Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2020, T. 70, № 6, стр. 794-806

Нарушения формирования памяти и развитие временного холинергического дефицита у мышей после удаления обонятельных луковиц

О. А. Недогреева 1*, Н. А. Лазарева 1, М. Ю. Степаничев 1, Н. В. Гуляева 1

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН
Москва, Россия

* E-mail: nedogreewaolga@gmail.com

Поступила в редакцию 23.04.2020
После доработки 23.05.2020
Принята к публикации 01.06.2020

Аннотация

Удаление обонятельных луковиц у грызунов широко используется как модель симптомов клинической депрессии и нейродегенерации, в том числе холинергической. В работе проводили удаление обонятельных луковиц самцам мышей линии С57BL/6. Через 2 или 4 нед после операции исследовали формирование долговременной неассоциативной памяти (габитуации) и пространственной памяти. Эффект влияния бульбэктомии на состояние нейронов медиальной септальной области изучали с помощью иммуногистохимической окраски на холинацетилтрансферазу и NeuN по окончании исследования поведения, т.е. через 4 и 7 нед после операции. Бульбэктомия приводила к нарушению габитуации по показателям двигательной активности в тесте “открытое поле” и нарушению пространственного обучения, но не памяти в водном лабиринте на обоих исследованных сроках. Снижение доли холинергических клеток в медиальной септальной области наблюдалось через 4, но не через 7 нед после операции. При этом не наблюдалось значимого изменения общего числа нейронов в этом отделе мозга. Таким образом, возникновение когнитивных нарушений после удаления обонятельных луковиц может быть связано с проявлениями временного холинергического дефицита на ранних этапах развития патологии.

Ключевые слова: обонятельная бульбэктомия, неассоциативная память, пространственная память, ацетилхолин, болезнь Альцгеймера, депрессия, медиальная перегородка

DOI: 10.31857/S0044467720060076

Список литературы

  1. Недогреева О.А., Евтушенко Н.А., Манолова А.О., Лазарева Н.А., Гуляева Н.В., Степаничев М.Ю. Окислительная модификация белков и нуклеиновых кислот в мозге мыши после удаления обонятельных луковиц. Асимметрия. 2018. 12: 346–350.

  2. Недогреева О.А., Степаничев М.Ю., Гуляева Н.В. Удаление обонятельных луковиц у мышей приводит к изменениям эмоционального поведения. Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2020. 70 (1): 104–114.

  3. Avetisyan A.V., Samokhin A.N., Alexandrova I.Y., Zinovkin R.A., Simonyan R.A., Bobkova N.V. Mitochondrial dysfunction in neocortex and hippocampus of olfactory bulbectomized mice, a model of Alzheimer’s disease. Biochemistry (Mosc). 2016. 81: 615–623.

  4. Bobkova N.V., Nesterova I.V., Nesterov V.V. The state of cholinergic structures in forebrain of bulbectomized mice. Biull. Exp. Biol. Med. 2001. 131 (5): 427–431.

  5. Bobkova N., Garbuz D.G., Nesterova I.V., Medvinskaya N., Samokhin A., Alexandrova I., Yashin V., Karpov V., Kukharsky M.S., Ninkina N.N., Smirnov A.A., Nudler E., Evgen’ev M. Therapeutic effect of exogenous hsp70 in mouse models of Alzheimer’s disease. J. Alzheimers Dis. 2014. 38 (2): 425–435.

  6. Blusztajn J.K., Berse B. The cholinergic neuronal phenotype in Alzheimer’s disease. Metab. Brain Dis. 2000. 15: 45–64.

  7. Capurso S., Calhoun M., Sukhov R., Mouton P., Pice D., Koliatsos V. Deafferentation causes apoptosis in cortical sensory neurons in the adult rat. J. Neurosci. 1997. 17(19): 7372–7384.

  8. Cenini G., Lloret A., Cascella R. Oxidative Stress in Neurodegenerative Diseases: From a Mitochondrial Point of View. Oxid. Med. Cell Longev. 2019. 2019: 2105607.

  9. Deiana S., Platt B., Riedel G. The cholinergic system and spatial learning. Behav. Brain Res. 2011. 221(2): 389–411.

  10. Dobryakova Y., Volobueva M., Manolova A., Medvedeva T., Kvichansky A., Gulyaeva N., Markevich V., Stepanichev M., Bolshakov A. Cholinergic deficit induced by central administration of 192IgG-Saporin is associated with activation of microglia and cell loss in the dorsal hippocampus of rats. Front. Neurosci. 2019. 13: 146.

  11. Ennaceur A. Tests of unconditioned anxiety – pitfalls and disappoitments. Physiol. Behav. 2014. 135: 55–71.

  12. Flores G., Ibañez-Sandoval O., Silva-Gómez A.B., Camacho-Abrego I., Rodriguez-Moreno A., Morales-Medina J.C. Neonatal olfactory bulbectomy enhances locomotor activity, exploratory behavior and binding of NMDA receptors in pre-pubertal rats. Neuroscience. 2014. 259: 84–93.

  13. Gulyaeva N.V., Bobkova N.V., Kolosova N.G., Samokhin A.N., Stepanichev M.Y., Stefanova N.A. Molecular and Cellular Mechanisms of Sporadic Alzheimer’s Disease: Studies on Rodent Models in vivo. Biochemistry (Mosc). 2017. 82 (10): 1088–1102.

  14. Hampel H., Mesulam M., Cuello A., Khachaturian A., Vergallo A., Farlow M., Snyder P., Giacobini E., Khachaturian Z. Revisiting the cholinergic hypothesis in Alzheimer’s disease: emerging evidence from translational and clinical research. The journal of prevention of Alzheimer’s disease. 2019. 6 (1): 2–15.

  15. Hellweg R., Zueger M., Fink K., Hörtnagl H., Gass P. Olfactory bulbectomy in mice leads to increased BDNF levels and decreased serotonin turnover in depression-related brain areas. Neurobiol. Dis. 2007. 25 (1): 1–7.

  16. Hendriksen H., Korte S.M., Olivier B., Oosting R.S. The olfactory bulbectomy model in mice and rat: one story or two tails? Eur. J. Pharmacol. 2015. 753: 105–113.

  17. Hozumi S., Nakagawasai O., Tan-no K., Niijima F. Characteristics of changes in cholinergic function and impairment of learning and memory-related behavior induced by olfactory bulbectomy. Behav. Brain Res. 2003. 138: 9–15.

  18. Hu J., Wang X., Liu D., Wang Q., Zhu L. Olfactory deficits induce neurofilament hyperphosphorylation. Neurosci. Lett. 2012. 506 (2): 180–183.

  19. Irle E., Markowitsch H.J. Basal forebrain-lesioned monkeys are severely impaired in tasks of association and recognition memory. Ann. Neurol. 1987. 22 (6): 735–743.

  20. Jin J., Cheng J., Lee K., Amreen B., McCabe K., Pitcher C., Liebmann T., Geengard P., Flajolet M. Cholinergic neurons of the medial septum are crucial for sensorimotor gating // J. Neurosci. 2019. 39 (26): 5234–5242.

  21. Kang H.-M., Jin J., Lee S., Ryu J., Park C. A novel method for olfactory bulbectomy using photochemically induced lesion. // Neuroreport. 2010. 21 (3): 179–184.

  22. Koliatsos V., Dawson T., Kesojevic A., Zhou Y., Wang Y., Huang K. Cortical interneurons become activated by deafferentation and instruct the apoptosis of pyramidal neurons. P. Natl. Acad. Sci USA. 2004. 101 (39): 14264–14269.

  23. Lazo O.M., Mauna J.C., Pissani C.A., Inestrosa N.C., Bronfman F.C. Axotomy-induced neurotrophic withdrawal causes the loss of phenotypic differentiation and downregulation of NGF signalling, but not death of septal cholinergic neurons. Mol. Neurodegener. 2010. 5: 5.

  24. Leanza G., Mu J., Nissonl G., Wilef R., Dunnett S., Bjorklund A. Selective lmmunolesioning of the basal forebrain cholinergic system disrupts short-term memory in rats. Eur. J. Neurosci. 1996. 8: 1535–1544.

  25. Liu A., Lim E., Ahmed I., Chang R., Pearce R., Gentleman S. Review: Revisiting the human cholinergic nucleus of the diagonal band of Broca. Neuropath. Appl. Neuro. 2018. 44 (7): 647–662.

  26. Lopez-Coviella I., Mellott T.J., Schnitzler A.C., Blusztajn J.K. BMP9 protects septal neurons from axotomy-evoked loss of cholinergic phenotype. PLoS One. 2011. 6 (6): e21166.

  27. Kelly J.P., Wrynn A.S., Leonard B.E. The olfactory bulbectomized rat as a model of depression: an update. Pharmacol. Ther. 1997. 74 (3): 299–316.

  28. Machado D.G., Cunha M.P., Neis V.B., Balen G.O., Colla A.R., Grando J., Brocardo P.S., Bettio L.E., Dalmarco J.B., Rial D., Prediger R.D., Pizzolatti M.G., Rodrigues A.L. Rosmarinus officinalis L. hydroalcoholic extract, similar to fluoxetine, reverses depressive-like behavior without altering learning deficit in olfactory bulbectomized mice. J. Ethnopharmacol. 2012. 143 (1): 158–169.

  29. McDiarmid T.A., Bernardos A.C., Rankin C.H. Habituation is altered in neuropsychiatric disorders – a comprehensive review with recommendations for experimental design and analysis. Neurosci. Biobehav. Rev. 2017. 80: 286–305.

  30. Meola D.M., Huang Z., King M., Petitto J.M. Loss of cholinergic phenotype in septohippocampal projection neurons: relation to brain versus peripheral IL-2 deficiency. Neurosci. Lett. 2013. 539: 60–64.

  31. Mucignat-Caretta C., Bondí M., Caretta A. Time course of alterations after olfactory bulbectomy in mice. Physiol. Behav. 2006. 89 (5): 637–643.

  32. Müller C., Remy S. Septo-hippocampal interaction. Cell Tissue Res. 2018. 373 (3): 565–575.

  33. Papouin T., Dunphy J., Tolman M., Dineley K., Haydon P. Septal cholinergic neuromodulation tunes the astrocyte-dependent gating of hippocampal NMDA receptors to wakefulness. Neuron. 2017. 94 (4): 840–854.

  34. Platel A., Porsolt R.D. Habituation of exploratory activity in mice: a screening test for memory enhancing drugs. Psychopharmacology. 1982. 78: 346–352.

  35. Platel A., Jalfre M., Pawelec C., Roux S., Porsolt R. Habituation of exploratory activity in mice: effects of combinations of piracetam and choline on memory processes. Pharmacol. Biochem. Behav. 1984. 21: 209–212.

  36. Schliebs R., Arendt T. The significance of the cholinergic system in the brain during aging and in Alzheimer’s disease. J. Neural Transm. 2006. 113 (11): 1625–1644.

  37. Schliebs R., Arendt T. The cholinergic system in aging and neuronal degeneration. Behav. Brain Res. 2011. 221 (2): 555–563.

  38. Solari N., Hangya B. Cholinergic modulation of spatial learning, memory and navigation. Eur. J. Neurosci. 2018. 48 (5): 2199–2230.

  39. Song C., Leonard B.E. The olfactory bulbectomised rat as a model of depression. Neurosci. Biobehav. Rev. 2005. 29 (4–5): 627–647.

  40. Stepanichev M., Lazareva N., Tukhbatova G., Salizhin S., Gulyaeva N. Transient disturbances in contextual fear memory induced by Aβ(25–35) in rats are accompanied by cholinergic dysfunction. Behav. Brain Res. 2014. 259: 152–157.

  41. Stepanichev M., Nedogreeva O., Gulyaeva N. Cholinergic degeneration in early stages of Alzheimer’s disease: Loss of cholinergic phenotype or loss of cells? Alzheimer’s, Dementia & Cognitive Neurology. 2017. 1 (2): 1–7.

  42. Tasset I., Medina F.J., Peña J., Jimena I., Muñoz M.D.E.L.C. Olfactory bulbectomy induced oxidative and cell damage in rat: protective effect of melatonin. Physiol. Res. 2010. 8408: 105–112.

  43. Vorhees C.V., Williams M.T. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nat. Protocols. 2006. 1 (Mic 7044): 848–858.

  44. Yoshimura H., Gomita Y., Ueki S. Changes in acetylcholine content in rat brain after bilateral olfactory bulbectomy in relation to mouse-killing behavior. Pharmacol. Biochem. Behav. 1974. 2 (5): 703–705.

Дополнительные материалы отсутствуют.