Conditioned place preference of kisspeptin-10

Ilia Yu. Tissen; Тиссен Илья Юрьевич; Polina A. Chepik; Чепик Полина Александровна; Andrei A. Lebedev; Лебедев Андрей Андреевич; Leila A. Magarramova; Магаррамова Лейла Араслан-кызы; Eugenii R. Bychkov; Бычков Евгений Рудольфович; Petr D. Shabanov; Шабанов Петр Дмитриевич

doi:10.17816/RCF19147-53

Conditioned place preference of kisspeptin-10

Authors: Tissen I.Y.¹, Chepik P.A.¹, Lebedev A.A.¹, Magarramova L.A.¹, Bychkov E.R.¹, Shabanov P.D.¹
Affiliations:
1. Institute of Experimental Medicine
Issue: Vol 19, No 1 (2021)
Pages: 47-53
Section: Original articles
URL: https://journals.eco-vector.com/RCF/article/view/70617
DOI: https://doi.org/10.17816/RCF19147-53
ID: 70617

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract
Full Text
About the authors
References
Statistics

Abstract

INTRODUCTION: Kisspeptins (KISS), a group of brain neuropeptides are involved in sexual behavior. KISS activate the hypothalamic neurons that synthesize gonadotropin releasing hormone. KISS was also detected in the limbic system. Earlier, we showed the activation of sexual motivation after the administration of kisspeptin-10 without increasing the level of testosterone in male rats, which suggests the extrahypothalamic effect of KISS.

The aim of this work was to study the possibility of aquisition of conditioned place preference of kisspeptin-10, as well as to study the emotional and investigational behavior in rats after intranasal peptide administration.

METHODS: Conditioned place preference test (CPP), “open field” test (OP) and “elevated plus maze” (EPM) were used in male Wistar rats.

RESULTS: When studying CPP, animals spent 78.6 ± 6.3% of the time in the chamber associated with the administration of KISS compared to control animals with administration of physiological saline (51.2% of the experiment time; p < 0.05). After kisspeptin-10 administration locomotor activity was 2-fold increased (p < 0.05), and the number of sniffings was 2-fold increased too (p < 0.05). The parameters did not significantly differ in animals treated with kisspeptin or saline in PCL.

CONCLUSION: Thus repeated intranasal administration of kisspeptin-10 induces the aquisition of CPP in rats. This suggests that kisspeptin-10 can cause activity in the reward system or the activation of brain regions associated with this system, which ultimately leads to the formation of an emotionally positive state.

Keywords

kisspeptin-10, sexual behavior, conditioned place preference, emotional behavior

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Кисспептин — продукт гена kiss1, экспрессирующийся в основном в нейронах гипоталамуса (аркуатном и антеровентральном паравентрикулярном ядрах), миндалине и в меньшей степени в нейронах гиппокампа [12, 17]. Источником кисспептина является пептид, состоящий из 145 аминокислот (препрокисспептин), который затем трансформируется в непосредственный предшественник кисспептина, состоящий из 54 аминокислот. Из кисспептина-54 в дальнейшем образуются пептиды кисспептин-14, кисспептин-13 и кисспептин-10 [3]. Последний является самым поведенчески активным среди всей группы кисспептинов. Основным рецептором для кисспептинов становится GPR-54 — орфанный связанный с G-белком рецептор [12, 14]. Связывание лиганда с рецептором ведет к активации фосфолипазы C и дальнейшему фосфорилированию p38 MAP-киназы, что в конечном итоге приводит к деполяризации мембран нейронов, экспрессирующих кисспептин и его рецепторы [12]. Кисспептин-10 способен активировать рецепторы нейропептида FF (NPFFR1/NPFFR2), относящиеся к семейству рецепторов RF амидов [6, 8, 10].

Кисспептины необходимы для реализации половой функции [16]. Они участвуют в регуляции полового поведения, уровня гонадотропина и некоторых эмоциональных реакций, связанных с половым поведением [11]. Кисспептиновые нейроны формируют синапсы с нейронами, экспрессирующими гонадолиберин. Деполяризация кисспептиновых нейронов ведет к деполяризации нейронов, экспрессирующих гонадолиберин, что приводит к повышению уровня лютеинизирующего и фолликулстимулирующего гормонов [14]. Экспрессия кисспептина была выявлена также в лимбической системе, что делает его участником не только репродуктивной функции, но и возможным регулятором поведенческих, эмоциональных и когнитивных реакций [5, 11]. Ранее мы показали активацию половой мотивации у самцов крыс после введения кисспептина-10 без повышения уровня тестостерона, что предполагает экстрагипоталамическое действие кисспептина [16]. Кисспептиновые нейроны обнаружены во многих областях мозга. Показано взаимодействие кисспептинов с такими нейропептидами, как нейрокинин B, динорфин A, проопиомеланокортин, кокаин- и амфетамин-регулируемые транскрипты, нейропептид Y [4]. Для кисспептина-10 была ранее показана роль в обучении, консолидации памяти, пространственной ориентации и, соответственно, выявлена локализация рецепторов в зубчатой извилине гиппокампа [5]. Предполагается, что эта способность связана с возможностью модулирования кисспептином активности эндогенных опиоидов через рецепторы нейропептида FF. В результате опиоиды активируют системы подкрепления мозга в лимбических структурах [7, 9]. Была также обнаружена способность кисспептина оказывать действие через GPR54-рецепторы зубчатой извилины гиппокампа. Эффекты кисспептина проявляются и в виде увеличения нейрональной активности в зубчатой извилине, предположительно через активацию системы MAP-киназы [1]. Существуют данные, что нейроны поводка, в которых происходит экспрессия гена kiss1, модулируют активность серотонинергической системы мозга в большей степени через глутамат, чем через систему ГАМК. При этом глутамат и ГАМК коэкспрессируются с кисспептином и его рецепторами в нейронах, содержащих ген kiss1. Действие кисспептина в серотониновых терминалях также может играть важную роль в формировании мотиваций и эмоциональном подкреплении [15].

Целью настоящей работы было изучение возможности выработать условную реакцию предпочтения места (УРПМ) кисспептина-10, а также изучить эмоциональное и исследовательское поведение у крыс при интраназальном введении пептида.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Животные. В работе использовали 36 половозрелых крыс-самцов Вистар массой 250–300 г, полученных из питомника Рапполово (Ленинградская область). Животных содержали в стандартных пластмассовых клетках в условиях вивария при свободном доступе к воде и пище в условиях инвертированного освещения с 8.00 до 20.00 при температуре 22 ± 2 °C. Все опыты проведены в осенне-зимний период.

Тестирование животных. В качестве метода моделирования элементов зависимости (аддикции) была использована методика условной реакции предпочтения места (УРПМ), эмоциональное поведение исследовали с помощью тестов «открытое поле» и «приподнятый крестообразный лабиринт».

Условная реакция предпочтения места. Для выработки УРПМ кисспептина-10 у крыс использовали двухкамерную установку с гладким и решетчатым полами. Во время выработки УРПМ животных последовательно помещали в две камеры, разделенные между собой перегородкой, на 30 мин с интервалом между посадками 1 ч в течение 4 дней. В течение 1 ч между посадками крыс содержали в домашней клетке. Перед посадкой в 1-ю камеру крысы получали интраназально физиологический раствор, перед посадкой во 2-ю камеру животным интраназально вводили кисспептин-10 в дозе 10 мкг в 20 мкл раствора (по 5 мг/10 мкл в каждую ноздрю). Контрольной группе крыс во 2-й камере вводили физиологический раствор. Для оценки выработки УРПМ кисспептина-10 у животных на 6-й день эксперимента регистрировали время нахождения в отсеках в течение 15 мин в условиях свободного перемещения крыс по отсекам установки. Полученные данные представляли в процентах по времени пребывания в отсеке, ассоциированном с введением кисспептина-10, к общему времени исследования.

Тест «приподнятый крестообразный лабиринт». Поведение крыс в тесте исследовали в установке, которая состояла из двух открытых рукавов 50 × 10 см и двух закрытых рукавов 50 × 10 см с отрытым верхом, расположенных перпендикулярно друг другу. Высота над полом 1 м. Животное помещали в центр лабиринта. Путем нажатия соответствующей клавиши этографа, связанного с компьютером, фиксировали время пребывания в закрытых и открытых рукавах, время свешивания в отрытых рукавах и число выглядываний из закрытых рукавов. Продолжительность теста составляла 5 мин.

Тест «открытое поле». Исследовали свободную двигательную активность животных. Тест представлял собой круглую площадку диаметром 80 см, ограниченную по окружности непрозрачными бортами высотой 30 см. По всей площади открытого поля равномерно расположены 16 отверстий (норок), диаметром 3 см каждая, предназначенных для выявления видоспецифического компонента исследовательской активности у грызунов (норковый рефлекс). Освещенность открытого поля равнялась 100 лк. Продолжительность одного опыта составляла 3 мин. На основании поведенческого атласа для грызунов выбирали ряд элементарных двигательных актов и поз, совокупность которых характеризует целостное поведение в «открытом поле». Исходя из требований регистрации и математической обработки, каждому отдельному элементарному акту присваивали определенный номер (код): 0 — «локомоция» (поступательное движение тела в горизонтальной плоскости); 1 — «обнюхивание» (принюхивание и повороты головы без существенных изменений координат корпуса в горизонтальной и вертикальной плоскостях). Этот акт может осуществляться в позах «сидя», «стоя», которые трудно различимы без потери его основного биологического значения, поэтому при регистрации не разделялся в зависимости от позы, в которой он появлялся); 2 — «вертикальная стойка» (стойка на задних лапах в центре открытого поля); 3 — груминг (все разновидности этой реакции); 4 — «заглядывание в норку» (норковый рефлекс); 5 — «стойка на стенку» (вертикальная стойка на задних лапах с упором передними на стенку вольера); 6 — фризинг (замирание, полная неподвижность).

Фармакологические средства. В работе был использован кисспептин-10 (Sigma, США), который разводили в дистиллированной воде из расчета 0,5 мг/мл и вводили интраназально в дозе 10 мкг в 20 мкл, по 5 мкг/10 мкл в каждую ноздрю). Контролем служил 0,9 % раствор хлорида натрия. Для тестов «открытое поле» и «приподнятый крестообразный лабиринт» была использована интактная группа крыс, не задействованная в тесте УРПМ. За 10–15 мин до посадки в установки интраназально вводили кисспептин-10 в той же дозе, как и в условиях УРПМ.

Статистические методы анализа. Оценку статистической достоверности различий проводили при помощи пакета программ SPSS Sigma Stat 3,0, GraphPad Prism 6 с использованием однофакторного дисперсионного анализа. Для сравнения контрольной и экспериментальных групп применяли однофакторный дисперсионный анализ ANOVA. Из непараметрических критериев использовали критерий Краскела–Уоллиса для сравнения групп. Различия считали статистически значимыми при значении р < 0,05. Для представления полученных данных использовали такие показатели описательной статистики, как среднеарифметическое значение и ошибка среднего.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При исследовании выработки УРПМ крысы, получавшие интраназально 20 мкл физиологического раствора, не показали предпочтения места и проводили приблизительно одинаковое время в обоих камерах (48,8 ± 5,6 и 51,2 ± 4,9 % времени). При исследовании выработки УРПМ кисспептина-10 животные проводили в камере, ассоциированной с введением кисспептина, 78,6 ± 6,3 % времени эксперимента, то есть достоверно больше, чем при введении физиологического раствора — 21,4 ± 4,8 % (p < 0,05).

По результатам теста «открытое поле» у животных, получавших интраназально кисспептин-10, в 2 раза увеличилась горизонтальная двигательная активность, на что указывает увеличение числа пересеченных секторов (p < 0,05), и исследовательское поведение, о чем свидетельствует увеличение в 2 раза числа обнюхиваний (p < 0,05). При этом у крыс, получавших интраназально кисспептин-10, в 2 раза снижалось число фризингов (p < 0,01). Остальные показатели достоверно не менялись (табл. 1).

Таблица 1. Поведение крыс в тесте «открытое поле» после введения кисспептина-10, число актов, M ± m

Паттерн	Физиологический раствор (контроль)	Кисспептин-10
Обнюхивание	3,89 ± 0,8	7,11 ± 0,7**
Груминг	1,57 ± 0,3	1,86 ± 0,5
Вертикальные стойки	1,33 ± 0,2	2,0 ± 0,6
Стойки с упором	5,33 ± 1,0	4,11 ± 1,0
Исследование норок	7,13 ± 1,0	8,0 ± 2,1
Фризинг	4,57 ± 0,5	2,38 ± 0,3**
Пересеченные квадраты	12,89 ± 1,7	23,11 ± 3,5*
Количество болюсов	3,6 ± 0,5	2,5 ± 0,5

* p < 0,05; ** p < 0,01 к группе контроля.

Таблица 2. Поведение крыс в тесте «приподнятый крестообразный лабиринт» после введения кисспептина-10, M ± m

Паттерн	Физиологический раствор (контроль)	Кисспептин-10
Время в открытых рукавах, с	60,7 ± 28,6	69,3 ± 31,7
Время в закрытых рукавах, с	252,8 ± 23,6	238,4 ± 29,0
Число свешиваний с края платформы	2,3 ± 0,5	3,4 ± 0,8
Число актов груминга	3,4 ± 1,1	2,3 ± 0,9
Число перебежек между рукавами	2,0 ± 0,6	1,3 ± 0,3

Данные, полученные в тесте «приподнятый крестообразный лабиринт», достоверно не различались у животных, получавших кисспептин-10 или физиологический раствор (табл. 2).

ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

В работе впервые показано, что повторные интраназальные введения кисспептина-10 в дозе 10 мкг в 20 мкл (по 5 мг/10 мкл в каждую ноздрю) вызывают выработку УРПМ кисспептина-10 у крыс. Предпочтение проявлялось достоверным увеличением времени пребывания крыс в камере, ассоциированной с введением кисспептина-10 в сравнении с контролем, где не регистрировали предпочтения места. Полученные результаты дают основания полагать, что кисспептин-10 способен активировать либо саму систему вознаграждения, либо связанные с этой системой области головного мозга, что в конечном итоге приводит к формированию эмоционально-положительного состояния животного. Данный эффект кисспептина может быть обусловлен его модулирующим действием на эндогенные опиоиды головного мозга посредством воздействия на рецепторы нейропептида FF (NPFFR1/NPFFR2), что показывает возможную роль кисспептина в системе вознаграждения [6, 9]. Однако кисспептин-10 может вызывать выработку УРПМ, действуя не только через опиоидные системы мозга. В частности, показана коэкспрессия мРНК молекул кисспептина с молекулами глутамата в нейронах латерального поводка, что может играть определенную роль для подкрепления и мотивационного поведения [15].

Кроме того, кисспептины способны изменять сигналинг кокаин- и амфетамин-регулируемых транскриптов [4], модулируя систему награды. Поэтому нельзя исключить возможное взаимодействие киспептина с рецепторами на дофаминергических проекциях головного мозга, поскольку кокаин, как известно, блокирует дофаминовый транспортер, способствуя накоплению дофамина в синаптической щели, что, в свою очередь, приводит к активации положительной подкрепляющей системы мозга [2]. Последняя, что хорошо доказано, является одним из основных факторов, обеспечивающих выработку УРПМ у животных. Важной составляющей в действии кисспептинов считается их способность модулировать выделение гонадолиберина. Гонадолиберин при этом имеет тесную анатомическую и функциональную взаимосвязь с системой орексина — одним из основных модуляторов системы вознаграждения, потребления пищи и циклов сон/бодрствование [18].

Из приведенных данных видно, что кисспептин потенциально способен воздействовать напрямую на структуры подкрепляющих механизмов мозга или же модулировать активность основных нейромедиаторных систем, вызывая тем самым реакцию УРПМ, а также повышение двигательной активности, что видно из результатов теста «открытое поле» (табл. 1). В частности, в наших опытах показано, что после введения кисспептина-10 значительно увеличивается не только число локомоций, но и число обнюхиваний, которые обычно наблюдаются при положительных эмоциональных реакциях в процессе реализации целенаправленного поведения. При этом уменьшалась негативная эмоциональность, оцениваемая по снижению числа фризингов (замираний), вызванных страхом новизны открытого поля [13]. Другими словами, кисспептин действует на поведение подобно антидепрессантам с активирующим действием. В то же время уровень тревожности, оцениваемый по показателям поведения в приподнятом крестообразном лабиринте, не изменялся после введения кисспептина, что указывает на отсутствие у него анксиолитического (транквилизирующего) действия. Для установления точного механизма действия кисспептина необходимо провести дополнительный ряд исследований, который сможет определить конкретные нейромедиаторные системы, вовлеченные в реализацию действия кисспептина.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Доказанные положительные эффекты кисспептина-10 на эмоциональное поведение крыс подтверждают значимость системы кисспептиновых пептидов не только для регуляции полового поведения в целом, но и для тюнингового (настроечного) их действия на общеэмоциональные процессы, каковыми являются поддержание эмоционального тонуса (настроения), регуляция отклонений в этих механизмах (например, тревожности), наконец, способность воздействовать напрямую на структуры подкрепляющих механизмов мозга (мезокортиколимбическую систему). Последнее указывает на универсальное значение кисспептинов в поддержании положительного эмоционального баланса организма. При этом среди многих кисспептинов киспептин-10, как наиболее маленький фрагмент, оказывающий системное эмоциогенное действие, может рассматриваться в качестве потенциального и даже универсального средства регуляции положительных эмоциональных реакций.

About the authors