Changes in gene expression of Ntrk2/Pi3k pathway following vital stress in rats with compulsive overeating

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Background: Compulsive overeating, also known as paroxysmal overeating, differs from other eating disorders such as bulimia or anorexia nervosa because it is not associated with compensatory behaviors. Vital psychogenic stress has been demonstrated to be a contributing factor to the development of post-traumatic stress disorders. Despite the available data on the involvement of mediator and cell signaling systems in the effects of post-traumatic stress disorders, there has been a paucity of studies investigating changes in the gene expression following vital stress. This phenomenon is particularly evident in the genes of the NTRK2/PI3K signaling pathway, which is induced by Bdnf and is a component of the neurotrophic mechanism.

Aim: To assess the effect of stress on the brain expression of Ntrk2 and Pi3k genes in response to predator presentation.

Methods: The experimental study comprised of 86 male Wistar rats, weighing between 200 and 250 g. A high-carbohydrate diet was made available to the experimental groups for one hour, in addition to the standard food granules. Male Wistar rats that exhibited compulsive overeating received a high-carbohydrate diet (a chocolate spread mix) for one hour every third day. Fifteen minutes prior to feeding, the animal was placed at a 5-cm distance from the food, with visual contact maintained throughout the experiment. After becoming food addicted, the rats were placed in a terrarium with an Indian python, where one of them was consumed by the predator. The animals that remained alive after the death of their fellow were subsequently confined within a terrarium, with a transparent partition separating them from the python.

Results: Polymerase chain reaction demonstrated the hypothalamic gene expression in the Ntrk2/Pi3k signaling pathway. The gene expression levels were elevated in the group of rats following the predator presentation. However, the Ntrk2 expression demonstrated a 1.5-fold decrease following stress exposure. However, the Ntrk2 and Pi3k expression was found to be reduced by 2.8 and 5 times, respectively, as compared to non-stressed rats that received chocolate. The Pi3k expression increased twofold in stressed rats that did not receive chocolate.

Conclusion: The findings from this study offer new insights into the synthesis of pharmacological peptides, which have the potential to address food addiction caused by psychogenic stresses during ontogenesis.

About the authors

Alexey V. Lizunov

Institute of Experimental Medicine

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

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Andrei 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

Vladanka А. Goltz

Institute of Experimental Medicine

Email: digitalisobscura@mail.ru
SPIN-code: 2031-2550
Russian Federation, Saint Petersburg

Sarng S. Pyurveev

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-code: 5915-9767

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Natalia D. Nadbitova

Institute of Experimental Medicine

Email: natali_805@mail.ru

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Eugenii R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

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

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Victor А. 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

Natalya Evdokimova

Institute of Experimental Medicine

Email: aalebedev-iem@rambler.ru

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Sofia A. Shamaeva

Institute of Experimental Medicine

Email: shamaevasofy@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-0584-4386
SPIN-code: 7778-5746
Russian Federation, Saint Petersburg

Sergey G. Tsikunov

Institute of Experimental Medicine

Email: sercikunov@mail.ru
SPIN-code: 7771-1940

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Andrey Yu. Yurov

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: ayroot@mail.ru
SPIN-code: 5211-2420

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine

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

MD, 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 behaviour. Int J Neuropsychopharmacol. 2009;12(7):995–1008. doi: 10.1017/S146114570900039X
  2. American Psychiatric Association. Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders. 5th ed. Arlington, VA: American Psychiatric Publishing; 2013.
  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 (Lond). 2007;31(9):1357–1367. doi: 10.1038/sj.ijo.0803614
  4. Lebedev AA, 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. doi: 10.17816/RCF562841 EDN: SLBOTQ
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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 EDN: GMLPBJ
  9. Devi L, Ohno M. TrkB reduction exacerbates Alzheimer’s disease-like signaling aberrations and memory deficits without affecting β-amyloidosis in 5XFAD mice. Transl Psychiatry. 2015;5(2):e562. doi: 10.1038/tp.2015.55 EDN: UPLXDR
  10. 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
  11. Peng S, Wuu J, Mufson EJ, Fahnestock M. Precursor form of brain-derived neurotrophic factor and mature brain-derived neurotrophic factor are decreased in the pre-clinical stages of Alzheimer’s disease. J Neurochem. 2005;93(6):1412–1421. doi: 10.1111/j.1471-4159.2005.03135
  12. 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 EDN: RHZCNZ
  13. Zhongyan H, Gu X, Dong Y, et al. PI3K and MAPK pathways mediate the BDNF/TrkB-increased metastasis in neuroblastoma. Tumor Biology. 2016;37(12):16227–16236. doi: 10.1007/s13277-016-5433-z EDN: VOYPSD
  14. 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
  15. Lizunov AV, Sekste EA, Lebedev AA, et al. Involvement of BDNF, NTRK2 and PI3K in the mechanism of binge eating after psychogenic stressors in ontogenesis. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2024;22(2):179–189. doi: 10.17816/RCF625676 EDN: LHLHZU
  16. Tissen IYu, Yakushina ND, Lebedev AA, et al. Effect of sb-408124, an orexin a ox1r receptor antagonist, on the compulsive behavior and the level of anxiety after the vital stress in rats. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2018;16(1):34–42. doi: 10.17816/RCF16134-42 EDN: XMRPML
  17. Bychkov ER, Karpova IV, Tsikunov SG, et al. The effect of acute mental stress on the exchange of monoamines in the mesocortical and nigrostriatal systems of the rat brain. Pediatrician (St. Petersburg). 2021;12(6):35–42. doi: 10.17816/PED12635-42 EDN: VFATQN
  18. 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
  19. 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. Alcohol Clin Exp Res. 2022;46(12): 2149–2159. doi: 10.1111/acer.14967 EDN: DJUKEX
  20. Rossi MA, Stuber GD. Overlapping brain circuits for homeostatic and hedonic feeding. Cell Metabolism. 2018;27(1):42–56. doi: 10.1016/j.cmet.2017.09.021
  21. Bąk-Sosnowska M. Differential criteria for binge eating disorder and food addiction in the context of causes and treatment of obesity. Psychiatr Pol. 2017;51(2):247–259. doi: 10.12740/PP/OnlineFirst/62824 EDN: YIMGTE
  22. 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
  23. 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. doi: 10.1371/journal.pone.0031462 EDN: BUBAZX

Note

The data obtained suggest new ways of synthesizing pharmacological agents of a peptide nature for the correction of food addiction caused by psychogenic stress in ontogenesis.


Copyright (c) 2025 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».