The developing brain in the formation of oxidant and antioxidant systems

Abstract

BACKGROUND: The structures, tissues, and systems of the brain differentiate gradually. The values of biochemical constants vary depending on the timing of development, that is, the embryonic, early, and late postnatal periods. In this respect, the multicomponent oxidation and antioxidation systems that do not mature at the same time are of interest.

AIM: To examine the processes of lipid peroxidation based on the level of malonic dialdehyde and antioxidant protection (superoxide dismutase, catalase, and reduced glutathione) in the brain of rat embryos and offspring at different periods of pre- and postnatal development.

MATERIALS AND METHODS: Thirty-nine pregnant female Wistar rats weighing 220–250 g were selected, from which 176 embryos and rat pups of different sexes and age were obtained, including embryos in the third trimester of pregnancy (13–17 days of gestation) and rat pups aged 1–14 weeks. The concentration of malonic dialdehyde (indicator of lipid peroxidation) was determined in the brain tissue, and the activity of superoxide dismutase, catalase, and level of reduced glutathione was found as indicators of antioxidant defense systems.

RESULTS: The brains of the embryos were characterized by low levels of malonic dialdehyde, and its concentration sharply increased immediately after the birth of rat pups. A similar but a less pronounced pattern was also recorded for indicators of antioxidant protection (superoxide dismutase activity and level of reduced glutathione). The opposite reaction was observed in catalase, which demonstrated high activity in the brain in the prenatal period but significantly decreased after birth. With further postnatal development up to sexual maturity (14 weeks, or 3 months of age), no significant changes in the activities of superoxide dismutase, catalase, and concentration of reduced glutathione were noted; however, a twofold drop in the level of malonic dialdehyde in the brain was noted.

CONCLUSION:Already in the first months of life in rats, a quite stable status of lipid peroxidation and antioxidant defense systems of the brain tissue developed.

Keywords

oxidation/antioxidation system / brain maturation / oxidative status / embryos / rats

References

[1] Shabanov PD, Yakovleva OA, Burmistrov SO. Sozrevanie oksidantnykh i antioksidantnykh sistem v rannem ontogeneze u krys. Psychopharmacology and biological narcology. 2010;10(1):2681–2687. (In Russ. )

[2] Шабанов П. Д., Яковлева О. А., Бурмистров С. О. Созревание оксидантных и антиоксидантных систем в раннем онтогенезе у крыс // Психофармакология и биологическая наркология. 2010. Т. 10, № 1. С. 2681–2687.

[3] Bairamov AA, Meshcherov ShK. Otdalennye neirokhimicheskie ehffekty prenatal’nogo vozdeistviya selektivnykh M- i N-kholinotropnykh preparatov. Psychopharmacology and biological narcology. 2008;8(1):2286–2293. (In Russ. )

[4] Байрамов А. А., Мещеров Ш. К. Отдаленные нейрохимические эффекты пренатального воздействия селективных М- и Н-холинотропных препаратов // Психофармакология и биологическая наркология. 2008. Т. 8, № 1. С. 2286–2293.

[5] Shabanov PD, Lebedev AA, Nozdrachev AD. Kriticheskie periody formirovaniya dofaminergicheskoi sistemy. Doklady Akademii nauk. 2002;386(4):565–569. (In Russ. )

[6] Шабанов П. Д., Лебедев А. А., Ноздрачев А. Д. Критические периоды формирования дофаминергической системы // Доклады Академии наук. 2002. Т. 386, № 4. С. 565–569.

[7] Shabanov PD, Meshcherov SHK, Lebedev AA. Sindrom sotsial’noi izolyatsii. Saint Petersburg: Ehlbi-SPb; 2004. 208 p. (In Russ. )

[8] Шабанов П. Д., Мещеров Ш. К., Лебедев А. А. Синдром социальной изоляции. Санкт-Петербург: Элби-СПб, 2004. 208 с.

[9] Shabanov PD, Lebedev AA, Meshcherov ShK, Mogilevskii DA. Vnutriamnioticheskoe vvedenie 6-gidroksidofamina beremennym krysam snizhaet u potomstva podkreplyayushchie svoistva fenamina. Klinicheskaya patofiziologiya. 2002;2(2):46–49. (In Russ. )

[10] Шабанов П. Д., Лебедев А. А., Мещеров Ш. К., Могилевский Д. А. Внутриамниотическое введение 6-гидроксидофамина беременным крысам снижает у потомства подкрепляющие свойства фенамина // Клиническая патофизиология. 2002. Т. 2, № 2. С. 46–49.

[11] Vorhees CV. Principles of behavioral teratology. Riley EP, Vorhees CV, editors. Handbook of behavioral teratology. New York: Plenum Press, 1986. P. 23–48. DOI: 10. 1007/978-1-4613-2189-7_2

[12] Vorhees C. V. Principles of behavioral teratology. In: Handbook of behavioral teratology / E. P. Riley, C. V. Vorhees, editors. New York: Plenum Press, 1986. P. 23–48. DOI: 10. 1007/978-1-4613-2189-7_2

[13] Dubinina EE, Sal’nikova LA, Efimova LF. Activity and isoenzyme spectrum of superoxide dismutase of human red cells and blood plasma. Laboratornoe delo. 1983;(10):30–33. (In Russ. )

[14] Дубинина Е. Е., Сальникова Л. А., Ефимова Л. Ф. Активность и изоферментный спектр СОД эритроцитов в плазме крови человека // Лабораторное дело. 1983. № 10. С. 30–33.

[15] Lowry OH, Rosebrough NY, Farr AL, Randall RJ. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J Biol Chem. 1951;193(1):265–275. DOI: 10. 1016/S0021-9258(19)52451-6

[16] Lowry O. H., Rosebrough N. Y., Farr A. L., Randall R. J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // J Biol Chem. 1951. Vol. 193, No. 1. P. 265–275. DOI: 10. 1016/S0021-9258(19)52451-6

[17] Stal’naya ID, Gorishvili TG. Metod opredeleniya malonovogo dial’degida s pomoshch’yu tiobarbiturovoi kisloty. Orekhovich VN, editor. Sovremennye metody v biokhimii. Moscow: Meditsina; 1977. P. 66–68. (In Russ. )

[18] Стальная И. Д., Горишвили Т. Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты. Современные методы в биохимии / под ред. В. Н. Ореховича. Москва: Медицина, 1977. С. 66–68.

[19] Zarubina IV, Mironova OP. The effect of bemithyl on the glulathione system in rat liver under acute hypoxia conditions. Experimental and clinical pharmacology. 2002;65(3):28–30. (In Russ. )

[20] Зарубина И. В., Миронова О. П. Влияние бемитила на глутатионовую систему в печени крыс при острой гипоксии // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2002. Т. 65, № 3. С. 28–30.

[21] Ugryumov MV. Mekhanizmy neiroehndokrinnoi regulyatsii. Moscow: Nauka; 1999. 247 p. (In Russ. )

[22] Угрюмов М. В. Механизмы нейроэндокринной регуляции. Москва: Наука, 1999. 247 с.

[23] Shabanov PD, Lebedev AA, Meshcherov ShK, Strel’tsov VF. Vliyanie neirokhimicheskogo razrusheniya dofaminergicheskikh terminalei v rannem ontogeneze na ehmotsional’nye formy povedeniya vzroslykh krys. Russian Journal of Physiology. 2003;89(11):1438–1450. (In Russ. )

[24] Шабанов П. Д., Лебедев А. А., Мещеров Ш. К., Стрельцов В. Ф. Влияние нейрохимического разрушения дофаминергических терминалей в раннем онтогенезе на эмоциональные формы поведения взрослых крыс // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 2003. Т. 89, № 11. С. 1438–1450.

[25] Shabanov PD, Nozdrachev AD, Lebedev AA, Meshcherov ShK. Serotoninergicheskie mekhanizmy formirovaniya ehmotsional’nogo povedeniya v ontogeneze u krys. Doklady Akademii nauk. 2003;393(4):562–566. (In Russ. )

[26] Шабанов П. Д., Ноздрачев А. Д., Лебедев А. А., Мещеров Ш. К. Серотонинергические механизмы формирования эмоционального поведения в онтогенезе у крыс // Доклады Академии наук. 2003. Т. 393, № 4. С. 562–566.

[27] Tikhanov VI, Shabanov PD. Cholinergic mechanisms of regulation of free radical oxidation of the liver lipids in cold adaptation in rats. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2019;17(2):41–48. (In Russ. ) DOI: 10. 7816/RCF17241-48

[28] Тиханов В. И., Шабанов П. Д. Холинергические механизмы регуляции свободнорадикального окисления липидов печени при холодовой адаптации у крыс // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2019. Т. 17, № 2. С. 41–48. DOI: 10. 7816/RCF17241-48

[29] Tikhanov VI, Shabanov PD. Okislenie lipidov mikrosom pecheni fermentativnymi i nefermentativnymi mekhanizmami v prisutstvii kholinergicheskikh sredstv. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2019;17(2):53–59. (In Russ. ) DOI: 10. 7816/RCF17253-59

[30] Тиханов В. И., Шабанов П. Д. Окисление липидов микросом печени ферментативными и неферментативными механизмами в присутствии холинергических средств // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2019. Т. 17, № 2. С. 53–59. DOI: 10. 7816/RCF17253-59

[31] Tikhanov VI. Reciprocity between muscarinic and nicotinic cholinoreactive structures of liver tissue in conditions, in substrates and in products of free radical oxidation of liver lipids in 5-day period of cooling in rats. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2019;17(3):51–58. (In Russ. ) DOI: 10. 17816/RCF17351-58

[32] Тиханов В. И. Реципрокность между М- и Н-холинореактивными структурами ткани печени при анализе условий, субстратов и продуктов свободно-радикального окисления липидов печени при 5-дневном охлаждении крыс // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2019. Т. 17, № 3. С. 51–58. DOI: 10. 17816/RCF17351-58

[33] Stashina EV, Poletaeva AO, Zelener AO, et al. Long-terms prenatal effects of central M- and N- holinoblockers on the motivational component of behavior in offspring of rats. Vestnik NovSU. Issue: Medical Sciences. 2021;(1):94–100. (In Russ. ) DOI: 10. 34680/2076-8052. 2021. 1(122). 94-100

[34] Сташина Е. В., Полетаева А. О., Зеленер А. О., и др. Отдаленные пренатальные эффекты центральных М- и Н-холиноблокаторов на мотивационный компонент полового поведения у потомства крыс // Вестник Новгородского государственного университета. 2021. № 1. С. 94–100. DOI: 10. 34680/2076-8052. 2021. 1(122). 94-100

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector