Involvement of Bdnf, Ntrk2 and Pi3k in the mechanism of binge eating after psychogenic stressors in ontogenesis

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: The study of the neurochemical mechanisms of food addiction provides experimental modeling of some of its clinical manifestations.

AIM: This study aimed to examine the effect of binge eating after maternal deprivation or after rearing in social isolation on the expression of Bdnf, Ntrk2, and Pi3k in the hypothalamus of rats.

MATERIALS AND METHODS: Animals aged 2–12 days were weaned from their mother for 10 days at 180 min, and males aged 90–100 days were used in the experiments. Another group of animals was reared in individual cages from day 21 after birth, and males aged 90–100 days were used in the experiments. To induce binge eating, the animals received a high-carbohydrate feed (chocolate spread) for 1 h every day or every third day within 30 days. Fifteen minutes before feeding, the paste was placed 5 cm within visual contact.

RESULTS: In groups with intermittent exposure to high-calorie food (the animals received pasta every third day), polymerase chain reaction analysis revealed the expression of the Bdnf, Ntrk2, and Pi3k in the hypothalamus. The expression level of Bdnf was higher in the maternal deprivation group than in the control group. The expression levels of Ntrk2 and Pi3k in rats taking a high-carbohydrate feed were higher in animals reared in isolation than in those reared in the community.

CONCLUSIONS: The results present new pathways for the synthesis of peptide drugs associated with the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway for the correction of food addiction caused by psychogenic stress in ontogenesis.

About the authors

Aleksey V. Lizunov

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: izya12005@yandex.ru
SPIN-code: 8912-3238

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Andrey A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-code: 4998-5204

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Sarng S. Pyurveev

Institute of Experimental Medicine

Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-code: 5915-9767
Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia D. Nadbitova

Institute of Experimental Medicine

Email: natali_805@mail.ru
SPIN-code: 4153-1270

Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Vladanka A. Goltz

Institute of Experimental Medicine

Email: digitalisobscura@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

Edgar A. Sekste

Institute of Experimental Medicine

Email: sekste_edgar@mail.ru
SPIN-code: 3761-0525

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Evgenii R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

Email: bychkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8911-6805
SPIN-code: 9408-0799

Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Viktor A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: vitya-lebedev-57@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1525-8106
SPIN-code: 1878-8392

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia R. Evdokimova

Institute of Experimental Medicine

Email: evdokimova.nr@mail.ru

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477

Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Nathan PJ, Bullmore ET. From taste hedonics to motivational drive: central µ-opioid receptors and binge-eating behavior. Int J Neuropsychopharmacol. 2009;12(7):995–1008. doi: 10.1017/S146114570900039X
  2. American Psychiatric Association. Diagnostic and statistical manual of mental disorders. 5th edit. Arlington, VA: American Psychiatric Publishing, 2013. doi: 10.1176/appi.books.9780890425596
  3. Boggiano MM, Artiga AI, Pritchett CE, et al. High intake of palatable food predicts binge-eating independent of susceptibility to obesity: an animal model of lean vs obese binge-eating and obesity with and without binge-eating. Int J Obes. 2007;31(9):357–1367. doi: 10.1038/sj.ijo.0803614
  4. Lebedev AА, Pyurveev SS, Nadbitova ND, et al. Reduction of compulsive overeating in rats caused by maternal deprivation in early ontogenesis with the use of a new ghrelin receptor antagonist agrelax. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2023;21(3):255–262. EDN: SLBOTQ doi: 10.17816/RCF562841
  5. Deussing JM, Chen A. The corticotropin-releasing factor family: physiology of the stress response. Physiol Rev. 2018;98(4): 2225–2286. doi: 10.1152/physrev.00042.2017
  6. Lebedev AA, Karpova IV, Bychkov ER, et al. The ghrelin antagonist [D-Lys3]-GHRP-6 decreases signs of risk behavior in a model of gambling addiction in rats by altering dopamine and serotonin metabolism. Neurosci Behav Physiol. 2022;52(3):415–421. doi: 10.19163/MedChemRussia2021-2021-259
  7. Pyurveev SS, Lebedev AA, Bychkov ER, Shabanov PD. Intranasal administration of ghrelin receptor antagonist [D-Lys-3]-GHRP-6 reduces the manifestations of impulsivity and compulsivity induced by maternal deprivation in rats. Research Results in Pharmacology. 2024;10(2):97–105. doi: 10.18413/rrpharmacology.10.448
  8. Potenza MN, Koran LM, Pallanti S. The relationship between impulse-control disorders and obsessive-compulsive disorder: A current understanding and future research directions. Psychiatry Res. 2009;170(1):22–31. doi: 10.1016/j.psychres.2008.06.036
  9. Patterson ZR, Ducharme R, Anisman H, Abizaid A. Altered metabolic and neurochemical responses to chronic unpredictable stressors in ghrelin receptor-deficient mice. Eur J Neurosci. 2010;32(4):632–639. doi: 10.1111/j.1460-9568.2010.07310.x
  10. Aliasghari F, Yaghin NL, Mahdavi R. Relationship between hedonic hunger and serum levels of insulin, leptin and BDNF in the Iranian population. Physiol Behav. 2019;199:84–87. doi: 10.1016/j.physbeh.2018.11.013
  11. Bechara RG, Kelly AM. Exercise improves object recognition memory and induces BDNF expression and cell proliferation in cognitively enriched rats. Behav Brain Res. 2013;245:96–100. doi: 10.1016/j.bbr.2013.02.018
  12. Ameroso D, Meng A, Chen S, et al. Astrocytic BDNF signaling within the ventromedial hypothalamus regulates energy homeostasis. Nat Metab. 2022;4(5):627–643. doi: 10.1038/s42255-022-00566-0
  13. Rivera C, Li H, Thomas-Crusells J, et al. BDNF-induced TrkB activation down-regulates the K+–Cl– cotransporter KCC2 and impairs neuronal Cl– extrusion. J Cell Biol. 2002;159(5):747–752. doi: 10.1083/jcb.200209011
  14. Nakagawara A, Liu X-G, Ikegaki N, et al. Cloning and chromosomal localization of the human TRK-B tyrosine kinase receptor gene (NTRK2). Genomics. 1995;25(2):538–546. doi: 10.1016/0888-7543(95)80055-Q
  15. Ooi CL, Kennedy JL, Levitan RD. A putative model of overeating and obesity based on brain-derived neurotrophic factor: Direct and indirect effects. Behav Neurosci. 2012;126(4):505–514. doi: 10.1037/a0028600
  16. Grilo CM, White MA, Barnes RD, Masheb RM. Posttraumatic stress disorder in women with binge eating disorder in primary care. J Psychiatr Pract. 2012;18(6):408–412. doi: 10.1097/01.pra.0000422738.49377.5e
  17. Gnanapavan S, Kola B, Bustin SA, et al. The tissue distribution of the mRNA of ghrelin and subtypes of its receptor, GHS-R, in humans. J Clin Endocrinol Metab. 2002;87(6):2988–2991. doi: 10.1210/jcem.87.6.8739
  18. Kharbanda KK, Farokhnia M, Deschaine SL, et al. Role of the ghrelin system in alcohol use disorder and alcohol-associated liver disease: A narrative review. Alcoholism: Clin Exp Res. 2022;46(12):2149–2159. doi: 10.1111/acer.14967
  19. Tapia-Arancibia L, Rage F, Givalois L, Arancibia S. Physiology of BDNF: focus on hypothalamic function. Front Neuroendocrinol. 2004;25(2):77–107. doi: 10.1016/j.yfrne.2004.04.001
  20. Chawla A, Cordner ZA, Boersma G, Moran TH. Cognitive impairment and gene expression alterations in a rodent model of binge eating disorder. Physiol Behav. 2017;180:78–90. doi: 10.1016/j.physbeh.2017.08.004
  21. McCubrey JA, Steelman LS, Chappell WH, et al. Mutations and deregulation of Ras/Raf/MEK/ERK and PI3K/PTEN/Akt/mTOR cascades which alter therapy response. Oncotarget. 2012;3(9):954–987. doi: 10.18632/oncotarget.652
  22. Balakina ME, Degtyareva EV, Nekrasov MS, et al. Effect of early postnatal stress upon psychoemotional state and development of excessive consumption of high-carbohydrate food in rats. Russian biomedical research. 2021;6(2):27–37. EDN: ABECPH
  23. Bąk-Sosnowska M. Differential criteria for binge eating disorder and food addiction in the context of causes and treatment of obesity. Psychiatria Polska. 2017;51(2):247–259. doi: 10.12740/PP/OnlineFirst/62824
  24. Rossi MA, Stuber GD. Overlapping brain circuits for homeostatic and hedonic feeding. Cell Metab. 2018;27(1):42–56. doi: 10.1016/j.cmet.2017.09.021
  25. Cottone P, Wang X, Park JW, et al. Antagonism of sigma-1 receptors blocks compulsive-like eating. Neuropsychopharmacology. 2012;37(12):2593–2604. doi: 10.1038/npp.2012.89
  26. Piccoli L, Micioni Di Bonaventura MV, Cifani C, et al. Role of orexin-1 receptor mechanisms on compulsive food consumption in a model of binge eating in female rats. Neuropsychopharmacology. 2012;37(9):1999–2011. doi: 10.1038/npp.2012.48
  27. Sekste EA, Lebedev AA, Bychkov ER, et al. Increase in the level of orexin receptor 1 (OX1R) mRNA in the brain structures of rats prone to impulsivity in behavior. Biomeditsinskaya Khimiya. 2021;67(5):411–417. EDN: ZVENEQ doi: 10.18097/PBMC20216705411
  28. Vetlugin EA, Bychkov ER, Abrosimov ME, et al. Anxiolytic and antidepressant effects of melanin-concentrating hormone 1 receptor antagonist SNAP 94847. Pediatrician (St. Petersburg). 2022;13(1):25–34. EDN: ZETGTI doi: 10.17816/PED13125-34
  29. Alvarez-Crespo M, Skibicka KP, Farkas I, et al. The amygdala as a neurobiological target for ghrelin in rats: neuroanatomical, electrophysiological and behavioral evidence. PloS one. 2012;7(10):e46321. doi: 10.1371/journal.pone.0046321
  30. Shabanov PD, Yakushina ND, Lebedev AA. Pharmacology of peptide mechanisms of gambling behavior in rats. Journal of Addiction Problems. 2020;(4):24–44. EDN: JBUQJN doi: 10.47877/0234-0623_2020_4_24
  31. Moghaddam SAP, Amiri P, Saidpour A, et al. The prevalence of food addiction and its associations with plasma oxytocin level and anthropometric and dietary measurements in Iranian women with obesity. Peptides. 2019;122:170151. doi: 10.1016/j.peptides.2019.170151
  32. Roik RO, Lebedev AA, Shabanov PD. The value of extended amygdala structures in emotive effects of narcogenic with diverse chemical structure. Research Results in Pharmacology. 2019;5(3):11–19. EDN: BUBAZX doi: 10.3897/rrpharmacology.5.38389
  33. Cabral A, Suescun O, Zigman JM, Perello M. Ghrelin indirectly activates hypophysiotropic CRF neurons in rodents. PloS one. 2012;7(2): e31462. doi: 10.1371/journal.pone.0031462

Copyright (c) 2024 ECO-vector LLC

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».