Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2020, T. 70, № 5, стр. 655-667

Импульсная активность и нестабильность генома нейронов миндалевидного комплекса у крыс селектированных линий с контрастной возбудимостью нервной системы в нормальных и стрессовых условиях

И. Б. Сиваченко 1, М. Б. Павлова 2, А. И. Вайдо 2, Н. В. Ширяева 2, С. С. Пантелеев 1, Н. А. Дюжикова 2*, О. А. Любашина 1

1 Лаборатория кортико-висцеральной физиологии Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН
Санкт-Петербург, Россия

2 Лаборатория генетики высшей нервной деятельности, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: dyuzhikova@infran.ru

Поступила в редакцию 13.03.2020
После доработки 13.04.2020
Принята к публикации 01.06.2020

Аннотация

У интактных и подвергнутых длительному эмоционально-болевому стрессорному воздействию (ДЭБС) крыс селектированных линий с высоким (ВП) и низким (НП) порогом возбудимости нервной системы исследовали фоновую и вызванную электрическим раздражением префронтальной коры нейрональную активность миндалевидного комплекса, а также уровень нестабильности генома в его клетках с использованием белкового маркера двойных разрывов ДНК – фосфорилированного по серину 139 гистона Н2АХ (γ-H2AX phospho Ser139). Впервые выявлена прямая связь базальной (фоновой) импульсной активности нейронов миндалевидного комплекса и уровня нестабильности их генома, а также зависимость ответной реакции нейронов базолатеральной миндалины на возбуждающее раздражение инфралимбической коры от врожденного генетически детерминированного уровня возбудимости нервной системы. Под действием ДЭБС продемонстрировано усиление функциональной активности миндалевидного комплекса у крыс линии ВП по показателям частоты фоновой импульсации нейронов, среднего количества и латентности импульсов в их реакции на кортикальное раздражение. У линии НП в тех же условиях выявлено более значительное увеличение частоты фоновой нейрональной активности, сопровождаемой ростом иммунореактивности клеток к γ-H2AX phospho Ser139, а также значительное уменьшение латентности реакции амигдалярных нейронов на кортикальную стимуляцию при неизменном количестве в ней импульсов.

Ключевые слова: нейрональная активность, γ-H2AX, двойные разрывы ДНК, миндалевидный комплекс, стресс, возбудимость, крысы

DOI: 10.31857/S0044467720050123

Список литературы

  1. Айрапетянц М.Г., Вейн А.М. Неврозы в эксперименте и в клинике. М.: Наука. 1982. 272 с.

  2. Александрова Н.П., Ширяева Н.В., Кратин Ю.Г., Лопатина Н.Г. Порог активации мозга у крыс, селектированных по возбудимости нервно-мышечного аппарата. Докл. АН СССР. 1981. 259: 1233–1235.

  3. Бехтерева Н.П. Здоровый и больной мозг человека / Н.П. Бехтерева; под ред. С.В. Медведева. М.: АСТ; СПб : Сова; Владимир: ВКТ. 2010. 399 с.

  4. Вайдо А.И., Енин Л.Д., Ширяева Н.В. Скорость проведения потенциалов действия по хвостовому и большеберцовому нервам у линий крыс, селектированных по возбудимости нервно-мышечного аппарата. Генетика. 1985. ХХI (2): 262–264.

  5. Вайдо А.И., Ширяева Н.В., Хиченко В.И., Любославская П.Н., Старостина М.В. Развитие длительной посттетанической потенциации и изменение содержания белка S-100 в срезах гиппокампа крыс с различным функциональным состоянием нервной системы. Бюлл. эксперим. биологии и медицины. 1992. 113 (6): 645–648.

  6. Вайдо А.И., Ширяева Н.В., Павлова М.Б., Левина А.С., Хлебаева Д.А.-А., Любашина О.А., Дюжикова Н.А. Селектированные линии крыс с высоким и низким порогом возбудимости: модель для изучения дезадаптивных состояний, зависимых от уровня возбудимости нервной системы. Лабораторные животные для научных исследований. 2018. 3:12–22.

  7. Дюжикова Н.А., Даев Е.В. Геном и стресс-реакция у животных и человека. Экологическая генетика, 2018. 16 (1): 4–26.

  8. Дюжикова Н.А., Скоморохова Е.Б., Вайдо А.И. Эпигенетические механизмы формирования постстрессорных состояний. Успехи физиологических наук. 2015. 45 (1): 47–74.

  9. Левина А.С., Бондаренко Н.А., Ширяева Н.В., Вайдо А.И., Дюжикова Н.А. Наследственно обусловленное поведение ныряния у крыс как фактор приспособленности. Экологическая генетика. 2020. В печати.

  10. Лопатина Н.Г., Пономаренко В.В. Исследование генетических основ высшей нервной деятельности. В кн.: Физиология поведения. Нейробиологические закономерности. Ред. А.С. Батуев. Л.: Наука. 1987. 9–59 с.

  11. Любашина О.А., Ноздрачев А.Д. NO-зависимые механизмы амигдалокортикальных влияний. Доклады Академии наук. 2008. 421 (2): 282–285.

  12. Любашина О.А., Пантелеев С.С., Ноздрачев А.Д. Амигдалофугальная модуляция вегетативных центров мозга. СПб: Наука. 2009. 211 с.

  13. Ордян Н.Э., Вайдо А.И., Ракицкая В.В., Ширяева Н.В., Проймина Ф.И., Лопатина Н.Г., Шаляпина В.Г. Функционирование гипофизарно-адренокортикальной системы у крыс, селектированных по порогу чувствительности к электрическому току. Бюлл. эксперимент. биол. и мед. 1998. 125 (4): 443–445.

  14. Павлова М.Б. Эпигенетические изменения в амигдале у крыс с различной возбудимостью нервной системы под влиянием эмоционально-болевого стресса. Журнал “Здоровье – основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения”. 2019. 14 (2): 713–723.

  15. Пантелеев С.С., Багаев В.А., Ноздрачев А.Д. Кортикальная модуляция висцеральных рефлексов. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. 207 с.

  16. Arruda-Carvalho M., Clem R. L. Prefrontal-amygdala fear networks come into focus. Front. Syst. Neurosci. 2015. 9:145.

  17. Ayrapetov M.K., Gursoy-Yuzugullu O., Xu C., Xu Y., Price B.D. DNA double-strand breaks promote methylation of histone H3 on lysine 9 and transient formation of repressive chromatin. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014. 111 (25): 9169–9174.

  18. Bloodgood D.W., Sugam J.A., Holmes A., Kash T.L. Fear extinction requires infralimbic cortex projections to the basolateral amygdala. Transl. Psychiatry. 2018. 8 (1): article number 60.

  19. Cho J.H., Deisseroth K., Bolshakov V.Y. Synaptic encoding of fear extinction in mPFC-amygdala circuits. Neuron. 2013. 80 (6): 1491–1507.

  20. Delli Pizzi S., Chiacchiaretta P., Mantini D., Bubbico G., Ferretti A., Edden R.A., Di Giulio C., Onofrj M., Bonanni L. Functional and neurochemical interactions within the amygdalamedial prefrontal cortex circuit and their relevance to emotional processing. Brain Struct. Funct. 2017. 222 (3): 1267–1279.

  21. Du J., Johnson L.M., Jacobsen S.E., Patel D.J. DNA methylation pathways and their crosstalk with histone methylation. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2015. 16 (9): 519–532.

  22. Flint M.S., Baum A., Chambers W.H., Jenkins F.J. Induction of DNA damage, alteration of DNA repair and transcriptional activation by stress hormones. Psychoneuroendocrinology. 2007. 32 (5): 470–479.

  23. Gong F., Miller K.M. Histone methylation and the DNA damage response. Mutat Res. 2019.780: 37–47.

  24. Hare B.D., Thornton T.M., Rincon M., Golijanin B., King S.B., Jaworski D.M., Falls W.A. Two Weeks of Variable Stress Increases Gamma-H2AX Levels in the Mouse Bed Nucleus of the Stria Terminalis. Neuroscience. 2018. 373: 137–144.

  25. Jalbrzikowski M., Larsen B., Hallquist M.N., Foran W., Calabro F., Luna B. Development of white matter microstructure and intrinsic functional connectivity between the amygdala and ventromedial prefrontal cortex: associations with anxiety and depression. Biol. Psychiatry. 2017. 82 (7): 511–521.

  26. Kuo L.J., Yang L.X. Gamma-H2AX – a novel biomarker for DNA double-strand breaks. In Vivo. 2008. 22 (3): 305–9.

  27. Lyubashina O., Panteleev S. Effects of cervical vagus nerve stimulation on amygdala-evoked responses of the medial prefrontal cortex neurons in rat. Neurosci. Res. 2009. 65 (1): 122–125.

  28. Maroun M. Stress reverses plasticity in the pathway projecting from the ventromedial prefrontal cortex to the basolateral amygdala. Eur. J. Neurosci. 2006. 24(10): 2917–2922.

  29. Mitra R., Jadhav S., McEwen B.S., Vyas A., Chattarji S. Stress duration modulates the spatiotemporal patterns of spine formation in the basolateral amygdala. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005. 102 (26): 9371–9376.

  30. Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates – 6th edition. – Ac.Press, 2007.

  31. Peters J., Kalivas P.W., Quirk G.J. Extinction circuits for fear and addiction overlap in prefrontal cortex. Learn Mem. 2009. 16 (5): 279–288.

  32. Phan K.L., Fitzgerald D.A., Nathan P.J., Tancer M.E. Association between amygdala hyperactivity to harsh faces and severity of social anxiety in generalized social phobia. Biol Psychiatry. 2006. 59 (5): 424–9.

  33. Quirk G.J., Mueller D. Neural mechanisms of extinction learning and retrieval. Neuropsychopharmacology. 2008. 33 (1): 56–72.

  34. Reznikov R., Bambico F.R., Diwan M., Raymond R.J., Nashed M.G., Nobrega J.N., Hamani C. Prefrontal Cortex Deep Brain Stimulation Improves Fear and Anxiety-Like Behavior and Reduces Basolateral Amygdala Activity in a Preclinical Model of Posttraumatic Stress Disorder. Neuropsychopharmacology. 2018. 43 (5): 1099–1106.

  35. Roozendaal B., McEwen B.S., Chattarji S. Stress, memory and the amygdala. Nat. Rev. Neurosci. 2009. 10(6): 423–433.

  36. Sierra-Mercado D., Padilla-Coreano N., Quirk G.J. Dissociable roles of prelimbic and infralimbic cortices, ventral hippocampus, and basolateral amygdala in the expression and extinction of conditioned fear. Neuropsychopharmacology. 2011. 36 (2): 529–538.

  37. Stein M.B., Goldin P.R., Sareen J., Zorrilla L.T., Brown G.G. Increased amygdala activation to angry and contemptuous faces in generalized social phobia. Arch Gen Psychiatry. 2002. 59 (11):1027–1034.

  38. Suberbielle E., Sanchez P.E., Kravitz A.V., Wang X., Ho K., Eilertson K., Devidze N., Kreitzer A.C., Mucke L. Physiologic brain activity causes DNA double-strand breaks in neurons, with exacerbation by amyloid-β. Nat.Neurosci. 2013. 16 (5): 613–621.

  39. Vyas A., Jadhav S., Chattarji S. Prolonged behavioral stress enhances synaptic connectivity in the basolateral amygdala. Neuroscience. 2006. 143 (2): 387–393.

  40. Walker D.L., Toufexis D.J., Davis M. Role of the bed nucleus of the stria terminalis versus the amygdala in fear, stress, and anxiety. Eur J Pharmacol. 2003. 463 (1–3): 199–216.

  41. Wang J., Lindahl T. Maintenance of Genome Stability. Genomics, Proteomics & Bioinformatics. 2016. 14 (3): 119–121.

Дополнительные материалы отсутствуют.