The effect of prolonged emotional and pain stress on the expression of the bdnf gene in the brain of rats with contrast excitability of the nervous system

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: The neurotrophic factor BDNF performs important functions in synaptic plasticity and functional activity of neurons, involve in the stress response and the pathogenesis of post-stress disorders. The specificity of post-stress changes in the bdnf mRNA level due to genetically determined features of excitability of the nervous system has not been studied.

AIM: To study the level of bdnf mRNA in the prefrontal cortex, hippocampus and amygdala of rats of two strains with contrasting excitability of the nervous system in normal condition and at different times after prolonged emotional and painful stress exposure (after 24 hours, 7, 24, 60 days).

MATERIALS AND METHODS: The study was carried out on adult male rats of two strains with a different level of excitability of the nervous system (HT — high threshold and LT — low threshold of excitability). As a model of chronic stress, a long-term emotional and painful exposure according to Hecht was used. The bdnf mRNA level was determined using quantitative real-time PCR. Changes in the level of bdnf mRNA in the prefrontal cortex, hippocampus and amygdala of control and experimental groups of rats of two strains were studied at different time points (24 hours, 7, 24 days, 2 months) after prolonged emotional and painful stress exposure.

RESULTS: It was found that in highly excitable LT rats, a decrease in the expression of the bdnf gene in the prefrontal cortex occurs 24 hours and persists up to 7 days after exposure, in the hippocampus — 2 months after exposure. In rats of the low-excitable HT strain, the decrease in bdnf mRNA was not detected.

CONCLUSIONS: In highly excitable LT rats, prolonged emotional and painful stress causes a decrease in the expression of the bdnf gene in the prefrontal cortex and hippocampus. In low-excitable rats of the HT strain, no significant decrease in the mRNA level of this neurotrophin was found in any of the studied brain regions. The possible association of this specificity of changes in the level of bdnf mRNA with a greater severity of post-stress anxiety-like behavior disorders in highly excitable rats compared with low-excitable ones is discussed.

About the authors

Irina G. Shalaginova

Immanuel Kant Baltic Federal University

Author for correspondence.
Email: shalaginova_i@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0140-3077
SPIN-code: 1160-1915
Scopus Author ID: 57202052229
ResearcherId: J-3626-2018

Senior Lecturer of the Higher School of Living Systems

Russian Federation, Kaliningrad

Tatiana G. Zachepilo

Pavlov Institute of Physiology of the RAS

Email: zachepilo_t@infran.ru
ORCID iD: 0000-0001-6350-7050
SPIN-code: 7746-2208
Scopus Author ID: 6506211770
ResearcherId: J-6935-2018

Leading Research Associate, Acting Head of the Laboratory of Genetics of Higher Nervous Activity

Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia A. Dyuzhikova

Pavlov Institute of Physiology of the RAS

Email: dyuzhikova@infran.ru
ORCID iD: 0000-0003-3617-5948
SPIN-code: 6206-3889
ResearcherId: AFO-9318-2022

Acting Director

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Leal G, Comprido D, Duarte CB. BDNF-induced local protein synthesis and synaptic plasticity. Neuropharmacology. 2014;76:639–656. doi: 10.1016/j.neuropharm.2013.04.005
  2. Chang S-H, Yu YH, He A, et al. BDNF protein and BDNF mRNA expression of the medial prefrontal cortex, amygdala, and hippocampus during situational reminder in the PTSD animal model. Behav Neurol. 2021;2021:6657716. doi: 10.1155/2021/6657716
  3. Peregud DI, Freiman SV, Tishkina AO, et al. Effects of early neonatal proinflammatory stress on the expression of BDNF transcripts in the brain regions of prepubertal male rats. Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2016;(20(2)):191–197. (In Russ.) doi: 10.18699/VJ16.149
  4. Miao Z, Wang Y, Sun Z. The relationships between stress, mental disorders, and epigenetic regulation of BDNF. Int J Mol Sci. 2020;21(4):1375. doi: 10.3390/ijms21041375
  5. Vaido A, Shiryaeva N, Pavlova M, et al. Selected rat strains HT, LT as a model for the study of dysadaptation states dependent on the level of excitability of the nervous system. Laboratory Animals for Science. 2018;(3):12–22. (In Russ.) DOI: 10/29926/2618723X-2018-03-02
  6. Dyuzhikova NA, Daev EV. Genome and stress-reaction in animals and humans. Ecological genetics. 2018;(16(1)):4–26. (In Russ.) doi: 10.17816/ecogen1614-26
  7. Baranova KA, Rybnikova EA, Samoilov M.O. The neurotrophin bdnf is involved in the development and prevention of stress-induced psychopathologies. Neurochemical Journal. 2015;9(2):108–115. doi: 10.1134/S1819712415020038
  8. Lakshminarasimhan H, Chattarji S. Stress leads to contrasting effects on the levels of brain derived neurotrophic factor in the hippocampus and amygdala. PLoS One. 2012;7(1):e30481. doi: 10.1371/journal.pone.0030481
  9. Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) method. Methods. 2001;25(4):402–408. doi: 10.1006/meth.2001.1262
  10. Chen K-W, Chen L. Epigenetic regulation of BDNF gene during development and diseases. Int J Mol Sci. 2017;18(3):571. doi: 10.3390/ijms18030571
  11. Vetrovoy OV, Rybnikova EA, Glushchenko TS, et al. Mild hypobaric hypoxic postconditioning increases the expression of HIF-1α and erythropoietin in the CA1 field of the hippocampus of rats that survive after severe hypoxia. Neurochem J. 2014;8:103–108. doi: 10.1134/S1819712414020123
  12. Murakami S, Imbe H, Morikawa Y, et al. Chronic stress, as well as acute stress, reduces BDNF mRNA expression in the rat hippocampus but less robustly. Neurosci Res. 2005;53(2):129–139. doi: 10.1016/j.neures.2005.06.008
  13. Grønli J, Bramham C, Murison R, et al. Chronic mild stress inhibits BDNF protein expression and CREB activation in the dentate gyrus but not in the hippocampus proper. Pharmacol Biochem Behav. 2006;85(4):842–849. doi: 10.1016/j.pbb.2006.11.021
  14. Choy KHC, de Visser Y, Nichols NR, van den Buuse M. Combined neonatal stress and young-adult glucocorticoid stimulation in rats reduce BDNF expression in hippocampus: effects on learning and memory. Hippocampus. 2008;18(7):655–667. doi: 10.1002/hipo.20425
  15. Smith MA, Makino S, Kvetnansky R, Post RM. Stress and glucocorticoids affect the expression of brain-derived neurotrophic factor and neurotrophin-3 mRNAs in the hippocampus. J Neurosci. 1995;15(3):1768–1777. doi: 10.1523/JNEUROSCI.15-03-01768.1995
  16. Ordyan NEh, Vaido AI, Rakitskaya VV, et al. Funktsionirovanie gipofizarno-adrenokortikal’noi sistemy u krys, selektirovannykh po porogu chuvstvitel’nosti k ehlektricheskomu toku. Byulleten’ ehksperimental’noi biologii i meditsiny. 1998;125(4):443–445. (In Russ.)
  17. Shalaginova IG, Tuchina OP, Sidorova MV, et al. Effects of psychogenic stress on some peripheral and central inflammatory markers in rats with the different level of excitability of the nervous system. PLoS One. 2021;16(7):e0255380. doi: 10.1371/journal.pone.0255380

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. The mRNA level of the bdnf gene in the prefrontal cortex (a), hippocampus (b) and amygdala (c) of intact rats of the high threshold (HT) and low threshold (LT) strains. The vertical axis shows the relative value of the expression change (–ΔΔCt), the graphs represent the medians, quartile boundaries, as well as the maximum and minimum of the analyzed data

Download (91KB)
3. Fig. 2. The level of mRNA of the bdnf gene in the prefrontal cortex of rats of the high threshold (a) and low threshold (b) strains at different time points after prolonged emotional and painful stress exposure. The vertical axis shows the relative value of the expression change (–ΔΔCt), the graphs represent the medians, quartile boundaries, as well as the maximum and minimum of the analyzed data. * p < 0.01 (Kraskel–Wallis, Mann–Whitney post-hoc analysis, FDR correction)

Download (135KB)
4. Fig. 3. The level of mRNA of the bdnf gene in the hippocampus of rats of the high threshold (a) and low threshold (b) strains at different time points after prolonged emotional and painful stress exposure. The vertical axis shows the relative value of the expression change (–ΔΔCt), the graphs represent the medians, quartile boundaries, as well as the maximum and minimum of the analyzed data. * p < 0.01 (Kraskel–Wallis, Mann–Whitney post-hoc analysis, FDR correction)

Download (132KB)
5. Fig. 4. The level of mRNA of the bdnf gene in the amygdala of rats of the high threshold (a) and low threshold (b) strains at different time points after prolonged emotional and painful stress exposure. The vertical axis shows the relative value of the expression change (–ΔΔCt), the graphs represent the medians, quartile boundaries, as well as the maximum and minimum of the analyzed data

Download (128KB)

Copyright (c) 2023 Eco-Vector



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».