Роль полиморфных вариантов гена нейротрофического фактора BDNF в процессах активной адаптации к экстремальным условиям и предполагаемой индивидуальной продолжительности жизни

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Нейротрофический фактор головного мозга BDNF — член семейства белков нейротрофинов, играющий важную роль в развитии, поддержании и пластичности центральной и периферической нервной системы. Ген BDNF экспрессируется в нейронах развивающейся и взрослой нервной системы млекопитающих, где продуцируется в относительно небольших количествах, но обладает высокой активностью, вызывая биологические реакции при пикомолярных концентрациях. Нейротрофин способствует дифференцировке нейронов из стволовых клеток, усиливает рост нейритов и синаптогенез и может предотвращать запрограммированную гибель клеток (апоптоз). Также велика роль BDNF в регуляции энергетического гомеостаза: стимулируя транспорт глюкозы и митохондриальный биогенез, BDNF усиливает биоэнергетику клетки и защищает нейроны от повреждений и нейродегенеративных заболеваний. Именно BDNF контролирует модели питания (регулируя аппетит) и типы физической активности, модулирует метаболизм глюкозы в периферических тканях и опосредует положительное влияние физических упражнений и голодания на когнитивные функции, настроение, сердечно-сосудистую функцию и периферический метаболизм. Настоящая статья представляет мини-обзор накопленных к настоящему времени данных о роли полиморфных вариантов гена BDNF в процессах активной физиологической и психологической адаптации и их сравнение с данными, полученными авторами при исследовании психологической адаптации к условиям работы в Арктическом регионе Российской Федерации. Приведенные материалы позволяют сделать вывод, что оптимальная адаптация к экстремальным внешним условиям с большой вероятностью обеспечивается в генетическом отношении наличием генотипа Val/Val гена BDNF (связанного также, в свою очередь, с вероятным продлением индивидуального срока дожития), а в психологическом плане — усиленным задействованием креативной способности.

Об авторах

Ирина Михайловна Спивак

Военно-медицинская академия; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: Irina_spivak@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1351-8696
SPIN-код: 6740-5392

старший научный сотрудник

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Андрей Николаевич Жекалов

Военно-медицинская академия

Email: Jann1960@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6580-4075
SPIN-код: 3154-9228

старший научный сотрудник

Россия, Санкт-Петербург

Дмитрий Леонидович Спивак

Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН

Email: d.spivak@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7276-5182
SPIN-код: 6764-3561

ведущий эксперт

Россия, Санкт-Петербург

Павел Александрович Шаповалов

Военно-медицинская академия

Email: pavel.shapovalov.2001@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0639-017X
SPIN-код: 2498-7308

курсант 5-го курса

Россия, Санкт-Петербург

Руслан Владиславович Тимошенко

Военно-медицинская академия; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: rtimbio@yandex.ru

бакалавр биологического факультета

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Руслан Иванович Глушаков

Военно-медицинская академия

Email: Glushakovruslan@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0161-5977
SPIN-код: 6860-8990

докт. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Константин Петрович Головко

Военно-медицинская академия

Автор, ответственный за переписку.
Email: labws@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1584-1748
SPIN-код: 2299-6153

докт. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Lau H., Fitri A., Ludin M., Rajab N.F., Shahar S. Identification of Neuroprotective Factors Associated with Successful Ageing and Risk of Cognitive Impairment among Malaysia Older Adults // Curr. Gerontol. Geriatr. Res. 2017. Vol. 2017. Art. 4218756. doi: 10.1155/2017/4218756
  2. Prabu P., Poongothai S., Shanthirani C.S., et al. Altered circulatory levels of miR-128, BDNF, cortisol and shortened telomeres in patients with type 2 diabetes and depression // Acta Diabetol. 2020. Vol. 57, No. 7. P. 799–807. doi: 10.1007/s00592-020-01486-9
  3. Vasconcelos-Moreno M.P., Fries G.R., Gubert C., et al. Telomere Length, Oxidative Stress, Inflammation and BDNF Levels in Siblings of Patients with Bipolar Disorder: Implications for Accelerated Cellular Aging // Int. J. Neuropsychopharmacol. 2017. Vol. 20, No. 6. P. 445–454. doi: 10.1093/ijnp/pyx001
  4. Zhou J.X., Li H.C., Bai X.J., et al. Functional Val66Met polymorphism of Brain-derived neurotrophic factor in type 2 diabetes with depression in Han Chinese subjects // Behav. Brain Funct. 2013. Vol. 9. P. 34. doi: 10.1186/1744-9081-9-34
  5. Chao M.V., Rajagopal R., Lee F.S. Neurotrophin signalling in health and disease // Clin. Sci. (Lond). 2006. Vol. 110, No. 2. P. 167–173. doi: 10.1042/CS20050163
  6. Markham A., Cameron I., Bains R., et al. Brain-derived neurotrophic factor-mediated effects on mitochondrial respiratory coupling and neuroprotection share the same molecular signalling pathways // Eur. J. Neurosci. 2012. Vol. 35, No. 3. P. 366–374. doi: 10.1111/j.1460-9568.2011.07965.x
  7. Marosi K., Mattson M.P. BDNF mediates adaptive brain and body responses to energetic challenges // Trends Endocrinol. Metab. 2014. Vol. 25, No. 2. P. 89–98. doi: 10.1016/j.tem.2013.10.006
  8. Lebrun B., Bariohay B., Moyse E., Jean A. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and food intake regulation: a minireview // Auton. Neurosci. 2006. Vol. 126–127. P. 30–38. doi: 10.1016/j.autneu.2006.02.027
  9. Koppel I., Aid-Pavlidis T., Jaanson K., et al. Tissue-specific and neural activity-regulated expression of human BDNF gene in BAC transgenic mice // BMC Neurosci. 2009. Vol. 10. P. 68. doi: 10.1186/1471-2202-10-68
  10. Dean C., Liu H., Staudt T., et al. Distinct subsets of Syt-IV/BDNF vesicles are sorted to axons versus dendrites and recruited to synapses by activity // J. Neurosci. 2012. Vol. 32, No. 16. P. 5398–5413. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4515-11.2012
  11. Totoson P., Santini C., Prigent-Tessier A., Marie C., Demougeot C. Endothelial TrkB receptor activation controls vascular tone of rat middle cerebral artery // Vascul. Pharmacol. 2021. Vol. 141. Art. 106930. doi: 10.1016/j.vph.2021.106930
  12. Cheng A., Wan R., Yang J.L., et al. Involvement of PGC-1α in the formation and maintenance of neuronal dendritic spines // Nat. Commun. 2012. Vol. 3. Art. 1250. doi: 10.1038/ncomms2238
  13. Albrecht U. Timing to perfection: the biology of central and peripheral circadian clocks // Neuron. 2012. Vol. 74, No. 2. P. 246–260. doi: 10.1016/j.neuron.2012.04.006
  14. Pollock G.S., Vernon E., Forbes M.E., et al. Effects of early visual experience and diurnal rhythms on BDNF mRNA and protein levels in the visual system, hippocampus, and cerebellum // J. Neurosci. 2001. Vol. 21, No. 11. P. 3923–3931. doi: 10.1523/JNEUROSCI.21-11-03923.2001
  15. Dolci C., Montaruli A., Roveda E., et al. Circadian variations in expression of the trkB receptor in adult rat hippocampus // Brain Res. 2003. Vol. 994, No. 1. P. 67–72. doi: 10.1016/j.brainres.2003.09.018
  16. Mattson M.P. Energy intake and exercise as determinants of brain health and vulnerability to injury and disease // Cell Metab. 2012. Vol. 16, No. 6. P. 706–722. doi: 10.1016/j.cmet.2012.08.012
  17. Mattson M.P. Evolutionary aspects of human exercise — born to run purposefully // Ageing Res. Rev. 2012. Vol. 11, No. 3. P. 347–352. doi: 10.1016/j.arr.2012.01.007
  18. Hopkins M.E., Nitecki R., Bucci D.J. Physical exercise during adolescence versus adulthood: differential effects on object recognition memory and brain-derived neurotrophic factor levels // Neuroscience. 2011. Vol. 194. P. 84–94. doi: 10.1016/j.neuroscience.2011.07.071
  19. Molteni R., Wu A., Vaynman S., et al. Exercise reverses the harmful effects of consumption of a high-fat diet on synaptic and behavioral plasticity associated to the action of brain-derived neurotrophic factor // Neuroscience. 2001. Vol. 23, No. 2. P. 429–404. doi: 10.1016/j.neuroscience.2003.09.020
  20. Vaynman S., Ying Z., Gomez-Pinilla F. Hippocampal BDNF mediates the efficacy of exercise on synaptic plasticity and cognition // Eur. J. Neurosci. 2004. Vol. 20, No. 10. P. 2580–2590. doi: 10.1111/j.1460-9568.2004.03720.x
  21. Stranahan A.M., Khalil D., Gould E. Running induces widespread structural alterations in the hippocampus and entorhinal cortex // Hippocampus. 2007. Vol. 17, No. 11. P. 1017–1022. doi: 10.1002/hipo.20348
  22. Kobilo T., Liu Q.R., Gandhi K., et al. Running is the neurogenic and neurotrophic stimulus in environmental enrichment // Learn. Mem. 2011. Vol. 18, No. 9. P. 605–609. doi: 10.1101/lm.2283011
  23. Winter B., Breitenstein C., Mooren F.C., et al. High impact running improves learning // Neurobiol. Learn. Mem. 2007. Vol. 87, No. 4. P. 597–609. doi: 10.1016/j.nlm.2006.11.003
  24. Griffin E.W., Mullally S., Foley C., et al. Aerobic exercise improves hippocampal function and increases BDNF in the serum of young adult males // Physiol. Behav. 2011. Vol. 104, No. 5. P. 934–941. doi: 10.1016/j.physbeh.2011.06.005
  25. Duman C.H., Schlesinger L., Russell D.S., Duman R.S. Voluntary exercise produces antidepressant and anxiolytic behavioral effects in mice // Brain Res. 2008. Vol. 1199. P. 148–158. doi: 10.1016/j.brainres.2007.12.047
  26. Marais L., Stein D.J., Daniels W.M. Exercise increases BDNF levels in the striatum and decreases depressive-like behavior in chronically stressed rats // Metab. Brain Dis. 2009. Vol. 24, No. 4. P. 587–597. doi: 10.1007/s11011-009-9157-2
  27. Sartori C.R., Vieira A.S., Ferrari E.M., et al. The antidepressive effect of the physical exercise correlates with increased levels of mature BDNF, and proBDNF proteolytic cleavage-related genes, p11 and tPA // Neuroscience. 2011. Vol. 180. P. 9–18. doi: 10.1016/j.neuroscience.2011.02.055
  28. Levay E.A., Govic A., Penman J., Paolini A.G., Kent S. Effects of adult-onset calorie restriction on anxiety-like behavior in rats // Physiol. Behav. 2007. Vol. 92, No. 5. P. 889–896. doi: 10.1016/j.physbeh.2007.06.018
  29. Kashiwaya Y., Bergman C., Lee J.H., et al. A ketone ester diet exhibits anxiolytic and cognition-sparing properties, and lessens amyloid and tau pathologies in a mouse model of Alzheimer’s disease // Neurobiol. Aging. 2013. Vol. 34, No. 6. P. 1530–1539. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2012.11.023
  30. Riddle M.C., McKenna M.C., Yoon Y.J., et al. Caloric restriction enhances fear extinction learning in mice // Neuropsychopharmacology. 2013. Vol. 38, No. 6. P. 930–937. doi: 10.1038/npp.2012.268
  31. Vaynman S., Ying Z., Gomez-Pinilla F. The select action of hippocampal calcium calmodulin protein kinase II in mediating exercise-enhanced cognitive function // Neuroscience. 2007. Vol. 144, No. 3. P. 825–833. doi: 10.1016/j.neuroscience.2006.10.005
  32. Wrann C.D., White J.P., Salogiannnis J., et al. Exercise induces hippocampal BDNF through a PGC-1α/FNDC5 pathway // Cell Metab. 2013. Vol. 18, No. 5. P. 649–659. doi: 10.1016/j.cmet.2013.09.008
  33. Chen M.J., Russo-Neustadt A.A. Exercise activates the phosphatidylinositol 3-kinase pathway // Brain Res. Mol. Brain Res. 2005. Vol. 135, No. 1–2. P. 181–193. doi: 10.1016/j.molbrainres.2004.12.001
  34. Aguiar A.S. Jr., Castro A.A., Moreira E.L., et al. Short bouts of mild-intensity physical exercise improve spatial learning and memory in aging rats: involvement of hippocampal plasticity via AKT, CREB and BDNF signaling // Mech. Ageing. Dev. 2011. Vol. 132, No. 11–12. P. 560–567. doi: 10.1016/j.mad.2011.09.005
  35. Stranahan A.M., Mattson M.P. Recruiting adaptive cellular stress responses for successful brain ageing // Nat. Rev. Neurosci. 2012;13(3):209–216. doi: 10.1038/nrn3151
  36. Yang B., Slonimsky J.D., Birren S.J. A rapid switch in sympathetic neurotransmitter release properties mediated by the p75 receptor // Nat. Neurosci. 2002. Vol. 5, No. 6. P. 539–545. doi: 10.1038/nn0602-853
  37. Wan R., Weigand L.A., Bateman R., et al. Evidence that BDNF regulates heart rate by a mechanism involving increased brainstem parasympathetic neuron excitability // J. Neurochem. 2014. Vol. 129, No. 4. P. 573–580. doi: 10.1111/jnc.12656
  38. Griffioen K.J., Wan R., Brown T.R., et al. Aberrant heart rate and brainstem brain-derived neurotrophic factor (BDNF) signaling in a mouse model of Huntington’s disease // Neurobiol. Aging. 2012. Vol. 33, No. 7. P. 1481.e1–5. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2011.11.030
  39. Wan R., Camandola S., Mattson M.P. Intermittent food deprivation improves cardiovascular and neuroendocrine responses to stress in rats // J. Nutr. 2003. Vol. 133, No. 6. P. 1921–1929. doi: 10.1093/jn/133.6.1921
  40. Zuccato C., Cattaneo E. Brain-derived neurotrophic factor in neurodegenerative diseases // Nat. Rev. Neurol. 2009. Vol. 5, No. 6. P. 311–322. doi: 10.1038/nrneurol.2009.54
  41. Спивак И.М., Лемещенко А.В., Агафонов П.В., и др. Взаимосвязь креативности и генетических факторов у военнослужащих в условиях арктического региона // Вестник Российской военно-медицинской академии. 2021. Т. 23, № 4. С. 139–146. doi: 10.17816/brmma84997
  42. Спивак Д.Л., Шаповалов П.А., Трандина А.Е., и др. Психологические ресурсы долголетия и их генетические корреляты // Science and world. 2022. № 11 (111). C. 67–71.
  43. Spivak I., Zhekalov A., Glushakov R., Nyrov V., Spivak D. Creativity and Life Expectancy in Strategies of Adaptation. In: Bylieva D., Nordmann A., eds. Technologies in a Multilingual Environment. XXII Professional Culture of the Specialist of the Future 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 636. Cham: Springer, 2022. P. 202–210. doi: 10.1007/978-3-031-26783-3_18
  44. De Sousa R.A.L., Improta-Caria A.C., Aras-Júnior R., et al. Physical exercise effects on the brain during COVID-19 pandemic: links between mental and cardiovascular health // Neurol. Sci. 2021. Vol. 42, No. 4. P. 1325–1334. doi: 10.1007/s10072-021-05082-9
  45. Shin C.H., Kim K.H., Jeeva S., Kang S.M. Towards Goals to Refine Prophylactic and Therapeutic Strategies Against COVID-19 Linked to Aging and Metabolic Syndrome // Cells. 2021. Vol. 10, No. 6. P. 1412. doi: 10.3390/cells10061412

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии 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».