Изменение экспрессии генов серотониновой системы под действием разной хронической нагрузки у крыс

Актуальность
Серотонин участвует в формировании аффективных компонентов поведенческих актов, самообладании и эмоциональной устойчивости.
Показано, что острый и хронический стресс вызывает изменение уровня серотонина, посредством подавления Tph, изменения концентрации его переносчика Slc6a4, числа пре- и постсинаптических серотониновых рецепторов, что, первую очередь является факторами, детерминирующими предрасположенность к развитию депрессии и другим психическим расстройствам. Поэтому изучение экспрессия генов серотониновой системы является одним из новых биомаркеров, позволяющих оценивать общее состояние организма, прогнозировать возникновение некоторых заболеваний и их исходов.
Рисунок 1. Структура серотонинового синапса

Целью настоящей работы является оценка влияния различных типов хронического стресса на изменение относительного уровня экспрессии ряда генов серотонинэргической системы у крыс линии Вистар.
Задачи:
Определить относительный уровень экспрессии генов Tph1, Tph2, Htr4 и Slc6a4 на вивальной модели крыс линии Wistar, подвергавшихся различным видам хронического стресса (изнурительной физической нагрузке, иммобилизационному стрессу, комбинированному сочетанию данных стрессоров) и особей контрольной группы.
Оценить изменение уровня гормона кортизола в исследуемых группах как маркера хронического стресса.
Провести корреляционный анализ между уровнем экспрессии мРНК генов серотонинергической системы и кортизолом в исследуемых группах.

Рисунок 2. Кривая накопления Сt количественной ПЦР на ген Htr4.
Методы
Уровень кортизола в плазме определяли с помощью набора реактивов «Кортизол-ИФА-БЕСТ» фирмы «ВЕКТОР-БЕСТ».
Было сформировано 4 группы животных

В сравнении с контрольной группой после 3 месяцев воздействий стрессовых факторов на организм крыс можно наблюдать понижение относительного уровня экспрессии гена Slc6a4 во всех группах (в связи с чем с повышается риск развития депрессивноподобных состояний). При более долгом воздействии стрессоров(6 мес.) происходит повышение активности экспрессии во всех группах, кроме «плавцов», после 9 месяцев повышение уровня экспрессии можно наблюдать только у группы, наиболее сильно подверженных стрессорам – «КН», тогда как и группа с ФН и группа с ИС сравняла уровень экспрессии с контрольной группой
В данном исследовании показано отсутствие экспрессии генов Tph1 и Tph2 в периферической крови крыс, тогда как для генов Slc6a4 и Htr4 показаны статистически значимые изменения относительных уровней их активности
Рисунок 3. Сравнительный анализ RQ (относительного уровня экспрессии) гена Slc6a4 после 3, 6 и 9 месяцев воздействий между разными группами воздействий стрессовых факторов относительно группы контроля

Относительный уровень экспрессии гена Htr4 после 3, 6 и 9 месяцев воздействий между разными группами крыс
При изучении экспрессии рецепторного гена также наблюдается падение экспрессии во всех группах крыс после 3 месяцев эксперимента, но данная тенденция к падению активности экспрессии продолжается и к 6 месяцу. Однако, также как и с экспрессией переносчика серотонина более долгом воздействии (9 мес.) стрессоров происходит повышение активности экспрессии в группах с ИС – «ИС» и «КН», тогда как в группе «ФН» сохраняется тенденция к сниженной экспресии

В динамике наблюдается тенденция к увеличению экспрессии гена Htr4 к 9 месяцу практически во всех группах, с пиком активности в 6ом месяце эксперимента, экспрессия гена переносчика серотонина также повышается к 6 месяцу, однако к концу эксперимента –к 9 месяцу значение относительного уровня экспрессия Slc6a4 вернулась к начальным значениям во всех группах, кроме группы «КН», что может быть свидетельством адаптивных механизмов СТС.
Относительный уровень экспрессии генов Htr4 и Slc6a4 в динамике

В данном исследовании установлено, что концентрация кортизола во всех исследуемых группах значимо снижается на 3-й месяц исследования с последующим сохранением результата
Изменение уровня кортизола наблюдается в общей группе крыс с понижением его уровня на 3 месяц исследования. Иммобилизационный стресс вызывает больший дисбаланс в параметре концентрации кортизола, так как наблюдаются небольшие колебания концентрации данного гормона в группе ИС.
Рисунок 7. Изменение концентрации кортизола (нМ/л) в сыворотке крови у крыс разных групп в начале эксперимента и после воздействия стрессовых факторов

Обнаружили прямую корреляционную зависимость между уровнем кортизола и экспрессией Slc6a4(переносчика) , в зависимости от типа стрессора и его продолжительности воздействия на организм
Корреляции между уровнем кортизола и экспрессией Htr4 не обнаружили
Зависимость наблюдали на протяжении 6 месяцев эксперимента
ФН
ИС
Зависимость наблюдали на протяжении 3 месяцев эксперимента
ФН+ИС
Зависимость наблюдали на протяжении 3 месяцев эксперимента
Рисунок 8, 9, 10 Корреляционная зависимость между уровнем кортизола и действием физических нагрузок на относительный уровень экспрессии генов серотониновой системы после воздействий стрессоров

Выводы
На вивальной модели крыс линии Wistar показано значимое изменение активности экспрессии генов СТС, как в динамике (после 3, 6 и 9 месяцев эксперимента), так и между различными группами крыс. В данном исследовании показано отсутствие экспрессии генов Tph1 и Tph2 в периферической крови крыс, тогда как для генов Slc6a4 и Htr4 показаны статистически значимые изменения относительных уровней их активности. В динамике наблюдается тенденция к увеличению экспрессии генов Htr4 и Slc6a4 к 9 месяцу эксперимента, с небольшим падением активности после 3 месяцев эксперимента в группе с иммобилизационным стрессом и с комплексом стрессоров (физический и иммобилизационный стрессор), тогда как в контрольной группе и группе с физической нагрузкой значимых изменений не выявлено.
На вивальной модели крыс линии Wistar показано значимое изменение активности экспрессии генов СТС, как в динамике (после 3, 6 и 9 месяцев эксперимента), так и между различными группами крыс. В данном исследовании показано отсутствие экспрессии генов Tph1 и Tph2 в периферической крови крыс, тогда как для генов Slc6a4 и Htr4 показаны статистически значимые изменения относительных уровней их активности. В динамике наблюдается тенденция к увеличению экспрессии генов Htr4 и Slc6a4 к 9 месяцу эксперимента, с небольшим падением активности после 3 месяцев эксперимента в группе с иммобилизационным стрессом и с комплексом стрессоров (физический и иммобилизационный стрессор), тогда как в контрольной группе и группе с физической нагрузкой значимых изменений не выявлено.
Наиболее сильным изменениям экспрессии генов СТ системы в ходе проведения эксперимента относительно контрольной группы были подвержены группы крыс, где присутствует ИС- группы «ИС» и «ФН+ИС», наименьшим изменениям поддалась группа с изнурительной физической активностью «ФН».

Заключение
При аффективных расстройствах нарушаются адаптивные механизмы, а экспрессия генов, кодирующих серотониновые рецепторы, играет важную роль в адаптации, исследования экспрессии генов серотонинергической системы на транскрипционном уровне является актуальной задачей, которую можно решить, используя адекватные животные модели аффективных расстройств