Analysis of BDNF expression in the Zinc deficiency as an animal model of depression

Depresja stanowi poważny problem współczesnego świata. Stosowane formy terapii są skuteczne tylko u 70% chorych, wymagają długotrwałego i kosztownego leczenia, a ponadto wiążą się z licznymi działaniami niepożądanymi. W przebiegu depresji zaobserwowano zmniejszenie objętości struktur układu limbicznego tj. hipokamp, kora czołowa oraz ciało migdałowate uczestniczących w procesach emocjonalnych, uczenia się i zapamiętywania.Badania ostatnich dwóch dekad zwróciły uwagę na inne teorie niż monoaminergiczna teoria depresji. Znaczną rolę w patogenezie depresji przypisuje się hiperaktywności układu glutamatergicznego, a szczególnie nadmiernej aktywacji receptora NMDA. Antagoniści receptora NMDA, w tym cynk, wykazują przeciwdepresyjne działanie zarówno w badaniach przedklinicznych, jak i klinicznych. Udowodniono, że suplementacja cynkiem u pacjentów depresyjnych znacznie obniża nasilenie objawów depresji. Badania kliniczne wykazały, że osoby cierpiące z powodu depresji mają istotnie niższy poziom cynku względem osób zdrowych. Kolejne doświadczenia przedkliniczne dowiodły, że to deficyt cynku stanowi o przyczynie rozwoju zachowań depresyjnych. W leczeniu depresji niewątpliwie istotną rolę odgrywa neurotropowy czynnik pochodzenia mózgowego BDNF. Wykazano, że nasilenie ekspresji BDNF stanowi wspólną końcową drogę wszystkich leków przeciwdepresyjnych. Korelowano również nasilenie ekspresji tego czynnika z wystąpieniem efektu terapeutycznego. Celem niniejszej pracy było określenie czy deficyt cynku w diecie może prowadzić do obniżenia poziomu czynnika neurotroficznego pochodzenia mózgowego, który bierze udział w procesach neurogenezy i plastyczności synaptycznej. Wykorzystując metodę Western Blot wykazano, że podanie myszom CD-1 paszy z niedoborem pierwiastka spowodowało znaczną redukcję poziomu BDNF w korze frontalnej, zarówno w grupie po chronicznych podaniach NaCl (o 63%), jak i imipraminy (o 69%). Na podstawie przeprowadzonych badań można przypuszczać, że deficyt cynku przyczynia się do powstawania zmian w mózgu, prowadzących do rozwoju choroby depresyjnej oraz do powstawania procesów neurodegeneracyjnych, obserwowanych również w przebiegu depresji. Redukcja BDNF w grupie zwierząt otrzymujących chronicznie imipraminę i paszę z deficytem cynku świadczy o tym, iż niedobór pierwiastka znosi neuroprotekcyjne działanie leków. Bazując o doniesienia, że LPD z różnych klas powodują wzrost poziomu BDNF korelowany z wystąpieniem efektu terapeutycznego, można wnioskować, że deficyt cynku będzie znosił także terapeutyczne działanie leków przeciwdepresyjnych.Depression is a serious problem of the modern world. Common forms of treatment are effective in only 70% of patients, require prolonged and expensive treatment, and are associated with numerous side effects. Process of progressing depression is followed by reduction of the limbic system’s volume and that is the hippocampus, frontal cortex and the amygdala – all involved in process of expressing the emotions, learning and memory.Studies of this problem from the past two decades pointed out some others theories than monoaminergic theory of depression. Hyperactivity of glutamatergic system, especially excessive activation of NMDA receptor, was pointed out as a significant factor in pathogenesis of depression. Antagonists of NMDA receptor, zinc in particular, exhibit the antidepressant activity in both preclinical and clinical studies. It was proven, that zinc supplementation in patients with depression reduced the severity of its symptoms. Clinical studies have shown that the levels of zinc in patients suffering from depression were significantly lower than in healthy people. Further pre-clinical experiments have shown that zinc deficit is one of the main causes of the depression’s development.Out of doubt is fact, that brain derived neurotrophic factor (BDNF), plays an important role in treatment of depression. It was proven that increased level of BDNF is common final pathway of all antidepressants activity. Some experiments were conducted to correlate the increased level of this factor with the occurrence of the therapeutic effects.The purpose of this study was to determine whether the deficit of zinc in diet can affect the levels of BDNF expression, which is involved in the neurogenesis processes and synaptic plasticity.By using the Western blotting method it was shown, that CD-1 mice fed with zinc deficient diet resulted in significant reduction of BDNF levels in frontal cortex, in group with chronic administration of NaCl (reduction of 63%) and group treated with imipramine (reduction of 69%).Basing by the survey it can be assumed, that the deficit of zinc contributes in the brain changes, leading to the development of depression and neurodegenerative processes being observed in the course of depression. Reduction of BDNF level in the group of animals chronically treated with imipramine and fed with zinc deficient diet proves that the deficiency of this chemical element in diet abolishes the neuroprotective effects of drugs. Basing on reports that LPD’s from different classes cause an increase of BDNF levels correlated with the occurrence of the therapeutic effect it can be assumed that the zinc deficiency will also diminish the antidepressants therapeutic effect