Sulfura de hidrogen ameliorează anxietatea, disfuncțiile motorii și cognitive la șobolani cu maternă

Olga Yakovleva

Ksenia Bogatova

Renata Mukhtarova

Aleksey Yakovlev

Viktoria Șahmatova

Elena Gerasimova

Guzel Ziyatdinova

2 Departamentul de chimie analitică, Universitatea Federală din Kazan, str. Kremlevskaya 18, 420008 Kazan, Rusia; ur.liam@gavonidtayiz

Anton Hermann

3 Departamentul de Biosciences, Universitatea din Salzburg, Salzburg 5020, Austria; [email protected]

Guzel Sitdikova

Date asociate

Abstract

1. Introducere

Sulfura de hidrogen (H2S), stabilită ca al treilea gazotransmițător împreună cu oxidul azotic și monoxidul de carbon, este produsă endogen în diferite țesuturi și mediază numeroase procese fiziologice și fiziopatologice [1,2]. În sistemul nervos central H2S facilitează inducerea potențării pe termen lung [3], îmbunătățește memoria fricii la șobolanii în vârstă [4], modulează excitabilitatea neuronală [5,6], crește nivelurile intracelulare de Ca 2+, generează unde Ca 2+ în astrocite [7] și este implicat în generarea și conducerea durerii somatice și viscerale [8,9]. Studii recente indică un rol neuroprotector al H2S în diferite patologii neurologice [10,11], inclusiv Alzheimer și [12] boala Parkinson [13], epilepsie [14] sau leziuni cerebrale după accident vascular cerebral ischemic [15] datorită caracteristicilor antioxidante ale H2S [2.16].

Mai mulți autori au raportat că există patru căi enzimatice implicate în producția de H2S: cistationina β-sintază (CBS), cistationina γ-lyase (CSE) și 3-mercaptopiruvat sulfurtransferază (3MCT) cuplată cu cisteina amino transferază (CAT) și 3MCT cuplat cu D-aminoacid oxidază (DAO) [2,11,17,18,19]. CBS și CSE sunt enzime dependente de piridoxal 5'-fosfat (PLP) localizate în citosol, în timp ce 3-MST independent de PLP generează în principal H2S în mitocondrii. Expresia enzimelor producătoare de H2S este specifică țesutului. CBS și 3-MST se găsesc predominant în sistemul nervos central, deși aceste enzime sunt prezente și în țesuturile periferice, unde CSE apare abundent în ficat și în mușchii netezi vasculari și non-vascular [2,11,17,18,19].

Nivelurile crescute de homocisteină afectează concentrația H2S și expresia/activitatea enzimelor generatoare de H2S în modele in vitro și in vivo [11,20]. Injecția intracerebroventriculară de homocisteină a scăzut expresia CBS și CSE în hipocampul șobolanului și a condus la disfuncții de învățare și de memorie [35,36]. În studiul nostru anterior, administrarea donatorului de H2S la șobolani femele cu hHcy în timpul sarcinii a restabilit afectarea dezvoltării descendenților în primele 3 săptămâni după naștere [28]. Scopul prezentului studiu este de a evalua efectele donatorului de H2S asupra anxietății, comportamentului motor și cognitiv, nivelul de stres oxidativ din țesuturile cerebrale, concentrația de H2S și activitatea/expresia CBS la șobolanii adulți cu hHcy matern.

2. Materiale și metode

2.1. Animale

Experimentele au fost efectuate folosind șobolani Wistar în conformitate cu Directiva UE 2010/63/UE pentru experimente pe animale și Comitetul Etic Local Universitatea Federală din Kazan (protocolul nr. 8 din 5 mai 2015). Animalele au fost adăpostite în cuști din polipropilenă (32 × 40 × 18 cm) la temperatură controlată (22-24 ° C), cu un program de lumină 12:12 L/D (luminile aprinse la 6:00 am) și acces gratuit la alimente și apă.

Șobolanii gravide au fost împărțiți în patru grupe după cum urmează: un grup a fost hrănit ad libitum cu o dietă de control (n = 7), al doilea grup (n = 11) a primit metionină zilnic (7,7 g/kg greutate corporală) cu alimente începând cu 3 săptămâni înainte și în timpul sarcinii și alăptării până la înțărcare la P21 [29,37]. Al treilea grup (n = 4) a primit donatorul de H2S, hidrosulfură de sodiu (NaHS) cu trei săptămâni înainte și pe tot parcursul sarcinii conform următorului protocol: 7 zile de injecții alternate cu 7 zile de adaptare [28]. Șobolanii din grupa a patra (n = 4) au primit zilnic metionină și injecții de NaHS conform protocoalelor menționate mai sus (Figura 1 a). NaHS a fost diluat în soluție salină sterilizată și injectat subcutanat (i.s.c.) la o doză de 3 mg/kg.

sulfura

Testarea comportamentală, analiza stresului oxidativ și nivelul H2S, activitatea și expresia CBS în țesuturile cerebrale au fost efectuate la vârsta de P72-90, cu excepția testului labirintului Morris Water care a fost efectuat la P21-22 (Figura 1 a). Deoarece nu au fost înregistrate diferențe semnificative între șobolani masculi și femele, datele au fost reunite pentru analiza ulterioară

2.2. Testarea comportamentală

2.2.1. Câmp deschis

Activitatea locomotorie și anxietatea au fost analizate folosind un test în câmp deschis. Șobolanii au fost așezați individual într-o arenă pătrată de dimensiuni de 100 × 100 cm cu un perete înalt de 36 cm împărțit în 25 de pătrate de 20 × 20 cm (Open Science, Moscova, Rusia) echipat cu un sistem video. Șobolanul a fost plasat în centrul câmpului deschis și i s-a permis explorarea aparatului timp de 3 minute cu urmărirea încrucișării pătratului, creșterea, îngrijirea, defecația și activitatea zonei centrale [38]. Fiecărui animal i s-a acordat un scor pentru activitatea locomotorie totală calculată ca suma a traversărilor pătrate și a numărului de spate. După fiecare test, câmpul deschis a fost curățat cu 70% alcool etilic și lăsat să se usuce între teste.

2.2.2. Rezistența musculară

Rezistența musculară a fost evaluată prin testul de rezistență la prinderea labei (PaGE) [39]. Șobolanii au fost așezați pe o rețea de sârmă și agitați ușor pentru a determina șobolanul să prindă rețeaua. Rețeaua a fost răsturnată peste o cușcă și a fost ținută la

0,45 m deasupra unei colivii deschise. Timpul (timpurile) petrecut (ă) pe grilă înainte de cădere a fost evaluat. Cea mai mare valoare din trei studii individuale a fost utilizată pentru analiză.

2.2.3. Testul Rotarod

Testul Rotarod a fost utilizat pentru a evalua coordonarea motorie a membrelor anterioare și posterioare și a echilibrului (Neurobotix, Moscova, Rusia) [40]. Fiecare șobolan a fost așezat pe tijă cu o viteză de rotație de zece rotații pe min (rpm) și s-au măsurat timpul de cădere și distanța de rulare. Animalele sunt supuse la trei sesiuni de testare consecutive (teste) cu un interval de 20-30 min. Cel mai bun din latența de a cădea de pe tija rotativă a fost înregistrat [41].

2.2.4. Task de semințe de floarea-soarelui și test de manipulare a vermișelilor

Sarcina semințelor de floarea soarelui și testul de manipulare a vermișelilor au fost utilizate pentru a evalua controlul motorului fin. În sarcina semințelor de floarea-soarelui a fost estimată capacitatea animalelor de a folosi membrele și cifrele în timpul consumului de semințe de floarea-soarelui [42]. Animalele au fost antrenate timp de trei zile consecutive și în a patra zi comportamentul a fost înregistrat și înregistrat video. În timpul testului șobolanul a fost plasat într-o cutie de plexiglas transparent (50 × 50 × 50 cm) cu cinci semințe de floarea-soarelui în colțul cutiei. S-a înregistrat cantitatea totală de timp pe care șobolanul a petrecut-o manipulând, deschizând și consumând semințe, precum și numărul de bucăți de coajă rămase. Experimentatorul a început să temporizeze momentul în care animalul a atins prima sămânță și a oprit temporizatorul de fiecare dată când animalul a fost distras.

În testul de manipulare a vermișelilor, șobolanilor li s-au dat vermiceli nefiți (lungimi de 7 cm și diametru de 1,5 mm) și au fost observate modele de mișcare asimetrice coordonate ale labelor și gurii. Șobolanii țin cel mai adesea piesa lungă în ambele labe și o mută în gură folosind un model de susținere asimetric coordonat atunci când o lăbuță este utilizată pentru a ține piesa cu o apucare întreagă a labei și cealaltă lavă pentru a ghida piesa în gură, adesea cu vârfurile cifrei [43]. Modelele de comportament atipice au fost evaluate în conformitate cu studiile anterioare [43,44] și au inclus următoarele tipare: (1) Labe sunt simetrice (fără o separare clară a funcțiilor) atunci când se consumă paste lungi; (2) comutarea funcțiilor labelor de la ghidare la înțelegere în timpul mesei; (3) una dintre labe nu intră în contact cu pastele în timpul consumului, ci doar pentru a regla bucata de paste; (4) bucata de paste este scăzută în timpul consumului; (5) gura este folosită pentru a trage bucata de paste prin labele; (6) postura cocoșată, când șobolanul se apleacă peste bucata de pastă și mișcă gura în jos în timp ce bucata devine mai mică. Testul a constat din trei probe cu bucăți de paste date câte unul pe fiecare test. Șobolanul a fost plasat într-o cutie clară de plexiglas și studiile au fost înregistrate video pentru analiză.