Central effects of ex vivo caffeine-modulated immune cells in the mechanisms of editing depressive-like behavior

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Depression is a serious medical and social problem due to its high prevalence, involvement of people of working age and lack of highly effective therapy. Social stressors contribute to the prevalence of depression. The COVID-19 pandemic and the associated rules of social distancing, military clashes, and a deteriorating economic situation can lead to a painful “breakdown” of socio-biological adaptation mechanisms and contribute to an increase in the prevalence of depressive disorders, which, according to WHO forecasts, may take second place in the world by 2030, which leads to interest in studying this problem and finding new effective approaches to therapy. Decreased cognitive function in depressive disorders is caused by neuroinflammatory and neurodegenerative changes. The latter are predominantly recorded in the hippocampus, numerous changes in the plasticity of which have been observed both in patients with clinical depression and in rodent models of depression. There is also a sufficient amount of data on the significant role of immune cells and their cytokines in depression, including in the development of behavioral phenotype. We have previously shown that spleen cells of depressive-like mice after ex vivo treatment with caffeine, a psychoactive drug with a wide range of immunomodulatory properties, change their functional activity and, after intravenous administration to syngeneic depressive-like recipients, have editing depressive-like behavior effect. The purpose of this work was to investigate the central effects of caffeine-modulated spleen cells in the mechanisms of editing depressive-like behavior. It was found that in depressive-like recipients after transplantation of syngeneic caffeine-modulated splenocytes, there is an increase in the density of neurons in the CA1 and CA3 zones of the hippocampus, accompanied by BDNF level increase in the hippocampus and prefrontal cortex against the background of a decrease of a number of pro-inflammatory (IL-1β, IL-6, IFNγ and TNFα) and increased of anti-inflammatory (IL-10 and IL-4) cytokines in brain structures pathogenetically significant for the state of depression. The mechanisms of the identified structural and functional changes in the recipient’s brain after the caffeine-modulated splenocytes transplantation are discussed, including their possible direct influence, confirmed by visualization of transplanted cells in the brain parenchyma of depressed-like recipients.

About the authors

E. V. Markova

Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology

Author for correspondence.
Email: evgeniya_markova@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Chief Research Associate, Head, Neuroimmunology Laboratory

Russian Federation, Novosibirsk

M. A. Knyazheva

Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology

Email: evgeniya_markova@mail.ru

PhD (Biology), Junior Research Associate, Neuroimmunology Laboratory

Russian Federation, Novosibirsk

References

  1. Маркова Е.В. Иммунокомпетентные клетки и регуляция поведенческих реакций в норме и патологии. Красноярск: Научно-инновационный центр, 2021. 184 с. [Markova E.V. Immune cells and regulation of behavioral reactions in health and disease]. Krasnoyarsk: Scientific and Innovation Center, 2021. 184 p.
  2. Маркова Е.В., Княжева М.А. Психонейроиммуномодулирующий эффект иммунокомпетентных клеток при депрессивно-подобном состоянии // Патогенез, 2022. № 3. С. 107-108. [Markova E.V., Knyazheva M.A. Psychoneuroimmunomodulatory effect of immunocompetent cells in a depressive-like state. Patogenez = Pathogenesis, 2022, no. 3, pp. 107-108. (In Russ.)]
  3. Орловская И.А., Топоркова Л.Б., Савкин И.В., Княжева М.А., Серенко Е.В., Гойман Л.В., Шевченко Ю., Маркова Е.В. Влияние растворимых факторов макрофагов М2 фенотипа на гемопоэз при депрессивно-подобном состоянии // Медицинская иммунология, 2022. Т. 24, № 5. С. 1057-1064. [Orlovskaya I.A., Toporkova L.B., Knyazheva M.A., Savkin I.V., Serenko E.V., Goiman E.V., Shevchenko Yu.A., Markova E.V. Influence of soluble factors from the M2 phenotype macrophages on hematopoiesis in depressionlike state. Meditsinskaya Immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2022, Vol. 24, no. 5, pp. 1057-1064. (In Russ.)] doi: 10.15789/1563-0625-IOS-2516.
  4. Ambrée O., Ruland C., Scheu S., Arolt V., Alferink J. Alterations of the innate immune system in susceptibility and resilience after social defeat stress. Front. Behav. Neurosci., 2018, Vol. 12, 141. doi: 10.3389/fnbeh.2018.00141.
  5. Bhattacharya A., Drevets W.C. Role of Neuro-immunological factors in the pathophysiology of mood disorders: implications for novel therapeutics for treatment resistant depression. Curr. Top. Behav. Neurosci., 2017, Vol. 31, pp. 339-356.
  6. Dean J., Keshavan M. The neurobiology of depression: An integrated view. Asian J. Psychiatr., 2017, Vol. 27, pp. 101-111.
  7. Idova G.V., Markova E.V., Gevorgyan M.M., Al’perina E.L., Zhanaeva S.Y. Cytokine production by splenic cells in C57BL/6J mice with depression-like behavior depends on the duration of social stress. Bull. Exp. Biol. Med., 2018, Vol. 164, pp. 645-649.
  8. Jun H., Mohammed S., Hussaini Q., Rigby M.J., Jang M.H. Functional role of adult hippocampal neurogenesis as a therapeutic strategy for mental disorders, Neural Plast., 2012, Vol. 2012, 854285. doi: 10.1155/2012/854285.
  9. Kim Y.K., Na K.S., Myint A.M., Leonard B.E. The role of pro-inflammatory cytokines in neuroinflammation, neurogenesis and the neuroendocrine system in major depression. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry, 2016, Vol. 64, pp. 277-284.
  10. Markova E.V., Knyazheva M.A. Immunomodulatory properties of caffeine and caffeine-treated immune cells in depression-like state. Meditsinskaya Immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2023, Vol. 25, no. 3, pp. 533-538. doi: 10.15789/1563-0625-IPO-2666.
  11. Markova E.V., Knyazheva M.A. Immune cells as a potential therapeutic agent in the treatment of depression. Meditsinskaya Immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2021, Vol. 23, no. 4, pp. 699-704. doi: 10.15789/1563-0625-ICA-2277.
  12. Qiao H., An S.C., Xu C., Ma X.M. Role of proBDNF and BDNF in dendritic spine plasticity and depressive-like behaviors induced by an animal model of depression. Brain Res., 2017, Vol. 1663, pp. 29-37.
  13. Rattazzi L., Piras G., Ono M., Deacon R., Pariante C.M., D’Acquisto F., CD4(+) but not CD8(+) T cells revert the impaired emotional behavior of immunocompromised RAG-1-deficient mice. Transl. Psychiatry, 2013, Vol. 3, e280. doi: 10.1038/tp.2013.54.
  14. Remes O., Mendes J.F., Templeton P. Biological, psychological, and social determinants of depression: a review of recent literature. Brain Sci., 2021, Vol. 11, no. 12, 163. doi: 10.3390/brainsci11121633.
  15. Xu W., Yao X., Zhao F., Zhao H., Cheng Z., Yang W., Cui R., Xu S., Li B. Changes in Hippocampal Plasticity in Depression and Therapeutic Approaches Influencing These Changes. Neural Plast., 2020, Vol. 2020, 8861903. doi: 10.1155/2020/8861903.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Neuronal area (%) of hippocampus CA1 and CA3 regions in depressed-like recipients after transplantation of syngeneic splenocytes modulated ex vivo by caffeine

Download (138KB)
3. Figure 2. Lymphocyte fraction of brain cells from depressed-like recipients after transplantation of ex vivo caffeine-modulated and CFSE-labeled syngeneic splenocytes

Download (214KB)

Copyright (c) 2024 Markova E.V., Knyazheva M.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».