Alterations in the Level of mRNA of  Tph1 ,  Tph2  Genes, Tryptophan Hydroxylase Activity and Serotonin Metabolism in Mouse Brain 5 Days after Lipopolysaccharide Administration

D. V. Sherbakov; Щербаков Д. В.; A. B. Arefieva; Арефьева А. Б.; P. D. Komleva; Комлева П. Д.; A. E. Iz’urov; Изъюров А. Е.; N. V. Khotskin; Хоцкин Н. В.; D. V. Bazovkina; Базовкина Д. В.; A. V. Kulikov; Куликов А. В.

doi:10.31857/S0026898423020209

Изменения уровня мРНК генов Tph1, Tph2, активности триптофангидроксилазы и метаболизма серотонина в мозге мышей через 5 суток после введения липополисахарида

Авторы: Щербаков Д.В.¹, Арефьева А.Б.¹, Комлева П.Д.¹, Изъюров А.Е.¹, Хоцкин Н.В.¹, Базовкина Д.В.¹, Куликов А.В.¹
Учреждения:
1. Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Выпуск: Том 57, № 2 (2023)
Страницы: 299-306
Раздел: МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ: ОТ РЕПАРАЦИИ ДНК ДО МЕТАБОЛОМИКИ
URL: https://innoscience.ru/0026-8984/article/view/655442
DOI: https://doi.org/10.31857/S0026898423020209
EDN: https://elibrary.ru/EEWKAW
ID: 655442

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Триптофангидроксилазы 1 и 2 (ТПГ1 и ТПГ2) играют ключевую роль в синтезе гормона и медиатора серотонина (5-HT) в периферических тканях и 5-HT нейронах соответственно. С целью изучения роли ТПГ1 в головном мозге мыши определили уровень мРНК гена Tph1 в разных структурах мозга мышей в норме и при воспалении и сравнили его с уровнем мРНК гена Tph2, с активностью ТПГ и метаболизмом 5-HT. Опыты проводили на трех группах молодых (4 недели) самцов мышей линии C57BL/6 (интактных, контрольных, которым вводили в/б физиологический раствор, и опытных, у которых воспаление моделировали однократным в/б введением липополисахарида (2 мг/кг, ЛПС)). Через 5 суток после введения физиологического раствора или ЛПС определяли маркеры воспаления, массу селезенки и тимуса. В коре головного мозга, гиппокампе, стриатуме, гипоталамусе и среднем мозге с помощью ВЭЖХ оценивали уровень 5-HT и его метаболита – 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-HIAA), активность ТПГ. Уровень мРНК генов Tph1 и Tph2 определяли методом количественной ОТ-ПЦР. Через 5 суток после введения ЛПС наблюдали значительное увеличение массы селезенки и уменьшение массы тимуса. Выявлено значительное увеличение уровня 5-HT и 5-HIAA в среднем мозге и снижение уровня 5-HIAA и активности ТПГ в гипоталамусе мышей, которым вводили физиологический раствор и ЛПС, по сравнению с интактными мышами. Уровень мРНК гена Tph2 была максимальной в среднем мозге, где расположены тела 5-HT нейронов, тогда как в коре, гиппокампе, стриатуме и гипоталамусе уровень мРНК этого гена был в несколько раз ниже. В среднем мозге мышей всех групп уровень мРНК гена Tph1 был в несколько сотен раз ниже, чем уровень мРНК гена Tph2. Таким образом, в мозге мышей ТПГ1 экспрессируется на слишком низком уровне, чтобы существенно влиять на синтез 5-HT в норме и при воспалении.

Ключевые слова

мыши, триптофангидроксилазы 1 и 2, серотонин, липополисахарид, головной мозг

Список литературы

Gaspar P., Lillesaar C. (2012) Probing the diversity of serotonin neurons. Philos. Trans. R Soc. Lond. B Biol. Sci. 367, 2382–2394.
Willner P., Scheel-Krüger J., Belzung C. (2013) The neurobiology of depression and antidepressant action. Neurosci. Biobehav. Rev. 37, 2331–2371.
Hamon M., Blier P. (2013) Monoamine neurocircuitry in depression and strategies for new treatments. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 45, 54–63.
Miller B.R., Hen R. (2015) The current state of the neurogenic theory of depression and anxiety. Curr. Opin. Neurobiol. 30, 51–58.
Walther D.J., Peter J.U., Bashammakh S., Hörtnagl H., Voits M., Fink H., Bader M. (2003) Synthesis of serotonin by a second tryptophan hydroxylase isoform. Science. 299, 76.
Walther D.J., Bader M. (2003) A unique central tryptophan hydroxylase isoform. Biochem. Pharmacol. 66, 1673–1680.
Patel P.D., Pontrello C., Burke S. (2004) Robust and tissue-specific expression of TPH2 versus TPH1 in rat raphe and pineal gland. Biol. Psychiatry. 55, 428–433
Sakowski S.A., Geddes T.J., Thomas D.M., Levi E., Hatfield J.S., Kuhn D.M. (2006) Differential tissue distribution of tryptophan hydroxylase isoforms 1 and 2 as revealed with monospecific antibodies. Brain Res. 1085, 11–18.
Savelieva K.V., Zhao S., Pogorelov V.M., Rajan I., Yang Q., Cullinan E., Lanthorn T.H. (2008) Genetic disruption of both tryptophan hydroxylase genes dramatically reduces serotonin and affects behavior in models sensitive to antidepressants. PLoS One. 3, e3301.
Megha K., Deshmukh P.S., Ravi A.K., Tripathi A.K., Abegaonkar M.P., Banerjee B.D. (2015) Effect of low-intensity microwave radiation on monoamine neurotransmitters and their key regulating enzymes in rat brain. Cell Biochem. Biophys. 73, 93–100.
Igarashi K., Kuchiiwa T., Kuchiiwa S., Iwai H., Tomita K., Sato T. (2021) Kamishoyosan (a Japanese traditional herbal formula), which effectively reduces the aggressive biting behavior of male and female mice, and potential regulation through increase of Tph1, Tph2, and Esr2 mRNA levels. Brain Res. 1768, 147580.
Browne C.A., O’Brien F.E., Connor T.J., Dinan T.G., Cryan J.F. (2012) Differential lipopolysaccharide-induced immune alterations in the hippocampus of two mouse strains: effects of stress. Neurosci. 6, 237–248.
Zill P., Büttner A., Eisenmenger W., Möller H.J., Ackenheil M., Bondy B. (2007) Analysis of tryptophan hydroxylase I and II mRNA expression in the human brain: a post-mortem study. J. Psychiatr. Res. 41, 168–173.
Zill P., Büttner A., Eisenmenger W., Müller J., Möller H.J., Bondy B. (2009) Predominant expression of tryptophan hydroxylase 1 mRNA in the pituitary: a postmortem study in human brain. Neuroscience. 159, 1274–1282.
Sugden K., Tichopad A., Khan N., Craig I.W., D’Souza U.M. (2009) Genes within the serotonergic system are differentially expressed in human brain. BMC. Neurosci. 10, 50.
Сорокин И.Е., Евсюкова В.С., Куликов А.В. (2022) Влияние короткого светового дня на поведение и серотониновую систему головного мозга рыб вида Danio rerio. Бюлл. Эксп. Биол. Мед. 173, 279–284.
Kulikov A.V., Naumenko V.S., Voronova I.P., Tikhonova M.A., Popova N.K. (2005) Quantitative RT-PCR of 5-HT1A and 5-HT2A serotonin receptor mRNAs using genomic DNA as an standard. J. Neurosci. Meth. 141, 97–101.
Науменко В.С., Куликов А.В. (2006) Количественное определение экспрессии гена 5-НТ1А серотонинового рецептора в головном мозге. Молекуляр. биология. 40, 37–44.
Bazhenova E.Y., Bazovkina D.V., Kulikova E.A., Fursenko D.V., Khotskin N.V., Lichman D.V., Kulikov A.V. (2017) C1473G polymorphism in mouse tryptophan hydroxylase-2 gene in the regulation of the reaction to emotional stress. Neurosci. Lett. 640, 105–110.
Bonthuis P.J., Huang W.C., Stacher Hörndli C.N., Ferris E., Cheng T., Gregg C. (2015) Noncanonical genomic imprinting effects in offspring. Cell Rep. 12, 979–991.
Livak K.J., Schmittgen T.D: (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) method. Methods. 25, 402–408.
Evsiukova V.S., Kulikova E.A., Kulikov A.V. (2021) Age-related alterations in the behavior and serotonin-related gene mRNA levels in the brain of males and females of short-lived turquoise killifish (Nothobranchius furzeri). Biomolecules. 11, 1421.