Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Тирозингидроксилаза головного мозга в регуляции доминантного поведения самцов лабораторных мышей в популяции

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Тирозингидроксилаза головного мозга в регуляции доминантного поведения самцов лабораторных мышей в популяции"

российская академия медицинских наук

сибирское отделение институт физиологии

РГБ ОД

~ 5 СЕН 1994 На ттРавах рукописи

УДК 612.8.015+591.552+591.51

КОаЛОВА ОКСАНА НИКОЛАЕВНА

ТИРОЗИНГВДРОКСШГАЗА ГОЛОВНОГО МОЗГА В РЕГУЛЯЦИИ ДОМИНАНТНОГО ПОВЕДЕНИЯ САМЦОВ ЛАБОРАТОРНЫХ МШШ В ПОПУЛЯЦИИ.

Специальность - 03.00.13 Физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск - 1994

Работа выполнена в лаборатории генетических основ нейроэндо-кринной регуляции Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской Академии наук.

Научные руководители: доктор биологических наук Л.И. Серова

доктор медицинских наук, профессор

Е.В. Науменко

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, профессор Н.К. Попова

Кандидат биологических наук Н.И. Дубровина

Ведущая организация - Институт физиологии

Н9 заседании специализированного Совета Д 001.14.01 при Институте физиологии СО РАМН ( 630117, г.Новосибирск, ул. Академика Тимакова, 4).

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Института физиологии СО РАМН.

Автореферат разослан " К " 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат биологических наук А.Г. Елисеева

им. И.П. Павлова РАН

Защита состоится

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность jrgotaeMU^ Исследование нейрохимических и молекулярных основ интегративной деятельности головного мозга в процессах адаптации животных к условиям окружающей среды является одним из актуальных направлений нейробиологии. Попу-ляционная иерархия животных, основанная на доминировании одних особей над другими, представляет собой эволюционно древнюю форму групповых отношений (Мантейфель,1987) и носит адаптивный характер, так как позволяет поддерживать относительную устойчивость популяционной структуры, упорядочивает конкуренцию и способствует сохранению условий оптимальных для существования вида (Слоним,1986;Шилов, 1991). У мелких грызунов популяцион-ная иерархия, как правило формируется по деспотическому типу с преобладанием самца доминанта (Уждавини,1Э80; Дьюсбери, 1981), который, помимо регулирования внутрипопуляционных отношений, вносит наибольший вклад в размножение (Науменко и др, 1983; Осадчук, Науменко, 1986; Осадчук, 1990) и тем самым в формирование генофонда популяции. Доминантное поведение особи в популяции представляет собой видоспецифическую программу, выражающуюся в комплексе сложных поведенческих актов, центральные механизмы его формирования чрезвычайно сложны и мало изучены.

Исследования социального поведения лабораторных мышей показали, что распределение самцов мышей по иерархическим классам в искусственно созданных микропопуляциях зависит от генотипа животного (Осадчук и др,1981). Кроме того, были выделены две инбредные линии мышей РГ и CBA/Lac, контрастные по уровню доминирования. Однако, характер наследования доминантного типа поведения в популяции оставался неизвестным. Несмотря на то, что роль нейромедиаторов головного мозга в регуляции конкретных поведенческих актов, определяющих доминантный фенотип животного, таких как двигательная активность (Mason, 1981; Gottfries, 1989), агрессивность (Вальдман, Пошивалов, 1984; Bell, Неррег, 198Т) активно исследуется, нейрохимия и нейрогенетика доминантного поведения до сих пор мало изучены.

В экспериментах с применением ингибиторов ферментов биосинтеза катехоламинов и комбинации нейротоксинов было доказано, что ведущая роль в формировании этого типа поведения у самцов лабораторных мышей принадлежит катехоламиновым

системам головного мозга (Серова, Науменко, 1987; Серова, 1988; Серова, Науменко,1990). Наряду с этим было установлено, что содержание катехоламинов в головном мозге (Серова, Науменко, 1990) и активность ключевого фермента их биосинтеза - тирозингидроксилазы (Юдин, Дыгало,1988), как и способность к доминированию в популяции, зависят от генотипа животного. Более того, между детерминированным генотипом содержанием норадреналина в гиппокампе, стриатуме и заднем мозге и доминантным поведением самцов мышей в популяции была обнаружена корреляционная связь (Серова, Науменко, 1990). Однако, содержание норадреналина в головном мозге является интегральным показателем и отражает баланс между синтезом и деградацией этого нейротрансмиттера. Наиболее точным и адекватным с точки зрения нейрохимии поведения было бы изучение связи между активностью ферментов, участвующих в этих процессах и детерминированным генотипом доминантным поведением в популяции.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы было: изучение связи между активностью тирозингидроксилазы, уровнями катехоламинов головного мозга и доминантным поведением самцов лабораторных мышей в популяции.

Были сформулированы следующие задачи:

1). Исследовать связь между активностью тирозингидроксилазы и способностью к доминированию у самцов мышей разных генотипов.

2). Выяснить характер наследования доминантного типа поведения в популяции и некоторых поведенческих характеристик, необходимых для его проявления.

3). Проанализировать уровни норадреналина, дофамина и активность тирозингидроксилазы у гибридов первого поколения, полученных от скрещивания двух контрастных по способности к доминированию линий мышей.

4). Изучить влияние социального стресса на активность тирозингидроксилазы в головном мозге у самцов мышей высокодоминантной и низкодоминантной линий и их гибридов первого поколения.

5). Оценить экспрессию гена тирозингидроксилазы в головном мозге самцов мышей с различной способностью к доминированию при социальном стрессе.

Научная новизна. В работе впервые, на 6-ти инбредных линиях мышей статистически корректно показана связь между

способностью особи к доминированию в популяции и уровнем активности ключевого фермента биосинтеза катехоламинов тирозингидроксилазы в стриатуме и заднем мозге. Наряду с этим, установлено, что доминантннй тип поведения в популяции, а также высокая агрессивность, низкий процент поражений в межсамцовых столкновениях, высокая двигательная активность и низкая эмоциональность в тесте "открытое поле" передаются по наследству как доминантный признак.

В результате скрещивания высокодоминантной и низкодоминантной инбредных линий нами получена новая модельная группа высокодоминантных животных, генетически предрасположенных к доминированию - гибриды С помощью гибридных животных выделены некоторые индивидуальные поведенческие и нейрохимические характеристики, необходимые для доминирования в популяции.

Впервые корреляционным и гибридологическим анализом доказано, что для формирования предрасположенности к доминированию в популяции необходим высокий базальный уровень биосинтеза катехоламинов в стриатуме и заднем мозге.

Кроме того, установлено, что на начальном.этапе формирования иерархической структуры популяции у самцов мышей независимо от их зоосоциального ранга происходит активация процесса биосинтеза катехоламинов в гипоталамусе, стриатуме и заднем мозге, связанная с увеличением активности тирозингидроксилазы. При этом, у животных, генетически предрасположенных к доминированию увеличение активности фермента происходит более интенсивно, чем у генетических субординантов. Обнаружено так же, что параллельно с увеличением активности тирозингидроксилазы происходит увеличение уровня мРНК одноименного гена, то есть усиление его экспрессии. Таким образом, в нашей работе впервые была выявлена связь между активностью структурного гена ключевого фермента биосинтеза катехоламинов и доминантным поведением особи в популяции.

Научно-практическая ценность. Полученные результаты развивают теоретические представления о центральных нейрохимических механизмах регуляции сложных форм поведения, в частности, такой как доминирование в популяции, а также раскрывают связь между функциональной активностью гена, кодирующего ключевой фермент биосинтеза катехоламинов и социальным поведением жи-

вотного. Полученные факты о ведущей роли процессов биосинтеза катехоламинов в формировании предрасположенности особи к доминантному типу поведения открывают новые перспективы исследования возможностей управления социальным поведением. Результаты исследования могут иметь практическое применение в экспериментальной медицине и психологии для коррекции отклонений в социальном поведении.

Апробация работы. Представленные в диссертации результаты были доложены и обсуждены на Международных и Всесоюзных симпозиумах и конференциях, в том числе на 3-ей школе семинаре по генетике и селекции животных (Новосибирск,1989), Мевдународной конференции "Лабораторные животные для медико-биологических исследований'' (Москва, 1990), 10-ой Всесоюзной конференции по эволюционной физиологии (Ленинград, 1990), на Международной конференции по этофармакологии (Прага, 1991), на 5-ом Международном симпозиуме "Катехоламины и другие нейротрансмиттеры при стрессе" (Смоленица, 1991), на 7-ом Международном катехолами-новом симпозиуме (Амстердам, 1992) и на отчетных сессиях Института цитологии и генетики СО РАН в 1991 и 1994 гг.

По теме диссертации опубликовано 14- печатных работ из них 5 статей в отечественной и одна в зарубежной печати.

Используемые сокращения: РТ - самцы инбредной линии РТ; СБА - самцы инбредной линии СВА/Ьас; - гибридные самцы первого поколения, полученные от скрещивания линий РТ и СВА/Ьас; НА - норадреналин; ДА - дофамин; ТГ - тирозингидроксилаза; мРНК - матричная рибонуклеиновая кислота.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава I), описания объектов и методов исследования (глава 2), изложения результатов собственных исследований (глава 3), обсуждения результатов (глава 4), выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 119 страницах машинописного текста, содержит 12 рисунков и II таблиц. Список литературы включает 179 источников, в том числе 102 иностранных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В экспериментах использовали половозрелых самцов инбредных линий мышей А/Не, С57В1/6«Т, СВА/Ьас, ББ, РТ и УТ и реципрокных гибридов первого поколения (сТРГ * ^СВА/Ьас и ¿СВА/Ьас * $РТ). Перед проведением експеримэнтов животных рассаживали в индиви-

дуальные клетки на 5 дней для снятия влияния предшествующих социальных контактов. Доминантное поведение животных оценивали в искуственно созданных микропопуляциях, состоящих из 6 самцов мышей по одному из каждого генотипа. В случае тестирования гибридов Р^ самец линии РТ заменялся гибридным. Перед высадкой в популяцию животных выравнивали по весу тела. Для выяснения иерархической структуры популяции наблюдения проводили в течение 2-х дней, т.к. за это время уже устанавливается стабильная иерархия (Осадчук и др., 1981; Шилов, 1985). На протяжении всего эксперимента регулярно 3 раза в день по 20 мин проводили визуальные наблюдения, в процессе которых фиксировали агрессивные столкновения между самцами с выявлением победителя и побежденного, патрулирование по коридору клетки и внутривидовую общительность (груминг). Доминантным считался самец, имеющий максимальное число побед , патрулирующий, пользующийся преимуществом при подходе к пище. Остальным животным присваивали ранг субординантов.

Индивидуальные поведенческие характеристики оценивали у интактных животных в тесте "открытое поле". Подробно методика описана в работе Серова и др. (1990) (ссылка 2 в списке публикаций).

Контрольных животных забивали после 5 дней одиночного содержания, а при исследовании влияния социального стресса через Г час после ссаживания особей в популяцию. Забой животных осуществляли методом декапитации и на холоду быстро отделяли обонятельные луковицы, гипоталамус, гиппокамп, кору, стриатум и задний мозг.

Уровни НА и ДА в ткани мозга определяли флюориметрией (Ма1ске1 а!,1968). А активность тирозингидроксилазы (ТГ) измеряли по скорости гидроксилирования тирозина . методом УатаисМ (1978) в модификации Дыгало (1987). Концентрацию белка в ткани мозга оценивали по методу Ъжгу et а1 (1957).

Экспрессию гена ТГ исследовали методом дот-гибридизации суммарной мРНК, выделяемой по методу СЬотсгупэк! и БасеМ (1987). В качестве зонда использовали плазмиду рВБ(+) со встроенным в нее кДНК геном ТГ крысы, гомологичным гену мыши. Количественный анализ мРНК проводили сканированием авторадиограмм.

Статистическая обработка результатов проводилась с помощью критериев х^. t-критерий Стьюдента, однофакторного дисперсионного анализа и рангового корреляционного анализа Спирмена. Рассчеты производили на IBM/PC с использованием пакета статистических программ "STATGRAF".

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

1. Исследование активности ТГ__в__отделах__головного__мозга__у

мышей__разных..генотшов^__различающихся__по___способности___к

доминированию.

Изучение активности ТГ головного мозга у мышей различных инбредных линий широко ведется с начала 80-х годов (Bakker et al, 1982;1983; Rels, 1983; Vadass et al,1986; Ssirakl et al, 1987). В этих работах изучались в основном межлинейные отличия в активности фермента в гипоталамусе, полосатом теле, синем пятне и обонятельных бугорках мозга на двух-трех инбредных линиях мышей. Межлинейные отличия по активности ТГ были обнаружены и в структурах головного мозга, связанных с регуляцией доминантного поведения, таких как стриатум и ствол головного мозга (Юдин, Дыгало,1988). Однако, в известной нам литературе вопрос об участии ТГ в регуляции доминантного поведения животного в популяции не рассматривался.

В наших экспериментах для выявления связи между активностью ТГ головного мозга и способностью к доминированию в популяции была изучена активность ключевого фермента биосинтеза катехол-аминов - ТГ в обонятельных луковицах, гипоталамусе, стриатуме, гиппокампе и заднем мозге у самцов 6-ти инбредных линий мышей, которые, как было показано работами Осадчука (1981), Серовой и др. (1989), различаются по способности к доминированию в популяции. Межлинейные отличия по активности фермента были обнаружены в гипоталамусе, гиппокампе, стриатуме и заднем мозге (табл.1). В этих отделах высокую активность фермента имели самцы линии РТ и YT, а низкую - самцы линии СБА. В обонятельных луковицах и коре головного мозга активность ТГ у линии РТ была низкой, а у СБА - высокой. У животных других линий она варьировала в зависимости от структуры мозга. Распределение инбредных линий мышей по уровню активности ТГ в большинстве отделов головного мозга, в основном, совпало с полученным ранее Серовой и др. (1989) распределением их по

уровню катехоламинов. По-видимому, различия в уровнях катехоламинов у самцов разных инбредных линий, в значительной степени, обусловлены различием в активности ключевого фермента их биосинтеза - ТГ. Так, самцы линии РТ, обычно занимающие доминантное положение в популяции, имеют уровни катехоламинов и активность ТГ в гипоталамусе, гиппокампе, стриатуме и заднем мозге выше, чем линия СБА, самцы которой, как правило, являются субординантами.

Таблица 1.

Активность тирозингидроксилазы в головном мозге интактных самцов мышей разных инбредных линий.

Активность тирозингидроксилазы, пмоль/мин на мг/белка

Линия

Обонятельные луковицы

Гипоталамус

Гиппокамп

А/Не 11.6 + 3.2 (5) * 10.5 + 1 .5 (10) 7.9 ± 1.9 (5)

С57В1^ 26.4 + 3.7 (5) 12.5 1.8 (13) 4.4 ± 0.8 (5)

СБА 1Т.1 6.9 (7) 10.5 + 1.3 (11) 5.3 ± 1.3 (3)

СБ 22.3 £ 2.0 (5) 19.3 + 2.0 (17) 3.6 ± 0.6 (6)

та 20.7 + 3.9 (3) 23.3 + 1.5 (6) 7.9 ± 1.0 (3)

РТ 13.9 + 1.5 (3) 24.2 + 3.1 (б) 9.9 ± 1.9 (6)

*(5,22Гг- ,0 Р(5,57Г3 1,4 1'(5,19)-2-'Г

Р > 0.05 < 0.05 < 0.05

Активность тирозингидроксилазы, пмоль/мин на мг/белка

Задний мозг Кора Стриатум

А/Не 11.4 1 1.6 (7) 6.4 ± 3.4 (5) 20.1 ± 3.0 (5)

С57В1^ 19.3 ± 2.0 (7) 5.6 ± 0.9 (4) 21 .3 ± 1 .8 (6)

СБА 11.9 1 2.0 (5) 13.9 ± 2.7 (5) 18.0 t 2.0 (5)

ЮБ 18.2 1 2.6 (5) 6.1 ± 1.8 (5) 26.5 ± 2.8 (5)

УТ 17.0 ± 0.9 (6) 11 .0 ± 1.7 (3) 30.0 ± 4.1 (5)

РТ 18.6 ± 1.9 (5) 2.6 ± 0.7 (3) 35.6 ± 4.3 (5)

Р(5.29) = 3.1 ^(5,22) = 3,1 Т(5,25) = 2,8

Р < 0.05 < 0.05 < 0.05

* - В скобках указано число животных.

Возможную связь между числом доминантных самцов в линии (Осадчук, 1981) и активностью ТГ в головном мозге определяли с помощью рангового корреляционного анализа Спирмена. Высокие положительные коэффициенты межлинейной ранговой корреляции между уровнем ТГ и числом доминантных самцов в линии были получены не во всех отделах головного мозга, а только в стриатуме и заднем мозге (рис.1>.

Коэффициент межлинейной ранговой корреляции

% ДОМИНАНТНЫХ САМЦОВ.

0.7

0.2

0.75

0.88*

Активность тирозингидроксилазы

_ в обонятельных луковицах

- в гипоталамусе

- в гиппокампе

- в коре

- в стриатуме

- в заднем мозге * - значимые коэффициенты корреляции, р < 0.05.

Рис. 1. Меклинейные коэффициенты ранговой корреляции между

способностью самцов лабораторных мышей к доминированию в

микропопуляциях и активностью тирозингидроксилазы.

Учитывая, что ранее в работах Серовой и др. (1989) в этих отделах головного мозга была обнаружена корреляционная связь между высоким уровнем катехоламинов и высокой способностью к доминированию в популяции, мы предположили, что высокий уровень биосинтеза катехоламинов в стриатуме и задаем мозге исходно необходим животному для проявления у него доминантного типа поведения в популяции. Для доказательства этого предположения в нашей работе были использованы реципрокные гибриды Рр полученные от скрещивания линии РТ, характеризующаяся максимальным числом доминантных самцов в линии и линии СВА, самцы которой обычно занимают подчиненное положение в груше. У гибридных животных исследовали способность к доминированию в популяции и ряд поведенческих характеристик, важных для доминирования, а так же содержание катехоламинов и активность ТГ в различных отделах головного мозга.

2. Наследование__способности__к__доминированию и___некоторых

элементов поведения к нему предрасполагающих.

При тестировании на доминирование гибридных животных в популяции оказалось,что в 37 из 38 исследованных популяций гибрида ^ стали доминантами (табл.2). Это по числу доминантных самцов в линии превосходит не только низкоранговую линию СБА, но и в высокоранговую линию РТ. При этом, мевду прямыми и обратными гибридами по этому признаку отличия отсутствовали.

Таблица 2.

Число доминантов и субординантов у родительских линий РТ и СБА и у гибридов в микропопуляциях.

ЛИШИ ЧИСЛО МЫШЕИ. х2

Доминанты Субординанты

СБА РТ Р1 1 72 37 109 38 1 } 103**1 1гм« ] 12* 1

* - р < 0.05 ; ** - р < 0.01

Полученные данные показывают, что способность к доминированию в популяции передается по наследству и у гибридов по этому признаку наблюдается сверхдоминирование. Отсутствие отличий между прямыми и обратными гибридами по уровню доминирования позволяет исключить прямое влияние половых хромосом на наследование этого признака.

Исследование поведения гибридных самцов в популяции показало, что помимо высокой способности к доминированию в популяции они имеют как и линия РТ высокий уровень агрессивности, выражающийся в большом количестве побед, и характеризуются низким числом поражений в межсамцовых столкновениях в период формирования иерархии (рис.2).

В тесте "открытое поле" гибридные самцы как и линия РТ превосходят низкоранговую линию СБА по двигательной активности как в первую минуту теста (показатель стресеоустойчивости), так и по суммарной двигательной активности за все' время теста (табл.3). При этом, двигательная активность у прямых и обратных гибридов не различалась и соответствовала среднеродитель-скому уровню.

си рт вв сва

Ш РКДРТхсУСВА) ШШ П(.£СВАх<Г РТ )

число побед и поражении

Рис. 2. Число побед и поражений у родительских линий РТ, СВА и гибридов И в период становления иерархических отношений в популяции.

* - р < 0.05 по сравнению с РТ ** - р < 0.05 по сравнению с РТ и СВА -....... - среднеродительский уровень

Таблица 3.

Двигательная активность в тесте "открытое поле" у родительских и гибридных животных, контрастных по способности к доминированию.

Экспериментальные животные Число пересеченных квадратов

в 1юмин. теста суммарное

РТ СВА (еРТхсгсвА) Р, ($>СВАх<Я>Т) 38.1 ± 5.0 (15) 1.8 ± 1.1 (15)* 12.1 ± 4.3 (14)** 8.4 ± 3.8 (10)** 84.2 ± 6.8 (15) 10.0 ± 1.6 (15)* .26.2 ± 2.8 (14)** 24.9 ± 2.1 (10)**

В скобках указано число животных.

* - р<0.05 по сравнению с РТ;

** - р<0.05 по сравнению с РТ и СВА.

Существенные отличия между высокодоминантными и подчиненными животными были выявлены по эмоциональности, которую определяли по числу дефекационных болюсов в тесте "открытое поле". Высокодоминантные прямые и обратные гибриды наследовали низкий уровень эмоциональности от родительской линии РТ (рис.3).

Высокая способность к доминированию в популяции, а так же

СИ] рт

Р1(гРТх<гсвА) число болюсов

е

5 4 -

32 1 О

сба

Г1($СВАаб,РТ )

Рис. 3. Эмоциональность (по числу болюсов) в тесте "открытое поле" у родительских и гибридных животных.

* - р < 0.05 по сравнению с РТ ......... - среднеродительский уровень

высокая агрессивность, низкий процент поражений в межсамцовых столкновениях, высокая двигательная активность и низкая эмоциональность в тесте "открытое поле", наследуемые от высокоранговой линии РТ, позволили нам считать гибридов еще одной модельной группой высокодоминантных животных, генетически предрасположенных к доминированию. Эти животные вместе с самцами линии РТ использовались нами далее для изучения нейрохимических особенностей доминантных животных в покое и при социальном стрессе.

3. Наследование уровней ДА, НА и активности ТГ__гибридами__Рр

полученными__от__скрещивания__контрастных__по__способности___к

доминированию линий мышей.

После изучения способности к доминированию в популяции у гибридов следующим этапом нашей работы был анализ наследования ими уровней катехоламинов и активности ТГ в головном мозге, поскольку это позволило бы выделить нейрохимические характеристики, предрасполагающие к доминантному типу поведения в популяции и наследуемые вместе с высокой способностью к доминированию..

Высокий, сходный с высокоранговой родительской линией РТ уровень НА прямые и обратные гибриды Р1 имели в гиппокаше,

стриатуме и заднем мозге (рис.4). В гипоталамусе у них уровень НА был таким же низким как у линии СБА.

По содержанию ДА прямые и обратные гибрида F1 не отличались от линии РТ только в стриатуме и заднем мозге (рис.4). В гигагокампе и коре головного мозга гибридные самцы имели уровень ДА как у низкоранговой линии СВА.

В гипоталамусе, стриатуме и заднем мозге уровень активности ТГ у высокодоминантных гибридов F1 соответствовал содержанию катехоламинов и наследовался в стриатуме и заднем мозге от высокоранговой родительской линии РТ (рис.4-).

Анализ корреляционных связей и характера наследования всех трех изученных нейрохимических характеристик дает основание заключить, что для реализации детерминированного генотипом доминантного типа поведения в популяции животному необходим исходно высокий уровень биосинтеза катехоламинов в стриатуме, структуре, ответственной за регуляцию агрессивного поведения, двигательной активности и программирования поведения животного в условиях нестандартной среды (Carter, Pyckock, 1980; Vanderwoli е.а.,1988), и заднем мозге, где расположены тела НА нейронов и включаются молекулярно-генетические механизмы синтеза этого медиатора (BerocL et. al., 1987). Отсутствие корреляционных связей между активностью ТГ в гипоталамусе и способностью к доминированию в популяции, а так же тот факт, что низкий уровень катехоламинов, наследуемый от линии CBA/Lac, не повлиял на проявление у гибридных самцов доминантного типа поведения в популяции, позволили предположить, что исходная активность катехоламинергических нейронов гипоталамуса не оказывает существенного влияния на формирование предрасположенности к доминированию.

4. Исследование активности ТГ в головном мозге у самцов__мышей

с__различной__способностью__к__доминированию__при___социальном

стрессе.

Объединение животных в группу является для них сильным стрессорным воздействием. Об этом свидетельствуют изменения в уровне кортикостерона в крови (Серова и др., 1992), тестостерона в крови и семенниках (Осадчук, 1983, 1990) и адреналина в надпочечниках (Серова и др.,1990), обнаруженные у всех членов группы уже через час после ссаживания в популяцию. Такого рода

СП РТ

■ Р1 ( ^.РТх <УСВА) содержание норадреналина 41 мкг/г ткани

СБА

П(£СВАх<?РТ )

Гипоталамус Кора Гиппокамп СтриатумЗадния : содержание дофамина

Гипоталамус Кора Гиппокамп Стриатум Задния мозг

активность тирозингидроксилазы 60 -| п. моль ДОФА/мия/мг белка _

504030 2010

0

Гипоталамус Кора Гиппокамп СтрнатуыЗаднии мозг

Рис. 4. Наследование уровней норадреналина, дофамина и активности тирозингидроксилазы гибридами от родительских линий РТ и СБА.

* - р < 0.05 по сравнению с РТ

** - р < 0.05 по сравнению с РТ и СВА. ......... - среднеродательский уровень

социальный стресс вызывает так же и изменения в уровнях НА и ДА в головном мозге, величина которых зависит от генотипа животного и его зоосоциального ранга (Серова, Науменко,1992). Поэтому дальнейшей целью нашей работы было изучение активности ТГ у высокодоминангных животных РТ, гибридов и низкодоминантных самцов линии СБА в гипоталамусе, интегративном центре регуляции нейроэндокринного ответа организма на стресс, стриатуме и заднем мозге, структурах где способность к доминированию в популяции коррелирует с активностью ТГ у интактных животных, при одаочасовом социальном стрессе, т.е. непосредственно в период борьбы за социальный ранг.

Через час после объединения животных в группу наблюдалось достоверное повышение активности ТГ в гипоталамусе и задаем мозге как у высокодоминантных животных, так и у субординантной линии СБА (табл.4-). Однако, у гибридов Р1 в гипоталамусе прирост активности ТГ был больше, чем у обеих родительских, линий, а в заднем мозге увеличение активности фермента было

Таблица 4.

Активность тирозингидроксилазы (в пмоль ДОФА/мин на мг белка) у контрастных по способности к доминированию самцов мышей линий РТ, СБА и гибридов И в покое и при социальном стрессе.

Структуры Линии мозга Гипоталамус Стриатум Задний мозг

РТ контр, стресс 19.6±1.2 (4) 27.8+4.1 (4)* 56.4+6.1(3) 57.9±6.1(4) 10.П0.5(8) 18.1±2.3(4)*

СБА контр, стресс 11.2+0.9 (5)° 15.16±2.0(5)а* 45^2.8(5) 50.6+5.2(5) 8.1±0.5(8)° 9Л±0.1 (5)а*

$РГх(*СВА контр, стресс 10.5+2.0 (5)° 21.5+4.0 (5)* 58.0±8.0(5) 60.2+5.0(5) 10.0±0.3(4) 1Т.З±2.1(5)*

Р1 еСБАхйРТ контр, стресс 8.4±1.5 (5)° 28.3±3.9 (5)* 56.0±6.0(5) 59.8+2.3(5) 9.8±0.6(4) 22.0±3.0(5)*

* - р < 0.05 по сравнению с контролем того же генотипа, а - р < 0.05 по сравнению с РГ в той же структуре при действии

социального стресса, б - р < 0.05 по сравнению с РТ в той же структуре мозга в контроле.

а* - р < 0.05 по сравнению с СБА в контроле и по сравнению

с РТ в той же структуре при действии социального стресса.

сходным с линией РТ. Существенных изменений в активности ТГ в стриатуме у всех исследованных животных мы не обнаружили.

Увеличение активности ключевого фермента биосинтеза кате-холаминов - ТГ при социальном стрессе может происходить как за счет усиления экспрессии ее гена, так и за счет процессов, происходящих на посттранскрипционном уровне: изменение конфор-мации фермента, связанное с усилением его фосфорелирования (Joh et al, 1978; Yamauchi, 1979; Lovenberg et al, 1975; Yamauchl et alô 1981), увеличение количества кофактора реакции гидроксилирования тирозина (Ketter et al, 1974; Cote et al, 1975; Patrick et al, 1975; ïitzapatrick, 1991) или за счет сочетания этих факторов. В связи с тем, . что доминантный тип поведения является детерминированным генотипом признаком, в первую очередь нас интересовали изменения, происходящие на геномном уровне. Поэтому далее нами была исследована экспрессия гена ТГ у самцов родительских линий РТ и СВА и их гибридов при социальном стрессе в структурах мозга, где наблюдалось увеличение активности фермента.

Увеличение уровня мРНК гена ТГ под действием социального стресса в гипоталамусе и заднем мозге мы обнаружили только у высокодоминантных животных: самцов линии РТ и гибридов F1. У самцов линии СВА экспрессия гена ТГ не изменилась (рис.5).

EHI рт ШШ сел

H FIUPWCBA) ШШ F1($CBA*<TPT )

Рис. 5. Увеличение уровня мРНК гена тирозингидроксилазы (в процентах к контролю) при социальном стрессе у контрастных по способности к доминированию самцов мышей линий РТ, СВА и гибридов Р1.

На основании полученных данных можно заключить, что увеличение экспрессии гена ТГ в гипоталамусе и заднем мозге высокодоминантных животных является одной из причин активации у них процесса биосинтеза катехоламинов при социальном стрессе. В то время как у самцов суборданантной линии СВА увеличение активности фермента при социальном стрессе, по-видимому, осуществляется за счет процессов, происходящих на посттранскрипционном уровне.

Таким образом, изучение связи между уровнем активности ТГ, содержанием катехоламинов в головном мозге и способностью особи к доминированию в популяции показало, что уровень активности ТГ головного мозга оказывает существенное влияние как на формирование предрасположенности к доминированию в популяции, так и на реализацию доминантного типа поведения в популяции, причем последнее осуществляется через включение процессов, происходящих на геномном уровне.

ВЫВОДЫ:

1. Мевду активностью тирозингидроксилазы в стриатуме и заднем мозге и способностью самцов мышей к доминированию в популяции существует положительная межлинейная ранговая корреляция, свидетельствующая о существовании связи между этими признаками. Высокая активность тирозингидроксилазы в этих отделах мозга характерна для животных, предрасположенных к доминированию.

2. Способность самцов лабораторных мышей к доминированию в популяции передается по наследству и наследуется как доминантный признак. Гибриды первого поколения по числу доминантных самцов превосходят высокоранговую родительскую линию РТ.

3. Высокодоминантные самцы линии РТ и гибрида Р1 обладают комплексом поведенческих параметров, свойственным доминантным животным, и характеризуются высоким уровнем агрессивности в период формирования популяции, низкой эмоциональностью и высокой двигательной активностью в тесте открытого поля.

4. Гибриды первого поколения, полученные от скрещивания контрастных по способности к доминированию линий мышей, имеют высокие уровни активности тирозингидроксилазы, норадреналина и дофамина в стриатуме и заднем мозге, сходные с высокоранговой родительской линией РТ. В гипоталамусе эти характеристики

гибриды F1 наследуют от низкоранговой линии CBA/Lac.

5. При действии социального стресса в гипоталамусе и заднем мозге происходит увеличение активности тирозингидроксилазы как у высокодоминантных самцов линии РТ и гибридов , так и у самцов низкоранговой линии CBA/Lac. Однако, по приросту активности фермента высокодоминантные животные превосходят низко доминантную линию CBA/Lac.

б. Увеличение активности тирозингидроксилазы у высокодоминантных животных при действии социального стресса в гипоталамусе и заднем мозге сопровождается усилением экспрессии ее структурного гена.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Серова Л.И., Козлова О.Н., Науменко Е.В. Генетико-нейрохимический анализ участия катехоламинов головного мозга в проявлении доминирования самцов мышей в микропопуляциях.// Генетика.-1990.- т.26.- N12.-стр.2250-2253.

2. Серова Л.И., Козлова О.Н., Науменко Е.В. Значение генотипа и некоторых индивидуальных особенностей поведения для проявления доминантного фенотипа у мышей в микропопуляциях.// ЖВЦЦ.- 1991.- т.41.- вып.1.- стр.79-84.

3. Serova L.I., Kozlova O.N. Social dominance: role oi genotype and brain norepinephrine.// In: "Stress: Neuroendocrine and Molecular approaches." - Edits: R.Kvetnansky, R.Mc.Carty and T.Axelrod.- N.Y: Gordon and Break. -1992. -p .81 -86.

4. Серова Л.И., Козлова О.Н., Ривкин М.И., Науменко Е.В. Активность тирозингидроксилазы и экспрессия ее гена у контрастных по способности к доминированию мышей при социальном стрессе.// Вюлл. экспер. биолог, и мед.- 1992.-T.113.-N1.-стр 74-76.

5. Серова Л.И., Жукова А.В., Козлова О.Н., Науменко Е.В. Участие адренорецепторов в регуляции доминантного поведения и эндокринной функции гонад у мышей разных генотипов. //Ж.В.Н.Д.- 1994-.- т.44.- вып.1.- стр.85-90.

6. Серова Л.И., Козлова О.Н. Нейрохимические корреляты доминантного поведения у мышей.// Генетика.- 1994.- ^.30. -N4.- стр.562-564.

Всего по теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.