Algorithm of brain reactions to destabilizing antigenic and non-antigenic factors and problem of neuro-immune interactions

Abstract


In present work the analysis of current literature and data on molecular and cell mechanisms of brain reactions to different destabilizing factors is given. The characteristics of hypothalamic cell and structure ensembles, w//ch activation depends on stimulus modality (movement restriction, pain, electro-magnetic irradiation, injection of short peptides and different antigens) is determined. Applying of complex analysis of c-Fos-positive cell quantity, their size and optical density allowed to reveal activation level of hypothalamic structures, neurons types and intensity of their reaction to concrete stimuli. The dependence of algorithm of hypothalamic structure activation from the nature of injected antigen, its immunogenity and concentration. The modulating effects of short peptides vilon and epitalon as well as electromagnetic irradiation by waves of extremely //gh frequency on hypothalamic cell activation, altered by destabilizing factors, is shown. The discreteness of reactions of hypothalamic orexin neurons to antigen and non-antigen stimuli was revealed that demonstrate their participation in mechanisms of realization of brain reactions to these signals. The complex applying of molecular-biological and morphometric methods allowed to demonstrate the difference between algorithms of brain reactions characteristic for answer to definite stimuli including antigen.

E A Korneva

N S Novikova

Email: novikiem@gmail.com

S V Perekrest

K Z Shainidze

T V Abramova

Y V Gavrilov

  1. Акмаев И.Г., Гриневич В.В. Нейроиммуноэндокринология гипоталамуса. М.: Медицина, 2003.
  2. Барабанова С.В., Артюхина З.Е., Овчинникова К.Т. и др. Сочетанный анализ экспрессии c-Fos белка и интерлейкина-2 в клетках гипоталамуса при различных воздействиях // Рос. Физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2007. Т. 93. № 2. С. 150-160.
  3. Барабанова С.В., Головко О.И., Новикова Н.С. и др. Влияние стресса на экспрессию индуцибельных генов c-fos и интерлейкина-2 в клетках нервной и иммунной систем // Нейрохимия. 1998. Т. 15. № 4. С. 380-387.
  4. Гаврилов Ю.В., Перекрест С.В., Новикова Н.С., Корнева Е.А. Эффекты действия электроболевого раздражения на интенсивность активации клеток гипоталамических структур, индуцированной введением различных антигенов // Физиол. и патол. иммун. сист. 2007. Т. 11. № 1. С. 3-10.
  5. Дядык А.И., Сохин A.A., Синяченко О.В. и др. Хромосомные аберрации при хроническом и туберкулезном гломерулонефрите // Врачебное дело. 1990. № 9. С. 47-49.
  6. Казакова Т.Б., Барабанова С.В., Новикова Н.С. и др. Синтез ИЛ-2 мРНК в клетках гипоталамических структур крыс при введении коротких пептидов // Бюл. эксп. биол. мед. 2005. Т. 139. № 6. С. 688-691.
  7. Казакова Т.Б., Буров С.В., Головко О.И. и др. Биологическая активность аналогов пептидного гормона люлиберина в регуляции иммунного ответа лимфоцитов // Бюл. эксп. биол. мед. 1996. Т. 122. № 9. С. 334-337.
  8. Казакова Т.Б., Новикова Н.С., Корнева Е.А. Экспрессия c-fos гена-маркера активации нейрональных клеток в исследовании функций мозга // Патогенез. 2005. № 4. С. 18-28.
  9. Клименко В.М., Пуговкин А.П. Морфофункциональная перестройка нервного аппарата лимфоидных органов при электростимуляции гипоталамуса // Бюл. эксп. биол. и мед. 1985. Т. 96. № 6. С. 750-752.
  10. Корнева Е.А., Григорьев В.А., Клименко В.М., Столяров И.Д. Электрофизиологические феномены головного мозга при иммунных реакциях. Л.: Наука, 1989.
  11. Корнева Е.А., Казакова Т.Б., Носов М.А. Экспрессия c-fos мРНК и c-Fos-подобных белков в клетках гипоталамических структур при введении антигена // Аллергол. и иммунол. 2001. Т. 1. № 1. С. 37-14.
  12. Корнева Е.А., Новикова Н.С., Абрамова Т.В. и др. Влияние КВЧ-облучения кожи на интенсивность активации клеток гипоталамических структур, индуцированную введением циклофосфамида // Нефрология. 2006. Т. 10. № 3. С. 74-79.
  13. Корнева Е.А., Рыбакина Е.Г., Шанин C.H., Казакова Т.Б. Клеточно-молекулярные механизмы взаимодействия нервной и иммунной систем при стрессе // Достижения в области экспериментальной биологии и медицины, ИЭМ на рубеже тысячелетии. СПб.: Наука, 2000. С. 332-353.
  14. Корнева Е.А., Шхинек Э.К. Гормоны и иммунная система. Л.: Наука, 1988.
  15. Лушников К.В., Гапеев A.B., Чемерис Н.К. Влияние электромагнитного излучения крайне высоких частот на иммунную систему и системную регуляцию гомеостаза // Радиац. биол., радиоэкол. 2002. Т. 42. № 5. С. 533-545.
  16. Морозов Г.В., Антропов Ю.Ф., Асанова Л.М., Шканов С.М. Лечение невротической депрессии с помощью крайне высоких частот электромагнитного излучения // Журн. неврол. и псих. 1996. Т. 96. №6. С. 28-31.
  17. Новикова Н.С., Казакова Т.Б., Роджерс В., Корнева Е.А. Сравнительный анализ локализации и интенсивности экспрессии c-fos гена в клетках определенных структур гипоталамуса, при механическом и электрическом болевом раздражениях // Патогенез. 2004. № 2. С. 73-79.
  18. Новикова Н.С., Казакова Т.Б., Роджерс В., Корнева Е.А. Экспрессия c-fos гена в гипоталамусе крыс при электроболевом раздражении и КВЧ-облучении кожи // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2007. Т. 93. № 3. С. 255-263.
  19. Новикова Н.С., Казакова Т.Б., Роджерс В., Корнева Е.А. Экспрессия гена c-fos в клетках спинного и головного мозга крыс под алиянием стресса в условиях применения различных вариантов галотанового наркоза // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2002. Т. 88. № 11. С. 1378-1387.
  20. Перекрест С.В., Абрамова Т.В., Новикова Н.С. Сравнительный анализ реакции орексинсодержащих нейронов гипоталамуса крысы при введении различных доз липополисахарида // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2009. Т. 95. № 12. С. 1336-1345.
  21. Перекрест С.В., Гаврилов Ю.В., Абрамова Т.В. и др. Активация клеток гипоталамических структур при введении антигенов различной природы (по экспрессии c-fos гена) // Мед. иммунол. 2006. Т. 8. №5-6. С. 631-636.
  22. Поленов А.Л. Гипоталамическая нейросекреция. М., 1971.
  23. Телегин Л.Ю., Писарев В.М., Певниикий Л.А. Циклофосфамил усиливает иммунодепрессивное действие своих активных метаболитов // Докл. Акад. наук. 2008. Т. 423. № 3. С. 427-429.
  24. Хавинсон В.Х. Способ получения пептидов, обладающих тканеспецифической активностью, и фармацевтические композиции на их основе // Патент РФ № 2161501. 2001.
  25. Шаинидзе К.З., Новикова Н.С. Иммунореактивность орексинсодержащих нейронов гипоталамуса крыс при ограничении подвижности и охлаждении // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2009. Т. 95. № 12. С. 1346-1358.
  26. Alonso R., Chaudieu I., Diorio J. et al. Interleukin-2 modulates evoked release of [3H] dopamine in rat cultured mesencephalic cells // J. Neurochem. 1993. Vol. 61. P. 1284-1290.
  27. Bading H., Ginty D.D. and Greenberg M.E. Regulation of gene expression in hippocampal neurons by distinct calcium signaling pathways// Science. 1993. Vol. 260. P. 181-186.
  28. Becskei C., Riediger H., Hernadfalvy D. et al. Inhibitory effects of lipopolysaccharide on hypothalamic nuclei implicated in the control of food intake // Brain. Behav. Immunol. 2008. Vol. 22. № 1. P. 56-64.
  29. Besedovsky H.O., Sorkin E., Felix D., Haas H. Hypothalamic changes during the immune response // Eur. J. Immunol. 1977. Vol. 7. № 5. P. 323-325.
  30. Beuckmann C.T., Yanagisawa M. Orexin: from neuropeptides to energy homeostasis and sleep/wake regulation // J. Mol. Med. 2002. Vol. 80. № 6. P. 329-342.
  31. Brenner G.J., Moynihan J.A. Stressor-induced alterations in immune response and viral clearance following infection with herpes simplex virus-type 1 in BALB/ с and C57B1/6 mice // Brain Behav. Immunol. 1997. Vol. 11 № 1. P. 9-23.
  32. Bullit E. Expression of c-fos-like protein as a marker for neuronal activity following noxious stimulation in the rat // J. Comp. Neurol. 1990. Vol. 319. P. 517-530.
  33. Charmandari E., Tsigos C., and Chrousos G. Endocrinology of the stress response // Ann. Rev. Physiol. 2005.Vol. 67. P. 259-284.
  34. Cecatelli S., Villar M.J., Goldstein M., Hokpelt T. Expression of c-Fos immunoreactivity in transmitter-characterized neurons after stress // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 1989. Vol. 86. P. 9569-9573.
  35. de Vries H.E., Kuiper J., de Boer A.G. et al. The Blood-Brain Barrier in Neuroinflammatorv Diseases // Pharmacol. Rev. 1997. Vol. 49. P. 143-149.
  36. Elliot J.F., Lin Y., Mizel S.B. Induction of IL-2 messenger RNA inhibited by cyclosporin A// Science. 1984. Vol. 226. P. 1439-1441.
  37. Elmquist J.K., Saper C.B. Activation of neurons projecting to the paraventricular hypothalamic nucleus by intravenous lipopolysaccharide // J. Comp. Neurol. 1996. Vol. 374. №3. P. 315-331.
  38. Elmquist J.K., Scammell T.E., Jacobson C.D., Saper C.B. Distrubution of Fos-like immunoreactivity in the rat brain following intravenous lipopolysaccharide administration //. Comp. Neurol. 1996. Vol. 371. № 1. P. 85-103.
  39. Espana R.A., Baldo B.A., Kelley A.E., and Berridge C.W. Wake-promoting and sleep-suppressing actions of hypocretin (orexin): basal forebrain sites of action // Neuroscience. 2001. Vol. 106. P. 699-715.
  40. Gaykema R.P.A., Goehler L.E., Armstrong C.B et al. Differential FOS expression in rat brain induced by lipopolisaccharide and staphylococcal enterotoxin В // NeurolmmunoModulation. 1999. Vol. 6. P. 220-229.
  41. Gaykema R.P., Park S.M., McKibbin C.R., Goehler L.E. Lipopolysaccharide suppresses activation of the tuberomammillary histaminergic system concomitant with behavior: a novel target of immune-sensory pathways // Neuroscience. 2008. Vol. 152. № 1. P. 273-287.
  42. Goehler L.E., Gaykema R.P.A., Hansen K. Staphylococcal enterotoxin В induces fever, brain c-Fos expression, and serum corticosterone in rats // Am. J. Physiol. Regulatory Integrative Comp. Physiol. 2001. Vol. 280. P. 1434-1439.
  43. Honkaniemi J., Kainu T., Ceccatelli S. et al. Fos and jun rat central amygdaloid nucleus after stress // Mol. Neurosci. 1992. № 3. P. 849-852.
  44. Karanth S., Lyson K., Mc Cann S.M. Effects of cholinergic agonists and antagonists on interleukin-2 induced corticotrophin-releasing hormone release from the mediobasal hypothalamus // NeurolmmunoModulation. 1999. Vol. 6. P. 168-174.
  45. Kazakova T.B., Golovko O.I., Gushchin G.V. et al. Transactivation of interleukin-2 gene via the nuclear proteins from spleen and brain cells // Biotechnology Therapeutics. 1993. Vol. 4. № 1.2. P. 63-76.
  46. Khavinson V.K., Kvetnoi I.M. Peptide bioregulators inhibit apoptosis // Bull. Exp. Biol. Med. 2000. Vol. 130. P. 1175-1176.
  47. Korneva E.A., Kazakova T.B. Interleukin-2 gene expression in central nervous system cells after stress and antigen application // Cytokines in Brain / ed. C. Phelps and E. Korneva. Elsevier B.V. 2008. Chapter 17. P. 353-372.
  48. Kova’cs K. c-Fos as a transcription factor: a stressful (re)view from a functional map // Neurochemistry Int. 1998. Vol. 33. P. 287-297.
  49. Li Q., Liang Z., Nakadai A., Kawada T. Effect of electric foot shock and psychological stress on activities of murine splenic natural killer and lymphokine-activated killer cells, cytotoxic T lymphocytes, natural killer receptors and mRNA transcripts for granzymes and perforin // Int. J. on the Biol, of Stress, Taylor & Francis. 2005. Vol. 8. № 2. P. 107-116.
  50. Makar V.R., Logani M.K., Bhanushalt et al. Effect of cyclophosphamide and 61.22 GHz millimeter waves on T-cell, В-cell, and macrophage functions // Bioelectromagnetics. 2006. Vol. 27. № 6. P. 458-466.
  51. Marcus J.N., Aschkenasi C.J., Lee С.Е. et al. Differential expression of orexin receptors 1 and 2 in the rat brain // J. Comp. Neurol. 2001. Vol. 435. P. 6-25.
  52. Matsumoto I., Oomura Y., Niijima A. et al. Acidic fibroblast growth factor activates hypothalamic-pituitary-adrenocortical axis in rats // Am. Physiol. Soc. 1998. P. 503-509.
  53. Nosov M.A., Barabanova S.V., Glushikhina M.S. el al. Antigen-induced activation of hypothalamic cells (assesed by expression of the c-fos gene) // Neurosci. Behav. Physiol. 2002. Vol. 32. P. 523-528.
  54. Novikova N.S., Perekrest S.V., Rogers V., Korneva E.A. Morphometrie analysis of hypothalamic cells expressing c-Fos gene after exposure to movement restriction and EHF-irradiation // J. Pathophysiology. 2008. Vol. 15. P. 19-24.
  55. Orandle M.S., Williams K.C., MacLean A.G. et al. Macaques with rapid disease progression and simian immunodeficiency virus encephalitis have a unique cytokine profile in peripheral lymphoid tissues // J. Virol. 2001. Vol. 75. P. 4448-4452.
  56. Park S.M., Gaykema R.P., and Goehler L.E. How does immune challenge inhibit ingestion of palatable food? Evidence that systemic lipopolysaccharide treatment modulates key nodal points of feeding neurocircuitry // Br. Behav. Immunol. 2008. Vol. 22. № 8. P. 1160-1172.
  57. Persoons J.H., Berkenbosch F., Schomagel К. et al. Increased specific IgE production in lungs after the induction of acute stress in rats // J. Allergy Clin. Immunol. 1995. Vol. 95. № 3. P. 765-770.
  58. Quirion R., Araujo D.M., Lapchk P.A. et al. Growth factors and lymphokines modulators of cholinergic neuronal activity // Can. J. Neuron. Sci. 1991. Vol. 18. P. 390-393.
  59. Radzievsky A.A., Ziskin M.C. Peripheral neural system involvement in hypoalgesic effect of electromagnetic millimeter-waves // Life Sei. 2001. Vol. 68. P. 116-251.
  60. Randeva H.S., Karteris E., Grammatopoulos D. and Hillhouse E.W. Expression of orexin-A and functional orexin type 2 receptors in the human adult adrenals: implications for adrenal function and energy homeostasis // J. Clin. Endocrinol. Metab. 2001. Vol. 86. P. 4808-4813.
  61. Rojavin M.A., Cowan A., Radzievsky A.A., Ziskin M.C. Antipruritic effect of millimeter-waves in mice: evidence for opioid involvement // Life Sci. 1998. Vol. 63. № 18. P. 251-257.
  62. Rybakina E.G., Korneva E.A. Interleukin-1 Signal Transduction via the Sphingomyelin // Cytokines and the Brain Pathway in Brain Cells / Ed. C. Phelps and. E. Korneva. Elsevier B.V. 2008. Chapter 5. P. 79-91.
  63. Shanin S.N., Rybakina E.G., Novikova N.N. et al. Natural killer cell cytotoxic activity and c-Fos protein synthesis in rat hypothalamic cells after painful electric stimulation of the hind limbs and EHF irradiation of the skin // Med. Sci. Monit. 2005. Vol. 11. № 9. P. 309315.
  64. Shurin M.R., Kusnecov A.W., Riechman S.E. and Rabin B.S. Effect of a conditioned aversive stimulus on the immune response in three strains of rats // Psychoneuroendocrinology. 1995. Vol. 20. № 8. P. 837-849.
  65. Swanson L.W. Brain maps III. Structure of the rat brain. 3rd rev ed. San-Diego, Cal. USA: Elsevier acad press, 2004.
  66. Vacca A., Felli M., Farina A.R. et al. Glucocorticoid receptor-mediated suppression of the interleukin 2 gene expression through impairment of the cooperativity between nuclear factor of activated T cells and AP-1 enhancer elements // J. Exp. Med. 1992. Vol. 175. P. 637.
  67. Van den Pol A.N., Gao X.-B., Obrietan K. et al. Presynaptic and postsynaptic actions and modulation of neuroendocrine neurons by a new hypothalamic peptide, hypocretin orexin // J. Neurosci. 1998. Vol. 18. № 19. P. 7962-7971.
  68. Watanabe S., Kuwaki T., Yanagisawa M. et al. Persistent pain and stress activate pain-inhibitory orexin pathways // Neuroreport. 2005. Vol. 16. № 1. P. 5-8.
  69. Wenner M., Kawamura N., Ishikawa T. Reward linked to increased natural killer cell activity in rats // Neuro-ImmunoModulation. 2000. Vol. 7. P. 1-5.
  70. Zhang S., Blache D., Vercoe P.E. et al. Expression of orexin receptors in the brain and peripheral tissues of the male sheep // Regul. Pept. 2005. Vol. 124. P. 8187.
  71. Ziskin M. Physiological mechanisms underlying millimeter wave therapy // In Bio electromagnetics: Current concepts / S. Ayrapetyan and M. Markov (Eds.). Nato Science Series^ Springer Press. The Netherlands, 2006. P. 241-251.

Views

Abstract - 55

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2010 Korneva E.A., Novikova N.S., Perekrest S.V., Shainidze K.Z., Abramova T.V., Gavrilov Y.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.