Экспрессия гена Fos и некоторых связанных с ним генов в гипоталамусе гипертензивных крыс НИСАГ (ISIAH) при воздействии рестрикционного стресса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Стрессовые воздействия могут играть значимую роль в развитии артериальной гипертонии и многих других осложнений сердечно-сосудистых заболеваний. Изучению молекулярных механизмов, вовлеченных в ответ организма на стрессовые воздействия, уделяется значительное внимание, но в понимании деталей этих механизмов все еще остается много белых пятен. Крысы линии НИСАГ моделируют стресс-чувствительную форму артериальной гипертонии. Они характеризуются генетически обусловленной повышенной активностью гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной и симпато-адреномедуллярной систем, что предполагает функциональное состояние повышенной стресс-реактивности. Впервые в гипоталамусе взрослых самцов гипертензивных крыс НИСАГ исследована динамика экспрессии гена Fos и некоторых связанных с ним генов после однократного воздействия рестрикционного стресса разной продолжительности (30, 60 и 120 мин). Показана активация транскрипции гена Fos с пиком через 1 ч после начала такого воздействия. Динамика активации гена Fos совпадает с динамикой увеличения артериального давления. В процессе активации нейронов гипоталамуса изменяется уровень транскрипции и других генов, кодирующих транскрипционные факторы (Jun, Nr4a3, Jdp2, Ppargc1a), ассоциированные с развитием кардиоваскулярных заболеваний. Поскольку индукция Fos является маркером активации нейронов мозга, можно заключить, что повышенная стрессовая реактивность гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной и симпатоадреналовой систем гипертензивных крыс НИСАГ при кратковременном рестрикционном стрессе сопровождается активацией нейронов гипоталамуса и повышением уровня артериального давления.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Маковка

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: makovkayv@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск, 630090; Новосибирск, 630090

Л. А. Федосеева

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: makovkayv@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск, 630090

Д. Ю. Ощепков

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: makovkayv@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск, 630090

А. Л. Маркель

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Email: makovkayv@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск, 630090; Новосибирск, 630090

О. Е. Редина

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: makovkayv@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск, 630090

Список литературы

  1. Markel A.L. (1992) Development of a new strain of rats with inherited stress-induced arterial hypertension. Genetic Hypertension. 218, 405–407.
  2. Markel A.L., Maslova L.N., Shishkina G.T., Bulygina V.V., Machanova N.A., Jacobson G.S. (1999) Developmental influences on blood pressure regulation in ISIAH rats. Dev. Нypertensive Phenotype: Basic and Clin. Studies. 19, 493–526.
  3. Markel A.L., Redina O.E., Gilinsky M.A., Dymshits G.M., Kalashnikova E.V., Khvorostova Y.V., Fedoseeva L.A., Jacobson G.S. (2007) Neuroendocrine profiling in inherited stress-induced arterial hypertension rat strain with stress-sensitive arterial hypertension. J. Endocrinol. 195, 439–450.
  4. Redina O.E., Smolenskaya S.E., Polityko Y.K., Ershov N.I., Gilinsky M.A., Markel A.L. (2021). Hypothalamic norepinephrine concentration and heart mass in hypertensive ISIAH rats are associated with a genetic locus on chromosome 18. J. Pers. Med. 11(2), 67.
  5. Klimov L.O., Ershov N.I., Efimov V.M., Markel A.L., Redina O.E. (2016) Genome-wide transcriptome analysis of hypothalamus in rats with inherited stress-induced arterial hypertension. BMC Genet. 17(Suppl 1), 13.
  6. Fedoseeva L.A., Klimov L.O., Ershov N.I., Alexandrovich Y.V., Efimov V.M., Markel A.L., Redina O.E. (2016) Molecular determinants of the adrenal gland functioning related to stress-sensitive hypertension in ISIAH rats. BMC Genomics. 17(Suppl 14), 989.
  7. Fedoseeva L.A., Ryazanova M.A., Ershov N.I., Markel A.L., Redina O.E. (2016) Comparative transcriptional profiling of renal cortex in rats with inherited stress-induced arterial hypertension and normotensive Wistar Albino Glaxo rats. BMC Genet. 17(Suppl 1), 12.
  8. Ryazanova M.A., Fedoseeva L.A., Ershov N.I., Efimov V.M., Markel A.L., Redina O.E. (2016) The gene-expression profile of renal medulla in ISIAH rats with inherited stress-induced arterial hypertension. BMC Genet. 17(Suppl 3), 151.
  9. Fedoseeva L.A., Klimov L.O., Ershov N.I., Efimov V.M., Markel A.L., Orlov Y.L., Redina O.E. (2019) The differences in brain stem transcriptional profiling in hypertensive ISIAH and normotensive WAG rats. BMC Genomics. 20, 297.
  10. Пыльник Т.О., Плетнева Л.С., Редина О.Е., Смоленская С.Э., Маркель А.Л., Иванова Л.Н. (2011) Влияние эмоционального стресса на экспрессию мРНК гена α-ENaC в почке гипертензивных крыс линии НИСАГ. Докл. Акад. Наук. 439(4), 563–565.
  11. Абрамова Т.О., Редина О.Е., Смоленская Ю.П., Маркель А. (2013) Усиленная экспрессия гена EPHX2 в почках гипертензивных крыс НИСАГ. Молекуляр. биология. 47(6), 942–948.
  12. Абрамова Т.О., Смоленская С.Э., Антонов E.В., Редина О.Е., Маркель А.Л. (2016) Экспрессия генов катехол-о-метилтрансферазы (COMT), минералокортикоидного рецептора (MLR) и эпителиального натриевого канала (ENAC) в почках гипертензивных крыс линии НИСАГ (ISIAH) в покое и при ответе на стресс. Генетика. 52(2), 180–187.
  13. Senba E., Ueyama T. (1997) Stress-induced expression of immediate early genes in the brain and peripheral organs of the rat. Neurosci. Res. 29, 183–207.
  14. Girotti M., Weinberg M.S., Spencer R.L. (2007) Differential responses of hypothalamus-pituitary-adrenal axis immediate early genes to corticosterone and circadian drive. Endocrinology. 148, 2542–2552.
  15. Mansi J.A., Rivest S., Drolet G. (1998) Effect of immobilization stress on transcriptional activity of inducible immediate-early genes, corticotropin-releasing factor, its type 1 receptor, and enkephalin in the hypothalamus of borderline hypertensive rats. J. Neurochem. 70, 1556–1566.
  16. Kovacs K.J. (2008) Measurement of immediate-early gene activation – c-fos and beyond. J. Neuroendocrinol. 20, 665–672.
  17. Guez-Barber D., Fanous S., Golden S.A., Schrama R., Koya E., Stern A.L., Bossert J.M., Harvey B.K., Picciotto M.R., Hope B.T. (2011) FACS identifies unique cocaine-induced gene regulation in selectively activated adult striatal neurons. J. Neurosci. 31, 4251–4259.
  18. Okuno H. (2011) Regulation and function of immediate-early genes in the brain: beyond neuronal activity markers. Neurosci. Res. 69, 175–186.
  19. Melia K.R., Ryabinin A.E., Schroeder R., Bloom F.E., Wilson M.C. (1994) Induction and habituation of immediate early gene expression in rat brain by acute and repeated restraint stress. J. Neurosci. 14, 5929–5938.
  20. Girotti M., Pace T.W., Gaylord R.I., Rubin B.A., Herman J.P., Spencer R.L. (2006) Habituation to repeated restraint stress is associated with lack of stress-induced c-fos expression in primary sensory processing areas of the rat brain. Neuroscience. 138, 1067–1081.
  21. Foletta V.C., Segal D.H., Cohen D.R. (1998) Transcriptional regulation in the immune system: all roads lead to AP-1. J. Leukoc. Biol. 63, 139–152.
  22. Aronheim A., Zandi E., Hennemann H., Elledge S.J., Karin M. (1997) Isolation of an AP-1 repressor by a novel method for detecting protein-protein interactions. Mol. Cell. Biol. 17, 3094–3102.
  23. Katz S., Heinrich R., Aronheim A. (2001) The AP-1 repressor, JDP2, is a bona fide substrate for the c-Jun N-terminal kinase. FEBS Lett. 506, 196–200.
  24. Odagiu L., Boulet S., Maurice De Sousa D., Daudelin J.F., Nicolas S., Labrecque N. (2020) Early programming of CD8(+) T cell response by the orphan nuclear receptor NR4A3. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 117, 24392–24402.
  25. Baresic M., Salatino S., Kupr B., van Nimwegen E., Handschin C. (2014) Transcriptional network analysis in muscle reveals AP-1 as a partner of PGC-1alpha in the regulation of the hypoxic gene program. Mol. Cell. Biol. 34, 2996–3012.
  26. Wenz T. (2013) Regulation of mitochondrial biogenesis and PGC-1alpha under cellular stress. Mitochondrion. 13, 134–142.
  27. McMeekin L.J., Joyce K.L., Jenkins L.M., Bohannon B.M., Patel K.D., Bohannon A.S., Patel A., Fox S.N., Simmons M.S., Day J.J., Kralli A., Crossman D.K., Cowell R.M. (2021) Estrogen-related receptor alpha (ERRalpha) is required for PGC-1alpha-dependent gene expression in the mouse brain. Neuroscience. 479, 70–90.
  28. Hausl A.S., Brix L.M., Hartmann J., Pohlmann M.L., Lopez J.P., Menegaz D., Brivio E., Engelhardt C., Roeh S., Bajaj T., Rudolph L., Stoffel R., Hafner K., Goss H.M., Reul J., Deussing J.M., Eder M., Ressler K.J., Gassen N.C., Chen A., Schmidt M.V. (2021) The co-chaperone Fkbp5 shapes the acute stress response in the paraventricular nucleus of the hypothalamus of male mice. Mol. Psychiatry. 26, 3060–3076.
  29. Ginzinger D.G. (2002) Gene quantification using real-time quantitative PCR: an emerging technology hits the mainstream. Exp. Hematol. 30, 503–512.
  30. Imaki T., Shibasaki T., Chikada N., Harada S., Naruse M., Demura H. (1996) Different expression of immediate-early genes in the rat paraventricular nucleus induced by stress: relation to corticotropin-releasing factor gene transcription. Endocr. J. 43, 629–638.
  31. Imaki T., Naruse M., Harada S., Chikada N., Nakajima K., Yoshimoto T., Demura H. (1998) Stress-induced changes of gene expression in the paraventricular nucleus are enhanced in spontaneously hypertensive rats. J. Neuroendocrinol. 10, 635–643.
  32. Budzikowski A.S., Vahid-Ansari F., Leenen F.H. (1998) Chronic activation of brain areas by high-sodium diet in Dahl salt-sensitive rats. Am. J. Physiol. 274, H2046–2052.
  33. Rivest S., Laflamme N. (1995) Neuronal activity and neuropeptide gene transcription in the brains of immune-challenged rats. J. Neuroendocrinol. 7, 501–525.
  34. Cullinan W.E., Herman J.P., Battaglia D.F., Akil H., Watson S.J. (1995) Pattern and time course of immediate early gene expression in rat brain following acute stress. Neuroscience. 64, 477–505.
  35. Crane J.W., French K.R., Buller K.M. (2005) Patterns of neuronal activation in the rat brain and spinal cord in response to increasing durations of restraint stress. Stress. 8, 199–211.
  36. Karin M., Chang L. (2001) AP-1–glucocorticoid receptor crosstalk taken to a higher level. J. Endocrinol. 169, 447–451.
  37. Itoi K., Motoike I., Liu Y., Clokie S., Iwasaki Y., Uchida K., Sato T., Aguilera G. (2019) Genome-wide analysis of glucocorticoid-responsive transcripts in the hypothalamic paraventricular region of male rats. Endocrinology. 160, 38–54.
  38. Kvetnansky R., Sabban E.L., Palkovits M. (2009) Catecholaminergic systems in stress: structural and molecular genetic approaches. Physiol. Rev. 89, 535–606.
  39. Daftary S.S., Boudaba C., Tasker J.G. (2000) Noradrenergic regulation of parvocellular neurons in the rat hypothalamic paraventricular nucleus. Neuroscience. 96, 743–751.
  40. Perez D.M. (2020) Alpha(1)-adrenergic receptors in neurotransmission, synaptic plasticity, and cognition. Front. Pharmacol. 11, 581098.
  41. Morris D.P., Lei B., Longo L.D., Bomsztyk K., Schwinn D.A., Michelotti G.A. (2015) Temporal dissection of rate limiting transcriptional events using Pol II ChIP and RNA analysis of adrenergic stress gene activation. PLoS One. 10, e0134442.
  42. Ang S.A., Harrison J.L., Powers-Martin K., Reddrop C., McKitrick D.J., Holobotovskyy V.V., Arnolda L.F., Phillips J.K. (2007) C-Fos activation in renal hypertension. Hypertension. 49, 1468–1468.
  43. Maiti P., Singh S.B., Sharma A.K., Muthuraju S., Banerjee P.K., Ilavazhagan G. (2006) Hypobaric hypoxia induces oxidative stress in rat brain. Neurochem. Int. 49, 709–716.
  44. Zafir A., Banu N. (2009) Induction of oxidative stress by restraint stress and corticosterone treatments in rats. Indian J. Biochem. Biophys. 46, 53–58.
  45. Dal Santo G., Conterato G.M., Barcellos L.J., Rosemberg D.B., Piato A.L. (2014) Acute restraint stress induces an imbalance in the oxidative status of the zebrafish brain. Neurosci. Lett. 558, 103–108.
  46. Liu D., Ma Z., Xu L., Zhang X., Qiao S., Yuan J. (2019) PGC1alpha activation by pterostilbene ameliorates acute doxorubicin cardiotoxicity by reducing oxidative stress via enhancing AMPK and SIRT1 cascades. Aging (Albany NY). 11, 10061–10073.
  47. Zhao X., Liu F., Jin H., Li R., Wang Y., Zhang W., Wang H., Chen W. (2017) Involvement of PKCalpha and ERK1/2 signaling pathways in EGCG’s protection against stress-induced neural injuries in Wistar rats. Neuroscience. 346, 226–237.
  48. Pang D., Yang C., Luo Q., Li C., Liu W., Li L., Zou Y., Feng B., Chen Z., Huang C. (2020) Soy isoflavones improve the oxidative stress induced hypothalamic inflammation and apoptosis in high fat diet-induced obese male mice through PGC1-alpha pathway. Aging (Albany NY). 12, 8710–8727.
  49. Lucas E.K., Dougherty S.E., McMeekin L.J., Reid C.S., Dobrunz L.E., West A.B., Hablitz J.J., Cowell R.M. (2014) PGC-1alpha provides a transcriptional framework for synchronous neurotransmitter release from parvalbumin-positive interneurons. J. Neurosci. 34, 14375–14387.
  50. Lin J., Wu P.H., Tarr P.T., Lindenberg K.S., St-Pierre J., Zhang C.Y., Mootha V.K., Jager S., Vianna C.R., Reznick R.M., Cui L., Manieri M., Donovan M.X., Wu Z., Cooper M.P., Fan M.C., Rohas L.M., Zavacki A.M., Cinti S., Shulman G.I., Lowell B.B., Krainc D., Spiegelman B.M. (2004) Defects in adaptive energy metabolism with CNS-linked hyperactivity in PGC-1alpha null mice. Cell. 119, 121–135.
  51. Fan W., Evans R. (2015) PPARs and ERRs: molecular mediators of mitochondrial metabolism. Curr. Opin. Cell. Biol. 33, 49–54.
  52. Zhao Q., Zhang J., Wang H. (2015) PGC-1alpha overexpression suppresses blood pressure elevation in DOCA-salt hypertensive mice. Biosci. Rep. 35, e00217.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика изменений содержания мРНК генов сравнения в гипоталамусе крыс НИСАГ при воздействии рестрикционного стресса разной продолжительности.

Скачать (64KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние рестрикционного стресса разной продолжительности на уровень артериального давления (АД) у самцов гипертензивных крыс НИСАГ. **p < 0.01; ***p < 0.001 по сравнению с базальным уровнем АД; #p < 0.05 по сравнению с уровнем АД в группе крыс после 30 мин рестрикционного стресса (тест Стьюдента); &среднепопуляционный уровень базального АД (по данным [3]).

Скачать (71KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Динамика стресс-индуцированных изменений содержания мРНК генов раннего ответа в гипоталамусе крыс НИСАГ при воздействии рестрикционного стресса разной продолжительности: Fos (а), Jun (б), Nr4a3 (в), Jdp2 (г), Ppargc1a (д), Esrra (е). *p < 0.05; **p < 0.01 и ***p < 0.001 по сравнению с контролем, #p < 0.05; ##p < 0.01 по сравнению с группой 30-минутного стресса; &p < 0.05 по сравнению с 1-часовым стрессом (Post-hoc, LSD test).

Скачать (359KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024