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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».