Влияние миокина ирисина на циркадианный ритм произвольной локомоторной активности крыс

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Эндогенный циркадианный осциллятор, расположенный в супрахиазматическом ядре млекопитающих, генерирует собственный ритм, период которого обычно не соответствует в точности 24-часовой продолжительности суток, в связи с чем нуждается в синхронизации с геофизическим суточным ритмом окружающего мира. В рамках одного из важнейших нефотических механизмов синхронизации циркадианных часов их настройка базируется на информации о режиме и интенсивности физической активности. При этом роль ключевого молекулярного фактора синхронизации в данном механизме приписывают миокину ирисину, однако его влияние на поведенческие циркадианные ритмы остается неизученным. В ходе настоящей работы в экспериментах на крысах-самцах Вистар впервые изучено влияние трехкратного интраназального введения 0.5 мкг ирисина в условиях постоянной темноты в различные проецированные моменты трех последовательных суточных циклов (ZT 2, ZT 6, ZT 10, ZT 14, ZT 18 и ZT 22) на циркадианный ритм произвольной локомоторной активности в беговом колесе. Введение ирисина в ZT 6 приводило к статистически значимому фазовому сдвигу медианы акрофазы ритма в сторону опережения на 0.6 ч (р < 0.05), сопровождавшемуся уменьшением суммарной локомоторной активности на 1666 оборотов колеса в сутки (р < 0.05). Интраназальное введение ирисина в другие моменты проецированного суточного цикла не приводило к статистически значимым фазовым сдвигам ритма и изменениям суммарной локомоторной активности. Ирисин не вызвал изменений периода циркадианного ритма независимо от времени введения. Полученные результаты являются экспериментальным подтверждением роли эндогенного ирисина как фактора нефотической синхронизации циркадианных часов супрахиазматического ядра, проявляющегося в отсутствие основного физиологического времязадателя – циклической афферентации от фоторецепторов сетчатки в соответствии с суточным режимом и интенсивностью мышечной активности в рамках функциональной оси “мышцы – мозг”.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Инюшкин

Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Королева

Автор, ответственный за переписку.
Email: ainyushkin@mail.ru
Россия, Самара

Т. С. Исакова

Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Королева

Email: ainyushkin@mail.ru
Россия, Самара

А. Т. Конашенкова

Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Королева

Email: ainyushkin@mail.ru
Россия, Самара

Е. М. Инюшкина

Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Королева

Email: ainyushkin@mail.ru
Россия, Самара

А. А. Инюшкин

Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Королева

Email: ainyushkin@mail.ru
Россия, Самара

Список литературы

  1. Hastings MH, Maywood ES, Brancaccio M (2018) Generation of circadian rhythms in the suprachiasmatic nucleus. Nature Rev Neurosci 19: 273–278. https://doi.org/10.1038/s41583-018-0026-z
  2. Hastings MH, Maywood ES, Brancaccio M (2019) The mammalian circadian timing system and the suprachiasmatic nucleus as its pacemaker. Biology 8: 13. https://doi.org/10.3390/biology8010013
  3. Ashton A, Foster RG, Jagannath A (2022) Photic entrainment of the circadian system. Int J Mol Sci 23: 729. https://doi.org/10.3390/ijms23020729
  4. Weinert D, Gubin D (2022) The impact of physical activity on the circadian system: Benefits for health, performance and wellbeing. Appl Sci 12: 9220. https://doi.org/10.3390/app12189220
  5. Tahara Y, Aoyama S, Shibata S (2017) The mammalian circadian clock and its entrainment by stress and exercise. J Physiol Sci 67: 1–10. https://doi.org/10.1007/s12576-016-0450-7
  6. Zsuga J, More CE, Erdei T, Papp C, Harsanyi S, Gesztelyi R (2018) Blind spot for sedentarism: Redefining the diseasome of physical inactivity in view of circadian system and the irisin/BDNF axis. Front Neurol 9: 818. https://doi.org/10.3389/fneur.2018.00818
  7. Inyushkin AN, Poletaev VS, Inyushkina EM, Kalberdin IS, Inyushkin AA (2024) Irisin/BDNF signaling in the muscle-brain axis and circadian system: A review. J Biomed Res 38: 1–16. https://doi.org/10.7555/JBR.37.20230133
  8. Bostrom P, Wu J, Jedrychowski MP, Korde A, Ye L, Lo JC, Rasbach KA, Bostrom EA, Choi JH, Long JZ, Kajimura S, Zingaretti MC, Vind BF, Tu H, Cinti S, Hojlund K, Gygi S, Spiegelman BM (2012) A PGC1α-dependent myokine that drives browning of white fat and thermogenesis. Nature 481(7382): 463–468. https://doi.org/10.1038/nature10777
  9. Liu S, Cui F, Ning K, Wang Z, Fu P, Wang D, Xu H (2022) Role of irisin in physiology and pathology. Front Endocrinol 13: 962968. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.962968
  10. Wrann CD (2015) FNDC5/irisin – their role in the nervous system and as a mediator for beneficial effects of exercise on the brain. Brain Plast 1: 55–61. https://doi.org/10.3233/BPL-150019
  11. Farshbaf MJ, Alvina K (2021) Multiple roles in neuroprotection for the exercise derived myokine irisin. Front Aging Neurosci 13: 649929. https://doi.org/10.3389/fnagi.2021.649929
  12. Wrann CD, White JP, Salogiannis J, Laznik-Bogoslavski D, Wu J, Ma D, Lin JD, Greenberg ME, Spiegelman BM (2013) Exercise induces hippocampal BDNF through a PGC-1α/FNDC5 pathway. Cell Metab 18: 649–659. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2013.09.008
  13. Ferrante C, Orlando G, Recinella L, Leone S, Chiavaroli A, Di Nisio C, Shohreh R, Manippa F, Ricciuti A, Vacca M, Brunetti L (2016) Central inhibitory effects on feeding induced by the adipo-myokine irisin. Eur J Pharmacol 791: 389–394. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2016.09.011
  14. Wahab, F., Khan, I. U., Polo, R., Zubair, H., Drummer, C., Shahab, M., Behr R (2019) Irisin in the primate hypothalamus and its effect on GnRH in vitro. J Endocrinol 241: 175–187. https://doi.org/10.1530/JOE-18-0574
  15. Waseem R, Shamsi A, Mohammad T, Hassan MI, Kazim SN, Chaudhary AA, Rudayni HA, Al-Zharani M, Ahmad F, Islam A (2022) FNDC5/irisin: Physiology and pathophysiology. Molecules 27: 1118. https://doi.org/10.3390/molecules27031118
  16. Paoletti I, Coccurello R (2024) Irisin: A multifaceted hormone bridging exercise and disease pathophysiology. Int J Mol Sci 25: 13480. https://doi.org/10.3390/ijms252413480
  17. Yamanaka Y, Hashimoto S, Tanahashi Y, Nishide S, Honma S, Honma K (2010) Physical exercise accelerates reentrainment of human sleep-wake cycle but not of plasma melatonin rhythm to 8-h phase-advanced sleep schedule. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 298: R681–R691. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00345.2009
  18. Hughes ATL, Samuels RE, Bano-Otalora B, Belle MDC, Wegner S, Guilding C, Northeast RC, Loudon ASI, Gigg J, Piggins HD (2021) Timed daily exercise remodels circadian rhythms in mice. Commun Biol 4: 761. https://doi.org/ 10.1038/s42003-021-02239-2
  19. Inyushkin AN, Inyushkina EM, Pavlenko SI, Isakova TS, Konashenkova AT, Romanova ID, Zainulin RA, Inyushkin AA (2023) The effects of irisin on firing activity and spike coding in the rat suprachiasmatic nucleus. Curr Top Pept Protein Res 24: 85–93.
  20. Jud C, Schmutz I, Hampp G, Oster H, Albrecht U (2005) A guideline for analyzing circadian wheel-running behavior in rodents under different lighting conditions. Biol Proced Online 7: 101–116. https://doi.org/10.1251/bpo109
  21. Fukuhara C, Aguzzi J, Bullock N, Tosini G (2005) Effect of long-term exposure to constant dim light on the circadian system of rats. Neurosignals 14: 117–125. https://doi.org/10.1159/000086294
  22. Mrosovsky N (1996) Locomotor activity and non-photic influences on circadian clocks. Biol Rev Cam Philos Soc 71: 343–372. https://doi.org/10.1111/j.1469-185x.1996.tb01278.x
  23. Wang Y, Tian M, Tan J, Pei X, Lu C, Xin Y, Deng S, Zhao F, Gao Y, Gong Y (2022) Irisin ameliorates neuroinflammation and neuronal apoptosis through integrin αVβ5/AMPK signaling pathway after intracerebral hemorrhage in mice. J Neuroinflammation 19: 82. https://doi.org/10.1186/s12974-022-02438-6
  24. Zhang W, Chang L, Zhang C, Zhang R, Li Z, Chai B, Li J, Chen E, Mulholland M (2015) Irisin: A myokine with locomotor activity. Neurosci Lett 595: 7–11. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2015.03.069.
  25. Siteneski A, Cunha MP, Lieberknecht V, Pazini FL, Gruhn K, Brocardo PS, Rodrigues ALS (2018) Central irisin administration affords antidepressant-like effect and modulates neuroplasticity-related genes in the hippocampus and prefrontal cortex of mice. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 84: 294–303. https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2018.03.004
  26. Ozdemir-Kumral ZN, Akgun T, Hasim C, Hasim C, Ulusoy E, Kalpakcioglu MK, Yuksel MF, Okumus T, Us Z, Akakin D, Yuksel M, Goren Z, Yegen BC (2024) Intracerebroventricular administration of the exercise hormone irisin or acute strenuous exercise alleviates epileptic seizure-induced neuroinflammation and improves memory dysfunction in rats. BMC Neurosci 25: 36. https://doi.org/10.1186/s12868-024-00884-x
  27. Wang S, Pan J (2016) Irisin ameliorates depressive-like behaviors in rats by regulating energy metabolism. Biochem Biophys Res Commun 474: 22–28. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.04.047
  28. Borisov A, Blagov A, Inyushkin A (2020) Development of tools for processing and analysis of observational data on the activity of laboratory animals. CEUR Workshop Proc 2667: 171–174.
  29. Chen Y, Zhang C, Huang Y, Ma Y, Song Q, Chen H, Jiang G, Gao X (2024) Intranasal drug delivery: The interaction between nanoparticles and the nose-to-brain pathway. Adv Drug Deliv Rev 207: 115197. https://doi.org/10.1016/j.addr.2024.115196
  30. Kisku A, Nishad A, Agrawal S, Paliwal R, Datusalia AK, Gupta G, Singh SK, Dua K, Sulakhiya K (2024) Recent developments in intranasal drug delivery of nanomedicines for the treatment of neuropsychiatric disorders. Front Med 11: 1463976. https://doi.org/10.3389/fmed.2024.1463976
  31. Dhuria SV, Hanson LR, Frey WH (2010) Intranasal delivery to the central nervous system: Mechanisms and experimental considerations. J Pharm Sci 99: 1654–1673. https://doi.org/10.1002/jps.21924
  32. Serova LI, Tillinger A, Alaluf LG, Laukova M, Keegan K, Sabban EL (2013) Single intranasal neuropeptide Y infusion attenuates development of PTSD-like symptoms to traumatic stress in rats. Neuroscience 236: 298–312. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2013.01.040
  33. Laukova M, Alaluf LG, Serova LI, Arango V, Sabban EL (2014) Early intervention with intranasal NPY prevents single prolonged stress-triggered impairments in hypothalamus and ventral hippocampus in male rats. Endocrinology 155(10): 3920–3933. https://doi.org/10.1210/en.2014-1192
  34. Miyazaki T, Hashimoto S, Masubuchi S, Honma S, Honma K (2001) Phase-advance shifts of human circadian pacemaker are accelerated by daytime physical exercise. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 281: R197e205. https://doi.org/10.1152/ajpregu.2001.281.1.R197
  35. Youngstedt SD, Elliott JA, Kripke DF (2019) Human circadian phase–response curves for exercise. J Physiol 597: 2253–2268. https://doi.org/0.1113/JP276943
  36. Kim H, Wrann CD, Jedrychowski M, Vidoni S, Kitase Y, Nagano K, Zhou C, Chou J, Parkman VA, Novick SJ, Strutzenberg TS, Pascal BD, Le PT, Brooks DJ, Roche AM, Gerber KK, Mattheis L, Chen W, Tu H, Bouxsein ML, Griffin PR, Baron R, Rosen CJ, Bonewald LF, Spiegelman BM (2018) Irisin mediates effects on bone and fat via αV integrin receptors. Cell 175: 1756–1768. e17. https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.10.025
  37. Bi J, Zhang J, Ren Y, Du Z, Li T, Wang T, Zhang L, Wang M, Wu Z, Lv Y, Wu R (2020) Irisin reverses intestinal epithelial barrier dysfunction during intestinal injury via binding to the integrin αVβ5 receptor. J Cell Mol Med 24: 996–1009. https://doi.org/10.1111/jcmm.14811
  38. Oguri Y, Shinoda K, Kim H, Alba DL, Bolus WR, Wang Q, Brown Z, Pradhan RN, Tajima K, Yoneshiro T, Ikeda K, Chen Y, Cheang RT, Tsujino K, Kim CR, Greiner VJ, Datta R, Yang CD, Atabai K, McManus MT, Koliwad SK, Spiegelman BM, Kajimura S (2020) CD81 controls beige fat progenitor cell growth and energy balance via FAK signaling. Cell 182: 563–577. e20. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.06.021
  39. Estell EG, Le PT, Vegting Y, Kim H, Wrann C, Bouxsein ML, Nagano K, Baron R, Spiegelman BM, Rosen CJ (2020) Irisin directly stimulates osteoclastogenesis and bone resorption in vitro and in vivo. eLife 9: e58172. https://doi.org/10.7554/eLife.58172
  40. Decourt C, Evans MC, Inglis MA, Anderson GM (2023) Central irisin signaling is required for normal timing of puberty in female mice. Endocrinology 164: bqac208. https://doi.org/10.1210/endocr/bqac208
  41. Pesce M, La Fratta I., Paolucci T, Grilli A, Patruno A, Agostini F, Bernetti A, Mangone M, Paoloni M, Invernizzi M, de Sire A (2021) From exercise to cognitive performance: Role of irisin. Appl Sci 11: 7120. https://doi.org/10.3390/app11157120
  42. Natalicchio A, Marrano N, Biondi G, Dipaola L, Spagnuolo R, Cignarelli A, Perrini S, Laviola L, Giorgino F (2020) Irisin increases the expression of anorexigenic and neurotrophic genes in mouse brain. Diabetes Metab Res Rev 36: e3238. https://doi.org/10.1002/dmrr.3238
  43. Hashemi MS, Ghaedi K, Salamian A, Karbalaie K, Emadi-Baygi M, Tanhaei S, M H Nasr-Esfahani MH, Baharvand H (2013) Fndc5 knockdown significantly decreased neural differentiation rate of mouse embryonic stem cells. Neuroscience 231: 296–304. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2012.11.041
  44. Belviranli M, Okudan N, Kabak B, Erdogan M, Karanfilci M (2016) The relationship between brain-derived neurotrophic factor, irisin and cognitive skills of endurance athletes. Phys Sportsmed 44: 290–296. https://doi.org/10.1080/00913847.2016.1196125
  45. Liang FQ, Walline R, Earnest D (1998) Circadian rhythm of brain-derived neurotrophic factor in the rat suprachiasmatic nucleus. Neurosci Lett 242: 89–92. https://doi.org/10.1016/s0304-3940(98)00062-7
  46. Baba K, Ono D, Honma S, Honma K (2008) A TTX-sensitive local circuit is involved in the expression of PK2 and BDNF circadian rhythms in the mouse suprachiasmatic nucleus. Eur J Neurosci 27: 909–916. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2008.06053.x
  47. Liang FQ, Allen G, Earnest D (2000) Role of brain-derived neurotrophic factor in the circadian regulation of the suprachiasmatic pacemaker by light. J Neurosci 20: 2978–2987. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.20-08-02978.2000
  48. Takahashi JS, DeCoursey PJ, Bauman L, Menaker M (1984) Spectral sensitivity of a novel photoreceptive system mediating entrainment of mammalian circadian rhythms. Nature 308: 186–188. https://doi.org/10.1038/308186a0
  49. Michel S, Clark JP, Ding JM, Colwell CS (2006) Brain-derived neurotrophic factor and neurotrophin receptors modulate glutamate-induced phase shifts of the suprachiasmatic nucleus. Eur J Neurosci 24: 1109–1116. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2006.04972.x
  50. Tekin S, Erden Y, Ozyalin F, Cigremis Y, Colak C, Sandal S (2017) The effects of intracerebroventricular infusion of irisin on feeding behaviour in rats. Neurosci Lett 645: 25–32. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2017.02.066
  51. Петрова АА, Инюшкин АН (2017) Влияние нейропептида Y на поведенческий циркадианный ритм локомоторной активности крыс. Журн высш нервн деят 67: 786–801. [Petrova AA, Inyushkin AN (2017) Effects of neuropeptide Y on the behavioral circadian rhythm of the locomotor activity in rats. J High Nerv Act 67: 786–801. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0044467718010082

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пример реакции циркадианного ритма произвольной локомоторной активности на трехкратное интраназальное введение 0.5 мкг ирисина в ZT 6. Актиграмма представлена в виде суточного (24-часового) растра, так что в каждой строке содержатся данные за каждые последовательные сутки эксперимента общей продолжительностью 31 сутки. Вертикальные линии соответствуют количеству оборотов бегового колеса за последовательные 5-секундные интервалы времени. Периоды включенного освещения показаны светлым фоном, периоды темноты – темным фоном. Моменты введения ирисина отмечены звездочками и соответствуют ZT 6. После трехкратного введения ирисина произошел сдвиг ритма локомоторной активности в сторону опережения, суммарно составивший в данном эксперименте 3.19 ч.

Скачать (272KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Статистические данные о влиянии трехкратного интраназального введения 0.5 мкг ирисина в ZT 6 на параметры циркадианного ритма произвольной локомоторной активности. По оси абсцисс – данные за 7 суток, предшествующих введению ирисина (Before), и 7 суток после ведения (Irisin), по оси ординат – период, ч (a), акрофаза, ч (b), суммарная активность оборотов бегового колеса за 7 суток (c).

Скачать (135KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Пример актиграммы циркадианного ритма произвольной локомоторной активности в условиях трехкратного интраназального введения 0.5 мкг ирисина в ZT 14. Все обозначения, как на рис. 1.

Скачать (340KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Пример актиграммы циркадианного ритма произвольной локомоторной активности в условиях трехкратного интраназального введения 2 × 10 мкл воды для инъекций в ZT 6 (контроль). Все обозначения, как на рис. 1.

Скачать (333KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фазовые сдвиги циркадианного ритма произвольной локомоторной активности, вызванные трехкратным интраназальным введением ирисина (a) и воды для инъекций (b, контроль) в различные моменты проецированного суточного цикла. По оси абсцисс – момент введения (ZT), по оси ординат – выраженность фазового сдвига, ч (положительные значения – опережающий сдвиг, отрицательные значения – запаздывающий сдвиг). * р < 0.05 (ранговый тест Манна–Уитни).

Скачать (167KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025