Stress-induced increased expression of TLR2, TLR3, and TLR4 genes in hypothalamic tissue

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The aim of this work was to study the expression of Toll-like receptors (TLRs) genes in the hypothalamic structures of the brain, after the application of acute stressful effects. A hypothesis has been put forward about Toll-like receptors as a key link in the mechanisms of the implementation of a stress reaction, including at the level of the central nervous system (CNS). The important role of TLR in the pathogenesis of stress-mediated diseases of the central nervous system is assumed. The expression of TLR2, TLR3, and TLR4 genes in rat hypothalamus was studied for after 3 hours after the application of acute emotional-physical stress. A reliable increase in the level of gene expression of all three receptors at the mRNA level in stressed animals was established compared with the control. The obtained experimental data indicate the activation of the system of Toll-like receptors at the level of the central nervous system under stress. The activation of several receptors of the TLR family with different specificities in the absence of an increase in microbial load, including at the level of pathogen-associated molecular factors (PAMP), may also indicate the likely significant role of endogenous TLR ligands in the described processes.

About the authors

Irina A. Yankelevich

Institute of Experimental Medicine

Email: irina.yankelevich@pharminnotech.com
SPIN-code: 9249-6844

PhD in Biological Sciences, Senior Research Fellow

Russian Federation, Saint Petersburg

Mark V. Shustov

Saint Petersburg State Chemical Pharmaceutical University

Email: shustovmark99@gmail.com

Research Fellow

Russian Federation, Saint Petersburg

Yulia S. Martyshkina

Saint Petersburg State Chemical Pharmaceutical University

Email: martyshkina.yuliya@pharminnotech.com
Russian Federation, Saint Petersburg

Tatyana A. Filatenkova

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: lero269@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6911-7456
SPIN-code: 4198-3636

Research Fellow

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Ohashi K, Burkart V, Flohe S, Kolb H. Cutting edge: heat shock protein 60 is a putative endogenous ligand of the toll-like receptor-4 complex. J Immunol. 2000;164(2):558-561. https://doi.org/10.4049/jimmunol.164.2.558.
  2. Piccinini AM, Midwood KS. DAMPening inflammation by modulating TLR signalling. Mediators Inflamm. 2010;2010. https://doi.org/10.1155/2010/672395.
  3. Bausinger H, Lipsker D, Ziylan U, et al. Endotoxin-free heat-shock protein 70 fails to induce APC activation. Eur J Immunol. 2002;32(12):3708-3713. https://doi.org/10.1002/1521-4141(200212)32:12<3708::aid-immu3708>3.0.co;2-c.
  4. Erridge C. Endogenous ligands of TLR2 and TLR4: agonists or assistants? J Leukoc Biol. 2010;87(6):989-999. https://doi.org/10.1189/jlb.1209775.
  5. Satoh T, Akira S. Toll-like receptor signaling and its inducible proteins. Microbiol Spectr. 2016;4(6). https://doi.org/10.1128/microbiolspec.MCHD-0040-2016.
  6. De Nardo D. Toll-like receptors: Activation, signalling and transcriptional modulation. Cytokine. 2015;74(2):181-189. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2015.02.025.
  7. Rosenberger K, Derkow K, Dembny P, et al. The impact of single and pairwise Toll-like receptor activation on neuroinflammation and neurodegeneration. J Neuroinflammation. 2014;11:166. https://doi.org/10.1186/s12974-014-0166-7.
  8. Dong Z, Xiong L, Zhang W, et al. Holding the inflammatory system in check: TLRs and their targeted therapy in asthma. Mediators Inflamm. 2016;2016:2180417. https://doi.org/10.1155/2016/2180417.
  9. Xie Z, Huang G, Wang Z, et al. Epigenetic regulation of Toll-like receptors and its roles in type 1 diabetes. J Mol Med (Berl). 2018;96(8):741-751. https://doi.org/10.1007/s00109-018-1660-7.
  10. Dasu MR, Ramirez S, Isseroff RR. Toll-like receptors and diabetes: a therapeutic perspective. Clin Sci (Lond). 2012;122(5):203-214. https://doi.org/10.1042/CS20110357.
  11. Millerand M, Berenbaum F, Jacques C. Danger signals and inflammaging in osteoarthritis. Clin Exp Rheumatol. 2019;37 Suppl 120(5):48-56.
  12. Vallejo JG. Role of Toll-like receptors in cardiovascular diseases. Clin Sci (Lond). 2011;121(1):1-10. https://doi.org/10.1042/CS20100539.
  13. Lu Y, Li X, Liu S, et al. Toll-like receptors and inflammatory bowel disease. Front Immunol. 2018;9:72. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.00072.
  14. Behzadi E, Behzadi P. The role of Toll-like receptors (TLRs) in urinary tract infections (UTIs). Cent European J Urol. 2016;69(4):404-410. https://doi.org/10.5173/ceju.2016.871.
  15. Larsen PH, Holm TH, Owens T. Toll-like receptors in brain development and homeostasis. Sci STKE. 2007;2007(402):pe47. https://doi.org/10.1126/stke.4022007pe47.
  16. Abg Abd Wahab DY, Gau CH, Zakaria R, et al. Review on cross talk between neurotransmitters and neuroinflammation in striatum and cerebellum in the mediation of motor behaviour. Biomed Res Int. 2019;2019:1-10. https://doi.org/10.1155/2019/1767203.
  17. Rosenberger K, Derkow K, Dembny P, et al. The impact of single and pairwise Toll-like receptor activation on neuroinflammation and neurodegeneration. J Neuroinflammation. 2014;11:166. https://doi.org/10.1186/s12974-014-0166-7.
  18. Krishnan J. Taking a toll in brain: role of TLR4. Int J Curr Microbiol App Sci. 2015;4(4):283-296.
  19. Rietdijk CD, Van Wezel RJA, Garssen J, Kraneveld AD. Neuronal Toll-like receptors and neuro-immunity in Parkinson’s disease, Alzheimer’s disease and stroke. Neuroimmunol Neuroinflamm. 2016;3(2):27. https://doi.org/10.20517/2347-8659.2015.28.
  20. Frederiksen HR, Haukedal H, Freude K. Cell type specific expression of Toll-like receptors in human brains and implications in Alzheimer’s disease. Biomed Res Int. 2019;2019:1-18. https://doi.org/10.1155/2019/7420189.
  21. Алешина Г.М., Янкелевич И.А., Кокряков В.Н. Лактоферрин человека модулирует экспрессию гена рецептора TLR4 в селезенке крысы в условиях экспериментального стресса // Российский иммунологический журнал. – 2016. – Т. 10. – № 2-1. – С. 60-62. [Aleshina GM, Yankelevich IA, Kokryakov VN. Laktoferrin cheloveka moduliruet ekspressiyu gena retseptora TLR4 v selezenke krysy v usloviyakh eksperimental’nogo stressa. Russ J Immunol. 2016;10(2-1):60-62. (In Russ.)]
  22. Neubauer O, Sabapathy S, Lazarus R, et al. Transcriptome analysis of neutrophils after endurance exercise reveals novel signaling mechanisms in the immune response to physiological stress. J Appl Physiol (1985). 2013;114(12):1677-1688. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00143.2013.
  23. Янкелевич И.А. Антимикробные белки и пептиды как эндогенные иммуномодуляторы при экспериментальном стрессе: дис. … канд. биол. наук. – СПб., 2014. – 147 с. [Yankelevich IA. Antimikrobnye belki i peptidy kak endogennye immunomodulyatory pri eksperimental’nom stresse. [dissertation] Saint Petersburg; 2014. 147 p. (In Russ.)]
  24. Picard C, Casanova JL, Puel A. Infectious diseases in patients with IRAK-4, MyD88, NEMO, or IkappaBalpha deficiency. Clin Microbiol Rev. 2011;24(3):490-497. https://doi.org/10.1128/CMR.00001-11.
  25. Suresh MV, Dolgachev VA, Zhang B, et al. TLR3 absence confers increased survival with improved macrophage activity against pneumonia. JCI Insight. 2019;4(23). https://doi.org/10.1172/jci.insight.131195.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Expression of the TLR2 gene on the stage of mRNA in the hypothalamus of rats in 3 hours after the application of acute emotional-physical stress. * p < 0.05 in compare with control animals

Download (79KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Expression of the TLR4 gene on the stage of mRNA in the hypothalamus of rats in 3 hours after the application of acute emotional-physical stress. * p < 0.05 in compare with control animals

Download (82KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Expression of the TLR3 gene on the stage of mRNA in the hypothalamus of rats in 3 hours after the application of acute emotional-physical stress. * p < 0.05 in compare with control animals

Download (82KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Yankelevich I.A., Shustov M.V., Martyshkina Y.S., Filatenkova T.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a 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».