 46(9):1309-1320. 1999.

Johnson E. O., Kamilaris T. C., Chrousos G. P., Gold P. W. Mechanisms of stress: a dynamic overview of hormonal and behavioral homeostasis. Neurosci. Biobehav. Rev. 16(2):115-130. 1992.

Koob G. F. Corticotropin-releasing factor, norepinephrine, and stress. Biol. Psychiatry. 46(9):1167-1180. 1999.

Gold P. W., Chrousos G. P. The endocrinology of melancholic and atypical depression: relation to neurocircuitry and somatic consequences. Proc. Assoc. Am. Physicians. 111(1):22-34. 1999.

Southwick S. M., Krystal J. H., Morgan C. A., Johnson D., Nagy L. M., Nicolaou A., Heninger G. R., Charney D. S. Abnormal noradrenergic function in posttraumatic stress disorder. Arch. Gen. Psychiatry. 50(4):266-274. 1993.

Schatzberg A. F., Schildkraut J. J. Recent studies on norepinephrine systems in mood disorders. In: Psychopharmacology: The Fourth Generation of Progress. Eds.Bloom F. E., Kupfer D. J. New York. Raven Press. 911-920 1995.

Sullivan G. M., Coplan J. D., Kent J. M., Gorman J. M. The noradrenergic system in pathological anxiety: a focus on panic with relevance to generalized anxiety and phobias. Biol. Psychiatry. 46(9):1205-1218. 1999.

Jacobs B. L., Fornal C. A. Serotonin and behavior. A general hypothesis. In: Psychopharmacology: The fourth generation of progress. Eds. Bloom F. E., Kupfer D. J. New York. Raven Press. 461-469. 1995.

Науменко Е. В., Попова Н. К. Серотонин и мелатонин в регуляции эндокринной системы. Н. Наука. 1975. [Naumenko E.V., Popova N.K. Serotonin and melatonin in the regulation of the endocrine system. N. Science. 1975. (In Russ)].

Jiang D. G., Jin S. L., Li G. Y., Li Q. Q., Li Z. R., Ma H. X., Zhuo C. J., Jiang R. H., Ye M. J. Serotonin regulates brain-derived neurotrophic factor expression in select brain regions during acute psychological stress. Neural Regen. Res. 11(9):1471-1479. 2016.

Yamaguchi N., Nakajima N., Okada S., Yuri K. Effects of aging on stress-related responses of serotonergic neurons in the dorsal raphe nucleus of male rats. Neurobiol. Stress. 3.43-51. 2016.

Stamper C. E., Hassell J. E., Jr., Kapitz A. J., Renner K. J., Orchinik M., Lowry C. A. Activation of 5-HT1A receptors in the rat dorsomedial hypothalamus inhibits stress-induced activation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis. Stress. 20(2): 223-230. 2017.

Holmes A. Genetic variation in cortico-amygdala serotonin function and risk for stress-related disease. Neurosci. Biobehav. Rev. 32(7):1293-1314. 2008.

Liposits Z., Phelix C., Paull W. K. Synaptic interaction of serotonergic axons and corticotropin releasing factor (CRF) synthesizing neurons in the hypothalamic paraventricular nucleus of the rat. A light and electron microscopic immunocytochemical study. Histochemistry. 86(6): 541-549. 1987.

Chaouloff F. Physiopharmacological interactions between stress hormones and central serotonergic systems. Brain Res. Brain Res. Rev. 18(1):1-32. 1993.

Carrasco G. A., Van de Kar L. D. Neuroendocrine pharmacology of stress. Eur. J. Pharmacol. 463(1-3):235-272. 2003.

Pazos A., Probst A., Palacios J. M. Serotonin receptors in the human brain--III. Autoradiographic mapping of serotonin-1 receptors. Neuroscience. 21(1):97-122. 1987.

Hall H., Lundkvist C., Halldin C., Farde L., Pike V. W., McCarron J. A., Fletcher A., Cliffe I. A., Barf T., Wikstrom H., Sedvall G. Autoradiographic localization of 5-HT1A receptors in the post-mortem human brain using [3H]WAY-100635 and [11C]way-100635. Brain Res. 745(1-2):96-108. 1997.

Popova N. K., Naumenko V. S. 5-HT1A receptor as a key player in the brain 5-HT system. Rev. Neurosci. 24(2):191-204. 2013.

Neumeister A., Young T., Stastny J. Implications of genetic research on the role of the serotonin in depression: emphasis on the serotonin type 1A receptor and the serotonin transporter. Psychopharmacology (Berl). 174(4):512-524. 2004.

Nash J. R., Sargent P. A., Rabiner E. A., Hood S. D., Argyropoulos S. V., Potokar J. P., Grasby P. M., Nutt D. J. Serotonin 5-HT1A receptor binding in people with panic disorder: positron emission tomography study. Br. J .Psychiatry. 193(3):229-234. 2008.

Richardson-Jones J. W., Craige C. P., Guiard B. P., Stephen A., Metzger K. L., Kung H. F., Gardier A. M., Dranovsky A., David D. J., Beck S. G., Hen R., Leonardo E. D. 5-HT1A autoreceptor levels determine vulnerability to stress and response to antidepressants. Neuron. 65(1):40-52. 2010.

Wang H. T., Han F., Shi Y. X. Activity of the 5-HT1A receptor is involved in the alteration of glucocorticoid receptor in hippocampus and corticotropin-releasing factor in hypothalamus in SPS rats. Int. J. Mol. Med. 24(2): 227-231. 2009.

Plyusnina I. Z., Oskina I. N., Tibeikina M. A., Popova N. K. Cross-fostering effects on weight, exploratory activity, acoustic startle reflex and corticosterone stress response in Norway gray rats selected for elimination and for enhancement of aggressiveness towards human. Behav. Genet. 39(2):202-212. 2009.

Dygalo N. N., Shishkina G. T., Borodin P. M., Naumenko E. V. Role of the brain neurochemical systems in altering the reactivity of the hypophyseal-adrenal system in the gray rat selected for behavior. Zh. Evol. Biokhim. Fiziol. 21(4):342-347. 1985.

Popova N. K., Naumenko V. S., Plyusnina I. Z., Kulikov A. V. Reduction in 5-HT1A receptor density, 5-HT1A mRNA expression, and functional correlates for 5-HT1A receptors in genetically defined aggressive rats. J. Neurosci. Res. 80(2):286-292. 2005.

Kulikova E. A., Bazovkina D. V., Akulov A. E., Tsybko A. S., Fursenko D. V., Kulikov A. V., Naumenko V. S., Ponimaskin E., Kondaurova E. M. Alterations in pharmacological and behavioural responses in recombinant mouse line with an increased predisposition to catalepsy: role of the 5-HT1A receptor. Br. J. Pharmacol. 173(13):2147-2161. 2016.

Rea M. A. Photic entrainment of circadian rhythms in rodents. Chronobiol. Int. 15(5):395-423. 1998.

Faccidomo S., Bannai M., Miczek K. A. Escalated aggression after alcohol drinking in male mice: dorsal raphe and prefrontal cortex serotonin and 5-HT(1B) receptors. Neuropsychopharmacology. 33(12):2888-2899. 2008.

Kulikova E. A., Bazovkina D. V., Antonov Y. V., Akulov A. E., Kulikov A. V., Kondaurova E. M. Alteration of the brain morphology and the response to the acute stress in the recombinant mouse lines with different predisposition to catalepsy. Neurosci. Res. 117.14-21. 2017.

Garner B., Pariante C. M., Wood S. J., Velakoulis D., Phillips L., Soulsby B., Brewer W. J., Smith D. J., Dazzan P., Berger G. E., Yung A. R., van den Buuse M., Murray R., McGorry P. D., Pantelis C. Pituitary volume predicts future transition to psychosis in individuals at ultra-high risk of developing psychosis. Biol. Psychiatry. 58(5):417-423. 2005.

Hendrickx A., Pierrot N., Tasiaux B., Schakman O., Kienlen-Campard P., De Smet C., Octave J. N. Epigenetic regulations of immediate early genes expression involved in memory formation by the amyloid precursor protein of Alzheimer disease. PLoS One. 9(6):e99467. 2014.

Gao P., Limpens J. H., Spijker S., Vanderschuren L. J., Voorn P. Stable immediate early gene expression patterns in medial prefrontal cortex and striatum after long-term cocaine self-administration. Addict. Biol. 22(2):354-368. 2017.

Куликов А.И., Базовкина Д.В. Проверка гипотез о сцеплении в гибридологическом анализе альтернативных поведенческих признаков с неполной пенетрантностью. Генетика 39(8): 1066-1072. 2003. [ Kulikov A. V., Bazovkina D. V. Testing linkage hypothesis in hybrid analysis of alternatively distributed behavioral traits with incomplete penetrance. Genetika. 39(8): 1066-1072. 2003. (In Russ)].

Kondaurova E. M., Bazovkina D. V., Kulikov A. V., Popova N. K. Selective breeding for catalepsy changes the distribution of microsatellite D13Mit76 alleles linked to the 5-HT serotonin receptor gene in mice. Genes Brain Behav. 5(8):596-601. 2006.

Kulikov A. V., Bazovkina D. V., Kondaurova E. M., Popova N. K. Genetic structure of hereditary catalepsy in mice. Genes Brain Behav. 7(4):506-512. 2008.

Naumenko V. S., Kulikov A. V. Quantitative assay of 5-HT(1A) serotonin receptor gene expression in the brain. Mol. Biol .(Mosk.). 40(1):37-44. 2006.

Naumenko V. S., Osipova D. V., Kostina E. V., Kulikov A. V. Utilization of a two-standard system in real-time PCR for quantification of gene expression in the brain. J. Neurosci. Methods. 170(2):197-203. 2008.

Kulikov A. V., Naumenko V. S., Voronova I. P., Tikhonova M. A., Popova N. K. Quantitative RT-PCR assay of 5-HT1A and 5-HT2A serotonin receptor mRNAs using genomic DNA as an external standard. J. Neurosci. Methods. 141(1):97-101. 2005.

Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72(248-254. 1976.

Cannon W. J. The emergency function of the adrenal medulla in pain and the major emotions. Am. J. Physiol. 33.356-372. 1914.

Maes M., Meltzer H. Y., Suy E., Minner B., Calabrese J., Cosyns P. Sleep disorders and anxiety as symptom profiles of sympathoadrenal system hyperactivity in major depression. J. Affect. Disord. 27(3):197-207. 1993.

Joseph D. N., Whirledge S. Stress and the HPA Axis: Balancing Homeostasis and Fertility. Int. J. Mol. Sci. 18(10):2017.

Kaushik R. M., Mahajan S. K., Rajesh V., Kaushik R. Stress profile in essential hypertension. Hypertens. Res. 27(9):619-624. 2004.

Whitnall M. H. Regulation of the hypothalamic corticotropin-releasing hormone neurosecretory system. Prog. Neurobiol. 40(5):573-629. 1993.

Науменко Е. В. Центральная регуляция гипофизарно-надпочечникового комплекса. Ленинград. Наука. 1971. [Naumenko E.V. Central regulation of the pituitary-adrenal complex. Leningrad. The science. 1971. (In Russ)].

Shanks N., Griffiths J., Anisman H. Norepinephrine and serotonin alterations following chronic stressor exposure: mouse strain differences. Pharmacol. Biochem. Behav. 49(1):57-65. 1994.

Shanks N., Griffiths J., Anisman H. Central catecholamine alterations induced by stressor exposure: analyses in recombinant inbred strains of mice. Behav. Brain Res. 63(1): 25-33. 1994.

Nakagawa R., Tanaka M., Kohno Y., Noda Y., Nagasaki N. Regional responses of rat brain noradrenergic neurones to acute intense stress. Pharmacol. Biochem. Behav. 14(5): 729-732. 1981.

Tanaka M., Kohno Y., Nakagawa R., Ida Y., Takeda S., Nagasaki N. Time-related differences in noradrenaline turnover in rat brain regions by stress. Pharmacol. Biochem. Behav. 16(2):315-319. 1982.

Irwin J., Ahluwalia P., Anisman H. Sensitization of norepinephrine activity following acute and chronic footshock. Brain Res. 379(1): 98-103. 1986.

Adell A., Garcia-Marquez C., Armario A., Gelpi E. Chronic stress increases serotonin and noradrenaline in rat brain and sensitizes their responses to a further acute stress. J. Neurochem. 50(6):1678-1681. 1988.

Pol O., Campmany L., Gil M., Armario A. Behavioral and neurochemical changes in response to acute stressors: influence of previous chronic exposure to immobilization. Pharmacol. Biochem. Behav. 42(3):407-412. 1992.

Morilak D. A., Barrera G., Echevarria D. J., Garcia A. S., Hernandez A., Ma S., Petre C. O. Role of brain norepinephrine in the behavioral response to stress. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 29(8):1214-1224. 2005.

Culman J., Kvetnansky R., Torda T., Murgas K. Serotonin concentration in individual hypothalamic nuclei of rats exposed to acute immobilization stress. Neuroscience. 5(8):1503-1506. 1980.

Lowry C. A., Plant A., Shanks N., Ingram C. D., Lightman S. L. Anatomical and functional evidence for a stress-responsive, monoamine-accumulating area in the dorsomedial hypothalamus of adult rat brain. Horm. Behav. 43(1):254-262. 2003.

Canteras N. S., Simerly R. B., Swanson L. W. Organization of projections from the ventromedial nucleus of the hypothalamus: a Phaseolus vulgaris-leucoagglutinin study in the rat. J. Comp. Neurol. 348(1):41-79. 1994.

Bernardis L. L., Bellinger L. L. The dorsomedial hypothalamic nucleus revisited: 1998 update. Proc. Soc. Exp. Biol Med. 218(4):284-306. 1998.

Zifa E., Fillion G. 5-Hydroxytryptamine receptors. Pharmacol. Rev. 44(3): 401-458. 1992.

Aghajanian G. Electrophysiology of serotonin receptor subtypes and signal transduction pathways. In: Psychopharmacology: The Fourth Generation of Progress. Eds. Bloom F. R., Kupfer D. J. New York. Raven Press. 1451-1459 1995.

Barnes N. M., Sharp T. A review of central 5-HT receptors and their function. Neuropharmacology. 38(8):1083-1152. 1999.

Garcia-Garcia A. L., Newman-Tancredi A., Leonardo E. D. 5-HT(1A) [corrected] receptors in mood and anxiety: recent insights into autoreceptor versus heteroreceptor function. Psychopharmacology (Berl). 231(4):623-636. 2014.

Raghupathi R. K., McGonigle P. Differential effects of three acute stressors on the serotonin 5-HT1A receptor system in rat brain. Neuroendocrinology. 65(4):246-258. 1997.

Paikovits M. Stress related central neuronal regulatory circuits. In: Stress: Neuronal Endocrine and Molecular studies. Ed.McCarty R. Londin. Taylor and Fransis. 1-11 2002.

Bell C. Dopamine release from sympathetic nerve terminals. Prog. Neurobiol. 30(2-3):193-208. 1988.

Kopin I. J., Eisenhofer G., Goldstein D. Adrenergic response following recognition of stress. In: Molecular Biology of Stress, UCLA symposia on molecular and cellular biology. Eds. Bregnitz S., Zinder O. New York. Alan R Liss, Inc. 123-132 1989.

Wurtman R. J. Stress and the adrenocortical control of epinephrine synthesis. Metabolism. 51(6 Suppl 1):11-14. 2002.