Мутация C886T в гене TH снижает активность тирозингидроксилазы в головном мозге мышей

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Тирозингидроксилаза (TH) гидроксилирует L-тирозин до L-3,4-диоксифенилаланина, что представляет собой первую и ключевую стадию синтеза дофамина, норадреналина и адреналина. Мутации в гене TH человека ассоциированы с наследственными нарушениями моторики. В гене Th мыши выявлена встречающаяся у распространённых лабораторных линий мышей мутация C886T, приводящая к замене R278H в молекуле фермента. В работе исследовали влияние данной мутации на активность TH в среднем мозге мыши. Было показано, что активность TH в мозге мышей подвида Mus musculus сastaneus (CAST), гомозиготных по аллели 886C, выше, чем у мышей инбредных линий C57BL/6 и DBA/2, гомозиготных по аллели 886T. При этом такая разница в активности фермента не связана с изменением в уровне мРНК гена Th и концентрации белка TH. В среднем мозге мышей из популяции расщепляющихся интеркроссов F2 между C57BL/6 и CAST выявлено сцепление аллели 886C с высокой активностью фермента и полное доминирование данной аллели над аллелью 886T. В то же время данная мутация не влияла на уровень белка TH в мозге. Это доказывает, что мутация C886T является основным генетическим фактором, определяющим активность TH в мозге мышей распространённых лабораторных линий. Мутация C886T является первой спонтанной распространённой мутацией в гене Th мыши, для которой показано влияние на активность фермента. Полученный результат создаёт базу для углубления представлений о роли TH в механизмах адаптивного и патологического поведения, о молекулярных механизмах регуляции активности данного фермента и поиска фармакологических средств коррекции его активности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Алсаллум

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: v_kulikov@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

В. С. Москалюк

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН

Email: v_kulikov@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск

И. А. Рахов

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

Email: v_kulikov@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Д. В. Базовкина

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН

Email: v_kulikov@bionet.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. В. Куликов

Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

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

Список литературы

  1. Chinta, S. J., and Andersen, J. K. (2005) Dopaminergic neurons, Int. J. Biochem. Cell Biol., 37, 942-946, https:// doi.org/10.1016/j.biocel.2004.09.009.
  2. Björklund, A., and Dunnett, S. B. (2007) Dopamine neuron systems in the brain: an update, Trends Neurosci., 30, 194-202, https://doi.org/10.1016/j.tins.2007.03.006.
  3. Klein, M. O., Battagello, D. S., Cardoso, A. R., Hauser, D. N., Bittencourt, J. C., and Correa, R. G. (2019) Dopamine: functions, signaling, and association with neurological diseases, Cell. Mol. Neurobiol., 39, 31-59, https://doi.org/10.1007/s10571-018-0632-3.
  4. Channer, B., Matt, S. M., Nickoloff-Bybel, E. A., Pappa, V., Agarwal, Y., Wickman, J., and Gaskill, P. J. (2023) Dopamine, immunity, and disease, Pharmacol. Rev., 75, 62-158, https://doi.org/10.1124/pharmrev.122.000618.
  5. Tripp, G., and Wickens, J. R. (2009) Neurobiology of ADHD, Neuropharmacology, 57, 579-589, https://doi.org/ 10.1016/j.neuropharm.2009.07.026.
  6. Del Campo, N., Chamberlain, S. R., Sahakian, B. J., and Robbins, T. W. (2011) The roles of dopamine and noradrenaline in the pathophysiology and treatment of attention-deficit/hyperactivity disorder, Biol. Psychiatry, 69, e145-157, https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2011.02.036.
  7. Faraone, S. V. (2018) The pharmacology of amphetamine and methylphenidate: Relevance to the neurobiology of attention-deficit/hyperactivity disorder and other psychiatric comorbidities, Neurosci. Biobehav. Rev., 87, 255-270, https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2018.02.001.
  8. Ribot, B., Aupy, J., Vidailhet, M., Mazère, J., Pisani, A., Bezard, E., Guehl, D., and Burbaud, P. (2019) Dystonia and dopamine: from phenomenology to pathophysiology, Prog. Neurobiol., 182, 101678, https://doi.org/10.1016/ j.pneurobio.2019.101678.
  9. Cherian, A., Paramasivan, N. K., and Divya, K. P. (2021) Dopa-responsive dystonia, DRD-plus and DRD look-alike: a pragmatic review, Acta Neurol. Belg., 121, 613-623, https://doi.org/10.1007/s13760-020-01574-1.
  10. Scarduzio, M., Hess, E. J., Standaert, D. G., and Eskow Jaunarajs, K. L. (2022) Striatal synaptic dysfunction in dystonia and levodopa-induced dyskinesia, Neurobiol. Dis., 166, 105650, https://doi.org/10.1016/j.nbd.2022.105650.
  11. Lander, M., Bastiampillai, T., and Sareen, J. (2018) Review of withdrawal catatonia: what does this reveal about clozapine? Transl. Psychiatry, 8, 139, doi: 10.1038/s41398-018-0192-9.
  12. Slavnic, B., Barnett, B. S., McIntire, S., Becker, R., Saba, S., Vellanki, K. D., Honaker, L., Weleff, J., and Carroll, B. T. (2023) Methamphetamine-associated catatonia: case series and systematic review of the literature from 1943-2020, Ann. Clin. Psychiatry, 35, 167-177, https://doi.org/10.12788/acp.0116.
  13. Puig, M. V., Antzoulatos, E. G., and Miller, E. K. (2014) Prefrontal dopamine in associative learning and memory, Neuroscience, 282, 217-229, https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2014.09.026.
  14. Zafiri, D., and Duvarci, S. (2022) Dopaminergic circuits underlying associative aversive learning, Front. Behav. Neurosci., 16, 1041929, https://doi.org/10.3389/fnbeh.2022.1041929.
  15. Kourosh-Arami, M., Komaki, A., and Zarrindast, M. R. (2023) Dopamine as a potential target for learning and memory: contributing to related neurological disorders, CNS Neurol. Disord. Drug Targets, 22, 558-576, https://doi.org/10.2174/1871527321666220418115503.
  16. Baik, J. H. (2013) Dopamine signaling in reward-related behaviors, Front. Neural Circuits, 7, 152, https://doi.org/ 10.3389/fncir.2013.00152.
  17. Hou, H., Wang, C., Jia, S., Hu, S., and Tian, M. (2014) Brain dopaminergic system changes in drug addiction: a review of positron emission tomography findings, Neurosci. Bull., 30, 765-776, https://doi.org/10.1007/s12264-014-1469-5.
  18. Solinas, M., Belujon, P., Fernagut, P. O., Jaber, M., and Thiriet, N. (2019) Dopamine and addiction: what have we learned from 40 years of research, J. Neural. Transm. (Vienna), 126, 481-516, https://doi.org/10.1007/s00702-018-1957-2.
  19. Poisson, C. L., Engel, L., and Saunders, B. T. (2021) Dopamine circuit mechanisms of addiction-like behaviors, Front. Neural Circuits, 15, 752420, https://doi.org/10.3389/fncir.2021.752420.
  20. Kobayashi, K., Morita, S., Sawada, H., Mizuguchi, T., Yamada, K., Nagatsu, I., Hata, T., Watanabe, Y., Fujita, K., and Nagatsu, T. (1995) Targeted disruption of the tyrosine hydroxylase locus results in severe catecholamine depletion and perinatal lethality in mice, J. Biol. Chem., 270, 27235-27243, https://doi.org/10.1074/jbc.270.45.27235.
  21. Kobayashi, K., Noda, Y., Matsushita, N., Nishii, K., Sawada, H., Nagatsu, T., Nakahara, D., Fukabori, R., Yasoshima, Y., Yamamoto, T., Miura, M., Kano, M., Mamiya, T., Miyamoto, Y., and Nabeshima, T. (2000) Modest neuropsychological deficits caused by reduced noradrenaline metabolism in mice heterozygous for a mutated tyrosine hydroxylase gene, J. Neurosci., 20, 2418-2426, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.20-06-02418.2000.
  22. Bademci, G., Vance, J. M., and Wang, L. (2012) Tyrosine hydroxylase gene: another piece of the genetic puzzle of Parkinson’s disease, CNS Neurol Disord Drug Targets, 11, 469-481, https://doi.org/10.2174/187152712800792866.
  23. Nagatsu, T., Nakashima, A., Ichinose, H., and Kobayashi, K. (2019) Human tyrosine hydroxylase in Parkinson’s disease and in related disorders, J. Neural Transm. (Vienna), 126, 397-409, https://doi.org/10.1007/s00702-018-1903-3.
  24. Kobayashi, K., and Nagatsu, T. (2005) Molecular genetics of tyrosine 3-monooxygenase and inherited diseases, Biochem. Biophys. Res. Commun., 338, 267-270, https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2005.07.186.
  25. Asmus, F., and Gasser, T. (2010) Dystonia-plus syndromes, Eur. J. Neurol., 17, 37-45, https://doi.org/10.1111/j.1468-1331.2010.03049.x.
  26. Lee, W. W., and Jeon, B. S. (2014) Clinical spectrum of dopa-responsive dystonia and related disorders, Curr. Neurol Neurosci. Rep., 14, 461, doi: 10.1007/s11910-014-0461-9.
  27. Dong, H. Y., Feng, J. Y., Yue, X. J., Shan, L., and Jia, F. Y. (2020) Dopa-responsive dystonia caused by tyrosine hydroxylase deficiency: three cases report and literature review, Medicine (Baltimore), 99, e21753, doi: 10.1097/MD.0000000000021753.
  28. Craddock, N., Davé, S., and Greening, J. (2001) Association studies of bipolar disorder, Bipolar Disord., 3, 284-298, https://doi.org/10.1034/j.1399-5618.2001.30604.x.
  29. Beaulieu, J. M., Zhang, X., Rodriguiz, R. M., Sotnikova, T. D., Cools, M. J., Wetsel, W. C., Gainetdinov, R. R., and Caron, M. G. (2008) Role of GSK3 beta in behavioral abnormalities induced by serotonin deficiency, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 105, 1333-1338, https://doi.org/10.1073/pnas.0711496105.
  30. Kulikova, E. A., and Kulikov, A. V. (2019) Tryptophan hydroxylase 2 as a therapeutic target for psychiatric disorders: focus on animal models, Expert Opin. Ther. Targets, 23, 655-667, https://doi.org/10.1080/14728222. 2019.1634691.
  31. Fitzpatrick, P. F. (2023) The aromatic amino acid hydroxylases: structures, catalysis, and regulation of phenylalanine hydroxylase, tyrosine hydroxylase, and tryptophan hydroxylase, Arch. Biochem. Biophys., 735, 109518, https://doi.org/10.1016/j.abb.2023.109518.
  32. Popova, N. K., Kulikov, A. V., Kondaurova, E. M., Tsybko, A. S., Kulikova, E. A., Krasnov, I. B., Shenkman, B. S., Bazhenova, E. Y., Sinyakova, N. A., and Naumenko, V. S. (2015) Risk neurogenes for long-term spaceflight: dopamine and serotonin brain system, Mol. Neurobiol., 51, 1443-1451, https://doi.org/10.1007/s12035-014-8821-7.
  33. Naumenko, V. S., Osipova, D. V., Kostina, E. V., and Kulikov, A. V. (2008) Utilization of a two-standard system in real-time PCR for quantification of gene expression in the brain, J. Neurosci. Methods, 170, 197-203, https:// doi.org/10.1016/j.jneumeth.2008.01.008.
  34. Moskaliuk, V. S., Kozhemyakina, R. V., Bazovkina, D. V., Terenina, E., Khomenko, T. M., Volcho, K. P., Salakhutdinov, N. F., Kulikov, A. V., Naumenko, V. S., and Kulikova, E. (2022) On an association between fear-induced aggression and striatal-enriched protein tyrosine phosphatase (STEP) in the brain of Norway rats, Biomed. Pharmacother., 147, 112667, https://doi.org/10.1016/j.biopha.2022.112667.
  35. Arefieva, A. B, Komleva, P. D., Naumenko, V. S., Khotskin, N. V., and Kulikov, A. V. (2023) In vitro and in vivo chaperone effect of (R)-2-amino-6-(1R, 2S)-1,2-dihydroxypropyl)-5,6,7,8-tetrahydropterin-4(3H)-one on the C1473G mutant tryptophan hydroxylase 2, Biomolecules, 13, 1458, https://doi.org/10.3390/biom13101458.
  36. Куликов А. В., Осипова Д. В., Попова Н. К. (2007) Полиморфизм C1473G в гене tph2 – основной фактор, определяющий генетическую изменчивость активности триптофангидроксилазы-2 в головном мозге мышей, Генетика, 43, 1676-1682.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Активность TH (а), уровень мРНК гена Th (б) и уровень белка TH (в) в среднем мозге мышей инбредных линий C57BL/6 (TT), DBA/2 (TT) и подвида CAST (CC). Представлены индивидуальные значения, средние ± ошибки средних. Экспрессия гена Th калибрована на экспрессию гена Polr2а, а уровень белка TH калиброван на уровень белка GAPDH. *** p < 0,001 vs CAST

Скачать (139KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Активность (а) и уровень белка (б) TH в среднем мозге интеркроссов F2 с генотипами TT, TC и CC. Данные по самцам и самкам объединены. Представлены индивидуальные значения, средние ± ошибки средних. Уровень белка TH калиброван на уровень белка GAPDH. * p < 0,05, *** p < 0,001 vs TT

Скачать (102KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024