1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова
  4. T. 109, № 7, 2023

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2023, T. 109, № 7, стр. 902-920

Влияние метилобогащенной диеты матери на число дофаминовых нейронов в вентральной тегментальной области мозга у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij

Е. А. Федосова 1, *, Н. А. Логинова 1, К. Ю. Саркисова 1

1 Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН
Москва, Россия

* E-mail: ekaterina5fedosova@rambler.ru

Поступила в редакцию 14.04.2023
После доработки 25.05.2023
Принята к публикации 29.05.2023

Аннотация

Крысы линии WAG/Rij являются генетической моделью абсанс-эпилепсии с коморбидной депрессией. Показано, что патологический фенотип у крыс линии WAG/Rij связан с пониженным дофаминовым (ДА) тонусом в мезолимбической системе мозга. Ранее было обнаружено, что материнская метилобогащенная диета (МОД) в перинатальном периоде повышает содержание ДА в мезолимбической ДА-ергической системе мозга и уменьшает проявление абсанс-эпилепсии и коморбидной депрессии у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij. Вентральная тегментальная область (ventral tegmental area, VTA), содержащая тела ДА-ергических клеток, является главным источником синтеза мезолимбического ДА. Цель настоящей работы – проверить гипотезу о том, что повышение ДА-ергического тонуса мезолимбической системы мозга, вызываемое материнской МОД у потомства, может быть обусловлено увеличением числа ДА-ергических нейронов, активно синтезирующих тирозингидроксилазу (TH) в VTA, которая является началом мезокортикального и мезолимбического ДА-ергических путей. Использовали метод иммуногистохимического окрашивания на TH для оценки числа TH-иммунопозитивных клеток у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij, рожденного матерями, потреблявшими контрольную диету или МОД, и подвергнутых и не подвергнутых поведенческому тестированию в течение 2 дней подряд в тестах свето-темнового выбора, открытого поля, приподнятого крестообразного лабиринта и вынужденного плавания. Через 1 ч после теста вынужденного плавания была проведена транскардиальная перфузия с целью фиксации головного мозга. Число ДА-ергических нейронов определяли по числу TH-иммунопозитивных клеток на срезах мозга на уровне VTA. Число TH-иммунопозитивных клеток подсчитывали в левом и правом полушариях мозга в отдельности. Установлен значимый эффект МОД матери на число клеток в VTA, экспрессирующих TH. У взрослого потомства крыс линии WAG/Rij, рожденного матерями, потреблявшими МОД, число TH-иммунопозитивных клеток было больше по сравнению с потомством крыс линии WAG/Rij, рожденного матерями, потреблявшими контрольную диету. Кроме того, у потомства крыс, рожденного матерями, потреблявшими МОД, число TH-иммунопозитивных клеток было больше у животных, подвергнутых поведенческому тестированию, по сравнению с животными, которых не подвергали поведенческому тестированию. Эффект материнской диеты и поведенческого тестирования на число TH-иммунопозитивных клеток в VTA был выражен одинаково в правом и левом полушариях мозга. Результаты свидетельствуют о том, что материнская диета в перинатальном периоде может влиять на развитие мезолимбической ДА-ергической системы мозга, способствуя образованию и/или сохранности ДА-ергических нейронов в VTA, и тем самым предотвращать возникновение генетической абсанс-эпилепсии и коморбидной депрессии у потомства крыс линии WAG/Rij.

Ключевые слова: абсанс-эпилепсия, коморбидная депрессия, ДА-нейроны, VTA, материнская метилобогащенная диета, мезолимбическая ДА-ергическая система мозга, крысы линии WAG/Rij

Список литературы

  1. Саркисова КЮ, Куликов МА (2000) Новая экспериментальная модель депрессии: крысы линии WAG/Rij, генетически предрасположенные к absence-эпилепсии. ДАН 374(5): 706–709. [Sarkisova KY, Kulikov MA (2000) A new experimental model of depression: WAG/Rij rats genetically predisposed to absence epilepsy. Dokl Biol Sci 374(5): 706–709. (In Russ)].

  2. Sarkisova KY, Midzyanovskaya IS, Kulikov MA (2003) Depressive-like behavioral alterations and c-fos expression in the dopaminergic brain regions in WAG/Rij rats with genetic absence epilepsy. Behav Brain Res 144: 211–226. https://doi.org/10.1016/s0166-4328(03)00090-1

  3. Sarkisova K, van Luijtelaar G (2011) The WAG/Rij strain: a genetic animal model of absence epilepsy with comorbidity of depression. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 35(4): 854–876. https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2010.11.010

  4. Deransart C, Riban V, Lê B, Marescaux C, Depaulis A (2000) Dopamine in the striatum modulates seizures in a genetic model of absence epilepsy in the rat. Neuroscience 100(2): 335–344. https://doi.org/10.1016/s0306-4522(00)00266-9

  5. Tugba EK, Medine GIO, Ozlem A, Deniz K, Filiz OY (2022) Prolongation of absence seizures and changes in serotonergic and dopaminergic neurotransmission by nigrostriatal pathway degeneration in genetic absence epilepsy rats. Pharmacol Biochem Behav 213: 173317. https://doi.org/10.1016/j.pbb.2021.173317

  6. Sarkisova KYu, Kulikov MA, Midzianovskaia IS, Folomkina AA (2007) Dopamine-dependent character of depressive-like behavior in WAG/Rij rats with genetic absence epilepsy. Zh Vyssh Nerv Deiat Im IP Pavlova 57(1): 91–102. https://doi.org/10.1007/s11055-008-0017-z

  7. Sarkisova KYu, Kulikov MA, Kudrin VS, Narkevich VB, Midzianovskaia IS, Biriukova LM, Folomkina AA, Basian AS (2014) Neurochemical mechanisms of depression-like behavior in WAG/Rij rats. Zh Vyssh Nerv Deiat Im I P Pavlova 63(3): 303–315. https://doi.org/10.7868/s0044467713030106

  8. Sarkisova KJu, Kulikov MA, Kudrin VS, Midzyanovskaya IS, Birioukova LM (2014) Age-related changes in behavior, in monoamines and their metabolites content, and in density of D1 and D2 dopamine receptors in the brain structures of WAG/Rij rats with depression-like pathology. Zh Vyssh Nerv Deiat Im I P Pavlova 64(6): 668–685. https://doi.org/10.7868/S0044467714060094

  9. Sarkisova KY, Gabova AV, Kulikov MA, Fedosova EA, Shatskova AB, Morosov AA (2017) Rearing by foster Wistar mother with high level of maternal care counteracts the development of genetic absence epilepsy and comorbid depression in WAG/Rij rats. Dokl Biol Sci 473(1): 39–42. https://doi.org/10.1134/S0012496617020077

  10. Sarkisova KY, Gabova AV (2018) Maternal care exerts disease-modifying effects on genetic absence epilepsy and comorbid depression. Genes Brain Behav 17(7): e12477. https://doi.org/10.1111/gbb.12477

  11. Sarkisova K, van Luijtelaar G (2022) The impact of early-life environment on absence epilepsy and neuropsychiatric comorbidities. IBRO Neurosci Rep 13: 436–468. https://doi.org/10.1016/j.ibneur.2022.10.012

  12. Sarkisova KY, Gabova AV, Fedosova EA, Shatskova AB (2020) Gender-Dependent Effect of Maternal Methyl-Enriched Diet on the Expression of Genetic Absence Epilepsy and Comorbid Depression in Adult Offspring of WAG/Rij Rats. Dokl Biol Sci 494(1): 244–247. https://doi.org/10.1134/S0012496620050075

  13. Sarkisova KY, Fedosova EA, Shatskova AB, Rudenok MM, Stanishevskaya VA, Slominsky PA (2023) Maternal Methyl-Enriched Diet Increases DNMT1, HCN1, and TH Gene Expression and Suppresses Absence Seizures and Comorbid Depression in Offspring of WAG/Rij Rats. Diagnostics (Basel) 13(3): 398. https://doi.org/10.3390/diagnostics13030398

  14. Van den Veyver IB (2002) Genetic effects of methylation diets. Annu Rev Nutr 22: 255–282. https://doi.org/10.1146/annurev.nutr.22.010402.102932

  15. Herbeck YE, Gulevich RG, Amelkina OA, Plyusnina IZ, Oskina IN (2010) Conserved methylation of the glucocorticoid receptor gene exon 1(7) promoter in rats subjected to a maternal methyl-supplemented diet. Int J Dev Neurosci 28(1): 9–12. https://doi.org/10.1016/j.ijdevneu.2009.10.004

  16. Poletaeva II, Surina NM, Ashapkin VV, Fedotova IB, Merzalov IB, Perepelkina OV, Pavlova GV (2014) Maternal methyl-enriched diet in rat reduced the audiogenic seizure proneness in progeny. Pharmacol Biochem Behav 127: 21–26. https://doi.org/10.1016/j.pbb.2014.09.018

  17. Jaenisch R, Bird A (2003) Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals. Nat Genet 33 Suppl: 245–254. https://doi.org/10.1038/ng1089

  18. Ванюшин БФ (2013) Эпигенетика сегодня и завтра. Вавиловск журн генетики и селекции 17 (4/2): 805–832. [Vanyushin BF (2013) Epigenetics today and tomorrow. Vavilovsk zhurn genetiki i selektsii 17 (4/2): 805–832. (In Russ)].

  19. Morgan HD, Santos F, Green K, Dean W, Reik W (2005) Epigenetic reprogramming in mammals. Hum Mol Genet 14(1): 47–58. https://doi.org/10.1093/hmg/ddi114

  20. Nagatsu T, Levitt M, Udenfriend S (1964) Tyrosine Hydroxylase. The Initial Step In Norepinephrine Biosynthesis. J Biol Chem 239: 2910–2917.

  21. Tekin I, Roskoski RJr, Carkaci-Salli N, Vrana KE (2014) Complex molecular regulation of tyrosine hydroxylase. J Neur Transm 121(12): 1451–1481. https://doi.org/10.1007/s00702-014-1238-7

  22. Sarkisova KY, Fedosova EA, Shatskova AB, Narkevich VB, Kudrin VS (2022) Maternal Methyl-Enriched Diet Increases Dopaminergic Tone of the Mesolimbic Brain System in Adult Offspring of WAG/Rij Rats. Dokl Biol Sci 506(1): 145–149. https://doi.org/10.1134/S001249662205012X

  23. Trutti AC, Mulder MJ, Hommel B, Forstmann BU (2019) Functional neuroanatomical review of the ventral tegmental area. Neuroimage 191: 258–268. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2019.01.062

  24. Margolis EB, Coker AR, Driscoll JR, Lemaître AI, Fields HL (2010) Reliability in the identification of midbrain dopamine neurons. PLoS One 5(12): e15222. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0015222

  25. Lapshina KV, Abramova YuYu, Guzeev MA, Ekimova IV (2022) TGN-020, Inhibitor of the Water Channel Aquaporin-4, Accelerates Nigrostriatal Neurodegeneration in the Rat Model of Parkinson’s Disease. J Evol Biochem Physiol 58(6): 2035–2047. https://doi.org/10.31857/S0869813922120081

  26. Fedosova EA, Shatskova AB, Sarkisova KY (2021) Ethosuximide increases exploratory motivation and improves episodic memory in the novel object recognition test in WAG/Rij rats with genetic absence epilepsy. Neurosci Behav Physiol 51(4): 501–512. https://doi.org/10.1007/s11055-021-01097-z

  27. Kraeuter AK, Guest PC, Sarnyai Z (2019) The Elevated Plus Maze Test for Measuring Anxiety-Like Behavior in Rodents. Methods Mol Biol 1916: 69–74. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-8994-2_4

  28. Ahmadi M, Dufour JP, Seifritz E, Mirnajafi-Zadeh J, Saab BJ (2017) The PTZ kindling mouse model of epilepsy exhibits exploratory drive deficits and aberrant activity amongst VTA dopamine neurons in both familiar and novel space. Behav Brain Res 330: 1–7. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2017.05.025

  29. Peña CJ, Neugut YD, Calarco CA, Champagne FA (2014) Effects of maternal care on the development of midbrain dopamine pathways and reward-directed behavior in female offspring. Eur J Neurosci 39(6): 946–956. https://doi.org/10.1111/ejn.12479

  30. Tomas D, Prijanto AH, Burrows EL, Hannan AJ, Horne MK, Aumann TD (2015) Environmental modulations of the number of midbrain dopamine neurons in adult mice. J Vis Exp 95: 52329. https://doi.org/10.3791/52329

  31. Sukhareva EV, Kalinina TS, Bulygina VV, Dygalo NN (2016) Tyrosine hydroxylase of the brain and its regulation by glucocorticoids. Vavilov J Genet Breed 20(2): 212–219. https://doi.org/10.18699/VJ16.156

  32. Tye KM, Mirzabekov JJ, Warden MR, Ferenczi EA, Tsai HC, Finkelstein J, Kim SY, Adhikari A, Thompson KR, Andalman AS, Gunaydin LA, Witten IB, Deisseroth K (2013) Dopamine neurons modulate neural encoding and expression of depression-related behavior. Nature 493(7433): 537–541. https://doi.org/10.1038/nature11740

  33. Barrot M, Sesack SR, Georges F, Pistis M, Hong S (2012) Braking Dopamine Systems: A New GABA Master Structure for Mesolimbic and Nigrostriatal Functions. J Neurosci 32(41): 14094–14101. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3370-12.2012

  34. Root DH, Mejias-Aponte CA, Zhang S, Wang HL, Hoffman AF, Lupica CR, Morales M (2014) Single rodent mesohabenular axons release glutamate and GABA. Nat Neurosci 17(11): 1543–1551. https://doi.org/10.1038/nn.3823

  35. Rollo CD (2009) Dopamine and aging: intersecting facets. Neurochem Res 34(4): 601–629. https://doi.org/10.1007/s11064-008-9858-7

  36. Gabova AV, Sarkisova KYu, Fedosova EA, Shatskova AB, Morozov AA (2020) Developmental Changes in Peak-Wave Discharges in WAG/Rij Rats with Genetic Absence Epilepsy. Neurosci Behav Physi 50: 245–252. https://doi.org/10.1007/s11055-019-00893-y

  37. Fedosova EA, Sarkisova KYu, Kudrin VS, Narkevich VB, Bazyan AS (2015) Behavioral and Neurochemical Characteristics of Two Months Old WAG/Rij Rats with Genetic Absence Epilepsy. Int J Clini Exp Neurol 3(2): 32–44. https://doi.org/10.12691/ijcen-3-2-2

  38. Allen SJ, Watson JJ, Shoemark DK, Barua NU, Patel NK (2013) GDNF, NGF and BDNF as therapeutic options for neurodegeneration. Pharmacol Ther 138(2): 155–175. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2013.01.004

  39. Cortés D, Carballo-Molina OA, Castellanos-Montiel MJ, Velasco I (2017) The Non-Survival Effects of Glial Cell Line-Derived Neurotrophic Factor on Neural Cells. Front Mol Neurosci 10: 258. https://doi.org/10.3389/fnmol.2017.00258

  40. Roussa E, Oehlke O, Rahhal B, Heermann S, Heidrich S, Wiehle M, Krieglstein K (2008) Transforming growth factor beta cooperates with persephin for dopaminergic phenotype induction. Stem Cells 26(7): 1683–1694. https://doi.org/10.1634/stemcells.2007-0805

  41. Sariola H, Saarma M (2003) Novel functions and signaling pathways for GDNF. J Cell Sci 116(19): 3855–3862. https://doi.org/10.1242/jcs.00786

  42. Kadkhodaei B, Ito T, Joodmardi E, Mattsson B, Rouillard C, Carta M, Muramatsu S, Sumi-Ichinose C, Nomura T, Metzger D, Chambon P, Lindqvist E, Larsson NG, Olson L, Björklund A, Ichinose H, Perlmann T (2009) Nurr1 is required for maintenance of maturing and adult midbrain dopamine neurons. J Neurosci 29(50): 15923–15932. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3910-09.2009

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал