Влияние длительного воздействия хлорида марганца на метаболизм серотонина в мозге и регулируемое серотонином поведение рыб вида Danio rerio

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ионы марганца токсичны для центральной нервной системы и вызывают нарушения моторики. Рыбы вида Danio rerio широко используют в исследованиях по нейробиологии, психофармакологии и токсикологии. Целью работы было изучение влияния длительного воздействия ионов Mn на серотониновую (5-HT) систему головного мозга и контролируемые ею формы поведение у рыб D. rerio. Исследования проводили на самцах и самках D. rerio линии AB, которых разделили на четыре смешанные по полу группы: контроль и на которых воздействовали в течение 10 дней 0.1, 0.2 и 0.5 мМ MnCl2 (препарат добавляли в воду аквариума). В течение всего воздействия движения группы рыб непрерывно регистрировали и анализировали с помощью программы DanioStudio. На 11 день воздействия поведение рыб исследовали в тесте “новый аквариум”, затем в их головном мозге с помощью ВЭЖХ определяли уровни 5-HT, 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-HIAA), активности ключевых ферментов синтеза и разрушения 5-HT, триптофангидроксилазы (ТПГ) и моноаминоксидазы (МАО), соответственно. Длительное воздействие MnCl2 не повлияло на массу тела рыб, двигательную активность, время в нижней и верхней третях домашнего аквариума, а также на двигательную и исследовательскую активности, время в нижней и верхней третях в тесте “новый аквариум”. Длительное воздействие MnCl2 не повлияло на уровни 5-HT, 5-HIAA и активность МАО в мозге рыб. Однако активность ТПГ была резко увеличена у рыб, содержащихся при 0.2 и 0.5 мМ MnCl2. В отдельном эксперименте было показано, что ионы Mn увеличивают термическую стабильность молекулы ТПГ in vitro. Эта стабилизирующая (шаперонная) активность ионов Mn была показана впервые. Открытие шаперонной активности ионов Mn позволит вскрыть фундаментальные молекулярные принципы и механизмы действия фармакологических шаперонов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Е. Изъюров

ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН

Email: avkulikov52@gmail.com
Россия, Новосибирск

И. Е. Сорокин

ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН

Email: avkulikov52@gmail.com
Россия, Новосибирск

В. С. Евсюкова

ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН

Email: avkulikov52@gmail.com
Россия, Новосибирск

Д. А. Золотова

ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН

Email: avkulikov52@gmail.com
Россия, Новосибирск

П. А. Куликов

ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН

Email: avkulikov52@gmail.com
Россия, Новосибирск

А. В. Куликов

ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: avkulikov52@gmail.com
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Mattison D.R., Momoli F., Alyanak C., Aschner M., Baker M., Cashman N., Dydak U., Farhat N., Guilarte T.R., Karyakina N., Ramoju S., Shilnikova N., Taba P., Krewski D. // Med. Int. (Lond). 2024. V. 4. P. 11.
  2. Pajarillo E., Nyarko-Danquah I., Adinew G., Rizor A., Aschner M., Lee E. // Adv. Neurotoxicol. 2021. V. 5. P. 215‒238.
  3. Bakthavatsalam S., Das Sharma S., Sonawane M., Thirumalai V., Datta A. // Dis. Model. Mech. 2014. V. 7. P. 1239–1251.
  4. Gorell J.M., Johnson C.C., Rybicki B.A., Peterson E.L., Kortsha G.X., Brown G.G., Richardson R.J. // Neurotoxicology. 1999. V. 20. P. 239–247.
  5. Dorman D.C., Brenneman K.A., McElveen A.M., Lynch S.E. // J. Toxicol. Environm. Health. 2002. V. 65. P. 1493‒1511.
  6. Chen P., Chakraborty S., Mukhopadhyay S., Lee E., Paoliello M.M., Bowman A.B., Aschner M. // J. Neurochem. 2015. V. 134. P. 601‒610.
  7. Osanai M., Hikishima K., Onoe H. // Front. Neural. Circuits. 2022. V. 16. P. 918500.
  8. Inoue T., Majid T., Pautler R.G. // Rev. Neurosci. 2011. V. 22. P. 675‒694.
  9. Tanihira H., Fujiwara T., Kikuta S., Homma N., Osanai M. // Front. Neural. Circuits. 2021. V. 15. P. 787692.
  10. Dribben W.H., Eisenman L.N., Mennerick S. // Cell Death Disease. 2010. V. 1. P. 63.
  11. Lucki I. // Biol. Psychiatry. 1998. V. 44. P. 151–162.
  12. Popova N.K. // Bioessays. 2006. V. 28. P. 495–503.
  13. Blanchard D.C., Meyza K. // Behav. Brain. Res. 2019. V. 357-358. P. 9‒17.
  14. Conio B., Martino M., Magioncalda P., Escelsior A., Inglese M., Amore M., Northoff G. // Mol. Psychiatry. 2020. V. 25. P. 82‒93.
  15. Gosmann N.P., Costa M.A., Jaeger M.B., Motta L.S., Frozi J., Spanemberg L., Manfro G.G., Cuijpers P., Pine D.S., Salum G.A. // PLoS Med. 2021. V. 18. P. e1003664.
  16. Tiwari P., Fanibunda S.E., Kapri D., Vasaya S., Pati S., Vaidya V.A. // FEBS J. 2021. V. 288. P. 2602‒2621.
  17. Miller B.R., Hen R. // Curr. Opin. Neurobiol. 2015. V. 30. P. 51–58.
  18. Panula P., Chen Y.C., Priyadarshini M., Kudo H., Semenova S., Sundvik M., Sallinen V. // Neurobiology of disease. 2010. V. 40. P. 46‒57.
  19. Gaspar P., Lillesaar C. // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2012. V. 367. P. 2382‒2394.
  20. Maximino C., Puty B., Benzecry R., Araújo J., Lima M.G., Batista E.D.J.O., Herculano A.M. // Neuropharmacology. 2013. V. 71. P. 83‒97.
  21. Herculano A.M., Maximino C. // Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 2014. V. 55. P. 50‒66.
  22. Kulikov A.V., Sinyakova N.A., Kulikova E.A., Khomenko T.M., Salakhutdinov N.F., Kulikov V.A., Volcho K.P. // Lett. Drug. Des. Discov. 2019. V. 16. P. 1321–1328.
  23. Evsiukova V.S., Bazovkina D., Bazhenova E., Kulikova E.A., Kulikov A.V. // Int. J. Mol. Sciences. 2021. V. 22. P. 12851.
  24. Kulikov A.V., Sinyakova N., Kulikova E., Evglevsky N., Kolotygin I., Volcho K., Salakhutdinov N., Kulikov V., Romaschenko A., Moshkin M. // Eur. Neuropsychopharmacol. 2019, V. 29. P. 198‒199.
  25. Ferreira S.A., Loreto J.S., Dos Santos M.M., Barbosa N.V. // Environ. Toxicol. Pharmacol. 2022. V. 93. P. 103870.
  26. Rodrigues G.Z.P., Staudt L.B.M., Moreira M.G., Dos Santos T.G., de Souza M.S., Lúcio C.J., Panizzon J., Kayser J.M., Simões L.A.R., Ziulkoski A.L., Bonan C.D. // Chemosphere. 2020. V. 244. P. 125550.
  27. Kulikov P.A., Sorokin I.E., Evsiukova V.S., Kulikov A.V. // Bull. Exp. Biol. Med. 2023. V. 175. P. 106‒111.
  28. Evsiukova V.S., Sorokin I.E., Kulikov P.A., Kulikov A.V. // Behav. Brain Res. 2024. V. 466. P. 115000.
  29. Nadig A.P.R., Huwaimel B., Alobaida A., Khafagy E.S., Alotaibi H.F., Moin A., Lila A.S.A., Suma M.S., Krishna K.L. // Biomed. Pharmacother. 2022. V. 155. P. 113697.
  30. Haridevamuthu B., Sudhakaran G., Pachaiappan R., Kathiravan M.K., Manikandan K., Almutairi M.H., Almutairi B.O., Arokiyaraj S., Arockiaraj J. // Br. J. Pharmacol. 2024.
  31. Hernández R.B., Nishita M.I., Espósito B.P., Scholz S., Michalke B. // J. Trace Elem. Med. Biol. 2015. V. 32. P. 209‒217.
  32. Kalueff A.V., Stewart A.M., Gerlai R. // Trends Pharmacol. Sci. 2014. V. 35. P. 63‒75.
  33. Stewart A.M., Braubach O., Spitsbergen J., Gerlai R., Kalueff A.V. // Trends Neurosci. 2014. V. 37. P. 264‒278.
  34. Marins K., Lazzarotto L.M.V., Boschetti G., Bertoncello K.T., Sachett A., Schindler M.S.Z., Chitolina R., Regginato A., Zanatta A.P., Siebel A.M., Magro J.D., Zanatta L. // Environ Sci. Pollut. Res. Int. 2019. V. 26. N. 23. P. 23555‒23570.
  35. Altenhofen S., Wiprich M.T., Nery L.R., Leite C.E., Vianna M.R.M.R., Bonan C.D. // Aquat. Toxicol. 2017. V. 182. P. 172‒183.
  36. Bowman A.B., Kwakye G.F., Herrero Hernández E., Aschner M. // J. Trace Elem. Med. Biol. 2011. V. 25. P. 191‒203.
  37. Meek J.L., Neff N.H. // J. Neurochem. 1972. V. 19. P. 1519‒1525.
  38. Fitzpatrick P.F. // Arch. Biochem. Biophys. 2023. V. 735. P. 109518.
  39. Gregersen N., Bross P., Vang S., Christensen J.H. // Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2006. V. 7. P. 103‒124.
  40. Muntau A.C., Leandro J., Staudigl M., Mayer F., Gersting S.W. // J. Inherit. Metab. Dis. 2014. V. 37. P. 505‒523.
  41. Leandro P., Gomes C.M. // Mini Rev. Med. Chem. 2008. V. 8. P. 901‒911.
  42. Papp E., Csermely P. // In Molecular Chaperones in Health and Disease. Handbook of Experimental Pharmacology (Starke, K., Gaestel, M., eds). Springer. Berlin. Heidelberg. 2006. V. 172. P. 405‒413.
  43. Voronin M.V., Abramova E.V., Verbovaya E.R., Vakhitova Y.V., Seredenin S.B. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 823.
  44. Pey A.L., Ying M., Cremades N., Velazquez-Campoy A., Scherer T., Thöny B., Sancho J., Martinez A. // J. Clin. Invest. 2008. V. 118. P. 2858‒2867.
  45. Calvo A.C., Scherer T., Pey A.L., Ying M., Winge I., McKinney J., Haavik J., Thöny B., Martinez A. // J. Neurochem. 2010. V. 114. P. 853‒863.
  46. Waløen K., Kleppe R., Martinez A., Haavik J. // Expert Opin. Ther. Targets. 2017. V. 21. P. 167‒180.
  47. Arefieva A.B., Komleva P.D., Naumenko V.S., Khotskin N.V., Kulikov A.V. // Biomolecules. 2023. V. 13. P. 1458.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Двигательная активность, время нахождения (%) в верхней и нижней третях домашнего аквариума у рыб, содержащихся в течение 10 дней в воде с 0 (контроль), 0.1, 0.2, 0.5 мМ MnCl2. Точки представляют средние значения наблюдений 12 ч в день в течение 10 дней по каждому аквариуму. Черты представляют средние значения ± ошибки средних по каждому аквариуму. Число аквариумов в каждой группе n = 4.

Скачать (143KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Масса тела (г), пройденный путь (м), доля обследованного пространства (%), расстояние от дна (см), время нахождения (%) в верхней и нижней третях кюветы у рыб, содержащихся в течение 10 дней в воде с 0 (контроль), 0.1, 0.2, 0.5 мМ MnCl2. Точки представляют индивидуальные значения показателей. Черты представляют средние значения ± ошибки средних по каждому аквариуму. Каждая из 4 групп включала по 20 рыб. **p < 0.01 vs контроль.

Скачать (290KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Уровень 5-HT (нг/мг), уровень 5-HIAA (нг/мг) и отношение 5-HIAA/5-HT в мозге рыб, содержащихся в течение 10 дней в воде с 0 (контроль) (n = 11), 0.1 (n = 9), 0.2 (n = 10), 0.5 (n = 10) мМ MnCl2. Точки представляют индивидуальные значения показателей. Черты представляют средние значения ± ошибки средних по каждому аквариуму.

Скачать (146KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Активности МАО (пмоль/мг/мин) и ТПГ (пмоль/мг/мин) в мозге рыб, содержащихся в течение 10 дней в воде с 0 (контроль) (n = 11), 0.1 (n = 9), 0.2 (n = 10), 0.5 (n = 10) мМ MnCl2. Точки представляют индивидуальные значения показателей. Черты представляют средние значения ± ошибки средних по каждому аквариуму. *p < 0.05, ***p < 0.001 vs контроль.

Скачать (111KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Значения Т50 для ТПГ из мозга D. rerio в отсутствии (контроль) и присутствии 0.05 мМ MnCl2.Точки представляют индивидуальные значения Т50. Каждая группа включала 6 значений. Черты представляют средние значения ± ошибки средних по каждому аквариуму. *p < 0.05 vs контроль.

Скачать (50KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024