Введение к работе
Актуальность проблемы
Понимание механизмов нормального и патологического поведения человека представляет собой одну из актуальных проблем современной нейробиологии и медицины. Тревожность и депрессия являются самыми распространенными среди психических расстройств человека и значительно снижают качество жизни (The European Health Report, 2005), а агрессивность лежит в основе асоциального и криминального поведения (World Report of Violence and Health, 2002). Механизмы и патогенез этих психоэмоциональных и поведенческих отклонений недостаточно изучены.
. Важную роль в исследовании этой проблемы могут сыграть экспериментальные модели на животных, так как считается, что элементы поведения животных могут частично моделировать соответствующие психопатологии человека. Кроме того, известно, что тревожность, агрессивность и депрессия тесно связаны с некоторыми видами защитного поведения животных (Dixon, 1998).
Защитное поведение представляет собой комплекс эволюцнонно закрепленных врожденных реакций на неодушевленные и одушевленные угрожающие стимулы внешней среды (Попова, 1997; Popova, 1999). Первые включают такие стимулы как резкий звук, свет, запах, экстремальные перепады температуры. Зимняя спячка некоторых видов животных и сопровождающая ее глубокая гипотермия являются эволюцнонно закрепленным, адаптивным видом защитного поведения, проявляющимся в ответ на резкое падение температуры (Попова, 1997; Popova, 1999). Вторые сигнализируют о приближении хищника или особи того же вида, конкурирующей за самку, территорию или пищу, и могут вызывать альтернативные виды защитного поведения - агрессию и реакцию замирания (каталепсию). Среди различных форм агрессивного поведения (Моуег, 1968; Maxson, 2000) наибольший интерес вызывают агрессия нападения, или межеамцовая агрессия (offensive aggression), и агрессия, вызванная страхом, или защитно-оборонительная агрессия (defensive aggression; Maxson, 2000). Каталепсия, представляющая собой состояние длительной обездвиженности с пластическим тонусом мускулатуры, привлекает внимание исследователей еще и потому, что наблюдается у человека при некоторых тяжелых формах нервных и психических патологий (Sanberg et al., 1988; Singerman, Raheja, 1994) или как негативный эффект лечения нейролептиками (Fricchione, 1985).
Все виды защитного поведения находятся под контролем генетических факторов, что убедительно доказывают эксперименты по селекции: 1) на повышенную или сниженную агрессивность мышей (Lagerspetz, Lagerspetz, 1971; Ciaranello et al., 1974), крыс (Беляев, Бородин, 1982; Plyusnina, Oskina, 1997) и серебристо-черных лисиц (Трут, 1969); 2) на повышенную предрасположенность крыс к реакции замирания - каталепсии (Барыкина и др., 1983).
Одним из основных факторов, посредством которых осуществляется физиологический контроль генетически детерминированного защитного позедения, является важнейший медиатор мозга - серотонин (5-НТ). Имеется множество литературных данных, свидетельствующих о существенной роли 5-НТ в регуляции разнообразных физиологических процессов и многих форм поведения (Попова и др., 1978; Jacobs, Fomal, 1995; Lucki, 1998). Поразительная полифункциональность серотошша обусловлена прежде всего наличием многочисленных рецепторов, опосредующих воздействие этого медиатора на нейроны (Saudou and Hen, 1994;
Попова, Куликов, 2003). К настоящему времени с помощью молекулярно-биологических методов выявлено 14 различных серотониновых рецепторов, экспрессирующихся в мозге млекопитающих. Эти рецепторы были классифицированы в 7 типов, принадлежащих к двум суперсемействам (Saudou, Неп, 1994; Barnes, Sharp, 1999).
Среди такого огромного разнообразия рецепторов 5-HTiA подтип играет ключевую роль в ауторегуляции активности серотониновых нейронов и секреции нейротрансмиттера и, следовательно, вовлечен в регуляцию всех форм поведения и психических процессов, контролируемых серотонином (Barnes, Sharp, 1999). Более того, имеются многочисленные доказательства участия 5-НТід рецепторов в механизме депрессивных психозов (Maes, Meltzer, 1995) и действия большинства известных антидепрессантов (Borsini, 1994; Blier, de Monti gny, 1994) и анксиолитиков (De Vry et al., 1991; Handley, 1995).
Имеется множество данных о вовлечении 5-HTia рецепторов в терморегуляцию (Hjorth, 1985; Goodwin et al., 1987), регуляцию сна (Попова и др., 1985; Августинович, 1987), агрессивного поведения (Olivier et al., 1995; de Boer et al., 1998; Pruus et al., 2000) и каталепсии (Kulikov et al., 1993; Neal-Beliveau et al., 1993).
Однако большинство существующих работ проведены с помощью фармакологических методов и позволяют делать выводы только о вовлечении 5-НТ[а рецепторов в регуляцию вышеперечисленных типов защитного поведения. Имеется очень мало данных о роли этих рецепторов в генетическом контроле разных видов защитного поведения и ничего не известно об экспрессии гена 5-HTja рецептора при различных генетически детерминированных видах защитного поведения. Кроме того, до сих пор не установлено, существует ли прямая зависимость между плотностью, функциональной активностью рецепторов и экспрессией кодирующего их гена.
Цель настоящего исследования: используя уникальные генетические модели межеамцовой агрессии, агрессии по отношению к человеку, каталепсии и зимней спячки, выяснить, какова роль 5-НТід рецепторов в регуляции этих форм поведения и существует ли связь функциональной активности и плотности рецепторов 1А подтипа с интенсивностью экспрессии кодирующего их гена
Научная новизна работы
В настоящей работе впервые:
Разработан и верифицирован новый метод количественного определения уровня мРНК 5-HTia рецептора в мозге. Модифицирован метод определения примесей геномной ДНК в образцах общей РНК и создан метод количественного определения примесей геномной ДНК в образцах кДНК.
Показано, что функциональная активность 5-HTia рецепторов в мозге крыс-пасюков при селекции на повышенную агрессию по отношению к человеку (defensive aggression) снижается на фоне понижения уровня мРНК 5-НТ]А рецептора в среднем мозге.
Выявлено падение чувствительности 5-НТід рецепторов в мозге высокоагрессивных мышей (offensive aggression) с генетическим нокаутом МАО А (линия Tg8) при повышенном уровне мРНК 5-HTiA рецептора во фронтальной коре и миндалевидном комплексе.
Показано, что реакция замирания, являющаяся противоположным агрессивному поведению видом защитной реакции, характеризуется противоположными изменениями функциональной активности 5-НТ|Л
рецепторов: генетически детерминированная каталепсия связана с повышением чувствительности 5-HTia рецепторов на фоне снижения уровня мРНК.
Определена последовательность нуклеотидов фрагмента гена, кодирующего 5-HTja рецептор в мозге зимоспящих сусликов, и показана его гомология с генами, кодирующими 5-НТід рецептор в мозге крысы, мыши и человека.
Показано участие 5-НТід рецепторов в механизмах зимней спячки сусликов. Обнаружено, что погружение в зимнюю спячку связано с повышением уровня мРНК 5-HTia рецептора в гиппокампе, в то время как состояние зимней спячки характеризуется относительно высоким уровнем мРНК 5-HTiA рецептора в среднем мозге. Пробуждение сопровождается повышением уровня мРНК 5-HTia рецептора в гиппокампе и снижением в среднем мозге.
Показано, что регуляция состояния 5-НТіА рецепторной системы в мозге животных с различными генетически детерминированными видами защитного поведения может осуществляться как на посттранскрипционном уровне, так и на уровне транскрипции.
Теоретическая и научно-практическая ценность работы Полученные в настоящей работе данные расширяют представления о механизмах, лежащих в основе развития различных видов генетически детерминированного защитного поведения, таких как агрессивность, каталепсия, зимняя спячка и сопряженная с ней гипотермия. Выявленные особенности регуляции экспрессии гена 5-НТід рецептора на моделях животных с генетической предрасположенностью к тому или иному виду оборонительных реакций могут быть полезны для разработки фармакологических агентов, направленных на модуляцию агрессивности, тревожности, депрессии и нарушений сна у человека.
Разработан более простой, чем существовавшие, метод количественного определения экспрессии генов, в том числе не содержащих интронов. Модифицирован метод определения загрязнения образцов общей РНК геномной ДНК и создан метод оценки примесей геномной ДНК в образцах кДНК, позволяющий оценивать влияние загрязнения на количественное определение экспрессии гена.
Положения, выносимые на защиту
-
Серотониновые 5-HTia рецепторы мозга вовлечены в регуляцию защитного поведения: агрессивного поведения (offensive и defensive aggression), каталепсии и зимней спячки.
-
Селекция крыс на повышенную агрессивность, вызванную страхом (defensive aggression), приводит к снижению функциональной активности 5-НТ|А рецепторов на фоне снижения в среднем мозге уровня мРНК 5-HTia рецептора.
-
Генетически детерминированная агрессия нападения (offensive aggression) у мышей связана со снижением чувствительности 5-HTia рецепторов при повышении уровня мРНК 5-HTia рецептора во фронтальной коре и миндалевидном комплексе.
-
Реакция замирания, являющаяся противоположным агрессивному поведению видом защитной реакции, характеризуется противоположными изменениями функциональной активности 5-HTja рецепторов: генетически детерминированная каталепсия у мышей связана с повышением чувствительности 5-HTia рецепторов на фоне снижения уровня мРНК 5-HTia рецептора.
-
В различные фазы годового цикла происходят существенные изменения состояния 5-HTja рецепторной системы в различных структурах мозга зимоспящих сусликов. Погружение в зимнюю спячку и пробуждение связано с повышением уровня мРНК 5-HTia рецептора в гиппокампе. Состояние зимней спячки связано с относительно высоким уровнем мРНК 5-HTia рецептора в среднем мозге, в то время как пробуждение связано со снижением уровня мРНК рецептора в этой структуре.
-
Регуляция состояния 5-HTia рецепторной системы в мозге животных с различными генетически детерминированными видами защитного поведения может осуществляться как на посттранскрипционном уровне, так и на уровне транскрипции.
Апробация результатов
Полученные данные были представлены и обсуждены на отчетной сессии Института цитологии и генетики в 2006 году, на XL1 международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2003), на 8-й мультидисциплинароной международной конференции по биологической психиатрии «Стресс и поведение» (Санкт-Петербург, 2004), на XIX съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004), на XLII международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2004), на XLIII международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2005), на международной конференции «Нсйрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты (Москва, 2005), на V Сибирском физиологическом съезде (Томск, 2005), на международной летней школе по нейрогснетике поведения (Москва, 2005).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 6 статей в рецензируемых отечественных (3) и международных (3) журналах.
Структура и объем работы
