Триптофангидроксилаза - ключевой фермент биосинтеза серотонина: генетический контроль и ассоциация с наследственной изменчивостью защитного поведения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.15, доктор биологических наук Куликов, Александр Викторович

• Куликов, Александр Викторович
• доктор биологических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор биологических наук Куликов, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. СЕРОТОНИНОВАЯ СИСТЕМА

МОЗГА И ЗАЩИТНОЕ ПОВЕДЕНИЕ. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

1.1. Общие представления о серотонииовой системе мозга млекопитающих.

1.2. Триптофангидроксилаза - ключевой фермент биосинтеза серотопина.

Генетическая регуляция активности ТПГ.

1.3. Генетические и молекулярные основы серотониновой регуляции защитного поведения.

1.3.1. Основные подходы к анализу наследования поведения.

1.3.2. Межсамцовая агрессия

1.2.3. Агрессия по отношению к человеку

1.3.4. Реакция активного избегания

1.3.5. Реакция замирания (каталепсия)

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1. Животные.

2.1.1. Условия содержания экспериментальных животных

2.1.2. Гибридологических анализ

2.2. Поведенческие тесты.

2.2.1. Межсамцовая агрессия мышей.

2.2.2. Тестирование животных на выраженность каталепсии.

2.2.3. Тревожность у крыс.

2.3. Определение активности ТПГ в мозге.

2.3.1. Флюориметрическийметод.

2.3.2. Определение активности ТПГ с помощью жидкостной хроматографии высокого давления

2.4. Молекулярнобиологические методы.

2.4.1. Выделение геномной ДНК.

2.4.2. Выявление C1473G полиморфизма в гене tph2 мышей.

2.4.3. ПЦР с полиморфными микросателлитными маркерами.

2.5. Статистическая оценка полученных данных.

2.5.1. Проверка гипотезы о моногеппом наследовании.

2.5.2. Проверка гипотезы о сцеплении альтернативных признаков с неполной пенетрантностъю.

ГЛАВА 3. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ АКТИВНОСТИ ТПГ В МОЗГЕ МЫШЕЙ.

3.1. Межлинейные различия в активности ТПГ.

3.2. Гибридологический анализ наследования активности ТПГ в мозге.

3.3. Ассоциация С14730 полиморфизма в 11-ом экзоне гена 1рН2 с активностью ТПГ в мозге мышей.

3.4. Роль обратимого фосфорилирования в определении наследственных различий в активности ТПГ в головном мозге мышей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Триптофангидроксилаза - ключевой фермент биосинтеза серотонина: генетический контроль и ассоциация с наследственной изменчивостью защитного поведения»

Актуальной проблемой генетики поведения, нейрогенетики и нейробиологии является изучение молекулярного механизма развертывания информации, записанной в молекуле ДНК, в сложный поведенческий признак (Гейто, 1969; Бензер, 1975; Попомаренко и др., 1975; Пономаренко, Лопатина, 1981; Ван Абилен, 1981; Фогель, 1981; Vogel, Motulsky, 1982; Полетаева, Романова, 1991; Crabbe, 1999; McCIearn, 1999; Boguski, Jones, 2004). В настоящее время пе вызывает сомнения ключевая роль медиаторов головного мозга в регуляции поведения животных и человека в норме и патологии. Одним из классических медиаторов является серотонин (5-гидрокситриптамип). Серотониновые нейроны лидируют по числу синаптических контактов (Audet et al., 1989; Jacobs, Azmitia, 1992). Кроме того, медиатор действует на 14 различных типов рецепторов, сопряжеппых со всеми основными механизмами внутриклеточной трансдукции сигнала (Saudou, Hen, 1994; Barnes, Sharp, 1999). Эти два фактора определяют удивительную полифупкциопальность серотонина - способность его контролировать большое количество различных процессов в ЦНС и форм поведения (Saudou, Hen, 1994; Попова, Куликов, 2003). С помощью фармакологических методов показано участие серотониновой системы в регуляции агрессивного, полового, пищевого и других форм поведения (обзоры Попова и др., 1978; Jacobs, Azmitia, 1992; Jacobs, Fornal, 1995; Lucki, 1998; Popova, Amstislavskaya, 2002a,b). Интерес к серотониновой системе мозга обусловлен еще и тем, что трансмембрапный транспортер серотонина (Blakely et al., 1994, 1998; Blakely, 2001; Horschitz et al., 2001) и рецепторы 5-HT,A и 5-HT2A типов (Gardner, 1988; Deakin, 1991; Lucki et al., 1994; Stahl, 1994; Blier, de Montigny, 1994; Kunovac, Stahl, 1995; Eison, Mulins, 1996; Barnes, Sharp, 1999; Pineyro, Blier, 1999; Попова, Куликов, 2003) вовлечены в молекулярный механизм действия многих антидепрессантов и анксиолитиков.

Ключевым ферментом биосинтеза серотонина является триптофангидроксилаза (ТПГ), катализирующая гидроксилирование триптофана в 5-гидрокситриптофан, -первую и лимитирующую стадию биосинтеза медиатора (Green, Sayer, 1966; Gal, 1974; Fitzpatrick, 1999).

В 2003 году было показано существование двух изоформ ТПГ - ТПГ-1 и ТПГ-2, которые кодируются генами tphl и tph2 (Walther et al., 2003). Первая изоформа, кодируемая геном tphl, клонированным и секвенированным Grenett et al.(1987), экспрессируется только в периферических тканях, эпифизе и тучных клетках (Walther et al., 2003). В мозге синтез серотонина осуществляется второй изоформой фермента, ТПГ-2 (Walther et al., 2003; Zhang et al., 2004).

Открытый в 2004 году ген tph2 сразу же стал предметом интенсивного изучения. Обнаружено около 25 мутаций гена tph2 человека и показана ассоциация некоторых из этих мутаций с предрасположенностью к аффективным психозам (Breidenthal et al., 2004; De Luca et al., 2004; Harvey et al., 2004; Zill et al., 2004a, 2004b; Zhang et al., 2005). Однако до настоящего времени связь этих мутаций с активностью ТПГ в мозге установлена не была.

Основным механизмом регуляции активности ТПГ в мозге является обратимое фосфорилирование молекул фермента, катализируемое кальций, кальмодулин-зависимой протеинкиназой II в присутствии Ca (Hamon et al., 1976; 1978; Kuhn et al., 1978; Boadle-Biber, 1982a; Kuhn, Lovenberg, 1982).

Несмотря на ключевую роль ТПГ в биосинтезе серотонина и в механизме передачи сигнала в серотониновом синапсе и на постулируемую связь изменений активности фермента с наследственными изменениями (и нарушениями) поведения, очень мало было известно о генетическом контроле активности фермента в мозге. Имеющиеся публикации демонстрируют только наличие межлипейпых различий в активности фермента у мышей (Barchas et al., 1974; Diez et al., 1976b; Natali et al., 1980; Knapp et al., 1981). На момент начала наших исследований не было данных о межлинейных различиях активности ТПГ в мозге крыс.

Ген, кодирующий ТПГ в мозге, традиционно рассматривается как ген-кандидат, вовлеченный в регуляцию поведения и психики (Nielsen et al., 1994; 1997; Veenstra-VanderWeele et al., 2000; Gingrich, Hen, 2001, De Luca et al., 2004; Zill et al., 2004a,b; Zhang et al., 2005).

Особое внимание привлекает возможная ассоциация ТПГ е выраженностью защитного поведения. Защитное поведение представляет собой комплекс эволюциопно закрепленных врожденных реакций на неодушевленные и одушевленные угрожающие стимулы внешней среды. Можно выделить такие разновидности защитного поведения как защита территории (или социального статуса в группе), оборонительная агрессия по отношению к хищнику, реакция активного избегания и реакция замирания (затаивание) (Попова, 1997; Dixon, 1998; Popova, 1999; Попова, 2004).

Имеются генетические модели для изучения генетико-молекулярных механизмов регуляции различных форм защитного поведения. Межсамцовую агрессию традиционно изучают па линейных мышах и гибридах (Maxson, 1992; 1999). Для изучения наследственных механизмов агрессии на человека были созданы две модели доместикации - на серебристо-черных лисицах (Трут, 1978; 1981) и серых крысах-пасюках (Беляев, Бородин, 1982; Никулина и др., 1985а). Классической моделью изучения реакции активного избегания являются Римские линии крыс RHA и RLA, различающиеся по выраженности реакции активного избегания в челночной камере (Overstreet, 1992). Наконец, для исследования генетического контроля реакции замирания (каталепсии) была создана линия крыс ГК (Колпаков, 1990; Kolpakov et al., 1996). Другой моделью естественной каталепсии является щипковая (pinch-induced) каталепсия мышей (Amir et al., 1981; Ornstein, Amir, 1981).

В то же время связь между активностью ТПГ и наследственным разнообразием по выраженности этих форм защитного поведения исследована не была.

Цель и задачи исследования. Основной целью исследования было изучение закономерностей генетического контроля активности ТПГ в мозге и выяснение роли фермента в генетическом и молекулярном механизмах регуляции выраженности различных форм защитного поведения.

Были поставлены следующие задачи:

1. Изучить закономерности генетического контроля активности ТПГ в мозге мышей.

2. Исследовать генетический контроль межсамцовой агрессии у мышей и связь межсамцовой агрессии с активностью ТПГ в мозге.

3. Проанализировать участие ТПГ в процессе доместикации серебристо-черных лисиц и серых крыс-пасюков.

4. Исследовать роль ТПГ мозга в механизме регуляции генетически детерминированных различий в проявлении реакции активного избегания у крыс.

5. Изучить генетический контроль каталепсии мышей.

6. Выяснить связь ТПГ с наследственно детерминированными различиями в предрасположенности к каталепсии мышей и крыс.

Научная новизна. Были выявлены два типа наследственной изменчивости активности ТПГ в мозге мышей: конститутивиый и регуляторный. Конститутивная изменчивость обусловлена C1473G полиморфизмом в 11-ом экзопе гена tph2, а регуляторная изменчивость - наследственным полиморфизмом по степени фосфорилирования фермента.

Выявлена ассоциация интенсивности драк с полиморфизмом С1473в в гене 1рк2 мышей. Интенсивность драк была снижена у мышей с генотипом 14730/0 по сравнению с животными 1473С/С.

Установлено увеличение активности ТПГ в среднем мозге серебристо-черных лисиц и крыс-пасюков в процессе доместикации.

Выявлена ассоциация слабой выраженности реакции активного избегания со сниженной активностью ТПГ в среднем мозге крыс.

Показана связь наследственной предрасположенности к каталепсии с повышенной активностью ТПГ в' стриатуме мышей и крыс.

Ген, определяющий высокую предрасположенность к каталепсии, локализован в дистальном фрагменте хромосомы 13 мыши.

Теоретическая значимость работы. Основным вкладом данного исследования в генетику и нейрогеномику поведения является экспериментальное доказательство генетической ассоциации активности ТПГ в мозге с наследственно детерминированным полиморфизмом по выраженности различных форм защитного поведения. Другим важнейшим теоретическим положением, продемонстрированным в работе, является экспериментальное доказательство того, что в основе селекции по поведению лежит отбор генетических факторов, регулирующих активность ТПГ в головном мозге.

Показано существование связанной с геном 1рЪ2 (конститутивной) и не связанной с ним (регуляторной) изменчивости активности ТПГ в мозге.

Установлена связь конститутивной и регуляторной изменчивости с наследственным полиморфизмом основных типов защитного поведения.

Выявление ассоциации С14730 полиморфизма в гене 1рЬ2 с интенсивностью драк у самцов мышей имеет существенное эвристическое значение для понимания молекулярно-генетического механизма регуляции агрессии и жестокости.

Практическая значимость работы. Показана ассоциация наследственно детерминированных особенностей агрессии на человека, активного избегания и каталепсии с регуляторной, но не конститутивной изменчивостью ТПГ в мозге. Полученные данные указывают на существенную роль генов, контролирующих посттрансляционную модификацию ТПГ, в регуляции наследственного полиморфизма по выраженности этих форм защитного поведения.

У мышей линии СВА выявлена чрезвычайно высокая предрасположенность к щипковой каталепсии. Эта линия может использоваться как модель для изучения гепетико-молекулярных механизмов естественной защитной реакции замирания.

Разработан чувствительный флуориметрический метод измерения активности ТПГ в тканях.

Полученные результаты используются в курсе лекций «Молекулярные основы регуляции поведения», читаемом для студентов кафедры физиологии Новосибирского Государственного университета.

Положения, выносимые на защиту.

1. Выявлены два типа наследственной изменчивости активности ТПГ в мозге: конститутивный и регуляторпый. Конститутивная изменчивость обусловлена С1473в полиморфизмом в 11-ом экзоне гена /р/г2, кодирующего ТПГ. Регуляторная изменчивость связана с различиями в механизме обратимого фосфорилировапии уже синтезированных молекул фермента.

2. Активность ТПГ в мозге ассоциирована с наследственной изменчивостью по выраженности различных форм защитного поведения у разных видов животных. Конститутивная изменчивость активности фермента ассоциирована с интенсивностью межсамцовой агрессии мышей. Регуляторная изменчивость - с выраженностью агрессии на человека, реакцией активного избегания и каталепсией.

3. Изменчивость порога (уровня, предрасположенности) и интенсивности (числа драк) межсамцовой агрессии мышей в значительной степени определяется генетическими факторами. Однако эти два показателя межсамцовой агрессии регулируются разными генетическими механизмами. В то время как доминирует низкий порог агрессивной реакции, интенсивность драк имеет промежуточный тип наследования. Обнаружена ассоциация числа драк между самцами мышей с полиморфизмом С14730 в гене /р/г2.

4. Селекция серебристо-черных лисиц и серых крыс-пасюков на отсутствие агрессии на человека (доместикация) приводит к сходному увеличению активности ТПГ в среднем мозге.

5. Наследственно детерминированное отсутствие реакции активного избегания у крыс линии 11ЬА ассоциировано со сниженной активностью ТПГ в среднем мозге.

6. Предрасположенность к реакции замирания (каталепсии) у мышей контролируется в основном геном, локализованным в дистальном фрагменте хромосомы 13.

7. Наследственная каталепсия у мышей каталептической линии СВА и крыс линии ГК, селекционированной па каталепсию, сопровождается локальным увеличением активности ТПГ в стриатуме.

Апробация работы. Результаты данной работы были представлены и обсуждены на Ученых Сессиях Института цитологии и генетики в 1988, 1991, 2000, 2003 годах, 1 Всесоюзной конференции "Химия, биохимия и фармакология производных индола" (Тбилиси, 1986), Всесоюзной конференции «Медиаторы в генетической регуляции поведения» (Новосибирск, 1986), XV съезде Всесоюзного физиологического Общества им. И.П. Павлова, (Ленинград, 1987), 5 Съезде ВОГИС (Москва, 1987), конференции "Медиаторы и поведение" (Новосибирск, 1988), 3 школе-семинаре по генетике и селекции животных (Бийск, 1989), Всемирном конгрессе по психиатрической генетике (Новый Орлеан, 11993 , США), 4 Международной конференции Общества Нейробиологии Поведения (Сантьяго де Компостела, Испания, 1995), XIX съезде Российского физиологического Общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004) и на конференции Российского нейрохимического общества «Нейрохимия: фундаментальные и прикладные аспекты» (Москва, 2005).

Публикации. Материал диссертации изложен в 54 публикациях в отечественных (31) и международных (23) реферируемых журналах.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своим соавторам д.б.н. В.Г. Колпакову, к.б.н. H.H. Барыкиной, к.б.н. Т.А. Алехиной (лаб. эволюционной генетики Института цитологии и генетики), Drs. F. Chaouloff, М.-Р. Moisan и Р. Mormede (INSERM, U471, Франция), а также старшим лаборантам В.И. Ребрик, Т.Ф. Денисовой (лаб. нейрогепомики поведения Института цитологии и генетики) и Т.А. Голдобиной (лаб. разведения животных Института цитологии и генетики) за помощь в проведении ряда экспериментов и получении материала.

Заключение диссертации по теме «Генетика», Куликов, Александр Викторович

ВЫВОДЫ

1. Выявлены два основных генетнко-молекулярных механизма, регулирующие изменчивость активности триптофапгидроксилазы в мозге: 1) C1473G полиморфизм в 11-ом экзоне гена tph2 - замена нуклеотида С на G в этом сайте приводит к значительному снижению активности фермента 2) различия в механизме обратимого фосфорилирования молекул фермента.

2. Наследственный полиморфизм по выраженности основных видов защитного поведения (защиты территории, вызванной страхом агрессии, реакции активного избегания и реакции замирания) тесно ассоциирован с активностью ТПГ в головном мозге у животных разных видов.

3. Изменчивость порога (уровня, предрасположенности) и интенсивности (числа драк) межсамцовой агрессии мышей в значительной степени определяется генетическими факторами. Однако эти два показателя межсамцовой агрессии контролируются разными генетическими механизмами. В то время как доминирует низкий порог агрессивной реакции, интенсивность драк имеет промежуточный тип наследования. Обнаружена ассоциация числа драк между самцами мышей с полиморфизмом C1473G в гене tph2. Не обнаружено связи между C1473G полиморфизмом и генетически детеримиированной выраженностью порога межсамцовой агрессии.

4. Селекция серебристо-черных лисиц и серых крыс-пасюков на отсутствие агрессии на человека (доместикация) приводит к сходному увеличению активности ТПГ в среднем мозге.

5. Наследственно детерминированное отсутствие реакции активного избегания у крыс линии RLA ассоциировано со сниженной активностью ТПГ в среднем мозге по сравнению с животными линии RHA с нормальной реакцией активного избегания.

6. Изменчивость выраженности реакции замирания (каталепсии) у мышей в значительной степени определяется генетическими факторами. Высокая предрасположенность к реакции замирания у мышей линии СВА контролируется в основном одним аутосомным рецессивным локусом. С помощью набора полиморфных микросателлитных маркеров главный ген, кодирующий высокую предрасположенность к каталепсии, локализован в дистальном фрагменте хромосомы 13.

7. Высокая выраженность наследственной каталепсии у мышей каталептической линии СВА и крыс линии ГК, селекционированной на каталепсию, сопровождается локальным увеличением активности ТПГ в стриатуме. У мышей линии СВА это увеличение не сцеплено с геном 1рИ2. У крыс линии ГК увеличение активности ТПГ в стриатуме обусловлено обратимым фосфорилированием молекул фермента в этой структуре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На фоне повышенного числа заходов в открытые рукава лабиринта и в светлый отсек в тесте свет/темнота и времени пребывания в открытых рукавах и в светлом отсеке в парах крыс RLA/RHA и SHR/Lewis наблюдается наследственно детерминированное снижение активности ТПГ.

Крысы SHR характеризуются наименьшей, a Lewis - наибольшей предрасположенностью к реакции активного избегания (Ramos et al., 1997), крысы RLA и RHA были селекционированы на низкую и высокую выраженность реакции активного избегания в челночной камере. Сопоставление результатов, полученных па крысах RHA и RLA, с данными, полученными на животных SHR и Lewis, выявило отрицательную ассоциацию между выраженностью реакции избегания и активностью ТПГ в среднем мозге: чем выше активность фермента, тем ниже проявляется реакция активного избегания.

Следовательно, полученные нами результаты могут рассматриваться как экспериментальное доказательство генетически детерминированной ассоциации высокой активности ТПГ в среднем мозге с наследственно детерминированной предрасположенностью к реакции активного избегания аверсивных стимулов, осторожностью или пугливостью животного.

ГЛАВА 7. ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ АССОЦИАЦИИ ТПГ С РЕАКЦИЕЙ ЗАМИРАНИЯ.

Каталепсия (тоническая неподвижность, животный гипноз, мнимая смерть) рассматривается как эффективная пассивно-оборонительная реакция в ответ на внешнюю угрозу со стороны хищника или агрессивного сородича (Попова, 1997, 2004; Dixon, 1998; Popova, 1999). Действительно, затаивание животного уменьшает вероятность быть обнаруженным хищником и снижает интенсивность атак со стороны агрессивного соперника.

Имеются многочисленные фармакологические данные об участии серотонииа мозга в регуляции выраженности галоперидоловой каталепсии (Kostowsky et al., 1972; Invernizzi et al., 1988; Broekkamp et al., 1988; Hicks, 1990; Neal-Beleveau et al., 1993; Wadenberg et al., 1993; 1994; Prinssen et al., 2000, 2002).

В то же время, сведения о генетико-молекулярном механизме регуляции естественной реакции замирания скудны. В настоящее время имеются две лабораторные модели естественной каталепсии: крысы линии ГК, прошедшие длительную селекцию на высокую предрасположенность к каталепсии (Kolpakov et al., 1996), и щипковая каталепсия мышей (Amir et al., 1981; Ornstein, Amir, 1981).

Цель данного исследования - изучение генетически детерминированной связи каталепсии с активностью ТПГ в мозге мышей и крыс. Были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать генетический контроль каталепсии у мышей

2. Изучить роль ТПГ в регуляции наследственной каталепсии у мышей и крыс.

7.1. Генетический анализ каталепсии у мышей.

Впервые межлинейные различия по выраженности щипковой каталепсии у мышей были показаны Ornstein и Amir (1981). Эти исследователи оценивали выраженность щипковой каталепсии по числу тестов, необходимых, чтобы вызвать неподвижность, длящуюся 90 с. Было показано, что необходимо значительно меньше тестов, чтобы вызвать каталептическое замирание у мышей BALB/c, чем у животных C57BL/6. Гибриды первого поколения между этими линиями проявляли низкую выраженность реакции замирания (как у C57BL/6).

В ходе исследования генетических механизмов регуляции каталепсии мы обнаружили, что критерий, предложенный Ornstein и Amir, не является достаточно воспроизводимым. Поэтому был разработан и предложен другой критерий (Куликов и др., 1989), в котором основной упор делался на воспроизводимость теста. Животное считалось каталептиком, если оно замирало в течение не менее 20 с в трех тестах из десяти. Легко видеть, что с помощью этого критерия отбираются действительно предрасположенные к каталепсии животные, в то время как мыши, которые замирали даже длительное время (до 90 с), но всего только один или два раза (случайные каталептики), не учитывались.

С помощью разработанного нами критерия исследована каталепсия у мышей 9 ипбредных линий и выявлены существенные межлинейные различия по данному признаку (х2в = 40.5, р<0.001, Рис.33). Как видно из рисунка 33, каталепсию невозможно вызвать ни у одного животного линий АКЯ, С57В1У6, БВА/1 и СС57В11. Незначительный процент каталептиков (10-20%) был обнаружен в линиях ББ, ВАЬВ/с, А/Не и СЗН/Не. И только в одной из исследованных линий, СВА, было обнаружено более 50% животных-каталептиков, время замирания которых превышало минуту. Исследования, продолжавшиеся в течение более 10 лет, показали устойчивость такого распределения признака у линий мышей. Высокая предрасположенность к каталепсии является атрибутом линии СВА: исследования, выполненные в разные годы и различные сезоны, показали, что процент каталептиков в линии СВА не опускался ниже 35% и не поднимался выше 60% (в общей сложности было протестировано 132 самца и 120 самок СВА). При этом повторяемость чрезвычайно высока: 87% самцов мышей этой линии воспроизводят каталепсию при повторном тестировании. В то же время, ни у одного из 35 самцов и пи у одной из 20 самок АК11 не удалось вызвать даже единичного замирания более 10 с. Аналогично, каталепсия не была обнаружена ни у одного из 47 протестированных самцов С57В1У6. Сложнее обстоит дело с мышами, проявляющими слабую каталепсию (10-20%). В выборках мышей линий ВАЬВ/с и СЗН/Не процент каталептиков колеблется от 0% до 40%, но в среднем остается на уровне 10-20%. Такая низкая воспроизводимость каталепсии у мышей этих линий, по-видимому, обусловлена слабостью генетических факторов и сильной паратипической вариапсой. Поэтому для дальнейшего изучения генетического контроля каталепсии были выбраны две контрастные по выраженности признака линии: СВА и АКЯ.

Не было выявлено половых различий в проявлении каталепсии у мышей СВА (%2| = 1.94, р>0.05) и у мышей АКЯ (каталепсии не было обнаружено пи у одного самца и ни у одной самки АКЯ). Поэтому при изучении генетического контроля предрасположенности к каталепсии данные, полученные на самках и самцах, объединялись.

У мышей линии СВА число каталептиков в потомстве родителей-каталептиков (57% самцов и 75% самок) не отличался от такового в потомстве родителей-некаталептиков (50% самцов, tig = 0.26, р>0.05 и 78% самок, t2s = 0.27, р>0.05). Этот результат служит доказательством генетической однородности линии СВА. Процент каталептиков в этой линии отражает генетически детерминированную пенетрантность признака.

СВА СЗН/Не А'Не BAL В/с DD C57BL AKR DBA1 СС57Вг

Рис.33. Процент каталептиков у мышей инбредных линий.

Поскольку каталепсия является пассивно-оборонительной реакцией, вовлеченной в механизм защиты от нападения агрессивного сородича во внутривидовых взаимоотношениях, связанных с установлением иерархии, можно предположить, что на проявление каталепсии будет существенно влиять индивидуальный опыт зоосоциальных взаимоотношений. Мы, совместно с H.H. Кудрявцевой, исследовали влияние опыта побед и поражений в разработанной ею модели сенсорного контакта па выраженность каталепсии у самцов СВА (Kulikov et al., 1995b).

В каждой клетке, разделенной пополам прозрачной перегородкой с отверстиями, содержались два самца в условиях постоянного сенсорного контакта. При ежедневном (в течение 15 дней) удалении перегородки на 10 мин происходили агонистические столкновения, в которых у побеждавших животных вырабатывался агрессивный тип поведения, а у проигравших - субмиссивпый (подчиненный) тип. Контролем служили мыши, рассаженные поодиночке для снятия группового эффекта.

Было установлено, что мыши с субмиссивным типом поведения проявляли хорошо выраженную каталепсию и по проценту каталептиков не отличались от контроля. Однако ни у одного из 12 самцов с выраженным агрессивным типом

•л поведения не удалось вызвать реакции замирания (Рис.34., % = 11.5, р<0.001).

70 ■ м ео -о 50 ■ н

С 40 -ш

§ 30 • § 20 -^ 10 -0 •

КОНТРОЛЬ СУБМИССИВНЫЕ АГРЕССИВНЫЕ

Рис.34. Процент каталептиков среди контрольных и тренированных на субмиссивный и агрессивный типы поведения самцов СБА в модели сенсорного контакта.

Следовательно, кроме генотипа, существенным фактором, определяющим выраженность каталепсии у мышей СВА, является их социальный статус в группе.

Следующим этапом исследования было изучение закономерностей наследования предрасположенности к щипковой каталепсии, проведенное на мышах двух контрастных по данному признаку линий СВА и АК11.

Не было обнаружено ни одного каталептика среди 70 (35 самцов и 35 самок) реципрокных гибридов первого поколения между мышами линий AK.Il и СВА (Табл.17), что свидетельствует о рецессивном характере наследования высокой предрасположенности к каталепсии у мышей.

В то же время, среди 106 расщепляющихся мышей второго поколения (¥2) от скрещиваний гибридов первого поколения было обнаружено 17 животных-каталептиков (Табл.17). С учетом неполной (56%) пепетрантности признака у мышей СВА, такое количество каталептиков очень близко к ожидаемому при моногенном контроле высокой предрасположенности к каталепсии (106 х 0.56 х 0.25 = 14.3, у2 = 0.64, р>0.05). Таблица 17. Закономерности наследования процента каталептиков в гибридологическом анализе

Генотип Число животных Процент каталептиков

СВА (С) 27 56

АКЯ (А) 26 0

Р,(С х А) + РКА х С) 70 0

Р2 (Р. х Р,) 106 16

Следующим этапом анализа наследования признака было проведение возвратных скрещиваний самцов-каталептиков и самцов-некаталептиков из Бг с самками каталептической линии СВА. Всего исследовано 13 семей: 4 от отцов-каталептиков и 9 от отцов-иекаталептиков. Семьи отцов-каталептиков оказались однородными по доле л каталептиков в них (% з = 7.8, р>0.05). Это позволяет предполагать, что все животные-каталептики в Рг изогенны по признаку. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют: 1) о полной рецессивности признака в Бь 2) о расщеплении 1:3 в Рг и 3) об изогенности животных-каталептиков в ¥2. Это позволяет сформулировать гипотезу о том, что каталепсия наследуется как один аутосомный локус с неполной пенетраптностыо.

Для проверки данной гипотезы прежде всего необходимо как можно точнее вычислить величину пенетраптности признака. Доля каталептиков в линии СВА, равная 0.56, может служить только ее грубой оценкой, поскольку она сделана на небольшой выборке. Разумно использовать для получения более точной оценки пенетрантности данные по числу каталептиков в линии СВА, в Рг, в семьях отцов-каталептиков и отцов-некаталептиков. Общее количество животных в эксперименте было 212. В таблице 18 поэтапно представлена процедура вычисления частот генотипов и фенотипов, исходя из гипотезы о моногенном контроле признака. Полученная методом наибольшего правдоподобия уточненная оценка пенетрантности равна 0.54, что лишь незначительно отличается от грубой оценки. Ожидаемые численности каталептиков в исследованных группах хорошо согласуются с их эмпирическими значениями, поэтому гипотеза о мопогенном наследовании каталепсии не отвергается.

Приведенное доказательство моногенного контроля предрасположенности к каталепсии получено при использовании относительно условного критерия этого состояния. Замирание считалось каталепсией, если оно длилось не менее 20 с и встречалось по крайней мере в 3 тестах из 10. Мы проанализировали материал при других временных критериях определения каталепсии: при более мягком, когда животные квалифицировались как каталептики, если они сохраняли приданную позу не менее 10 с, и при более жестком, когда учитывалась только неподвижность, длящаяся 40 с и более. В обоих случаях, хотя величина пенетрантности признака изменялась (увеличивалась в первом и уменьшалась во втором), наблюдается очень хорошее согласие ожидаемых на основании моногенной гипотезы численпостей каталептиков в исследуемых группах с экспериментально полученными значениями (Табл.19).

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук Куликов, Александр Викторович, 2005 год

1. Авруцкий Г.Я., Недува A.A. Лечение психически больных. М.: Медицина, 1981. 528 с.

2. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.

3. Барыкина H.H., Чепкасов И.Л., Алехина Т.А., Колпаков В.Г. Селекция крыс

4. Вистар на предрасположенность к каталепсии // Генетика, 1983. т.19. С.2014-2021.

5. Беляев Д.К. Биологические аспекты доместикации животных // Генетика иселекция новых пород сельскохозяйственных животных. Алма-Ата, 1970. С.30-44.

6. Беляев Д.К. Генетические аспекты доместикации животных. // Проблемыдоместикации животных и растений. 1972. М.: Наука. С. 39-45

7. Беляев Д.К. Дестабилизирующий отбор как фактор изменчивости придоместикации животных // Природа, 1979. Вып. 2. С.36-45.

8. Беляев Д.К., Бородин П.М. Влияние стресса на наследственную изменчивость иего роль в эволюции // Эволюционная генетика, Л.: Из-во ЛГУ. 1982. С.35-59.

9. Беляев Д.К., Трут Л.Н. Поведение и воспроизводительные функции животных. II.

10. Коррелятивные изменения при селекции на приручаемость // Бюлл. МОИП. Отд. Биол., 1964. т.69. Вып.4. С.5-14.

11. Бензер С. От гена к поведению // Актуальные проблемы генетики поведения /

12. Федоров В.К., Пономаренко В.В. (ред.), Л.: Наука, 1975. С.5-21.

13. Ван Абилеи Д. Этология и генетические основы поведения животных // Вопросыобщей генетики, М.:Наука. 1981. С.286-295.

14. Гейто Д. Молекулярная психобиология. М.:Мир, 1969. 275 с.

15. Гинзбург Э.Х. Генетический анализ количественных признаков у самоопылителей

16. Генетика, 1979. т.15. С.1443-1445.

17. Гинзбург Э.Х. О формулах для оценки числа генов // Генетика, 1982. т. 18. С. 960966.

18. Гинзбург Э.Х. Генетическое описание наследования количественных признаков.

19. Сообщение III. Формальное описание генетического анализа // Генетика, 1983. т.19. С. 126-135.

20. Гинзбург Э.Х. Описание наследования количественных признаков. Новосибирск :1. Наука, 1984. 249 с.1617,18,19,20,21.22,23,24.25,26,27,28.29,30,

21. Гинзбург Э.Х., Куликов A.B. Проверка моногенных гипотез в гибридологическом анализе количественных признаков // Генетика, 1983. т. 19. С.571-576.

22. Дьюсбери Д. Поведение животных. Сравнительные аспекты. М.: Мир, 1981. 479 с.

23. Жуков Д.А. Психогенетика стресса. Поведенческие и эндокринные корреляты генетичесикх детерминант стресс-реактивности при неконтролируемой ситуации. Санкт-Петербург, 1997. 176 с.

24. Кармапова И.Г. Эволюция сна. JL: Наука, 1977. 174 с.

25. Колпаков В.Г. Кататония у животных. Генетика, нейрофизиология, иейрохимия. Новосибирск :Наука, 1990. 168 е.

26. Колпаков В.Г., Куликов A.B., Алехина Т.А., Чугуй В.Ф., Петренко О.И., Барыкина H.H. Кататония или депрессия? Линия крыс ГК генетическая животиая модель психопатологии // Генетика, 2004. т.40. С.827-834.

27. Корниш-Боуден Э. Основы ферментативной кинетики. М.: Мир, 1979. 365 с.

28. Корякина Л.А., Куликов A.B., Фигурова М.Ю., Попова Н.К. Действие холода на серотониновую систему мозга и уровень кортикостероидов в крови мышей различных линий // Физиол. Жури., 1985. т.71, С.422-427.

29. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975. 648 с.

30. Кроукфорд П. Артур, Билл и другие (Все о мышах). М.: Мир, 1970. 158 с.

31. Кудрявцева H.H., Ситников А.П. Влияние эмоциональности, исследовательской активности и болевой чувствительности на проявление агонистического поведения у мышей //Журн. Высш. Нервн. Деят., 1986. т.36. С.686-691.

32. Куликов A.B. Быстрый неизотопный метод определения активности триптофангидроксилазы в головном мозге // Вопр. Мед. Химии, 1982, т.28. Вып.1. С.135-138.

33. Куликов A.B., Базовкина Д.В. Проверка гипотез о сцеплении в гибридологическом анализе альтернативных поведенческих признаков с неполной пенетрантпостыо // Генетика, 2003. т.39. С.1066-1072.

34. Куликов A.B., Базовкина Д.В,, Муазап М.-П., Мормэд П. Картирование гена предрасположенности к каталепсии у мышей с помощью полиморфных микросателлитиых маркеров //Докл. Акад. Наук, 2003. т.393. С. 134-137.

35. Куликов A.B., Воронова И.П. Роль обратимого фосфорилирования в генетически детерминированном полиморфизме по активности триптофангидроксилазы мозга// Бюлл. Экспер. Биол. Мед., 1995. т.119. № 1. С.67-68.31.