BDNF: колебания уровня при различных физиологических состояниях
Методом гибридизации in situ на популяциях нейронов из разных областей гиппокампа крысы изучалась экспрессия мРНК для BDNF во время активного периода (темный цикл) и пассивного периода (светлый цикл) [ Berchtold ea 1999 ]. Крыс декапитировали через временные промежутки в 6 часов (12:00, 18:00, 24:00, 6:00). Точки 12:00 и 18:00 соответствовали середине и концу неактивного периода, а точки 24:00 и 6:00 - середине и концу активного. Было показано, что уровень мРНК для BDNF в гиппокампе минимален в 12:00, а затем повышается, достигая максимума в 6:00 (12:00<18:00<24:00<6:00). В результате были выявлены эндогенные колебания мРНК для BDNF в пирамидных клетках СА1 и СА3 областей гиппокампа, а также в воротных нейронах. Экспрессия мРНК для BDNF низкая во время светлого цикла (пассивный период) и повышается во время темного цикла (активный период) на 180% в СА1, на 170% в СА3, на 153% в воротах, на 145% в зубчатой извилине относительно уровней в 12:00.
Ранее было показано, что физическая активность увеличивает уровень мРНК для BDNF [ Kesslak ea 1998 , Neeper ea 1995 , Neeper ea 1996 ]. Кроме того, стимуляция светом, а также стимуляция усов живoтного приводит к подъему уровня BDNF в коре [ Castren ea 1992 , Rocamora ea 1996 ], а помещение животных в новую обстановку увеличивает уровень мРНК в гиппокампе [ Falkenberg ea 1992 ]. Таким образом, регуляция экспрессии белка BDNF зависит от активности животного и реакции на средовые воздействия.
Микродиализное изучение уровней ацетилхолина в гиппокампе выявило высокую корреляцию между физической активностью и подъемом ацетилхолина, причем самые высокие уровни ацетилхолина в гиппокампе наблюдаются во время темного цикла [ Dudar ea 1979 , Mizuno ea 1991 . Mizuno ea 1994 ], что совпадает с суточными колебаниями мРНК для BDNF. В экспериментах in vivo и in vitro продемонстрирован подъем уровня мРНК для BDNF в нейронах гиппокампа под действием ацетилхолина [ Boatell ea 1992 , Lapchak ea 1993 , Lindefors ea 1992 ]. Таким образом, ночное увеличение уровня мРНК для BDNF может быть связано с выбросом ацетилхолина.
Не исключено, что разные факторы вносят свой вклад в суточные колебания экспрессии белка BDNF. Если это так, то колебания BDNF в коре и гиппокампе не являются истинным суточным ритмом, а отражают внешние воздействия, зависящие от времени суток.
Существуют указания в пользу этой гипотезы [ Liang ea 1998 ] в условиях постоянной темноты в гиппокампе не обнаружено ритмичных колебаний экспрессии мРНК для BDNF и его белкового продукта. Напротив, в гипоталамусе, структуре, тесно связанной с генерацией суточных ритмов у млекопитающих, BDNF (мРНК и белок) колеблются ритмично в отсутствиt сигналов свет - темнота.
Существуют указания в пользу того, что колебания уровня экспрессии белка BDNF могут вызываться колебаниями кортикостерона . Действительно, ранее было показано, что кортикостерон снижает экспрессию мРНК для BDNF и уровень белка BDNF в гиппокампе крысы [ Castren ea 1992 ]. Кортикостерон синтезируется ритмично в течение суток, достигая максимума с наступлением темноты, когда у крыс начинается период активности. Установлены суточные колебания мРНК для BDNF в зубчатой извилине: подъем с 8:00 до 12:00, спад с 12:00 до 20:00, далее уровень до 8:00 остается неизменным [ Schaaf ea 2000 ]. В областях СА1 и СА3 колебаний экспрессии bdnf не обнаружено, в отличие от данных, описанных в вышеуказанных исследованиях. При этом пик концентрации кортикостерона в плазме крови зафиксирован в 20:00, а минимум - в 8:00. Возможно, суточный ритм экспрессии bdnf в зубчатой извилине может регулироваться кортикостероном.
Имеются данные о колебаниях экспрессии bdnf в коре больших полушарий мозга крысы [ Cirelli ea 2000 ]. После 3 часов сна, спонтанного бодрствования или лишения сна отличий в экспрессии мРНК для BDNF в коре мозга обнаружено не было. Однако после 8 часов бодрствования экспрессия мРНК для BDNF в коре была существенно больше, чем после 8 часов сна, независимо от того, было ли бодрствование спонтанным во время темного периода или же оно достигалось лишением сна в светлое время суток. Бодрствование вызывало увеличение экспрессии мРНК для BDNF и в других областях мозга, а именно, в гиппокампе и таламусе. Уровень белка BDNF в коре бодрствующих крыс в 1,5 раза превышал уровень спящих крыс. Эти результаты дают основание предполагать, что поведение животного (бодрствование) в большей степени, чем время суток (темный период) отвечает за увеличение экспрессии мРНК для BDNF.
