The causes and mechanisms of most mental disorders remain unclear. While stress is known to trigger depressive and anxiety disorders, the role of genetically determined individual differences in forming vulnerability to post-stress neurochemical disorders, including those that affect neuroplasticity, remains unresolved.
Early studies suggest that acute and chronic stress lead to elevated glucocorticoid levels in the bloodstream and alter the expression of glucocorticoid and mineralocorticoid receptors. Additionally, both forms of stress can decrease the levels of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), which plays a role in neuronal growth, development, and synapse building [1]. However, current studies insufficiently explain the complete mechanism of the stress response as they only explore variations in post-stress alteration of gene expression for proteins related to differing nervous system functional characteristics.
The strains of rats from the Biocollection of the Pavlov Institute of Physiology, RAS, are a convenient model for studying the impact of genetically determined nervous system features on stress reactivity. The strains, selected based on the threshold of nervous system excitability [2], include HT (high threshold of excitability, low excitability) and LT (low threshold of excitability, high excitability) strains. These strains display contrasting responses to extended emotional and painful stress and exhibit unique changes in brain structures implicated in emotional regulation and stress reactivity at the molecular, cellular, and epigenetic levels [2].
The aim of this study is to examine the mRNA levels of genes encoding glucocorticoid and mineralocorticoid receptors (NR3C1, NR3C2) and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in the hippocampus and blood of rat strains that exhibit contrasting nervous system excitability. The study investigates interstrain variations in animals under non-stressful conditions and changes in response to prolonged exposure to emotional and painful stimuli.
The experiment utilized 96 animals, with 6 animals in both the control and experimental groups at each time point. The stress model utilized was long-term emotional and painful stress as per K. Gecht [2]. The study assessed the expression of genes for glucocorticoid receptors and neurotrophic factor by isolating RNA from the hippocampus and blood of rats of two strains decapitated at 1, 7, 24, and 60 days post-stress. Gene expression analysis was conducted through real-time PCR and underwent further data processing using the ΔΔCt method. The statistical tests employed included the Kruskal–Wallis and Mann–Whitney tests.
The analysis of the expression of the observed genes in intact animals demonstrates that highly excitable LT rats have a significantly lower level of expression of the
The study suggests that the genetically determined characteristics of highly excitable animals affect the weakened adaptive abilities of their nervous system. One of the markers of this weakening is the reduced level of mRNA for the
Причины и механизмы большинства психических расстройств до настоящего момента не выяснены. Известно, что стресс может провоцировать манифестацию депрессивных и тревожных расстройств, однако открытым остаётся вопрос о роли генетически детерминированных индивидуальных различий в формировании уязвимости к постстрессорным нейрохимическим нарушениям, в том числе, влияющим на нейропластичность.
Ранние исследования показывают увеличение уровня глюкокортикоидов в крови в ответ на острый и хронический стресс и изменение экспрессии глюкокортикоидных и минералкортикоидных рецепторов. Хронический и острый стресс также способны уменьшать уровень нейротрофического фактора мозга (BDNF), который вовлечён в формирование новых синапсов, рост и развитие нейронов [1]. Однако исследований, направленных на изучение различий в постстрессорных изменениях экспрессии генов, кодирующих данные белки в зависимости от функциональных особенностей нервной системы, недостаточно для понимания полного механизма стрессового ответа.
Удобной моделью для изучения влияния генетически детерминированных особенностей нервной системы на стресс-реактивность являются линии крыс из Биоколлекции ФГБУН Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, селектированные по порогу возбудимости нервной системы [2]: линия ВП (высокий порог возбудимости, низковозбудимые) и НП (низкий порог возбудимости, высоковозбудимые). Установлено, что данные линии отличаются по своим поведенческим реакциям на длительное эмоционально-болевое стрессорное воздействие и имеют специфические молекулярно-клеточные и эпигенетические изменения в структурах мозга, вовлечённых в эмоциональный контроль и реакцию на стресс [2].
Общее количество животных в эксперименте составило 96 (по 6 животных в каждой контрольной и экспериментальной группах в каждой временной точке). В качестве модели стресса использовали длительное эмоционально-болевое воздействие по К. Гехту [2]. Для оценки экспрессии генов глюкокортикоидных рецепторов и нейротрофического фактора было произведено выделение РНК из гиппокампа и крови крыс двух линий, декапитированных через сутки, 7, 24 и 60 дней после стресса. Анализ экспрессии генов производился при помощи ПЦР в реальном времени с дальнейшей обработкой данных по методу ΔΔCt, критерия Краскела–Уоллиса, Манна–Уитни.
Анализ экспрессии изучаемых генов у интактных животных показал, что высоковозбудимые крысы линии НП имеют значимо более низкий уровень экспрессии гена
Результаты позволяют предположить, что генетически детерминированные особенности высоковозбудимых животных определяют ослабленные адаптационные возможности их нервной системы, а сниженный уровень мРНК гена