Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2021, T. 71, № 3, стр. 387-399

Зависимое от пола влияние стресса самцов крыс на память и экспрессию гена инсулиноподобного фактора роста 2 в мозге потомков

Н. Э. Ордян 1*, О. В. Малышева 12, Г. И. Холова 1, В. К. Акулова 1, С. Г. Пивина 1

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

2 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта”
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: neo@infran.ru

Поступила в редакцию 26.11.2020
После доработки 17.12.2020
Принята к публикации 02.03.2021

Аннотация

Изучены последствия стрессирования самцов крыс в парадигме “стресс-рестресс” (модель посттравматического стрессового расстройства, ПТСР) на память и экспрессию гена инсулиноподобного фактора роста 2 (Igf2) в отдельных структурах мозга их половозрелых потомков обоего пола. Экспрессию гена Igf2 дополнительно исследовали у новорожденных потомков. Показано, что стресс отца вызывает дефицит памяти в тестах “Реакция пассивного избегания” и “Распознавание нового объекта” преимущественно у потомков-самцов. У потомков-самок дефицит памяти обнаружен только в тесте “Распознавание нового объекта”. Только у потомков-самцов выявлено снижение экспрессии гена Igf2 в гиппокампе и неокортексе в половозрелом возрасте, но не у новорожденных потомков-самцов. Полученные результаты свидетельствуют о секс-специфических эффектах ПТСР-подобного состояния самцов-отцов на память и экспрессию гена Igf2 в мозге половозрелых потомков.

Ключевые слова: стресс отца, потомки, реакция пассивного избегания, распознавание нового объекта, инсулиноподобный фактор роста 2, мозг, самцы, самки, крыса

DOI: 10.31857/S0044467721030060

Список литературы

  1. Алфимова М.В., Лежейко Т.В., Гриценко И.К., Голимбет В.Е. Ассоциация гена инсулиноподобного фактора роста II (Igf2) с когнитивными способностями человека. Генетика. 2012. 48 (8): 993–998.

  2. Ордян Н.Э., Малышева О.В., Акулова В.К., Пивина С.Г., Холова Г.И. Способность к обучению и экспрессия гена инсулиноподобного фактора роста II в мозге самцов крыс – потомков отцов, подвергнутых стрессированию в парадигме “стресс-рестресс”. Нейрохимия. 2020а. 37 (2): 153–160.

  3. Ордян Н.Э., Пивина С.Г., Акулова В.К., Холова Г.И. Изменение характера поведения и активности гипофизарно-адренокортикальной системы крыс – потомков отцов, подвергнутых стрессированию в парадигме “стресс–рестресс” перед спариванием. Росс. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2020б. 106 (9):1085–1097.

  4. Ордян Н.Э., Смоленский И.В., Пивина С.Г., Акулова В.К. Особенности формирования тревожно-депрессивного состояния в экспериментальной модели посттравматического стрессового расстройства у пренатально стрессированных самцов крыс. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. 63 (2):1–10.

  5. Пивина С.Г., Акулова В.К., Ракцикая В.В., Ордян Н.Э. Развитие поведенческих и гормональных нарушений в экспериментальной модели посттравматического стрессового расстройства у пренатально стрессированных самок крыс. Бюлл. Эксперим. Биол. Мед. 2014.157 (3): 289–293.

  6. Пивина С.Г., Холова Г.И., Ракицкая В.В., Акулова В.К., Ордян Н.Э. Изменение репродуктивных функций самцов крыс при моделировании посттравматического стрессового расстройства. Журнал эвол. биохим. физиол. 2019. 55 (5): 374–376.

  7. Alexander B.T., Dasinger J.H., Intapad S. Fetal programming and cardiovascular pathology. Compr. Physiology. 5. (2): 997–1025. 2015.

  8. Bale T.L. Lifetime stress experience: transgenerational epigenetics and germ cell programming. Dialogues Clin. Neurosci. 2014.16: 297–305.

  9. Bergman D., Halje M., Nordin M., Engström W. Insulin-like growth factor 2 in development and disease: a mini-review. Gerontology. 2013. 59: 240–249.

  10. Braithwaite E.C., Jonathan Hill J., Pickles A., Glover V., Kieran O’Donnell K., Sharp H. Associations between maternal prenatal cortisol and fetal growth are specific to infant sex: findings from the Wirral child health and development study. J. Dev. Orig. Health Dis. 2018. 9 (4): 425–431.

  11. Brown J., Jones E.Y., Forbes B.E. Interactions of IGF-II with the IGF2R/cation-independent mannose-6-phosphate receptor mechanism and biological outcomes. Vitam. Horm. 2009. 80: 699–719.

  12. Chen D.Y., Stern S.A., Garcia-Osta A., Saunier-Rebori B., Pollonini G., Bambah-Mukku D., Blitzer R.D., Alberini C.M. A critical role for IGF-II in memory consolidation and enhancement. Nature. 2011. 469: 491–497.

  13. Cinalli D.A., Cohen S.J., Guthrie K., Stackman R.W. Object recognition memory: distinct yet complementary roles of the mouse CA1 and perirhinal cortex. Front. Mol. Neurosci. 2020. 13: 527543.

  14. Cohen S.J., Munchow A.H., Rios L.M., Zhang G., Ásgeirsdóttir, H.N., Robert Stackman R. W. The rodent hippocampus is essential for non-spatial object memory Curr. Biol. 2013. 23 (17): 1685–1690.

  15. Cohen S.J., Stackman R. W. Assessing rodent hippocampal involvement in the novel object behavior. Brain Res. 2015. 285: 105–117.

  16. Cooke P.S., Nanjappa M.K., Ko C., Prins G.S., Hess R.A. Estrogens in male physiology. Physiol. Rew. 2017. 97 (3): 995–1043.

  17. Frick K.M., Tuscher J.J., Koss W.A., Kim J., Taxier L.R. Estrogenic regulation of memory consolidation: A look beyond the hippocampus, ovaries, and females. 2018. Physiol. Behav.187 (1): 57–66.

  18. Fromer M., Roussos P., Sieberts S.K., Johnson J.S., Kavanagh D.H., Perumal T.M., Ruderfer D.M., Oh E.C., Topol A., Shah H.R., Klei L.L., Kramer R., Pinto D., Gümüş Z.H., Cicek A.E., Dang K.K., Browne A., Lu C., Xie L., Readhead B., Stahl E.A., Xiao J., Parvizi M., Hamamsy T., Fullard J.F., Wang Y.C., Mahajan M.C., Derry J.M., Dudley J.T., Hemby S.E., Logsdon B.A., Talbot K., Raj T., Bennett D.A., De Jager P.L., Zhu J., Zhang B., Sullivan P.F., Chess A., Purcell S.M., Shinobu L.A., Mangravite L.M., Toyoshiba H., Gur R.E., Hahn C.G., Lewis D.A., Haroutunian V., Peters M.A., Lipska B.K., Buxbaum J.D., Schadt E.E., Hirai K., Roeder K., Brennand K.J., Katsanis N., Domenici E., Devlin B., Sklar P. Gene expression elucidates functional impact of polygenic risk for schizophrenia. Nat. Neurosci. 2016. 19 (11): 1442–1453.

  19. Day J., Savani S., Krempley B.D., Nguyen M., Kitlinska J.B. Influence of paternal preconception exposures on their offspring: through epigenetics to phenotype. Am. J. Stem Cells. 2016. 5 (1):11–18.

  20. Gallo F.T., Katche C., Morici J.F., Medina J.H., Weisstaub N.V. Immediate early genes, memor y and psychiatric disorders: focus on c-Fos, Egr1 and arc. Front. Behav. Neurosci. 2018. 12: 180.

  21. Gluckman P.D., Hanson M.A. The developmental origins of the metabolic syndrome. Trends Endocrinol. Metab. 2004.15 (4): 183–187.

  22. Harker A., Carroll C., Raza S., Kolb B., Gibb R. Preconception paternal stress in rats alters brain and behavior in offspring. Neuroscience. 2018. 388: 474–485.

  23. Harper K.M., Tunc-Ozcan E., Graf E.N., Herzing L.B., Redei E.E. Intergenerational and parent of origin effects of maternal calorie restriction on Igf2 expression in the adult rat hippocampus. Psychoneuroendocrinol. 2014. 45: 187–91.

  24. Lee Y., Lee Y.W., Gao Q., Lee Y., Lee H.E., Ryu J.H. Exogenous insulin-like growth factor 2 administration enhances memory consolidation and persistence in a time-dependent manner. Brain Res. 2015. 1622: 466–473.

  25. Liberzon I., Krstov M., Young E.A. Stress-restress: effects on ACTH and fast feedback. Psychoneuroendocrinology. 1997. 22 (6): 443–453.

  26. Loret de Mola C., de França G.V., Quevedo Lde A., Horta B.L. Low birth weight, preterm birth and small for gestational age association with adult depression: systematic review and meta-analysis. Br. J. Psychiatry. 2014. 205 (5): 340–347.

  27. Moore G.E., Ishida M., Demetriou C., Al-Olabi L., Leon L.J., Thomas A.C., Abu-Amero S., Frost J.M., Stafford J.L., Chaoqun Y., Duncan A.J., Baigel R., Brimioulle M., Iglesias-Platas I., Apostolidou S., Aggarwal R., Whittaker J.C., Syngelaki A., Nicolaides K.H., Regan L., Monk D., Stanier P. The role and interaction of imprinted genes in human fetal growth. Philos. Trans. R. Soc. Lond. Biol. Sci. 2015. 370 (1663): 20140074.

  28. Morgan C.P., Chan J.C., Bale T.L. Driving the next generation: paternal lifetime experiences transmitted via extracellular vesicles and their small RNA. Cargo Biologic. Psychiat. 2019. 85: 164–171.

  29. Nordin M., Bergman D., Halje M., Engström W., Ward A. Epigenetic regulation of the Igf2/H19 gene cluster. Cell Prolif. 2014. 47 (3):189–199.

  30. Ouchi Y., Banno Y., Shimizu Y., Ando S., Hasegawa H., Adachi K., Iwamoto T. Reduced adult hippocampal neurogenesis and working memory deficits in the Dgcr8-deficient mouse model of 22q11.2 deletion-associated schizophrenia can be rescued by IGF2. J. Neurosci. 2013. 33 (22): 9408–9419.

  31. Rodgers A.B., Morgan C.P., Bronson S.L., Revello S., Bale T.L. Paternal stress exposure alters sperm microRNA content and reprogramming offspring HPA axis stress regulation J. Neurosci. 2013. 33 (21): 9003–9012.

  32. Sárvár M., Kalló I., Hrabovsz, E., Solymosi N., Rodoloss A., Vastag C., Auer H., Liposits Z. Hippocampal gene expression is highly responsive to estradiol replacement in middle-aged female rats. Endocrinology. 2015. 156: 2632–2645.

  33. Shahmoradi A., Radyushkin K., Rossne, M.J. Enhanced memory consolidation in mice lacking the circadian modulators Sharp1 and -2 caused by elevated IGF2 signaling in the cortex. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015. 112: E3582–3589.

  34. Short A.K., Fennell K.A., Perreau V.M., Fox A., O’Bryan M.K., Kim J.H., Bredy T.W., Pang T.Y., Hannan A.J. Elevated paternal glucocorticoid exposure alters the small noncoding RNA profile in sperm and modifies anxiety and depressive phenotypes in the offspring. Transl. psychiatry. 2016. 6 (6): e837–e837.

  35. Spry E.A., Wilsonc C.A., Middleton M., Moreno-Betancur M., Doyle L.W., Howard L.M., Hannan A.J., Wlodek M.E., Cheong J.L.Y., Hines L.A., Coffey C., Brown S., Olssona C.A., Patton G.C. Parental mental health before and during pregnancy and offspring birth outcomes: A 20-year preconception cohort of maternal and paternal exposure. EClinical Medicine. 2020. 27: 100564.

  36. Steen E., Terry B.M., Rivera E.J., CannonJ.L., Neely T.R., Tavares R., Xu X.J., Wands J.R., de la Mont S.M. Impaired insulin and insulin-like growth factor expression and signaling mechanisms in Alzheimer’s disease- is this type3 diabetes? J. Alzheimer Dis. 2005. 7 (1): 63–80.

  37. Stern S.A., Chen D.Y., Alberini C.M. The effects of insulin and insulin-like growth factors on hippocampus- and amygdale-dependent long-term memory formation. Learn. Memory. 2014. 21: 556–563.

  38. Takeo C., Ikeda K., Horie-Inoue K., Inoue S. Identification of IGF2, Igfbp2 and Enpp2 as estrogen-responsive genes in rat hippocampus. Endocr. J. 2009. 56 (1):113–120.

  39. White V., Jawerbaum A., Mazzucco M.B., Gauster M., Desoye G., Hiden U. IGF2 stimulates fetal growth in a sex- and organ-dependent manner. Pediatr. Res. 2018. 83 (1): 183–189.

  40. Ye X., Kohtz A., Pollonini G., Riccio A., Alberini C.M. Insulin like growth factor 2 expression in the rat brain both in basal condition and following learning predominantly derives from the maternal allele. PLoSOne. 2015. 10: e0141078.

  41. Yeshurun S., Rogers J., Short A.K., Hannana A.J. Elevated paternal glucocorticoid exposure modifies memory retention in female offspring. Psychoneuroendocrin. 2017. 83 (1): 9–18.

  42. Yu X.-W., Pandey K., Katzman A.C., Alberini C.M. A role for CIM6P/IGF2 receptor in memory consolidation and enhancement. eLife. 2020. 9: e54781.

Дополнительные материалы отсутствуют.