Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2022, T. 72, № 1, стр. 117-129

Эффекты пренатального воздействия экзогенного гонадотропина на развитие мозга у мышей

С. В. Окотруб 12, И. Н. Рожкова 1, Е. Ю. Брусенцев 1, А. М. Горностаева 1, Д. С. Рагаева 1, Э. А. Чуйко 1, С. Я. Амстиславский 1*

1 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук”
г. Новосибирск, Россия

2 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Новосибирский национальный исследовательский государственный университет”
г. Новосибирск, Россия

* E-mail: amstis@bionet.nsc.ru

Поступила в редакцию 03.03.2021
После доработки 18.08.2021
Принята к публикации 05.10.2021

Аннотация

В исследовании представлены данные о влиянии стимуляции яичников хорионическим гонадотропином человека (ХГЧ) на постнатальное развитие потомства у мышей. Данное воздействие имело следствием лишь незначительные эффекты на созревание у потомства неонатальных рефлексов, таких, как рефлекс переворачивания на поверхности и в воздухе, а также на открытие глаз и формирование зрелой позы. Потомки обоих полов, полученные от самок, которым вводили ХГЧ, отставали от контрольных животных по массе тела в первую неделю после рождения. Кроме того, число нейронов в коре головного мозга потомков-самцов, полученных после введения матерям ХГЧ, было значительно больше на 42-й день жизни без изменения размера нейронов. Число нейронов в CA1 области гиппокампа у потомков из группы ХГЧ было меньше, а размер нейронов был больше по сравнению с таковым в контроле на 21-й день жизни. Результаты этого исследования показывают, что пренатальное воздействие ХГЧ практически не влияло на неонатальное развитие потомков, за исключением некоторого отставания в наборе массы тела в первую неделю жизни. Однако у потомков-самцов наблюдалось отставание в наборе массы тела в конце периода вскармливания, а также изменения числа нейронов в СА1 области гиппокампа и в префронтальной коре в конце периода вскармливания и в возрасте полутора месяцев.

Ключевые слова: мыши, хорионический гонадотропин человека, потомки, нейроразвитие, мозг, число нейронов

Список литературы

  1. Амстиславский С.Я., Раннева С.В., Рагаева Д.С., Чуйко Э.А., Попкова А.М., Брусенцев Е.Ю. Влияние экзогенного хорионического гонадотропина человека на характер овуляции у мышей. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2019. 23 (8): 1006–1010. https://doi.org/10.18699/VJ19.577

  2. Раннева С.В., Брусенцев Е.Ю., Игонина Т.Н., Рагаева Д.С., Рожкова И.Н., Ершов Н.И., Левинсон А.Л., Амстиславский С.Я. Влияние культивирования эмбрионов на онтогенез потомства у млекопитающих. Онтогенез. 2020. 51 (6): 417–439. https://doi.org/10.31857/S0475145020060075

  3. Al-Hader A.A., Lei Z.M., Rao Ch.V. Novel expression of functional luteinizing hormone/chorionic gonadotropin receptors in cultured glial cells from neonatal rat brains. Biol. Reprod. 1997. 56: 501–507. https://doi.org/10.1095/biolreprod56.2.501

  4. Amer S. Gonadotropin induction of ovulation. Obstet. Gynaecol. Reprod. Med. 2007. 17 (7): 205–210. https://doi.org/10.1016/j.ogrm.2007.06.001

  5. Awonuga A.O., Wheeler K., Thakur M., Jeelani R., Diamond M.P., Puscheck E.E. The value of delaying hCG administration to enable maturation of medium-sized follicles in patients undergoing superovulation for IVF/ICSI. J. Assist. Reprod. Genet. 2018. 35 (2): 289–295. https://doi.org/10.1007/s10815-017-1056-6

  6. Barbuscia A., Mills M.C. Cognitive development in children up to age 11 years born after ART-a longitudinal cohort study. Hum. Reprod. 2017. 24: 1–7. https://doi.org/10.1093/humrep/dex102

  7. Behringer R., Gertsenstein M., Nagy K., Nagy A. Administration of gonadotropins for superovulation in mice. Cold Spring Harbor Protocols. 2018. (1): 2018. 24–27. https://doi.org/10.1101/pdb.prot092403

  8. Berntsen S., Soderstrom-Anttila V., Wennerholm U.B., Laivuori H., Loft A., Oldereid N.B., Romundstad L.B., Bergh C., Pinborg A. The health of children conceived by ART: “the chicken or the egg?” Hum. Reprod. Update. 2019. 25 (2): 137–158. https://doi.org/10.1093/humupd/dmz001

  9. Bicks L.K., Koike H., Akbarian S., Morishita H. Prefrontal cortex and social cognition in mouse and man. Front. Psychol. 2015. 6: 1805. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2015.01805

  10. Burkus J., Kacmarova M., Kubandova J., Kokosova N., Fabianova K., Fabian D., Koppel J., Cikos S. Stress exposure during the preimplantation period affects blastocyst lineages and offspring development. J. Reprod. Dev. 2015. 61 (4): 325–331. https://doi.org/10.1262/jrd.2015-012

  11. Burnham V., Sundby C., Laman-Maharg A., Thornton J. Luteinizing hormone acts at the hippocampus to dampen spatial memory. Horm. Behav. 2017. 85: 55–63. https://doi.org/10.1016/j.yhbeh.2016.11.007

  12. Caligioni C.S. Assessing reproductive status/stages in mice. Curr. Protoc. Neurosci. 2009. Appendix 4 Appendix 4I. https://doi.org/10.1002/0471142301.nsa04is48

  13. Emberti Gialloreti L., Mazzone L., Benvenuto A., Fasano A., Alcon A.G., Kraneveld A., Moavero R., Raz R., Riccio M.P., Siracusano M., Zachor D.A., Marini M., Curatolo P. Risk and protective environmental factors associated with autism spectrum disorder: evidence-based principles and recommendations. J. Clin. Med. 2019. 8 (2): 217. https://doi.org/10.3390/jcm8020217

  14. Ertzeid G., Storeng R. Adverse effects of gonadotrophin treatment on pre-and postimplantation development in mice. J. Reprod. Fertil. 1992. 96: 649–655. https://doi.org/10.1530/jrf.0.0960649

  15. Ertzeid G., Storeng R. The impact of ovarian stimulation on implantation and fetal development in mice. Hum. Reprod. 2001. 16 (2): 221–225. https://doi.org/10.1093/humrep/16.2.221

  16. Ezoe K., Daikoku T., Yabuuchi A., Murata N., Kawano H., Abe T., Okuno T., Kobayashi T., Kato K. Ovarian stimulation using human chorionic gonadotrophin impairs blastocyst implantation and decidualization by altering ovarian hormone levels and downstream signaling in mice. Mol. Hum. Reprod. 2014. 20 (11): 1101–1116. https://doi.org/10.1093/molehr/gau065

  17. Feather-Schussler D.N., Ferguson T.S. A battery of motor tests in a neonatal mouse model of cerebral palsy. J. Vis. Exp. 2016. (117): 53569. https://doi.org/10.3791/53569

  18. Fournier T., Guibourdenche J., Evain-Brion D. Review: hCGs: different sources of production, different glycoforms and functions. Placenta. 2015. 36 (1): 60. https://doi.org/10.1016/j.placenta.2015.02.002

  19. Fox W.M. Reflex-ontogeny and behavioural development of the mouse. Anim. Behav. 1965. 13 (2): 234–241. https://doi.org/10.1016/0003-3472(65)90041-2

  20. Gallego M.J., Porayette P., Kaltcheva M.M., Bowen R.L., Vadakkadath Meethal S., Atwood C.S. The pregnancy hormones human chorionic gonadotropin and progesterone induce human embryonic stem cell proliferation and differentiation into neuroectodermal rosettes. Stem. Cell. Res. Ther. 2010. 1 (4): 28. https://doi.org/10.1186/scrt28

  21. Hasegawa A., Mochida K., Inoue H., Noda Y., Endo T., Watanabe G., Ogura A. High-yield superovulation in adult mice by anti-inhibin serum treatment combined with estrous cycle synchronization. Biol. Reprod. 2016. 94 (1): 21. https://doi.org/10.1095/biolreprod.115.134023

  22. Heyser C.J. Assessment of developmental milestones in rodents. Curr. Protoc. Neurosci. 2004. Chapter 8 Unit 8: 18. https://doi.org/10.1002/0471142301.ns0818s25

  23. Huo Y., Yan Z.Q., Yuan P., Qin M., Kuo Y., Li R., Yan L.Y., Feng H.L., Qiao J. Single-cell DNA methylation sequencing reveals epigenetic alterations in mouse oocytes superovulated with different dosages of gonadotropins. Clin. Epigenetics. 2020. 12: 75. https://doi.org/10.1186/s13148-020-00866-w

  24. Jahanshahi M., Saeidi M., Nikmahzar E., Babakordi F., Bahlakeh G. Effects of hCG on reduced numbers of hCG receptors in the prefrontal cortex and cerebellum of rat models of Alzheimer’s disease. Biotech. Histochem. 2019. 94 (5): 360–365. https://doi.org/10.1080/10520295.2019.1571228

  25. Lee M., Ahn J.I., Lee A.R., Ko D.W., Yang W.S., Lee G., Ahn J.M., Lim J.M. Adverse effect of superovulation treatment on maturation, function and ultrastructural integrity of murine oocytes. Mol. Cells. 2017. 40 (8): 558–566. https://doi.org/10.14348/molcells.2017.0058

  26. Lei Z.M., Rao C.V. Neural actions of luteinizing hormone and human chorionic gonadotropin. Semin. Reprod. Med. 2001. 19 (1): 103–9. https://doi.org/10.1055/s-2001-13917

  27. Liu L., Gao J., He X., Cai Y., Wang L., Fan X. Association between assisted reproductive technology and the risk of autism spectrum disorders in the offspring: a meta-analysis. Sci. Rep. 2017. 7: 46207. https://doi.org/10.1038/srep46207

  28. Lukacs H., Hiatt E.S., Lei Z.M., Rao Ch.V. Peripheral and intracerebroventricular administration of human chorionic gonadotropin alters several hippocampus-associated behaviors in cycling female rats. Horm. Behav. 1995. 29 (1): 42–58. https://doi.org/10.1006/hbeh.1995.1004

  29. Luo C., Zuniga J., Edison E., Palla S., Dong W., Parker-Thornburg J. Superovulation strategies for 6 commonly used mouse strains. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 2011. 50 (4): 471–478. PMID: 21838974

  30. Lussier J.G., Diouf M.N., Levesque V., Sirois J., Ndiaye K. Gene expression profiling of upregulated mRNAs in granulosa cells of bovine ovulatory follicles following stimulation with hCG. Reprod. Biol. Endocrinol. 2017. 15: 88. https://doi.org/10.1186/s12958-017-0306-x

  31. Ma M., Wang J., Xu L., Zhang Q., Du B., Jiang X., Shi Q., Zhou L., Li B., Saito H., Kurachi H. Effects of two human chorionic gonadotropin doses administered to the ovarian states during the in vitro fertilization and embryo transfer program. Biomed. Rep. 2015. 3 (2): 215–219. https://doi.org/10.3892/br.2014.391

  32. Mainigi M., Rosenzweig J.M., Lei J., Mensah V., Thomaier L., Talbot Jr C.C., Olalere D., Ord T., Rozzah R., Johnston M.V., Burd I. Peri-implantation hormonal milieu: elucidating mechanisms of adverse neurodevelopmental outcomes. Reprod. Sci. 2016. 23 (6): 785–794. https://doi.org/10.1177/1933719115618280

  33. Mazumder A.G., Patial V., Singh D. Mycophenolate mofetil contributes to downregulation of the hippocampal interleukin type 2 and 1β mediated PI3K/AKT/mTOR pathway hyperactivation and attenuates neurobehavioral comorbidities in a rat model of temporal lobe epilepsy. Brain. Behav. Immun. 2019. 75: 84–93. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2018.09.020

  34. Movsas T.Z., Weiner R.L., Greenberg M.B., Holtzman D.M., Galindo R. Pretreatment with human chorionic gonadotropin protects the neonatal brain against the effects of hypoxic-ischemic injury. Front. Pediatr. 2017. 5: 232. https://doi.org/10.3389/fped.2017.00232

  35. Paxinos G., Franklin K. Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates, 4th ed., Academic Press, 2012.

  36. Ponjaert-Kristoffersen I., Bonduelle M., Barnes J., Nekkebroeck J., Loft A., Wennerholm U-B., Tarlatzis B.C., Peters C., Hagberg B.S., Berner A., Sutcliffe A.G. International collaborative study of intracytoplasmic sperm injection-conceived, in vitro fertilization-conceived, and naturally conceived 5-year-old child outcomes: cognitive and motor assessments. Pediatrics. 2005. 115 (3): e283–289. https://doi.org/10.1542/peds.2004-1445

  37. Ptacek J.M., Fagan-Dubin L. Developmental changes in neuron size and density in the visual cortex and superior colliculus of the postnatal golden hamster. J. Comp. Neurol. 1974. 158 (3): 237–242. https://doi.org/10.1002/cne.901580302

  38. Quaas A.M., Legro R.S. Pharmacology of medications used for ovarian stimulation. Best. Pract. Res. Clin. Endocrinol. Metabol. 2019. 33: 21–33. https://doi.org/10.1016/j.beem.2018.10.002

  39. Ramos-Ibeas P., Heras S., Gomez-Redondo I., Planells B., Fernandez-Gonzalez R., Pericuesta E., Laguna-Barraza R., Perez-Cerezales S., Gutierrez-Adan A. Embryo responses to stress induced by assisted reproductive technologies. Mol. Reprod. Dev. 2019. 86 (10): 1292–1306. https://doi.org/10.1002/mrd.23119

  40. Reinert S., Hubener M., Bonhoeffer T., Goltstein P.M. Mouse prefrontal cortex represents learned rules for categorization. Nature. 2021. 593: 411–417. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03452-z

  41. Sandin S., Nygren K.G., Iliadou A., Hultman C.M., Reichenberg A. Autism and mental retardation among offspring born after in vitro fertilization. JAMA. 2013. 310: 75–84. https://doi.org/10.1001/jama.2013.7222

  42. Santos I.W., Binsfeld L.C., Weiss R.R., Kozicki L.E. Fertility rates of ewes treated with medroxyprogesterone and injected with equine chorionic gonadotropin plus human chorionic gonadotropin in anoestrous season. Vet. Med. Int. 2010. 2010: 978520. https://doi.org/10.4061/2010/978520

  43. SenGupta J., Gupta P.D., Manchanda S.K., Talwar G.P. Immunocytochemical localization of binding ‘sites’ for LH and hCG in preimplantation mouse embryos. J. Reprod. Fertil. 1978. 52 (1): 163–165. https://doi.org/10.1530/jrf.0.0520163

  44. Sunde A. Embryo culture and phenotype of the offspring. In Vitro Fertilization. 2019. 877–889. https://doi.org/10.1007/978-3-319-43011-9_74

  45. Tantitham C., Panunumpa S., Satirapod C. The effect of human chorionic gonadotropin on the in vitro development of immature to mature human oocytes: a randomized controlled study. J. Hum. Reprod. Sci. 2020. 13 (2): 133–137. https://doi.org/10.4103/jhrs.JHRS_1_20

  46. Uysal F., Ozturk S., Akkoyunlu G. Superovulation alters DNA methyltransferase protein expression in mouse oocytes and early embryos. J. Assist. Reprod. Genet. 2018. 35: 503–513. https://doi.org/10.1007/s10815-017-1087-z

  47. Wang Y., Ock S.A., Chian R.C. Effect of gonadotrophin stimulation on mouse oocyte quality and subsequent embryonic development in vitro. Reprod. Biomed. Online. 2006. 12 (3): 304–314. https://doi.org/10.1016/s1472-6483(10)61002-4

  48. Xiong Y., Hu L., Zhang T., Wang M., Xu H., Li T.C., Sun Y., Wang C.C. Effects of high progesterone in in-vitro fertilization cycle on DNA methylation and gene expression of adhesion molecules on endometrium during implantation window. J. Assist. Reprod. Genet. 2020. 37: 33–43. https://doi.org/10.1007/s10815-019-01623-6

  49. Yu B., Smith T.H., Battle S.L., Ferrell S., Hawkins R.D. Superovulation alters global DNA methylation in early mouse embryo development. Epigenetics. 2019. 14: 780–790. https://doi.org/10.1080/15592294.2019.1615353

  50. Zemla R., Basu J. Hippocampal function in rodents. Curr. Opin. Neurobiol. 2017. 43: 187–197. https://doi.org/10.1016/j.conb.2017.04.005

Дополнительные материалы отсутствуют.