Исследование нейродегенеративных изменений в области СА1 дорсального гиппокампа у взрослых крыс, перенесших пренатальную гипергомоцистеинемию

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Работа посвящена исследованию нейродегенеративных изменений в ультраструктурной организации СА1 гиппокампа у взрослых крыс, перенесших пренатальную гипергомоцистеинемию (пГГЦ). Методом электронной микроскопии в нейронных сетях области СА1 дорсального гиппокампа у взрослых крыс с пГГЦ, в отличие от контрольных животных, обнаружены признаки патологических изменений: дегенерация пирамидных нейронов, разрушение миелиновой оболочки аксонов, а также деструкция осевых цилиндров базальных и апикальных дендритов, направленных от нейронов пирамидного слоя в сторону tractus temporoammonic или коллатералей Шаффера соответственно. У контрольных животных на дистальных ответвлениях дендритов в слоях stratum oriens и stratum radiatum с помощью метода Гольджи выявлена густая сеть варикозных дендритных расширений, обеспечивающих увеличение площади синаптических контактов. У крыс, перенесших пГГЦ, в этих дендритных варикозных расширениях обнаруживаются значительные деструктивные изменения: разрушение крист митохондрий и появление расширенных цистерн. У взрослых крыс с пГГЦ полностью нивелирует предпочтение запаха валерианы, являющегося в норме физиологически значимым стимулом, что свидетельствует о негативном влиянии пГГЦ на работу обонятельного анализатора, деятельность которого тесно связана с гиппокампом. Полученные факты свидетельствуют о пагубном действии гомоцистеина на структуру и межнейронные связи в нервной ткани области СА1 дорсального гиппокампа как морфологического субстрата для интеграции поступающих в него стимулов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Л. Туманова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: dvasilyev@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург

Д. С. Васильев

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: dvasilyev@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург

Н. М. Дубровская

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: dvasilyev@bk.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Арутюнян А.В., Милютина Ю.П., Залозняя И.В., Пустыгина А.В., Козина Л.С., Кореневский А.В. Использование различных экспериментальных моделей гипергомоцистеинемии в нейрохимических исследованиях. Нейрохимия. 2012. Т. 29. № 2. С. 83. (Arutjunyan A., Kozina L., Stvolinskiy S., Bulygina Y., Mashkina A., Khavinson V. 2012. Pinealon protects the rat offspring from prenatal hyperhomocysteinemia. Int. J. Clin. Exper. Med. 5(2). Р. 179).
  2. Белехова М. Г., Туманова Н. Л. Структурные основы слухо-соматического взаимодействия в мозгу черепахи Еmys orbicularis. Дендритный обмен между ядрами. Журнал эвол. биохим. и физиол. 1988. Т. 24. № 3. С. 326. (Belekhova M.G., Tumanova N.L. 1988. Structural bases of audio-somatic interactions in turtle Еmys orbicularis brain. Dendrite exchange between nuclei. J. Evol. Biochem. Physiol. (Russ.) V. 24. P. 326.)
  3. Борякова Е.Е., Гладышева О.С., Крылов В.Н. Возрастная динамика обонятельной чувствительности у самок лабораторных мышей и крыс к запаху изовалериановой кислоты. Сенсорные системы. 2007. Т. 21. № 4. С. 341. (Boryakova E.E., Gladysheva O.S., Krylov V.N. 2007. Age dynamics of olfactory sensitivity in female laboratory mice and rats to the smell of isovaleric acid. Sensory systems. V. 21. P. 341.)
  4. Мельник С.А., Гладышева О.С., Крылов В.Н. Возрастные изменения обонятельной чувствительности самцов мышей к запаху изовалериановой кислоты. Сенсорные системы. 2009. Т. 23. № 2. С. 151. (Mel’nik S.A., Gladysheva O.S., Krylov V.N. 2009. Age-related changes in the olfactory sensitivity of male mice to the smell of isovaleric acid. Sensory systems. V. 23. P. 151.)
  5. Мельник С.А., Гладышева О.С., Крылов В.Н. Влияние предварительного воздействия паров изовалериановой кислоты на обонятельную чувствительность самцов домовой мыши. Сенсорные системы. 2012. Т. 26. № 1. С. 52. (Mel’nik S.A., Gladysheva O.S., Krylov V.N. 2012. Influence of preliminary exposure to isovaleric acid vapors on the olfactory sensitivity of male house mice. V. 26 P. 52.)
  6. Allen T.A., Fortin N.J. 2013. The evolution of episodic memory. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. V. 110. P. 10379.
  7. Berger T., Rubner P., Schautzer F., Egg R., Ulmer H., Mayringer I., Dilitz E., Deisenhammer F., Reindl M. 2003. Antimyelin antibodies as a predictor of clinically definite multiple sclerosis after a first demyelinating event. New England J. Med. V. 349. 139. doi: 10.1056/NEJMoa022328
  8. Bergmann E., Zur G., Bershadsky G., Kahn I. 2016. The organization of mouse and human corticohippocampal networks estimated by intrinsic functional connectivity. Cereb. Cortex. 26. Р. 4497–4512. https://doi.org/10.1093/cercor/bhw327
  9. Buckner R.L., Krienen F.M. 2013. The evolution of distributed association networks in the human brain. Trends Cogn. Sci. V. 17. P. 648. https://doi.org/10.1016/j.tics.2013.09.017
  10. Dubrovskaya N.M., Vasilev D.S., Tumanova N.L., Alekseeva O.S., Nalivaeva N.N. 2022. Prenatal hypoxia impairs olfactory function in postnatal ontogeny in rats. Neurosci. Behav. Physiol. V. 52. P. 262. https://doi.org/10.1007/s11055-022-01233-3
  11. Gass N., Schwarz A.J., Sartorius A., Schenker E., Risterucci C., Spedding M., Zheng L., Meyer-Lindenberg A., Weber-Fahr W. 2014. Sub-anesthetic ketamine modulates intrinsic BOLD connectivity within the hippocampal-prefrontal circuit in the rat. Neuropsychopharmacol. V. 39. P. 895.
  12. Ketelslegers I.A., Van Pelt D.E., Bryde S., Neuteboom R.F., Catsman-Berrevoets C.E., Hamann D., Hintzen R.Q. 2015. Anti-MOG antibodies plead against MS diagnosis in an acquired demyelinating syndromes cohort. Multiple Sclerosis. V. 21. P. 1513. doi: 10.1177/1352458514566666
  13. Kezuka T., Usui Y., Yamakawa N., Matsunaga Y., Matsuda R., Masuda M., Utsumi H., Tanaka K., Goto H. 2012. Relationship between NMO-antibody and anti-MOG antibody in optic neuritis. J. Neuro-Ophthalmol. V. 32. P. 107. doi: 10.1097/WNO.0b013e31823c9b6c
  14. Kitley J., Woodhall M., Waters P., Leite M.I., Devenney E., Craig J., Palace J., Vincent A. 2012. Myelin-oligodendrocyte glycoprotein antibodies in adults with a neuromyelitis optica phenotype. Neurology. 79 (12). Р. 1273–1277. doi: 10.1212/WNL.0b013e31826aac4e
  15. Liska A., Galbusera A., Schwarz A.J., Gozzi A. 2015. Functional connectivity hubs of the mouse brain. Neuroimage. V. 115. P. 281. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2015.04.033
  16. Lu J., Testa N., Jordan R., Elyan R., Kanekar S., Wang J., Eslinger P., Yang Q., Zhang B., Karunanayaka P. 2019. Functional connectivity between the resting-state olfactory network and the hippocampus in Alzheimer’s disease. Brain Sci. V. 9. P. 338. https://doi.org/10.3390/brainsci9120338
  17. Matsumoto-Oda A., Oda R., Hayashi Y., Murakami H., Maeda N., Kumazaki K., Shimizu K., Matsuzawa T. 2003. Vaginal fatty acids produced by chimpanzees during menstrual cycles. Folia Primatol (Basel). V. 74. P. 75. https://doi.org/10.1159/000070000
  18. Mechling A.E., Hübner N.S., Lee H-L., Hennig J., von Elverfeldt D., Harsan L-A. 2014. Fine-grained mapping of mouse brain functional connectivity with resting-state fMRI. Neuroimage. V. 96. P. 203. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2014.03.078
  19. Müller-Schwarze D., Müller-Schwarze C., Singer A.G., Silverstein R.M. 1974. Mammalian pheromone: identification of active component in the subauricular scent of the male pronghorn. Science. V. 183. P. 860. https://doi.org/10.1126/science.183.4127.860
  20. Paxinos G., Watson C. 2007. The rat brain in stereotaxic coordinates. Elsevier: Amsterdam-Boston.
  21. Postnikova T.Y., Amakhin D.V., Trofimova A.M., Tumanova N.L., Dubrovskaya N.M., Kalinina D.S., Kovalenko A.A., Shcherbitskaia A.D., Vasilev D.S., Zaitsev A.V. 2022. Maternal Hyperhomocysteinemia Produces Memory Deficits Associated with Impairment of Long-Term Synaptic Plasticity in Young Rats. Cells. V. 12. P. 58. https://doi.org/10.3390/cells12010058
  22. Ribaut-Barassin C., Dupont J-L., Haeberlé a-M., Bombarde G., Huber G., Moussaoui S., Mariani J., Bailly Y. 2003. Alzheimer’s disease proteins in cerebellar and hippocampal synapses during postnatal development and aging of the rat. Neurosci. V. 120. P. 405. doi: 10.1016/S0306-4522(03)00332-4
  23. Rice D., Barone S. 2000. Critical periods of vulnerability for the developing nervous system: Evidence from humans and animal models. Environ. Health Perspect. V. 108. P. 511. https://doi.org/10.1289/ehp.00108s3511
  24. Schwarz A.J., Gass N., Sartorius A., Zheng L., Spedding M., Schenker E., Risterucci C., Meyer-Lindenberg A., Weber-Fahr W. 2013. The low-frequency blood oxygenation level-dependent functional connectivity signature of the hippocampal-prefrontal network in the rat brain. Neurosci. V. 228. P. 243. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2012.10.032
  25. Shcherbitskaia A.D., Vasilev D.S., Milyutina Y.P., Tumanova N.L., Mikhel A.V., Zalozniaia I.V., Arutjunyan A.V. 2021. Prenatal hyperhomocysteinemia induces glial activation and alters neuroinflammatory marker expression in infant rat hippocampus. Cells. V. 10. P. 1536. https://doi.org/10.3390/cells10061536
  26. Vasilev D.S., Shcherbitskaia A.D., Tumanova N.L., Mikhel A.V., Milyutina Y.P., Kovalenko A.A., Dubrovskaya N.M., Inozemtseva D.B., Zalozniaia I.V., Arutjunyan A.V. 2023. Maternal hyperhomocysteinemia disturbs the mechanisms of embryonic brain development and its maturation in early postnatal ontogenesis. Cells. V. 12. P. 189. https://doi.org/10.3390/cells12010189
  27. Zhou G., Olofsson J.K., Koubeissi M.Z., Menelaou G., Rosenow J., Schuele S.U., Xug P., Voss J.L., Lane G., Zelano C. 2021. Human hippocampal connectivity is stronger in olfaction than other sensory systems. Progress Neurobiol. V. 201. P. 102027. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2021.102027

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Нейродегенеративные изменения клеток пирамидного слоя области СА1 дорсального гиппокампа у взрослых крыс, перенесших пГГЦ (б, г–з) в сравнении с контрольными (а, в); а, б — микрофотографии поля СА1 гиппокампа у крыс контрольных (а) и перенесших пГГЦ (б) крыс. Окраска по Нисслю, масштабная линейка: 30 мкм. Стрелками показаны пирамидные нейроны в состоянии хроматолиза; N — нейроны, D — дендриты. в–з — электроннограммы области СА1 гиппокампа крыс в контроле (в) и с пГГЦ (г–з); показаны хроматолиз (Chr, г), нейрофиламентозный тип клеточной дегенерации (д, е), выход нейрофиламентов в отросток нейрона (е), активация астроцитарной глии (ж) и аутофагосомы в цитоплазме нейрона (з). Ml — миелинизированные волокна, M — митохондрии, Nf — нейрофиламенты, Ag — отростки астроцитарной глии, Af — аутофагосомы

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Деструктивные изменения базальных дендритов области СА1 дорсального гиппокампа. Электроннограммы крыс контрольных (а–в) и с пГГЦ (г–к) в возрасте P90. С — цистерны, CHR — хроматолиз, D — дендриты, M — митохондрии, N — нейроны, S — синаптические терминали с контактами, Sp — дендритные шипики, Vr — варикозные расширения

Скачать (2MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Деструктивные изменения апикальных дендритов области СА1 дорсального гиппокампа. Электроннограммы крыс с пГГЦ в возрасте P90 (а–e). Ml — миелинизированные волокна, D — дендриты, M — митохондрии, Vr — варикозные расширения, С — цистерны, S — синаптические терминали с контактами, Sp — дендритные шипики

Скачать (965KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Структурная организация базальных и апикальных дендритов пирамидных нейронов области СА1 дорсального гиппокампа взрослых контрольных крыс: а — схематическое изображение цитоархитектоники области СА1 дорсального гиппокампа крыс; б–г — микрофотографии области СА1 дорсального гиппокампа взрослых (P90) контрольных крыс. Метод Гольджи, масштабная линейка 10 мкм, в центре располагается слой пирамидных нейронов (Str. pyramidale); в — варикозные расширения на базальных и апикальных дендритах пирамидных нейронов; г — мощные пучки базальных и апикальных дендритов с дендритными шипиками и варикозными расширениями; д, е — количественный анализ варикозных расширений (д) и дендритных шипиков (е) на участке базальных (Str. oriens) и апикальных (Str. radiatum) дендритов пирамидных нейронов у контрольных крыс; показаны средние значения и их ошибки. Обозначения: Str. — stratum, N — нейроны, AD — апикальные дендриты, D — дендриты, BD — базальные дендриты, Vr — варикозные расширения дендритов, Sp — дендритные шипики

Скачать (2MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Влияние пГГЦ на миелинизацию нервных волокон в поле дорсального гиппокампа крыс: электроннограммы крыс контрольных (а) и с пГГЦ (б) в возрасте P90. Ml — миелинизированные волокна, M — митохондрии; в–п — сравнение распределения гликопротеина олигодендроцитов (ГО, свечение FITC) в ткани печени (в) и области СА1 гиппокампа (г, д, ж, з, к, л, н, о) контрольных крыс (г, д, ж, з) и крыс с пГГЦ (к, л, н, о) в возрасте Р20 (г, д, к, л) и P90 (ж, з, н, о). Иммуногистохимическое окрашивание, масштабная линейка: 20 мкм; в — негативный контроль (ГО+-печень — полная иммунохимическая реакция на препарате ткани печени контрольной крысы на Р20) с первичными и вторичными антителами, масштаб: 40 мкм; г, ж, к, н — негативный контроль (ГО¯ — иммунохимическая реакция на препарате ткани гиппокампа в отсутствие первичных антител); е, и, м, п — индекс миелинизации, усл. ед. (разница в яркости свечения между исследуемым участком ткани и соответствующем ему негативным контролем ГО¯) — результаты денситометрии иммунохимического окрашивания ГО в слое stratum oriens (Str. ori.: е, и) и в слое stratum raditum (Str. rad.: м, п) у крыс на Р20 (е, м) и Р90 (и, п). Данные представлены в виде среднего и его ошибки. Звездочки показывают различия между контрольной группой и с пГГЦ на Р20 при P = 0.005 (**) и P = 0.0008 (***) (непараметрический критерий Манна–Уитни)

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схема распределения индексов предпочтения запаха одоранта взрослыми крысами — контрольными (а) и с пГГЦ (б). Индексы представлены разноцветными секторами и выражены числом подходов (средним значением и его ошибкой) к емкости с соответствующим одорантом натурального растительного масла в процентах от общего числа подходов ко всем емкостям. Черной границей выделен сектор, соответствующий физиологически значимому запаху валерианы. Штриховые линии между секторами указывают на статистически достоверные различия индексов предпочтения между одорантами у животных с пГГЦ. Объем каждой выборки n = 15. Однофакторный анализ ANOVA с последующим анализом post hock Бонферрони. * — предпочтение запаха валерианы относительно других пяти запахов достоверно при Р < 0.0001; # — предпочтение запаха полыни относительно гвоздики, а также запаха полыни относительно валерианы достоверны при Р < 0.05

Скачать (233KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах