Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из задач нейробиологми развития является изучение феномена функционального созревания нервных клеток и последующего объединения их 8 координированные нейрональные системы, обеспечивающие формирование поведенческих актов. Каждому моменту развития нервной системы соответствует определенная качественная и количественная нейротрамсмиттерная мозаика. Это связано с тем. что в процессе созревания индивидуальной нервной клетки в определенное время начинается экспрессия спзцифического неиротрансмиттера. Важная роль этих веществ еще на донервных стадиях развития в регуляции таких важных процессов как первые дгдания дробления, ранние межклеточные взаимодействия, регуляция морфогенетических перемещений клеток была впервые установлена в кгчале 60-х годов (см. Бузников, 1987, Нейротранеммиттеры в эмбриогенезе, М., Наука) и с тех пор подтверждается многими исследованиями. Не подвергается сомнению роль медиаторов в формировании и управлении поведением взрослого организма. Однако промежуточный период, между функционированием медиатора на донервных стадиях развития и его действием в зрелой нервной системе, только в последнее время стал привлекать внимание исследователей.
Существует много публикаций, авторы которых прослеживают корреляции между состоянием нейротрансмиттерных систем и становлением функций различных отделов нервной системы в онтогенезе. Однако огромное число клеток, составляющих нервную систему позвоночных животных и многообразие и сложность свойственного им поведения делают детальное исследование этого вопроса чрезвычайно сложным. В связи с этим, беспозвоночные, нервная система которых содержит относительно небольшое число клеток, а поведенческий репертуар может быть сведен к набору ограниченного числа простых поведенческих актов, представляют большой интерес. Они являются идеальной моделью, позволяющей изучать описанные явления не только на уровне феноменов и корреляций, но также и на уровне функционирования отдельных (часто идентифицированных) клеток и генов. Работы последних лет показывают, что результаты, полученные при
исследовании простых нервных систем, успешно переносятся на более сложные нервные системы высших позвоночных, и тем самым, имеют важное значение для понимания принципов и механизмов", лежащих в основе формирования зрелого мозга.
С этой точки зрения, пресноводные легочные моллюски, один из хорошо изученных объектов эмбриологии, с одной стороны, и нейрофизиологии, с другой, предоставляют исследователям удачную модель для изучения фундаментальных вопросов нейробиологии.
Одним из феноменов, несомненно играющих важную роль в процессах онтогенеза, является временная экспрессия медиатора на некоторых отрезках развития определенными клетками формирующейся нервной системы. Такие нейроны получили название транзиторных нейронов и были найдены и описаны у некоторых позвоночных (см. обзор Tublrtz, Сотр. Biochem. Physiol. 1993,105С: 147-154). Однако значение этого феномена и его механиэм(ы) до настоящего времени не изучены подробно ни на одной из имеющихся известных моделей.
В контексте гипотезы об интегративной функции медиаторов (Сахаров, 1983) каждый нейротрансмиттер выполняет в нейронной системе не только функцию передатчика, но и обеспечивает целесообразное согласованное состояние, являющееся частью поведенческого репертуара. Так. на многих модельных объектах хорошо изучены антагонистические поведенческие программы, интегрируемые катехоламинами и серотонином, а также FMRFaMHflOM и энкефалинами.
Цель и задачи исследования
Целью нашой работы было: (1) изучить формирование систем различной эргичности в онтогенезе пресноводных легочных моллюсков и связь этих систем с возникновением и становлением поведенческих актов, контролируемых у взрослых животных этими медиаторными системами; (2) выяснить, присутствуют ли транзиторныв нейроны в онтогенезе моллюсков, и определить их функциональное значение.
Конкретными зкспориивнтяльнышш задачами данного исследования стали: (1)изучениеформированиякатехоламин- (КА), серотонин- (5НТ) и
FMRFaMMfl-eprimecKou (FMRFa) систем в эмбриогенезе нескольких видов водных легочных моллюсков; (2) определение момента возникновения и созревания поведенческих актов, контролируемых у взрослых особей изучаемыми нейрональными системами; (3) поиск транзиторных нейронов; (4) определение возможного функционального значения транзиторных нейронов.
Научная новизна результатов.
Впервые проведено детальное исследование формирования катехоламин- и РМЯРамид-ергичзской нервных систем в змбрио- и постэмбриогенезе у ряда представителей пресноводных легочных моллюсков. Уточнены детали развития серотонинергической системы в развитии тех же животных. Впервые во всех исследованных системах обнаружены трзкзиторные нейроны, экспрессирующие медиатор только на определенном отрезке онтогенеза.
Описаны сходство и различия в возникновении и развитии разных медиаторных систем на ранних этапах эмбриогенеза у родственно близких видов пресноводных легочных моллюсков. Полученные результаты позволяют внести существенные изменения в представления о прохождении раннего нейрогеза у моллюсков. В частности, продемонстрировано, что первые клетки, экспрессирующие медиэторы, появляются на периферии, за пределами формирующейся ЦНС. Растущие аксоны ранних клеток формируют опорные пути, вдоль которых происходит в дальнейшем дифференцировка центральных ганглиев и рост соединяющих ганглии кошссур и коннектив.
Выявлены различия в созревании систем различной медиаторной эргичности. Увеличение числа клеток, экспрессирующих медиатор в процессе развития, происходит в случае моноаминергических (КА, 5НТ) систем благодаря возникновению новых кластеров нейронов. В случае пептидергичвской (FMRFaMHfl) системы аналогичное возрастание числа нейронов происходит посредстзом добавления новых клеток внутри уже сущзствугащих кластеров. Обсуждается возможное функциональное значение выявленного различия.
Изучено формирование локомоторного, пищевого и респираторного поведения в развитии большого прудовика. Выявлены корреляции между
возникновением поведенческих актов и управляющих нейрональных систем а эмбриогенезе.
Проведено исследование действия специфических антагонистов рецепторов и токсического аналога дофамина на развитие нервной системы и формирование дофаминзависимого поведения. При долговременном применении на зародышах моллюска одного из стандартных блокатороа рецепторов дофамина - галоперидола - обнаружен ранее не известный способ действия этого вещества - существенное снижение уровня нейрональных моноаминов. Проверка на ткани зрелого мозга подтвердила, что такой способ действия наблюдается также и для части популяции катехоламинергических нейронов ЦНС. Эти результаты позволяют дать новую трактовку эффективности хронического галоперидола как антипсихотического лекарственного средства.
Научно-практическое значение работы.
Полученные данные представляют новый взгляд на процессы нейрогенеза у представителей типа Mollusca.
Представлено детальное описание развития нервных систем различной медиаторной специфичности для ряда модельных объектов нейробиологии и биологии развития. Изучено формирование поведения в процессе онтогенеза одного из наиболее популярных объектов нейрофизиологии - большого прудовика. Высказано предложение об использовании данного моллюска о качестве удобного тест-объекта для изучения и быстрого тестирования действия различных фармакологических агентов. Результаты, полученные при анализе действия хронического галоперидола на клетки зрелого мозга улиток позволяют дать новую трактовку эффективности этого широко применяемого в медицинской практике антипсихотического лекарственного средства.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международной конференции 'Сигнальные молекулы и поведение* (Пущино, 1989), на X Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии поев. ЛАОрбели (Ленинград, 1990), на региональной конференции Международного общества нейробиологии беспозвоночных (ISIN) "Простые нервные системы" (Минск, 1991), на совещании по морфогенетически активным веществам
"Морфоген III" (Пущино, 1992), на конференции молодых ученых ИБР РАН (Москва, 1993), на международной конференции (SIN "Простые нервные системы" (Пущино, 1994), на IV международной конференции по нейробиологии моллюсков "SYMON" (Амстердам, 1994), на ежегодном собрании американского общества по нейронаукам (Майами, 1994).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 64 страницах машинописного текста и состоит из введения, 9 глав (обзор литературы, объекты и методы иследований, 7 глав результатов и их обсуждения), заключения, выводов и иллюстраций. Иллюстрации включают 6 таблиц и 37 микрофотографий и рисунков. Список литературы включает 199 источников.