Влияние содержания в условиях повышенной скученности на социальное поведение крыс и экспрессию генов, связанных с нейровоспалением

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследовали влияние длительного содержания крыс в условиях повышенной скученности на социальное поведение взрослых самцов крыс линии Вистар. С 30 по 180 постнатальный день (ПНД) крыс содержали либо в стандартных условиях по 5 особей (360 см2 на крысу, группа СТАНД), либо в скученных условиях по 15 особей в клетках (120 см2 на крысу, группа СКУЧ). Начиная с 100 ПНД, изучали поведение крыс в тестах на социальное предпочтение, социальное доминирование в трубе и на агрессивное поведение в тесте «резидент–интрудер». После декапитации крыс на 180 ПНД брали образцы мозга из миндалины, дорзального гиппокампа, вентромедиального гипоталамуса и медиальной префронтальной коры для последующего анализа экспрессии мРНК генов IL-1β, TNF, TGF-β1, IL-6 с помощью метода полимеразной цепной реакции в реальном времени. У крыс группы СКУЧ, по сравнению с группой СТАНД, было меньше время взаимодействия с социальным объектом в тесте на социальное предпочтение, было больше побед при тестировании в трубе, а также больше нападений в тесте «резидент–интрудер». У крыс группы СКУЧ была существенно увеличена экспрессия гена IL-1β в гиппокампе и медиальной префронтальной коре, а также повышена экспрессия гена TGF-β1 в гиппокампе, миндалине и префронтальной коре. Социальный стресс повышенной скученности привел к увеличению социального доминирования, агрессивности и уменьшил социальную мотивацию. Изменения в социальном поведении у крыс группы СКУЧ сопровождались увеличением экспрессии мРНК генов провоспалительного цитокина IL-1β и противовоспалительного цитокина TGF-β1 в ряде структур мозга, что можно рассматривать соответственно, как проявление нейровоспаления и компенсаторных процессов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Павлова

ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pavlovfml@mail.ru
Россия, 117485 Москва

Н. Д. Брошевицкая

ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: pavlovfml@mail.ru
Россия, 117485 Москва

А. А. Потехина

ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: pavlovfml@mail.ru
Россия, 117485 Москва

А. М. Швадченко

ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: pavlovfml@mail.ru
Россия, 117485 Москва

Список литературы

  1. Toth, I., and Neumann, I. D. (2013) Animal models of social avoidance and social fear, Cell Tissue Res., 354, 107-118, https://doi.org/10.1007/s00441-013-1636-4
  2. Slattery, D. A., Uschold, N., Magoni, M., Bär, J., Popoli, M., Neumann, I. D., and Reber, S. O. (2012) Behavioural consequences of two chronic psychosocial stress paradigms: anxiety without depression, Psychoneuroendocrinology, 37, 702-714, https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2011.09.002.
  3. Tramullas, M., Tramullas, M., Dinan, T. G., and Cryan, J. F. (2012) Chronic psychosocial stress induces visceral hyperalgesia in mice, Stress, 15, 281-292, https://doi.org/10.3109/10253890.2011.622816.
  4. Lee, Y. A., Obora, T., Bondonny, L., Toniolo, A., Mivielle, J., Yamaguchi, Y., Kato, A., Takita, M., and Goto, Y. (2018) The effects of housing density on social interactions and their correlations with serotonin in rodents and primates, Sci. Rep., 8, 3497, https://doi.org/10.1038/s41598-018-21353-6.
  5. Finger, B. C., Dinan, T. G., and Cryan, J. F. (2012) The temporal impact of chronic intermittent psychosocial stress on high-fat diet-induced alterations in body weight, Psychoneuroendocrinology, 37, 729-741, https://doi.org/10.1016/j.psyneuen.2011.06.01.
  6. Ramsden, E. (2009) The urban animal: population density and social pathology in rodents and humans, Bulletin of the World Health Organization, 87, 82, https://doi.org/10.2471/blt.09.062836.
  7. Calhoun, J. B. (1962) Population density and social pathology, Sci. Am., 206, 139-150, https://doi.org/10.1038/scientificamerican0262-139.
  8. Van Loo, P. L. P., Mol, J. A., Koolhaas, J. M., Van Zutphen, B. F. M., and Baumans, V. (2001) Modulation of aggression in male mice: influence of group size and cage size, Physiol. Behav., 72, 675-683, https://doi.org/10.1016/s0031-9384(01)00425-5.
  9. Poole, T. B., and Morgan, H. D. (1973) Differences in aggressive behaviour between male mice (Mus musculus L.) in colonies of different sizes, Anim. Behav., 21, 788-795, https://doi.org/10.1016/s0003-3472(73)80105-8.
  10. Baranyi, J., Bakos, N., and Haller, J. (2005) Social instability in female rats: the relationship between stress-related and anxiety-like consequences, Physiol. Behav., 84, 511-518, https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2005.01.005.
  11. Cao, W. Y., Hu, Z. L., Xu, Y., Zhang, W. J., Huang, F. L., Qiao, X. Q., Cui, Y. H., Wan, W., Wang, X. Q., Liu, D., Dai, R. P., Li, F., and Li, C. Q. (2017) Role of early environmental enrichment on the social dominance tube test at adulthood in the rat, Psychopharmacology (Berl), 234, 3321-3334, https://doi.org/10.1007/s00213-017-4717-3.
  12. Brown, K. J., and Grunberg, N. E. (1995) Effects of housing on male and female rats: crowding stresses male but calm females, Physiol. Behav., 58, 1085-1089, https://doi.org/10.1016/0031-9384(95)02043-8.
  13. Smitha, K. K., and Mukkadan, J. K. (2014) Effect of different forms of acute stress in the generation of reactive oxygen species in albino Wistar rats, Indian J. Physiol. Pharmacol., 58, 229-232.
  14. Delaroque, C., Chervy, M., Gewirtz, A. T., and Chassaing, B. (2021) Social overcrowding impacts gut microbiota, promoting stress, inflammation, and dysglycemia, Gut Microbes, 13, 2000275, https://doi.org/10.1080/19490976. 2021.2000275.
  15. Uarquin, D. G., Meyer, J. S., Cardenas, F. P., and Rojas, M. J. (2016) Effect of overcrowding on hair corticosterone concentrations in juvenile male Wistar rats, J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci., 55, 749-755.
  16. Лосева Е. В., Логинова Н. А., Мезенцева М. В., Клодт П. М., Кудрин В. С. (2013) Иммунологические показатели крови и уровни моноаминов в мозге крыс, содержащихся в условиях хронической скученности, Бюлл. экспер. биол. и мед., 155, 464-467.
  17. Chen, P., and Hong, W. (2018) Neural circuit mechanisms of social behavior, Neuron, 98, 16-30, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2018.02.026.
  18. Hashikawa, Y., Hashikawa, K., Falkner, A. L., and Lin, D. (2017) Ventromedial hypothalamus and the generation of aggression, Front. Systems Neurosci., 11, 94, https://doi.org/10.3389/fnsys.2017.00094.
  19. Wang, F., Kessels, H. W., and Hu, H. (2014) The mouse that roared: neural mechanisms of social hierarchy, Trends Neurosci., 37, 674-682, https://doi.org/10.1016/j.tins.2014.07.005.
  20. Gulyaeva, N. V. (2019) Functional neurochemistry of the ventral and dorsal hippocampus: stress, depression, dementia and remote hippocampal damage, Neurochem. Res., 44, 1306-1322, https://doi.org/10.1007/s11064-018-2662-0.
  21. Fan, Z., Zhu, H., Zhou, T., Wang, S., Wu, Y., and Hu, H. (2019) Using the tube test to measure social hierarchy in mice, Nat. Protoc., 14, 819-831, https://doi.org/10.1038/s41596-018-0116-4.
  22. Suchomelova, L., Thompson, K. W., Baldwin, R. A., Niquet, J., and Wasterlain, C. G. (2023) Interictal aggression in rats with chronic seizures after an early life episode of status epilepticus, Epilepsia Open, 8, S82-S89, https://doi.org/10.1002/epi4.12734.
  23. Paxinos, G., and Watson, C. (2005) The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates, Elsevier Academic Press, 210 p.
  24. Schmittgen, T. D., and Livak, K. J. (2008) Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method, Nat. Protoc., 3, 1101-1108, https://doi.org/10.1038/nprot.2008.73.
  25. Павлова И. В., Брошевицкая Н. Д. (2024) Влияние содержания крыс в условиях повышенной скученности на тревожность и условнорефлекторный страх, Журн. высш. нервн. деят., 74, 421-434, https://doi.org/ 10.31857/S004446772403005X.
  26. Barker, T. H., George, R. P., Howarth, G. S., Whittaker, A. L. (2017) Assessment of housing density, space allocation and social hierarchy of laboratory rats on behavioural measures of welfare, PLoS One., 12, e0185135, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0185135.
  27. Lin, E. J., Sun, M., Choi, E. Y., Magee, D., Stets, C. W., and During, M. J. (2015) Social overcrowding as a chronic stress model that increases adiposity in mice. Psychoneuroendocrinology, 51, 318-330, https://doi.org/10.1016/ j.psyneuen.2014.10.007.
  28. Daniels, W. M. U., Pietersen, C. Y., Carstens, M. E., Daya, S., and Stein, D. (2000) Overcrowding induces anxiety and causes loss of serotonin 5HT-1a receptors in rats, Metab. Brain Disease, 15, 287-295, https://doi.org/ 10.1023/a:1011123208674.
  29. Botelho, S., Estanislau, C., and Morato, S. (2007) Effects of under and overcrowding on exploratory behavior in the elevated plus-maze, Behav. Processes, 74, 357-362, https://doi.org/10.1016/j.beproc.2006.12.006.
  30. Князева С. И., Логинова Н. А., Лосева Е. В. (2012) Уровень тревожности и изменение массы тела при скученности у крыс, Бюлл. экспер. биол и мед., 154, 7-10.
  31. Лосева Е. В. (2021) Психосоциальный стресс перенаселенности (скученности): негативные последствия для организма человека и грызунов, Интеграт. Физиол., 2, 33-40, https://doi.org/10.33910/2687-1270-2021-2-1-33-40.
  32. Лосева Е. В., Саркисова К. Ю., Логинова Н. А., Кудрин В. С. (2015) Депрессивное поведение и содержание моноаминов в структурах мозга у крыс при хронической скученности, Бюл. Эксперим. Биол. Мед., 159, 304-307.
  33. Yang, C. R., Bai, Y. Y., Ruan, C. S., Zhou, H. F., Liu, D., Wang, X. F., Shen, L. J., Zheng, H. Y., and Zhou, X. F. (2015) Enhanced aggressive behaviour in a mouse model of depression, Neurotox. Res., 27, 129-142, https:// doi.org/10.1007/s12640-014-9498-4.
  34. Брошевицкая Н. Д., Павлова И. В., Зайченко М. И. (2022) Ранний провоспалительный стресс влияет на социальное поведение взрослых крыс: эффекты пола и базового уровня интерлейкина 1-бета в крови, Нейрохимия, 39, 279-287, https://doi.org/10.31857/S1027813322030025.
  35. Win-Shwe, T. T., Kyi-Tha-Thu, C., Fujitani, Y., Tsukahara, S., and Hirano, S. (2021) Perinatal exposure to diesel exhaust-origin secondary organic aerosol induces autism-like behavior in rats, Int. J. Mol. Sci., 22, 538, https://doi.org/10.3390/ijms22020538.
  36. Gadek-Michalska, A., Bugajski, A. J., and Bugajski, J. (2008) Prostaglandins and interleukin-1beta in the hypothalamicpituitary-adrenal response to systemic phenylephrine under basal and stress conditions, J. Physiol. Pharmacol., 59, 563-575.
  37. Гаврилов В. В., Онуфриев М. В., Моисеева Ю. В., Александров Ю. И., Гуляева Н. В. (2021) Хронические социальные стрессы изоляции и скученности у крыс по-разному влияют на научение инструментальному поведению и состояние гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы, Журн. высш. нервн. деят., 71, 710-719, https://doi.org/10.31857/S004446772105004X.
  38. Павлова И. В., Брошевицкая Н. Д. (2023) Влияние активации иммунной системы в раннем онтогенезе на агрессивность и сексуальную мотивацию у взрослых крыс Вистар, Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова, 109, 1476-1488, https://doi.org/10.31857/S0869813923100084.
  39. Butler, R. G. (1980) Population size, social behaviour, and dispersal in house mice: a quantitative investigation, Anim. Behav., 28, 78-85, https://doi.org/10.1016/S0003-3472(80)80010-8.
  40. Gądek-Michalska, A., Tadeusz, J., Rachwalska, P., and Bugajski, J. (2016) Psychosocial stress inhibits additional stress-induced hyperexpression of NO synthases and IL-1b in brain structures, Pharmacol. Rep., 68, 1178-1196, https://doi.org/10.1016/j.pharep.2016.09.003.
  41. Pallé, A., Zorzo, C., Luskey, V. E., McGreevy, K. R., Fernández, S., and Trejo, J. L. (2019) Social dominance differentially alters gene expression in the medial prefrontal cortex without affecting adult hippocampal neurogenesis or stress and anxiety-like behavior, FASEB J., 33, 6995-7008, https://doi.org/10.1096/fj.201801600R.
  42. Zhang, C., Zhu, H., Ni, Z., Xin, Q., Zhou, T., Wu, R., Gao, G., Gao, Z., Ma, H., Li, H., He, M., Zhang, J., Cheng, H., and Hu, H. (2022) Dynamics of a disinhibitory prefrontal microcircuit in controlling social competition, Neuron, 110, 516-531.6, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.10.034.
  43. Zhou, T., Zhu, H., Fan, Z., Wang, F., Chen, Y., Liang, H., Yang, Z., Zhang, L., Lin, L., Zhan, Y., Wang, Z., and Hu, H. (2017) History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance, Science, 357, 162-168, https://doi.org/10.1126/science.aak9726.
  44. Park, M. J., Seo, B. A., Lee, B., Shin, H. S., and Kang, M. G. (2018) Stress-induced changes in social dominance are scaled by AMPA-type glutamate receptor phosphorylation in the medial prefrontal cortex, Sci. Rep., 8, 15008, https://doi.org/10.1038/s41598-018-33410-1.
  45. Das, S., Deuri, S. K., Sarmah, A., Pathak, K., Baruah, A., Sengupta, S., Mehta, S., Avinash, P. R., Kalita, K. N., and Hazarika, J. (2016) Aggression as an independent entity even in psychosis – the role of inflammatory cytokines, J. Neuroimmunol., 292, 45-51, https://doi.org/10.1016/j.jneuroim.2016.01.012.
  46. Alperina, E., Idova, G., Zhukova, E., Zhanaeva, S., and Kozhemyakina, R. (2019) Cytokine variations within brain structures in rats selected for differences in aggression, Neurosci. Lett., 692, 193-198, https://doi.org/10.1016/ j.neulet.2018.11.012.
  47. Idova, G. V., Markova, E. V., Gevorgyan, M. M., Alperina, E. L., and Zhukova, E. N. (2016) Changes in production of cytokines by C57Bl/6J mouse spleen during aggression provoked by social stress, Bull. Experim. Biol. and Med., 160, 679-682, https://doi.org/10.1007/s10517-016-3248-y.
  48. Audet, M.-C., Mangano, E. N., and Anisman, H. (2010) Behavior and pro-inflammatory cytokine variations among submissive and dominant mice engaged in aggressive encounters: moderation by corticosterone reactivity, Front. Behav. Neurosci., 4, 1-12, https://doi.org/10.3389/fnbeh.2010.00156.
  49. Takahashi, A., Flanigan, M. E., McEven, B. S., and Russo, S. J. (2018) Aggression, social stress, and the immune system in humans and animal models, Front. Behav. Neurosci., 12, 56-62, https://doi.org/10.3389/fnbeh.2018.00056.
  50. Hiadlovská, Z., Mikula, O., Macholán, M., Hamplová, P., Vošlajerová, Bímová, B., and Daniszová, K. (2015) Shaking the myth: body mass, aggression, steroid hormones, and social dominance in wild house mouse, Gen. Comp. Endocrinol., 223, 16-26, https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2015.09.033.
  51. Fonberg, E. (1988) Dominance and aggression, Int. J. Neurosci., 41, 201-213, https://doi.org/10.3109/ 00207458808990726.
  52. Xie, Y., Chen, X., Li, Y., Chen, S., Liu, S., Yu, Z., and Wang, W. (2022) Transforming growth factor-b1 protects against LPC-induced cognitive deficit by attenuating pyroptosis of microglia via NF-κB/ERK1/2 pathways, J. Neuroinflamm., 19, 194, https://doi.org/10.1186/s12974-022-02557-0.
  53. Mitchell, K., Shah, J. P., Tsytsikova, L. V., Campbell, A. M., Affram, K., and Symes, A. J. (2014) LPS antagonism of TGF-β signaling results in prolonged survival and activation of rat primary microglia, J. Neurochem., 129, 155-168, https://doi.org/10.1111/jnc.12612.
  54. Kapoor, M., and Chinnathambi, S. (2023) TGF-β1 signalling in Alzheimer’s pathology and cytoskeletal reorganization: a specialized Tau perspective, J. Neuroinflamm., 20:72. https://doi.org/10.1186/s12974-023-02751-8.
  55. Xin, W., Pan, Y., Wei, W., Gerner, S. T., Huber, S., Juenemann, M., Butz, M., Bähr, M., Huttner, H. B., and Doeppner, T. R. (2023) TGF-β1 decreases microglia-mediated neuroinflammation and lipid droplet accumulation in an in vitro stroke model, Int. J. Mol. Sci., 24, 17329, https://doi.org/10.3390/ijms242417329.
  56. Su, C., Miao, J., and Guo, J. (2023) The relationship between TGF-b1 and cognitive function in the brain, Brain Res. Bull., 205, 110820, https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2023.110820.
  57. Fidilio, A., Grasso, M., Caruso, G., Musso, N., Begni, V., Privitera, A., Torrisi, S. A., Campolongo, P., Schiavone, S., Tascedda, F., Leggio, G. M., Drago, F., Riva, M. A., and Caraci, F. (2022) Prenatal stress induces a depressive-like phenotype in adolescent rats: The key role of TGF-β1 pathway, Front. Pharmacol., 13, 1075746, https://doi.org/10.3389/fphar.2022.1075746.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние содержания в условиях повышенной скученности на различные показатели поведения крыс в тесте на социальное предпочтение. СТАНД – Группа крыс, содержащихся в стандартных условиях; СКУЧ – группа крыс, проживающих в условиях повышенной скученности; Т – время; * p < 0,05 – статистически значимые различия между группами СТАНД и СКУЧ (One-Way ANOVA)

Скачать (182KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние содержания в условиях повышенной скученности на поведение крыс в тесте на социальное доминирование в трубе. * p < 0,05 – Статистически значимые различия между группами СТАНД и СКУЧ (на панели (а) – χ2, 2 × 2 таблицы; на панели (б) – U-критерий Манна–Уитни)

Скачать (124KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние содержания в условиях повышенной скученности на различные показатели поведения (а–г) и распределение нападений крыс во времени (д и е) в тесте «резидент–интрудер» (%). Т – Время; * p < 0,05 – статистически значимые различия между группами СТАНД и СКУЧ; # 0,05 ≤ p < 0,1 – тенденция (на панелях а и в – U-критерий Манна–Уитни; на панелях б и г – One-Way ANOVA; на панелях д и е – χ2, 2 × 2 таблицы)

Скачать (328KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспрессия мРНК генов провоспалительных цитокинов TNF (а), IL-1β (в), IL-6 (г) и противовоспалительного цитокина TGF-β1 (б) в различных структурах мозга у крыс группы СКУЧ и СТАНД. По горизонтали – структуры мозга (ГПТ – вентромедиальный гипоталамус; ГПК – дорзальный гиппокамп; АМ – миндалина; ПФК – дорсомедиальная префронтальная кора); по вертикали – относительное количество мРНК. * р < 0,05 – Различия между группами СТАНД и СКУЧ (U-критерий Манна–Уитни); # 0,05 ≤ р < 0,1 – тенденция

Скачать (158KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024