Early stress in maternal deprivation affects the expression of OX1R in the limbic system of the brain and contributes to the development of anxiety-depressive symptoms in rats

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Depressive states are becoming an increasingly common mental disorder and a serious social problem that places a heavy economic burden on society. Increasing data from preclinical and clinical studies indicate that orexins (neuropeptides, also known as hypocretins) and their receptors are involved in the pathogenesis of depression. The orexinergic system regulates disrupted functions in depressive states, such as sleep, reward system, eating behavior, stress response, and monoaminergic regulation. However, the exact role of orexins in behavioral and neurophysiological disorders in depression is still unclear.

AIM: This study aimed to examine the effect of early postnatal stress on the expression of OX1R orexin in the limbic system and the development of anxiety-depressive symptoms in rats.

MATERIALS AND METHODS: Maternal deprivation was used as a model of early postnatal stress (postpartum days 2–12). The animals were divided into the control (n = 20) and maternal deprivation (n = 20) groups. On day 90 of life, the influence of early postnatal stress on the development of anxiety-depressive symptoms in adult rats was analyzed using a package of behavioral tests, namely, raised cruciform maze, forced swimming Porsolt test, and two-bottle test. After the experiments, the animals were killed by decapitation, the brain was extracted and placed in the cold, and brain structures (hypothalamus and amygdala) were isolated, immediately frozen in liquid nitrogen, and stored at a temperature of −80°C for polymerase chain reaction analysis.

RESULTS: In the “raised cruciform maze,” the maternal deprivation group spent less time in the open arms of the maze, and the time spent in the closed sleeves increased relative to the control, which can be assessed as an increase in anxiety levels. In the Porsolt test, the maternal deprivation group had increased immobilization time relative to the control group. In the two-bottle sucrose preference test, the maternal deprivation group demonstrated a decreased preference for sucrose solution, which indicates the development of anhedonia. In the hypothalamus, the mRNA expression level of OX1R significantly decreased in the experimental group compared with that in the control group. A twofold decrease in the mRNA expression level of OX1R was also observed in the amygdala of the experimental group compared with that of the control group.

CONCLUSIONS: Early stress caused by maternal deprivation resulted in a decrease in OX1R orexin expression in the hypothalamus and amygdala and contributed to the development of anxiety-depressive symptoms in rats.

About the authors

Sarng S. Pyurveev

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Author for correspondence.
Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-code: 5915-9767
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Nikolai S. Dedanishvili

Institute of Experimental Medicine

Email: votrenicolas@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6231-445X
SPIN-code: 9472-0556
Russian Federation, Saint Petersburg

Edgar A. Sekste

Institute of Experimental Medicine

Email: sekste_edgar@mail.ru
SPIN-code: 3761-0525

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Andrey A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-code: 4998-5204

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Eugenii R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

Email: bychkov@mail.ru
SPIN-code: 9408-0799

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Lorigooini Z, Boroujeni SN, Sayyadi-Shahraki M, et al. Limonene through attenuation of neuroinflammation and nitrite level exerts antidepressant-like effect on mouse model of maternal separation stress. Behav Neurol. 2021;1:8817309. doi: 10.1155/2021/8817309
  2. Health Quality Ontario. Psychotherapy for major depressive disorder and generalized anxiety disorder: a health technology assessment. Ont Health Technol Assess Ser. 2017;17(15):1–167.
  3. Li Z, Ruan M, Chen J, Fang Y. Major depressive disorder: advances in neuroscience research and translational applications. Neurosci Bull. 2021;37(6):863–880. doi: 10.1007/s12264-021-00638-3
  4. Norkeviciene A, Gocentiene R, Sestokaite A, et al. A Systematic review of candidate genes for major depression. Medicina (Kaunas, Lithuania). 2022;58(2):285. doi: 10.3390/medicina58020285
  5. Lebedev AA, Pyurveev SS, Sexte EA, et al. Studying the Involvement of ghrelin in the mechanism of gambling addiction in rats after exposure to psychogenic stressors in early ontogenesis. J Evol Biochem Physiol. 2023;59(4):1402–1413. doi: 10.1134/S1234567823040316
  6. Lebedev AA, Purveev SS, Sexte EA, et al. Studying the involvement of ghrelin in the mechanism of gambling addiction in rats after exposure to psychogenic stressors in early ontogenesis. Russian Journal of Physiology. 2023;109(8):1080–1093. EDN: FCMBCJ doi: 10.31857/S086981392308006X
  7. Balakina ME, Degtyareva EV, Nekrasov MS, et al. Effect of early postnatal stress upon psychoemotional state and development of excessive consumption of high-carbohydrate food in rats. Russian Biomedical Research. 2021;6(2):27–37. EDN: ABECPH
  8. Lebedev AA, Pyurveev SS, Sekste EA, et al. Models of maternal neglect and social isolation in ontogenesis evince elements of gambling dependence in animals, increasing GHSR1A expression in cerebral structures. Journal of addiction problems. 2022;(11–12):44–66. EDN: SSLSSZ
  9. Song J, Kim Y-K. Animal models for the study of depressive disorder. CNS Neurosci Ther. 2021;27(6):633–642. doi: 10.1111/cns.13622
  10. Lee J, Chi S, Lee M-S. Molecular biomarkers for pediatric depressive disorders: A narrative review. Int J Mol Sci. 2021;22(18):10051. doi: 10.3390/ijms221810051
  11. Katzman MA, Katzman MP. Neurobiology of the orexin system and its potential role in the regulation of hedonic tone. Brain Sci. 2022;12(2):150. doi: 10.3390/brainsci12020150
  12. Tissen IY, Lebedev AA, Bychkov ER, et al. Orexins and the brain reinforcing systems. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2019;17(4):5–18. EDN: POTPEL doi: 10.17816/RCF1745-18
  13. Pyurveev SS, Nekrasov MS, Dedanishvili NS, et al. Chronic mental stress in early ontogenesis increased risks of development for chemical and non-chemical forms of addiction. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2023;21(1):69–78. EDN: GJBUYN doi: 10.17816/RCF21169-78
  14. Sekste EA, Lebedev AA, Bychkov ER, et al. Increase in the level of orexin receptor 1 (OX1R) mRNA in the brain structures of rats prone to impulsivity in behavior. Biomeditsinskaya Khimiya. 2021;67(5):411–417. EDN: ZVENEQ doi: 10.18097/PBMC20216705411
  15. Brundin L, Björkqvist M, Petersén A, Träskman-Bendz L. Reduced orexin levels in the cerebrospinal fluid of suicidal patients with major depressive disorder. Eur Neuropsychopharmacol. 2007;17(9):573–579. doi: 10.1016/j.euroneuro.2007.01.005
  16. Branchi I, Curley JP, D’Andrea I, et al. Early interactions with mother and peers independently build adult social skills and shape BDNF and oxytocin receptor brain levels. Psychoneuroendocrinology. 2013;38(4):522–532. doi: 10.1016/j.psyneuen.2012.07.010
  17. Tofoli SMC, Von Werne Baes C, Martins CMS, Juruena M. Early life stress, HPA axis, and depression. Psychol Neurosci. 2011;4(2): 229–234. doi: 10.3922/j.psns.2011.2.008
  18. Berg L, Rostila M, Hjern A. Parental death during childhood and depression in young adults — A national cohort study. J Child Psychol Psychiatry. 2016;57(9):1092–1098. doi: 10.1111/jcpp.12560
  19. Brás JP, Guillot de Suduiraut I, Zanoletti O, et al. Stress-induced depressive-like behavior in male rats is associated with microglial activation and inflammation dysregulation in the hippocampus in adulthood. Brain Behav Immun. 2022;99:397–408. doi: 10.1016/j.bbi.2021.10.018
  20. Wang R, Wang W, Xu J, et al. Jmjd3 is involved in the susceptibility to depression induced by maternal separation via enhancing the neuroinflammation in the prefrontal cortex and hippocampus of male rats. Exp Neurol. 2020;328:113254. doi: 10.1016/j.expneurol.2020.113254
  21. Rosenfeld P, Suchecki D, Levine S. Multifactorial regulation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis during development. Neurosci Biobehav Rev. 1992;16(4):553–568. doi: 10.1016/S0149-7634(05)80196-4
  22. Levine S, Huchton DM, Wiener SG, Rosenfeld P. Time course of the effect of maternal deprivation on the hypothalamic-pituitary-adrenal axis in the infant rat. Dev Psychobiol. 1991;24(8):547–558. doi: 10.1002/dev.420240803
  23. Bychkov ER, Karpova IV, Tsikunov SG, et al. The effect of acute mental stress on the exchange of monoamines in the mesocortical and nigrostriatal systems of the rat brain. Pediatrician (St. Petersburg). 2021;12(6):35–42. EDN: VFATQN doi: 10.17816/PED12635-42
  24. Loi M, Koricka S, Lucassen PJ, Joëls M. Age- and sex-dependent effects of early life stress on hippocampal neurogenesis. Front Endocrinol (Lausanne). 2014;5:13. doi: 10.3389/fendo.2014.00013
  25. Rentesi G, Antoniou K, Marselos M, et al. Early maternal deprivation-induced modifications in the neurobiological, neurochemical and behavioral profile of adult rats. Behav Brain Res. 2013;244:29–37. doi: 10.1016/j.bbr.2013.01.040
  26. Allard JS, Tizabi Y, Shaffery JP, Manaye K. Effects of rapid eye movement sleep deprivation on hypocretin neurons in the hypothalamus of a rat model of depression. Neuropeptides. 2007;41(5): 329–337. doi: 10.1016/j.npep.2007.04.006
  27. Mori T, Ito S, Kuwaki T, et al. Monoaminergic neuronal changes in orexin deficient mice. Neuropharmacology. 2010;58(4–5):826–832. doi: 10.1016/j.neuropharm.2009.08.009
  28. Yamanaka A, Muraki Y, Ichiki K, et al. Orexin neurons are directly and indirectly regulated by catecholamines in a complex manner. J Neurophysiol. 2006;96(1):284–298. doi: 10.1152/jn.01361.2005
  29. Feng P, Hu Y, Li D, et al. The effect of clomipramine on wake/ sleep and orexinergic expression in rats. J Psychopharmacol. 2009;23(5):559–566. doi: 10.1177/0269881108089606
  30. Nocjar C, Zhang J, Feng P, Panksepp J. The social defeat animal model of depression shows diminished levels of orexin in mesocortical regions of the dopamine system, and of dynorphin and orexin in the hypothalamus. Neuroscience. 2012;218:138–153. doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.05.033
  31. Feng P, Vurbic D, Wu Z, Strohl KP. Brain orexins and wake regulation in rats exposed to maternal deprivation. Brain Res. 2007;1154:163–172. doi: 10.1016/j.brainres.2007.03.077

Copyright (c) 2024 ECO-vector LLC

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 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».