COGNITIVE POTENTIAL ACTIVATION IN EXPERIMENTAL ANIMALS ENTERALLY INTRODUCED HISTONDEACETYLASE INHIBITOR PRECURSORS

Abstract

Aim. To study the effect of short-chain fatty acids (SCFA), as natural histondeacetylase inhibitors, on cognitive function of experimental animals. Materials and methods. Cognitive peculiarities of 32 white outbred male mice, aged 15 to 16 weeks, were studied. Mice were divided into 4 groups depending on their diet and tested in T-shaped labyrinth. Results. In the control group, after a thrice-repeated training in a T-shaped labyrinth, the formation of reflex was revealed in 2 out of 9 experimental animals ( p > 0,05). In the group of animals, who in addition to usual nutrition received fructooligosaccharides (inulin), reflex was obtained in 2 out of 7 experimental animals ( p > 0,05). In the group of animals, who additionally took wheat bran, reflex was formed in 3 animals out of 8 ( p > 0,05). In the animals of group 4, who additional received a natural complex containing SCFA and fermentable dietary fibers (BAS “Reckicen-RD”), this reflex was formed in 6 animals out of 8 ( p < 0,05). Conclusions. It was stated that when using a natural complex of FDF and SCFA, the experimental animals’ learning capability in the T-shaped labyrinth statistically significantly increased versus the control group.

Full Text

Введение Синаптическая пластичность, имеющая очевидную гомеостатическую и поведенческую значимость, оторванная от практического контекста, не понятна и кажется надуманной. Одним из важнейших проявлений этого феномена является долговременная потенциация синапсов (ДПС) гиппокампа, обеспечивающая процесс долговременной памяти [9]. Исходя из этого, совершенно очевидна актуальность активизации представленного феномена в повседневной жизни и при различных вариантах нарушения когнитивного потенциала в клинике. Общеизвестно, что скорость выработки условного рефлекса в экспериментальных исследованиях напрямую коррелирует с синаптической пластичностью гиппокампа и когнитивным потенциалом исследуемого животного [13]. Введение животным в гиппокамп бутирата натрия, являющегося производным короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), приводит к усилению нейроногенеза и ДПС, что обусловлено активацией ацетилирования гистонов [10, 12]. Использование бутирата натрия в чистом виде имеет свои особенности. Так, во-первых, очевидно, что интрагиппокомпальное его использование возможно только в эксперименте. Во-вторых, энтеральное его применения весьма затруднительно из-за крайне неприятных вкусовых и обонятельных свойств. В этой связи для активизации ДПС гиппокампа актуально использование предшественников бутирата, которые уже в организме метаболизируются представителями микрофлоры в КЦЖК. В качестве таких предшественников используют различные варианты продуктов, содержащих пищевые волокна. Это могут быть фруктоолигосахариды в виде инулина или пшеничные отруби [14]. Также следует отметить, что существуют натуральные комплексы ферментированных пищевых волокон и КЦЖК (этот продукт выпускается ООО «Ягодное плюс», г. Киров, под коммерческим названием «Рекицен-РД»). Представленные продукты, обладающие широким спектром адаптивного потенциала, являются важнейшим компонентом здоровье-сберегающих технологий, позволяющих оптимизировать измененную реактивность и резистентность организма [2, 3, 6]. Отсутствуют сравнительные данные о влиянии представленных вариантов предшественников ингибиторов гистондезацетилаз (ИГДАЦ) на когнитивные функции организма. Материалы и методы исследования Для изучения когнитивных способностей экспериментальных животных, в частности мышей, используют Т-образный лабиринт. Исследование способности к обучению у грызунов в Т-образном лабиринте входит в перечень методических указаний по изучению ноотропной активности выбранных веществ [1, 5]. В Т-образном лабиринте изучают исследовательское поведение грызунов, являющееся их естественной реакцией на предъявление новых условий [8]. Животные используют полученную ранее информацию, зафиксированную «рабочей» памятью. При предъявлении новых требований поведение животного будет зависеть от итогов предыдущего исследования, которое запоминается. Происходят формирование ДПС гиппокампа и реорганизация рабочей памяти в долговременную [12]. Использование данной экспериментальной установки позволяет выявить не только ноотропные свойства изучаемых веществ, но и тонкие нарушения функций гиппокампа [8]. Особенности движения животного по установке отражают его мотивацию достичь кормушки после пищевой депривации. Использование предшественников ИГДАЦ уменьшает у грызунов тревожность [4], что способствует поддержанию мотивации и выработке условных рефлексов [15]. Проведено исследование 32 самцов белой беспородной мыши в возрасте 15-16 недель, полученных из вивария НПО «Биомед» (г. Пермь). Животные были разделены на следующие группы: 1-я (контрольная) группа - животные, находящиеся на стандартном рационе вивария (n = 9); 2-я - животные, находящиеся на стандартном рационе вивария и дополнительно получавшие по 1,4 г инулина (Now Foods, U.S.A.) в течение 14 дней (n = 7); 3-я - животные, находящиеся на стандартном рационе вивария и дополнительно получавшие по 2 г пшеничных отрубей (ООО «Эверест», г. СПб.) в течение 14 дней (n = 8); 4-я - животные, находящиеся на стандартном рационе вивария и дополнительно получавшие по 1,7 г БАД «Рекицен-РД®» (ООО «Ягодное плюс», г. Киров) в течение 14 дней (n = 8). После окончания кормления экспериментальные животные в течение 3 дней подряд проходили обучение в Т-образном лабиринте [8]. Эта установка состояла из стартового отсека и центрального рукава (размеры 6×6 и 20×6 см) и 2 боковых рукавов (20×6 см). С целью адаптации животных к рукам экспериментатора перед первым исследованием в течение 15 минут исследователь помещал руку в клетку, в которой содержали животных, затем брал каждое животное в руку, где оно находилось в течение 2-3 минут на удалении от клетки 2-3 метра. При выраженном беспокойстве животного, сопровождающемся писком, уринацией, дефекацией, агрессией, мышечной дрожью, его помещали обратно в клетку, после чего через 5 минут процедуру осуществляли повторно. В качестве пищевого подкрепления использовали стандартную зерновую смесь (зерна пшеницы, подсолнечника), которую мыши получали в виварии в утренние часы. Далее животное помещали в стартовый отсек, где оно находилось в течение 30 секунд, после чего открывали дверцу стартового рукава. В течение 2 минут животное проходило по лабиринту. При удлинении времени прохождения животного по лабиринту его возвращали в стартовый отсек. При первом помещении животного в лабиринт фиксировали, какой из рукавов оно выбирало. Затем в противоположном рукаве размещали пищу (5-6 зерен). При первом достижении рукава с кормушкой животному позволялось съесть несколько зерен. В дальнейшем с целью препятствия угасанию исследовательского поведения, основанного на поиске пищи, животное при достижении рукава с пищей сразу же возвращали в стартовый отсек. При выборе противоположного рукава животное попадало в ловушку размером 3×10 см, в которой оно находилось 60 секунд. Размеры компонентов лабиринта не вызывали иммобилизации животного, однако значимо ограничивали его возможность в движении. По окончании 45 секунд животное возвращали в стартовый отсек. Нами был использован данный вид «наказания», поскольку он не вызывал у животного депривации исследовательского поведения. Каждое животное 30 раз проходило по лабиринту. Критериями обученности являлось выполнение 7 пробежек подряд из стартового отсека в отсек с пищей или выполнение 8 правильных пробежек из последних 10 предъявлений. Критериями прекращения исследования являлись нежелание выйти из стартового отсека в течение 90 секунд, а также выпрыгивание животного из установки. Исследования проводили натощак в течение 3 дней подряд с 9.00 до 10.00. Время пищевой депривации составляло 18 часов. Во время третьего тестирования было зафиксировано количество экспериментальных животных с выработанным рефлексом. Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием теста Фишера и коэффициента сопряженности Пирсона. Результаты и их обсуждение Условный рефлекс был успешно выработан у 2 из 9 животных контрольной группы, которые не получали продукты, содержащие предшественники ингибиторов гистондезацетилаз (таблица). У 2 из 7 (28,57 %) животных, которые дополнительно к обычному питанию получали фруктоолигосахариды (инулин), являющиеся предшественником ингибиторов гистондезацетилаз, рефлекс был получен. В третьей группе рефлекс был выработан у 3 животных из 8, в четвертой группе - у 6 из 8 мышей, дополнительно получавших БАД «Рекицен-РД», также был выработан рефлекс. Влияние натуральных предшественников гистондезацетилаз, а также натурального комплекса ферментированных пищевых волокон и короткоцепочечных жирных кислот на эффективность выработки условных рефлексов Группа Животные с выработанным рефлексом, % Односторонний критерий Фишера p Коэффициент сопряженности Пирсона 1 22,22 > 0,05 - 2 28,57 > 0,05 - 3 37,50 > 0,05 - 4 75,00 < 0,05 0,467 При анализе полученных данных было выявлено, что применение комплекса ферментированных пищевых волокон и КЦЖК статистически значимо увеличивает способность к обучению в Т-образном лабиринте у экспериментальных животных относительно контрольной группы. При расчете коэффициента сопряженности Пирсона была выявлена относительно сильная связь между использованием БАД «Рекицен-РД» и активацией когнитивных функций у экспериментальных животных относительно контрольной группы. В представленной работе изучены закономерности влияния продуктов, содержащих предшественники ингибиторов гистондезацетилаз, на когнитивный потенциал животных, проявляющийся в улучшении обучаемости грызунов в Т-образном лабиринте. Общеизвестен факт улучшения долговременной синаптической потенциации в клетках гиппокампа, приводящего к усилению памяти при увеличении ацетилирования гистонов нейронов гиппокампа [7, 11]. В настоящей работе осуществлено исследование сравнительной эффективности нескольких вариантов предшественников ИГДАЦ и натуральных комплексов ИГДАЦ с их предшественниками (ферментированных пищевых волокон пшеничных отрубей). По данным литературы [2-4], представленные продукты, используемые энтерально, обладают широким спектром оптимизации реактивности и резистентности организма. Однако сравнения представленных в данной работе энтеральных предшественников ИГДАЦ не проводилось. Исследование актуально, поскольку продукты, содержащие пищевые волокна в виде инулина или пшеничных отрубей, начинают действовать в качестве ИГДАЦ только после того, как их компоненты, в частности пищевые волокна, поступают в неизменном виде в толстый кишечник, где подвергаются метаболизации нормофлорой толстого кишечника с образованием ИГДАЦ [3]. Приведенные материалы свидетельствуют о том, что натуральные комплексы ферментированных пищевых волокон и короткоцепочечных жирных кислот эффективнее воздействуют на когнитивный потенциал в сравнении с продуктами, которые не содержат готовых ИГДАЦ.
×

References

  1. Залялютдинова Л.Н., Фардиева Р.М., Гайнетдинова А.Н. Изучение нейротропных свойств липоевой кислоты в эксперименте. Современные проблемы науки и образования 2014; 6, available at: http://science-education.ru/ru/article/view?id=16847.
  2. Кузнецов В.Ф., Кулемин Л.М., Бондаренко В.М. Ферментированные пищевые волокна и короткоцепочечные жирные кислоты в функциональном питании при патологии человека. Медицинский альманах 2008; 2: 88-89.
  3. Кузнецов С.В., Кузнецов В.Ф., Хоринко В.П., Кулемин Л.М. Возрастные особенности соотношения регенерации и повреждения гепатоцитов крыс при стрессе и патогенетические аспекты их коррекции. Пермский медицинский журнал 2012; 29 (3): 84-92.
  4. Кузнецов С.В. Влияние натуральных комплексов ферментированных пищевых волокон и короткоцепочечных жирных кислот на уровень устойчивости к стрессу старых крыс. Пермский медицинский журнал 2012; 29 (6): 73-79.
  5. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. Под ред. Р.У. Хабриева. М.: Медицина 2005; 829.
  6. Canani R.B., Di Costanzo M., Leone L., Pedata M., Meli R., Calignano A. Potential beneficial effects of butyrate in intestinal and extraintestinal diseases. World J Gastroenterol 2011; 17 (12): 1519-1528.
  7. Contestabile A., Silvia Sintoni S., Monti B. Histone deacetylase (HDAC) inhibitors as potential drugs to target memory and adult hippocampal neurogenesis current. Psychopharmacology 1 (1): 14-28.
  8. Deacon R.M.J., Penny C., Rawlins J.N.P. Effects of medial prefrontal cortex cytotoxic lesions in mice. Behav Brain Res 2003; 139 (1-2): 139-155.
  9. Delli Pizzi S., Franciotti R., Bubbico G., Thomas A., Onofrj M., Bonanni L. Atrophy of hippocampal subfields and adjacent extrahippocampal structures in dementia with Lewy bodies and Alzheimer's disease. Neurobiol Aging 2016; 40: 103-109.
  10. Fagiolini M., Jensen C.L., Frances A.C. Epigenetic influences on brain development and plasticity. Current Opinion in Neurobiology 2009; 19: 1-6.
  11. Haettig J., Stefanko D.P., Multani M.L., Figueroa D.X., McQuown S.C., Wood M.A. HDAC inhibition modulates hippocampus-dependent long-term memory for object location in a CBP-dependent manner. Learn Mem 2011; 18 (2): 71-79.
  12. Liu H., Zhang J.J., Li X., Yang Y., Xie X.F., Hu K. Post-occlusion administration of sodium butyrate attenuates cognitive impairment in a rat model of chronic cerebral hypoperfusion. Pharmacol Biochem Behav 2015; 135: 53-59.
  13. Mauldin K.N., Griffin A.L., Oliver C.G., Berry S.D. Hippocampal response patterns during discriminative eyeblink/jaw movement conditioning in the rabbit. Behavioral Neuroscience 2008; 122 (5): 1087-1099.
  14. Slavin J. Fiber and prebiotics: mechanisms and health benefits. Nutrients 2013; 5 (4): 1417-1435.
  15. Song J.M., Sung Y.M., Nam J.H., Yoon H., Chung A., Moffat E., Jung M., Pak D.T., Kim J., Hoe H.S. A mercaptoacetamide-based class II histone deacetylase inhibitor increases dendritic spine density via RasGRF1/ERK Pathway. J Alzheimers Dis 51 (2): 591-604.

Comments on this article


Copyright (c) 2016 Kuznetsov S.B., Kuznetsov V.F., Obernebesova T.P.

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

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies