Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Функциональная активность моноаминоксидазы мозга и ее особенности при генетически детерминированных формах поведения

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Войтенко, Нинель Николаевна

Введение.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. УЧАСТИЕ МАО МОЗГА В РЕГУЛЯЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ И ФАКТОРЫ, ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ ЕЕ АКТИВНОСТЬ.

1.1. Открытие МАО.

1.& Классификация и структура МАО.

1.3. Распределение МАО в мозге, ее транспорт в синаптосомы:.

1.4. Роль МАО в передаче нервного импульса.

1.5. Регуляция функциональной активности МАО мозга.

1.5.1. Геном в регуляции функциональной активности МАО мозга.

1.5.2. Внегеномные факторы в регуляции функциональной активности МАО мозга.

1.5.3. МАО мозга и средовые факторы: эмоциональный стресс, гипотермия, суточная периодика, зимняя спячка.

1.6. 'Доказательства в пользу участия МАО мозга в регуляции физиологических функций.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ.

2.1. Экспериментальные животные и экспериментальные модели.

2.1.1. Экспериментальная модель эволюционно закрепленной гипотермии - зимняя спячка.

2.1.2. Искусственная гипотермия "холодовой" наркоз и глубокая гипотермия.

2.1.3. Генетически детерминированное поведение доместикационного типа.

2.1.4. Экспериментальные модели генетически детерминированных патологических форм поведения.

2.1.5. Экспериментальный стресс.

2.1.6. МАО мозга в позднем онтогенезе.

2.2. Биохимические методики.

2.2.1. Флюориметрическое определение серотонина и 5-гидроксииндолуксусной кислоты.

2.2.2. Определение активности МАО.

2.2.3. Хроматографическое разделение МАО, солюбилизированной из митохондрий ствола мозга.

2.2.4. Оценка некоторых молекулярных механизмов, регулирующих уровень функциональной активности МАО мозга.

2.3. Фармакологические препараты и дозы.

- з

Глава 3. МАО ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ГИПОТЕРМИИ -ЗИМНЕЙ СПЯЧКЕ У ГЕТЕРОТЕРМОВ И ПРИ ИСКУССТВЕННОЙ ГИПОТЕРМИИ У КРЫС ЛИНИИ ВИСТАР.

3.1. Изменение катаболизма серотонина в структурах мозга зимоспящих сусликов при бодрствовании, погружении в спячку, спячке.

3.2. Активность МАО и температурная зависимость окислительного дезаминирования серотонина МАО мозга в в гомогенате среднего мозга, гипоталамуса, гиппокампа сусликов при бодрствовании, погружении в спячку, спячке, выходе из спячки.

3.3. Активность МАО типов А и Б и- кинетические характеристики реакции окислительного дезаминирования серотонина и бензиламина, Км и ¥тах, МАО митохондрий ствола головного мозга сусликов в состоянии бодрствования и спячки.

3.4. Активность МАО типа А митохондрий ствола головного мозга и ее конформационные изменения у сусликов при бодрствовании, погружении в спячку, спячке, выходе из спячки.

3. 5. Субстратная специфичность МАО типа А мозга бодрствующих сусликов в состоянии зимней спячки.

3.6. Активность и конформационные изменения МАО А в мозге при температуре "холодового" наркоза 25°С у крыс Вистар.

3.7. Активность и конформационные изменения МАО А в мозге крыс линии Вистар при глубокой гипотермии и выходе из гипотермии.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Функциональная активность моноаминоксидазы мозга и ее особенности при генетически детерминированных формах поведения"

Познание генетически детерминированных центральных молекулярных механизмов, определяющих наследственные формы адаптивного видового и патологического поведения и предрасположенность к заболеваниям центральной нервной системы является актуальной проблемой современной биологии, физиологии, медицины.

Центральные молекулярные механизмы регуляции физиологических функций человека и животных включают моноаминоксидазу (МАО) двух основных типов - А и Б (Johnston,1968). МАО мозга - основной фермент катаболизма 15 моноаминов, образующихся в организме (Murphy е.а., 1984), среди которых находятся важнейшие классические нейромедиаторы мозга серотонин, дофамин, норадреналин и нейромодулятор ß-фенилэтиламин (Sabelli е.а.,1974).

Основное влияние на передачу нервного импульса, по всей видимости, оказывает МАО типа A (Kelder е.а., 1991), поскольку она создает в пресинаптическом волокне физиологический уровень нейромедиаторов и устанавливает адекватный уровень серотонина (Lai е. а., 1980) и дофамина (Liccione, Azzaro, 1988) на их рецепторах. Роль МАО Б в передача нервного импульса менее ясна, хотя известно, что депренил, избирательный ингибитор МАО Б, увеличивает частоту тета-ритма и снижает частоту дельта-ритма в коре головного мозга крыс (Nickel е. а. ,1990).

Внимание к МАО мозга сформировалось в значительной мере благодаря клиническим данным, свидетельствующим об эффективности ингибиторов МАО при лечении шизофрении (Cornelius е.а. ,1993), паркинсонизма (Reiderer, Youdim,1986), депрессии (Marek, Sieden,1988), половой слабости (Knoll,1981;1982), коронарной недостаточности (Попова, 1970), атак паники (Bakish е.а. ,1993), социального страха (Den Boer е.а.,1994). Оно усилилось после появления данных об изменении активности МАО при шизофрении в мозге (Fowler е.а., 1981;1982) и в тромбоцитах (Giller е.а.,1980; Baron е. а. ,1981; Suramers е. а., 1985; Vieira е. а., 1987). Однако, поднятый 20 лет назад вопрос (Boullin,1987) о том, при каких обстоятельствах существенна роль МАО в регуляции физиологических функций - в условиях нормального физиологического освобождения нейромедиаторов мозга или при ослабленном или усиленном их освобождении, остается до сих пор не вполне выясненным. Остается открытым вопрос и о связи между генетически детерминированной активностью МАО и особенностями нормального и патологического поведения. Между тем, выявление роли МАО в экспрессии генетически детерминированного адаптивного видового поведения ив предрасположенности к определенным формам патологического поведения несомненно актуально, поскольку не вызывает сомнений значительная роль генотипа в предрасположенности к агрессии (Попова, 1988), к разным видам защитного поведения (Попова,1997), к стереотипии (Скринс-кая и др., 1997), к шизофрении (Fowler е. а. ,1982).

В 80-х годах стало очевидно, что два типа МАО - А и Б, кодируются различными генами. Были получены кДНК для МАО А человека и быка (Bach е. а. ,1988; Hsu е. а. ,1988; Powell е. а. , 1989), и кДНК для МАО Б человека и крысы (Bach е.а.,1988; Ito е.а. ,1988). Гены А и Б МАО (Shih е.а.,1997) размещаются в X хромосоме (Shih е.а., 1989), имеют схожую структуру, идентичную экзон-интронную организацию (Grimsby е.а.,1991). Однако, общепризнанная бинарная классификация МАО (Johnston,1968) не охватывает всей множественности (Gorkin,1963;Москвитина, 1991). Происхождение множества МАО и их роль остаются не ясными, хотя показано, что шизофрения, сопровождается изменением спектра множественных форм МАО (Москвитина,1991).

Наряду с этим показано, что отсутствие активности МАО А и, связанное с этим повышение уровня серотонина в мозге, вызывают резкие изменения в поведении.Так, точечная мутация в 8 экзоне гена МАО А у человека сопровождалась импульсивной агрессивностью и нарушением полового поведения (Brunner е.а. ,1993), делеция генов А и Б типов МАО у мужчин, страдающих болезнью Норри, добавляла к основным синдромам (слепота, глухота, задержка в умственном развитии) импульсивную агрессивность в поведений (Murphy е.а. ,1991). Отсутствие гена МАО А у трансгенных мышей Tg8 и соотвтственно высокое содержание серотонина в мозге сопровождалось дефектом развития IV слоя нейронов сенсомоторной коры и повыЩением импульсивной агрессивности (Cases е. а., 1996).Мыши с нокаутом гена МАО Б не проявляли видимых отклонений в поведении (Shih е.а., 1999). Однако, функциональная активность МАО мозга и особенности ее регуляции при генетически детерминированных формах поведения, в контроле которых участвуют субстраты МАО серотонин, дофамин, норадреналин, изучены мало.

Особый интерес представляют такие генетически детерминированные формы поведения, в регуляции которых принимает участие серо-тонин, специфический субстрат МАО А и дофамин, субстрат обоих типов МАО, в частности, зимняя спячка гетеротермов (Попова, 1973; 1975), аффективное агрессивное поведение (Попова и др.,1975; Попова, Никулина, 1983; Попова, 1997), генетически детерминированная предрасположенность к каталепсии (Попова и др., 1985; Ророуа, Ки-Пкоу, 1995) и к стереотипии (Скринская и др., 1997).

Изучение функциональной активности МАО при видовых адаптивных формах поведения важно не только для выявления роли МАО мозга, в регуляции поведения но и для понимания нейрохимических механизмов, которыми реализуется генетический контроль адаптивного поведения. Исследование регуляции активности МАО мозга на уровне транскрипции и на посттранскрипционном уровне при генетически детерминированных формах патологического поведения, таких как каталепсия и двигательная стереотипия, необходимо для познания молекулярного механизма, лежащего в основе генетической предрасположенности к каталепсии и стереотипии и направления поиска их коррекции.

Цель и задачи исследования.

Цель настоящей работы заключалась в выявлении функциональных особенностей в активности и в регуляции активности МАО мозга на уровне транскрипции и на посттранскрипционном уровне при генетически детерминированных адаптивных видовых и патологических формах поведения и в выявлении связи между активностью МАО мозга и изучаемыми формами поведения.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. изучить адаптивные возможности МАО мозга при природной адаптации к низким температурам зимней спячке у гетеротермов краснощеких сусликов в сопоставлении с искусственной гипотермией у эндотермов крыс,

2. выявить особенности функционирования и регуляции активности МАО мозга у животных (серебристо-черных лисиц и норок), селекционированных на отсутствие агрессивности по отношению к человеку, и проследить связь с характером оборонительного поведения,

3. исследовать функциональные особенности МАО мозга и ее регуляции у крыс с генетически детерминированной нейропатологией наследственной предрасположенностью к каталепсии и к двигательной стереотипии,

4. проанализировать видовые различия в функциональной активности и в ее регуляции на уровне транскрипции А и Б типов МАО мозга,

5. выявить влияние эмоционального стресса и старения на активность и на регуляцию активности на уровнё транскрипции А и Б типов МАО мозга у животных с разными генотипами.

6. с целью поиска возможных эндогенных регуляторов экспрессии генов МАО исследовать влияние на МАО мозга предшественников кате-холаминов, серотонина и гормона стресса кортикостерона.

Положения, выносимые на защиту.

Основное положение, выносимое на защиту, состоит в том, что функциональная активность МАО мозга является адаптивным видовым признаком, находится под контролем генотипа особи, регулируется на уровне транскрипции, изменяется в ходе позднего онтогенеза и под влиянием внешних факторов, таких как эмоциональный стресс, температура, а также под влиянием внутренних факторов, таких как Ь-ДОФА, 5-гидрокситриптофан, кортикостерон, участвует в механизмах адаптации к низким температурам, в механизмах регуляции аффективного агрессивного поведения, а модифицированная генотипи-ческой изменчивостью МАО может участвовать в возникновении каталепсии.

В более подробном изложении это можно представить так:

1) Функциональная активность и отношение активностей А и Б типов МАО мозга детерминированы генотипом животного и изменяются при естественном адаптивном видовом поведении - зимней спячке у сусликов, при генетически детерминированном отсутствии аффективной агрессии на человека, при патологических каталепсии и двигательной стереотипии.

2) МАО мозга принимает участие в центральных молекулярных механизмах зимней спячки. МАО А мозга у зимоспящих сусликов отличается от МАО А мозга незимоспящих температурной пластичностью. При погружении в спячку в мозге краснощеких сусликов работает "тепловая" МАО А, а при спячке появляется "холодовая", обнаруженная лишь у зимоспящих, молекулярная форма МАО А.

3) Селекция на отсутствие аффективной агрессии на человека

- и сопровождается значительным изменением в метаболизме серотонина и в активности МАО А мозга. У. лисиц, не проявляющих аффективную агрессию на человека, произошли изменения в составе множественных форм МАО, связанные со сдвигом активности в сторону низко активной формы МАО А, обладающей пониженным сродством к серотонину, Это способствует повышению уровня серотонина в мозге и превращению высоко агрессивного животного в доместицированное. .4) Наследственная предрасположенность к каталепсии у крыс, сопровождается понижением активности МАО А и повышением активности МАО Б в мозге, связанным с изменением регуляции ее активности на уровне транскрипции.

5) Эмоциональный стресс у крыс ведет к повышению активности МАО А и к понижению активности МАО Б в стволе и в полушариях мозга, а генетически детерминированная наследственная патология в — виде каталепсии и стереотипии сопровождается изменением реакции МАО мозга на стресс.

6) Старение крыс Вистар сопровождается повышением активности МАО Б в стволе и в полушариях мозга и понижением активности МАО А в стволе. Генетически детерминированная предрасположенность к двигательной стереотипии изменяет эту реакцию.

8) Предшественники катехоламинов (Ь-ДОФА) и серотонина (5-гид-рокситриптофан) являются эндогенными регуляторами экспрессии генов МАО.

Научная новизна.

Параллельное определение активности А и Б типов МАО мозга при генетически детерминированных формах поведения и выявление механизмов, регулирующих эту активность, позволили впервые выявить у. лисиц с доместикационным поведением изменения в содержании и в метаболизме серотонина в мозге и обнаружить различия в составе множественных форм МАО ствола мозга у доместициро-ванных и недоместицированных лисиц, связанные со сдвигом в сторону низкоактивных форм фермента у доместицированных лисиц; найти у генетически предрасположенных к каталепсии крыс ГК существенное повышение в мозге активности МАО Б и также понижение активности МАО А, что может вести к дефициту дофамина и к избытку серотонина в мозге и являться причиной возникновения синдрома каталепсии; обнаружить в стволе мозга крыс генетических каталептиков две фракции с высокой МАО Б активностью и фракцию с низкой МАО А активностью, что свидетельствует о появлении в мозге крыс-каталептиков в большом количестве особенной молекулярной формы МАО Б; установить повышение активности МАО А и понижение активности МАО Б под влиянием эмоционального стресса у крыс; выявить участие генома в механизмах регуляции этой активности; проследить различия в динамике активности МАО мозга при старении у животных с разными генотипами; обнаружить у крыс с генетически детерминированной двигательной стереотипией повышение активности МАО А в полушариях мозга при синхронном понижении активности МАО А в стволе, связанное с изменением регуляции активности МАО А на уровне транскрипции. разработать методический подход к изучению регуляции активности МАО мозга на уровне транскрипции, применив для этого эмоциональный стресс, обратимо изменяющий активность МАО мозга, и актиномицин Д, ингибирующий синтез м-РНК; получить данные о способности Ь-ДОФА и 5-гидрокситриптофана повышать экспрессию генов А и Б типов МАО. обнаружить соответствие функциональной активности, дезамини-рующей серотонин, МАО А мозга сусликов и температурной зависимости реакции окислительного дезаминирования серотонина строго определенному функциональному состоянию сусликов; исключить ингибиторы МАО и прямое действие низких температур на пониженную функциональную активность МАО при спячке; получить факты в пользу существования у сусликов долгоработающих "тепловой" формы МАО А при бодрствовании и "холодовой" формы МАО А при спячке, а также обратимых положительных температурных конформеров исходных форм МАО А, возникающих в переходные периоды погружения в спячку и выхода из спячки; установить в мозге эндотермов крыс образование при гипотермии необратимого температурного конформера единственной "тепловой" формы МАО А.

Научно-практическая ценность работы.

Работа посвящена важной и мало исследованной проблеме современной биологической науки о роли МАО мозга в центральных

- 13 генетически детерминированных молекулярных механизмах, определяющих адаптивные видовые и патологические формы поведения.

Проанализированные в работе данные, развивают представление о роли МАО в экспрессии генетически детерминированного агрессивного поведения и патологических форм поведения. Приведенные результаты расширяют знание о механизмах зимней спячки и показывают принципиальное отличие МАО мозга зимоспящих от незимоспящих.

Выявленное в работе влияние актиномицина Д на активность А и Б типов МАО мозга, а также предотвращение актиномицином Д изменений активности МАО в мозге, вызванных эмоциональным стрессом, открывают возможность обнаружения у животных индуцибельных А и Б типов МАО и регуляторных белков, регулирующих экспрессию генов конститутивных форм А И Б типов МАО, которые присутствуют у интактных нормальных животных, появляются при функциональной нагрузке в виде эмоционального стресса или при генетически детерминированных формах патологического поведения.

Полученные результаты могут быть полезными при оценке причин величины функциональной активности МАО мозга животных, прогнозирования риска развития МАО-А зависимых нейропатологий и коррекции таких патологий ингибиторами МАО. Исследование выполнено на стыке нейрофизиологии, генетики, биохимии, что делает возможным применение результатов исследования в разных областях знаний. Результаты и положения работы представляют собой оригинальное направление - изучение функции МАО мозга и ее организации в центральных генетически детерминированных молекулярных механизмах регуляции адаптивных видовых и патологических форм поведения.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Войтенко, Нинель Николаевна

ВЫВОДЫ

1. Адаптивная видовая функциональная активность А и Б типов МАО мозга у животных с генетически детерминированными формами поведения и изменение ее под влиянием циркадных ритмов находятся под контролем генотипа особи.

2. Эволюционно (генетически) закрепленная гипотермия гетеротермов краснощеких сусликов - зимняя спячка, сопровождается существенным изменением свойств МАО А мозга при пониженной ее активности, которая не пропорциональна понижению температуры тела. У гетеротермов краснощеких сусликов обнаружены две жесткие формы МАО А - "тепловая" форма, выявленная и у незимоспящих крыс, и "холодовая" форма МАО А, функционирующая при зимней спячке у гетеротермов краснощеких сусликов, но не при искусственной гипотермии у незимоспящих крыс.

В переходные периоды погружения в спячку и выхода из спячки обнаружены обратимые положительные температурные конформеры исходных "тепловой" и "холодовой" форм МАО А.

3. Гипотермия гомойотермов крыс Вистар сопровождается умеренным снижением активности МАО А в мозге и появлением необратимых температурных конформеров "тепловой" формы МАО А.

4. Селекция животных на низкую агрессивность (доместикационное поведение) сопровождается понижением активности А и Б типов МАО в стволе мозга у хищных серебристо-черных лисиц и у американских норок. В стволе мозга серебристо-черных лисиц доместикационного типа поведения по сравнению с недоместикационным типом поведения найдены различия в составе множественных форм МАО, но не в каталитических свойствах фермента.,,1

5. При генетически детерминированной патологической форме поведения каталепсии у крыс ГК были изменены активность и свойства МАО мозга: повышена активность дезаминирующей дофамин и бензиламин МАО в стволе и в полушариях мозга при пониженной активности дезаминирующей серотонин МАО в полушариях наряду с пониженным сродством дезаминирующей бензиламин МАО Б к бензиламину, а в хроматографически чистом препарате МАО ствола мозга выявлена МАОП-р и МАОШ, которые обладали существенно повышенной активностью МАО Б.

6. При генетически детерминированной двигательной стереотипии в виде маятникообразных движений головы и плечевого пояса у крыс РМ+ в полушариях мозга наблюдалось повышение активности МАО А при синхронном ее сниженнии в стволе по сравнению с крысами РМ~. Обнаружены различия в регуляции активности на уровне транскрипции МАО А у крыс РМ+ и РМ~, поскольку актиномицин Д не влиял на активность МАО интактных крыс РМ+, но вызывал повышение активности МАО А в полушариях мозга крыс РМ~.

7. Функциональная нагрузка в виде 1-часового эмоционального стресса по разному влияла на активность МАО мозга в зависимости от генотипа особи: повышала активность МАО А в стволе и в полушариях у крыс Вистар, в стволе у крыс РМ+, и повышала активность МАО Б в мозге у крыс ГК, в стволе у крыс РМГ. Действие 1-часового эмоционального стресса на МАО мозга крыс Вистар, ГК, РМ+ находится под контролем генома, поскольку актиномицин Д предотвращал его действие.

8. Непосредственные предшественники дофамина L-ДОФА и серотонина 5-гидрокситриптофан активируют обе формы МАО, а их действие опосредовано геномом, поскольку актиномицин Д предотвращал активирующее действие L-ДОФА и 5-гидрокситриптофана на МАО мозга крыс.

9. Кортикостерон, введенный как in vivo, так и in vitro, понижал активность МАО типа Б в мозге крыс Вистар. Актиномицин Д не предотвращал ингибирующее действие кортикостерона на МАО Б как in vitro, так и in vivo. Кортикостерон повышал активность МАО А, но актиномицин Д предотвращал активирующее действие только низких концентраций кортикостерона на МАО типа А.

10. Генотип особи определяет характер изменений активности

МАО мозга в позднем онтогенезе, т.к. старение А и Б изоформ МАО мозга находится в зависимости от генотипа особи, регулируется геномом, а в позднем онтогенезе происходит смена генетических программ молекулярных механизмов регуляции активности МАО мозга.

11. МАО мозга участвует в ' механизмах адаптации к низким температурам, в механизмах аффективного агрессивного поведения, а, модифицированная генотипической изменчивостью, МАО у крыс ГК участвует в возникновении патологической формы поведения -каталепсии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В настоящем разделе работы изучались А и Б типы МАО ствола и полушарий мозга у крыс трех генотипов - у крыс Вистар, РМТ и РМ~ в позднем онтогенезе, в период старения. Полученные данные показали, что в ходе позднего онтогенеза происходят изменения функциональной активности МАО мозга у крыс всех трех изучавшихся генотипов как в покое, так и при эмоциональном стрессе, но характер этих изменений находится в зависимости от генотипа особи. Стало быть генотип особи контролирует появление признаков старения МАО мозга и характер изменения различных форм этого фермента. '•■

Помимо этого, из полученных данных следует, что изменения функциональной активности МАО мозга в ходе онтогенеза регулируется геномом, причем активность структурных генов конститутивной МАО, по всей видимости, регулируется белковыми продуктами ауто-сомных генов. Это значит, что генетические программы молекулярных механизмов регуляции активности МАО мозга в ходе онтогенеза изменяются в соответствии с изменением генетических программ онтогенеза особи. Посколько повышенная активность" МАО А в стволе мозга у крыс РМ+ в позднем онтогенезе не влияет на существование стереотипных маятникообразных движений (Kolpakov е. а., 1996), можно думать, что стереотипный гиперкинез в виде маятникообразных движений головы и плечевого пояса у крыс РМ+, возникший в раннем онтогенезе, является следствием структурных изменений в мозге в ходе его развития.

ГЛАВА 9. ОБСУЖДЕНИЕ.

Данные настоящего исследования показали, что все изучавшиеся животные - краснощекие суслики, серебристо-черные лисицы, американские норки, серые крысы пасюки, крысы линий Вистар, ГК, РМ+ обладают А и Б моноаминоксидазной активностью в головном мозге, но в зависимости от вида, генотипа животного и характера генетически детерминированного поведения различаются функциональной активностью и регуляцией активности МАО мозга.

Поведение животных, одно из сложнейших явлений природы, характеризуется строгим постоянством видовых инстинктов, порази^ тельной "целенаправленностью" (Слоним, 1967) и является одним из фундаментальных механизмов адаптации животных к среде, способствуя их жизнеобеспечению.

Краснощекие суслики гетеротермы и их адаптация к низким температурам выражается в зимней спячке.Адаптивное поведение серебристо-черных лисиц, американских норок, серых крыс пасюков включает оборонительное аффективное агрессивное поведение. Патологические формы поведения такие как каталепсия у крыс ГК и двигательная стереотипия у крыс РМ+ затрудняют адаптацию этих животных к условиям.среды и снижают жизнеобеспечение вида. Как показали наши исследования, все изучавшиеся формы адаптивного и патологического поведения характеризуются своеобразными различиями в функциональной активности и в соотношении активностей А и Б изоформ МАО мозга.

Биохимические пути адаптации являются "последним средством" в случае, когда поведенческие, анатомические, физиологические механизмы не эффективны (Хочачка, Сомеро,1977). В свое время крупные исследователи стратегии биохимической адаптации П.Хочачка и Дж.Сомеро (1977) выделили ряд проблем, решение которых считали принципиально важным для понимания механизмов адаптации и их эволюции. Среди них были такие как: обладают ли организмы с широкими пределами толерантности к факторам среды очень сложными генетическими, а значит и белковыми, системами; будут ли у них найдены более сложные системы аллоферментов и изоферментов; как скоро организмы могут приобретать новые варианты молекул; каковы первичные внешние сигналы, провоцирующие ту или иную биохимическую адаптацию?

По мнению П. Хочачка и Дж.Сомеро (1977) "нитью", связующей воедино эти и другие подобные проблемы служит изучение механизмов биологической эволюции на молекулярном уровне.

Наши исследования, проведенные на уникальной разновидности природной адаптации - зимней спячке млекопитающих, которая характеризуется чрезвычайно широкими пределами толерантности к низким температурам, позволяют нам, по крайней мере частично, ответить на поставленные около 20 лет. назад вопросы классиками стратегии биохимической адаптации П. Хочачка, и Дж.Сомеро.

Эволюционно закрепленная адаптация гетеротермов сусликов к низким температурам объединяет в себе поведенческую адаптацию, когда суслики уходят в норы от отрицательных температур на поверхности почвы, и биохимическую адаптацию, когда молекулярные механизмы адаптации к низким температурам, включая механизмы адаптации МАО мозга, противостоят действию низких температур (+1, +2° С в норах), на метаболизм нейромедиаторов в мозге.

Прежде всего, следует сказать, что у бодрствующих сусликов и у сусликов в состоянии спячки, несмотря на разницу температуры тела больше, чем 30°С, уровни серотонина и его основного метаболита 5-гидроксииндолуксусной кислоты в мозге были сходными (Попова, Войтенко, 1974).

Нами впервые показана компенсация действия низких температур, известная до той поры только у пойкилотермов (Хочачка,Сомеро, 1977), на МАО мозга у погружающихся в спячку гетеротермов сусликов (Попова, Войтенко, Слоним, 1979).Температурная компенсация проявлялась в том, что активность дезаминирующей серотонин МАО А при инкубации как при 22°, так и при 7° была сходной и температурный коэффициент 01 о в области 22-7° приближался к единице. 4 Следовательно при погружении в спячку, начиная с 22°, МАО противостоит "диктату низких температур" и при этом создается уровень серотонина, который, по всей вероятности, выполняет свою физиологическую функцию при погружении в спячку (Ророуа, УоЗЛепко, 1981).

Выход из спячки сопровождался усиленным дезаминированием серотонина МАО А уже в области низких температур и температурный коэффициент й10 в области 22-7° устремлялся к двум, при этом снижение уровня серотонина в мозге способствовало пробуждению от спячки (Ророуа, МоИепко, 1981).

Изменения активности МАО А в среднем мозге, гипоталамусе, гиппокампе хорошо согласовались с изменениями уровня серотонина, у краснощеких сусликов и были противоположно направлены, т.е. понижению активности МАО типа А при погружении сусликов в спячку соответствовало повышение уровня серотонина в мозге, а повышению активности МАО типа А при пробуждении от спячки соответствовало понижение уровня серотонина в мозге .

Состояние спячки сусликов характеризовалось пониженной активностью МАО типа А в изучавшихся "отделах мозга по сравнению с бодрствующими сусликами, но сходным уровнем серотонина. Более того, показано (Popova,Voronova, Kulikov, е.а.,1993), что синтез серотонина в мозге спящих сусликов, судя по относительно повышенной активности триптофангидроксилазы, ключевого фермента синтеза серотонина, находится на достаточно высоком уровне. Эти данные говорят об участии ферментов метаболизма серотонина в механизмах зимней спячки, с одной стороны, а, с другой - о сбалансированности в период спячки синтеза и разрушения серотонина в мозге, которые поддерживают у спящих сусликов уровень серотонина, равный уровню-бодрствующих животных.

Ключевая роль серотонина,' специфического субстрата МАО типа А, в регуляции спячки сусликов подробно изучена (Попова, 1973; Попова, 1975; Попова и др.,1978) и заключается в увеличении теплоотдачи, блокировании термогенеза и погружении в сноподобное состояние. Было постулировано (Popova е.а. ,1985), что повышение уровня серотонина в мозге при погружении в спячку способствует понижению температуры тела и засыпанию, а понижение уровня серотонина в мозге при выходе из спячки является условием для повышения температуры тела и пробуждения сусликов.

Следует полагать, что МАО типа А мозга сусликов является одним из молекулярных механизмов регуляции зимней спячки. Понижение ее активности ведет к повышению уровня серотонина в мозге, погружению в спячку и ее поддержанию в течение длительного времени, а повышение активности МАО А снижает уровень серотонина в мозге и позволяет сусликам самостоятельно разогреваться и вести активный образ жизни, соответствующий гомойотермным животным.

Наряду с этим показано, что снижение активности МАО А, дезаминирующей серотонин в гомогенате мозга сусликов при спячке не пропорционально снижению температуры тела, поскольку температура тела снижалась на 30-35°, а активность МАО А снижалась только примерно в 2 раза. Механизмы адаптации МАО А мозга сусликов к низким температурам оставались не вскрытыми.

Изучение молекулярных механизмов, противостоящих действию низких температур на МАО мозга сусликов, позволило нам впервые выявить ряд фундаментальных факторов, лежащих в основе биохимической адаптации МАО мозга к низким температурам. Прежде всего, у сусликов в спячке при температуре инкубации, соответствующей температуре тела 7°,резко повышено сродство дезаминирующей серотонин МАО А к серотонину при сниженной максимальной скорости его дезамини-рования по сравнению с бодрствующими сусликами при температуре инкубации, соответствующей температуре тела 37°. Эти результаты дали основание предположить существование у сусликов в состоянии спячки особой "холодовой" формы МАО А, появляющейся при пониженной температуре тела и обладающей высоким сродством к серотонину. Подтверждением этого предположения явились данные, свидетельствующие об особенностях кинетики реакции дезаминирова-ния серотонина МАО А мозга у зимоспящих. Во-первых, построенные по методу двойных обратных величин графики Лайниувера-Берка зависимости скорости дезаминирования серотонина МАО митохондрий ствола мозга от его концентрации не пересекались, как происходит при наличии ингибиторов, и не накладывались друг на друга, что можно было бы ожидать от последствий только прямого воздействия низких температур, вызывающих снижение количества активных молекул и числа активных соударений (Хаскин, 1971). Это дало возможность исключить ингибиторы и прямое действие низких температур из факторов, определяющих активность МАО у сусликов при спячке. Помимо этого, графики'двойных обратных величин, существенно различаясь, были прямолинейными у бодрствующих сусликов и у сусликов в состоянии спячки. Это свидетельствует в пользу существования у бодрствующих сусликов и у сусликов в состоянии спячки жестких форм МАО А, каждая из которых работает в своем температурном диапазоне.

Были получены доказательства в пользу того, что у зимоспящих сусликов существуют две изоформы МАО А - "тепловая" и "холодовая" в отличие от незимоспящих крыс, у которых функционирует, в том числе и при гипотермии, одна лишь "тепловая" форма МАО А. У сусликов, находящихся в спячке, длительное время работает "холодовая" изоформа МАО А, у бодрствующих сусликов в течение всего активного периода жизни работает "тепловая" изоформа МАО А. Это именно две формы МАО А, а не температурные конформеры одной какой-либо формы МАО, поскольку у бодрствующих и у находящихся в спячке сусликов при инкубации МАО при реальных температурах тела коэффициент кооперативности Хилла"пн одинаково близок к единице. Это свидетельствует об отсутствии кооперативных взаимодействий между центрами МАО, связывающими серотонин, и о выполнимости гиперболического закона Михаэлиса-Ментен в присутствие жестких форм фермента.

Существование "тепловой" и "холодовой" изоформ МАО А, функционирующих при разных физиологических состояниях сусликов (Войтенко,1983; Войтенко,1988), хорошо объясняет 1)толерантность МАО А мозга сусликов к низким температурам; 2) широкий предел низких температур, не вызывающих необратимые изменения МАО А мозга; 3) не пропорциональное снижение активности МАО А мозга снижению температуры тела сусликов при спячке. Следует отметить, что появление "тепловой" и "холодовой" изоформ МАО А, как фундаментального механизма биохимической адаптации к низким температурам провоцируется соответствующей температурой тела.

Наряду с этим, получены факты, свидетельствующие о том, что в переходные периоды погружения в спячку и выхода из спячки работают положительные обратимые температурные конформеры исходных "тепловой" и "холодовой" форм МАО А. Доказательством в пользу функционирования при погружении в спячку температурного конформера "тепловой" формы МАО А служит сходство кинетических проявлений кооперативных взаимодействий центров МАО, связывающих серотонин, у бодрствующих сусликов и у сусликов, погружающихся в спячку, при обеих температурах инкубации 37 и 11°С: у бодрствующих сусликов, и у сусликов, погружающихся в спячку, при 37° пн был близок к единице, что свидетельствует об отсутствии:кооперативных взаимодействий между центрами МАО, связывающими серотонин. При 11° пн устремлялся к четырем, что свидетельствует о появлении положительных кооперативных взаимодействий между центрами МАО, связывающими серотонин, и а невыполнимости гиперболического закона Михаэлиса-Ментен в присутствии температурных конформеров "тепловой" формы МАО А. Доказательством в пользу функционирования при выходе из спячки температурного конформера "холодовой" формы МАО А служит сходство кинетических проявлений - отсутствие кооперативных взаимодействий центров МАО, связывающих серотонин, у сусликов в состоянии спячки и у сусликов пробуждающихся от спячки, при температуре инкубации 7 и 11°.

Важной особенностью температурных конформеров МАО А у сусликов является их обратимость.

Таким образом, гетеротермы суслики с широким пределом толерантности к низким температурам обладают более сложной, чем незимоспящие, белковой системой МАО А мозга, которая проявляется в существовании "холодовой" и "тепловой" изоформ МАО А, функционирующих при спячке и бодрствовании,соответственно. Сигналом к синтезу этих изоформ МАО А являются колебания температуры тела. Каждая из изоформ МАО А, очевидно, работает длительное время при определенном физиологическом состоянии сусликов и является длительно действующим фундаментальным механизмом биохимической адаптации к низкой или высокой температуре.

Средством быстрого реагирования на изменение температуры тела у сусликов служат появляющиеся обратимые положительные температурные конформеры обеих изоформ МАО А. Уже через 30 мин инкубации МАО А при +11°С у бодрствующих сусликов был обнаружен положительный температурный конформер "тепловой" изоформы МАО А в области низких концентраций серотонина. У находящихся в спячке сусликов скорость образования положительного температурного конформера "холодовой" изоформы МАО А также была в пределах 30 мин. Эти данные дают ответ на поставленный П. Хочачка и Дж.Сомеро вопрос о том, как скоро орщнизмыбмогут приобретать новые варианты молекул. Более длительное снижение температуры тела у сусликов сопровождается, по всей видимости, синтезом "холодовой" изоформы МАО А, которая работает постоянно при спячке сусликов. Роль обратимых положительных температурных конформеров МАО А в переходные периоды в метаболизме серотонина в' мозге сусликов трудно переоценить, поскольку они образуются быстро и способствуют быстрому реагированию метаболизма серотонина в мозге на изменение температуры тела.

Механизмы адаптации к низким температурам МАО А мозга эндо-термов представляют особый интерес, поскольку результаты могут быть, в известной степени, экстраполированы на человека. При сопоставлении действия низких температур на МАО мозга зимоспящих и незимоспящих животных выявлены существенные различия в молекулярных механизмах, противостоящих действию низких температур, при однотипном изменении активности МАО мозга -снижении.

Среди молекулярных механизмов адаптации к низким температурам МАО А мозга эндотёрмов нами выявлены необратимые температурные конформеры МАО А, появляющиеся при понижении температуры тела как in vivo, так и температуры инкубации in vitro, которые сохранялись на протяжении 14 суток после выхода крыс из гипотермии (Войтенко,Корякина,1991). У эндотёрмов молекулярные механизмы адаптации МАО А к низким температурам не так совершенны, как у гетеротермов, не содержат "холодовой" изоформы МАО А, а единственная "тепловая" форма МАО А не обладает обратимой гибкостью структур высшего порядка при охлаждении-разогревании. Наши данные опровергают представление о том, что гетеротермы и эндотермы принципиально не отличаются механизмами адаптации к низким температурам (Mrosovsky,1971) и показывают существенное отличие в адаптации к низким температурам МАО мозга у гетеротермов краснощеких сусликов по сравнению с эн-дотермами крысами. Они свидетельствуют о том, что у зимоспящих существуют адаптивные видовые, генетически детерминированные особенности в механизмах приспособления МАО мозга к низким температурам.

Значительные генотипические особенности активности МАО мозга установлены и при другой форме адаптивного поведения, при генетически детерминированном отсутствии аффективной агрессии на человека у животных, существующих в тесном контакте с человеком.

Эволюционно сложившееся адаптивное оборонительное аффективное агрессивное поведение у диких животных на человека является важным признаком, который способствует сохранению вида. В то же время для доместицируемых животных адаптивным является противоположное поведение, проявляющееся в отсутствии агрессивной реакции на человека, в постоянном контакте с которым вынуждено жить одомашниваемое животное.

Механизмы центральной регуляции аффективного агрессивного поведения включают в себя серотонин, специфический субстрат МАО А, а также дофамин, субстрат обоих типов МАО (Pucilowski,1987). Серотонин оказывает ингибирующее действие на проявление аффективной

- 215 агрессивной реакции, дофамин стимулирует проявление аффективной агрессивной реакции. Ингибирующее влияние серотонина на агрессию хищника у крыс наблюдали Н.К.Попова с соавторами (1975). Несколько позднее подобное ингибирование серотонином аффективной агрессивной реакции было найдено у серебристо-черных лисиц и у норок (Попова, Никулина, 1983). Здесь необходимо упомянуть, что доместицированные лисицы характеризуются повышенным уровнем серотонина в мозге (Попова,Войтенко,Трут,1975), что является существенным фактором в механизмах центральной регуляции оборонительной аффективной агрессии на человека (Попова и др.,1975). При изучении активности МАО мозга было показано, что селекция серебристо-черных лисиц по поведению сопровождается значительным изменением МАО (Войтенко,1980;1985). В стволе мозга серебристо-черных лисиц, селекционированных в течение более 20 поколении на отсутствие защитно-оборонительной реакции на человека и характеризующихся полным отсутствием агрессии на человека, было установлено понижение активности А и Б типов МАО и изменение кинетических характеристик реакции окислительного дезаминирования серотонина и бензиламина.

Аналогичное понижение активности А и Б типов МАО в стволе мозга обнаружено и у другого хищного животного американской норки с генетически детерминированным отсутствием аффективной агрессии на человека (Войтенко и др.,1992). У ручных грызунов серых крыс пасюков, которые также селекционировались на отсутствие аффективной агрессии на человека, также выявлено понижение активности МАО Б в стволе мозга, МАО А при этом оставалась не измененной (Войтенко, 1993). Сходство изменений активности МАО мозга, происходящее при доместикации животных, обнаруженное не только у разных видов животных, но и у разных родов, дает основание заключить, что в процессе превращения поведения животных разных таксономических групп в доместикационное наследственно измененная МАО мозга занимает существенное место.

Связь функциональной активности А и Б типов МАО мозга с генетически детерминированным отсутствием аффективной агрессии на человека у серебристо-черных лисиц и у американских норок установлена нами впервые.

С пониженной функциональной активностью МАО А хорошо согласуется повышение уровеня серотонина, специфического субстрата МАО А, в среднем мозге, гипоталамусе, гиппокампе, у серебристо-черных лисиц без аффективной агрессии на человека.

У норок, без аффективной агрессии на человека также выявлен повышенный уровень серотонина в гипоталамусе и в полосатом теле и дофамина в полосатом теле (Никулина и др.,1985). Повышенный уровень серотонина в гипоталамусе у норок с утраченной аффективной агрессией на человека также хорошо согласуются с пониженной функциональной активностью МАО типа А в стволе мозга у этих животных.

Пониженная функциональная активность МАО А в стволе мозга у серебристо-черных лисиц и у американских норок без аффективной агрессии на человека способствует повышению уровня серотонина в гипоталамусе и может быть одним из центральных звеньев в цепи молекулярных механизмов, регулирующих аффективную агрессию. Повышенный уровень дофамина в полосатом теле норок без аффективной агрессии на человека (Никулина и др.,1985), в силу пониженной активности А и Б типов МАО, следует, по всей видимости, отнести не к регуляции аффективной агрессии, а к модификации двигательной активности и позы (РисПо^^М, 1987).

Изучение молекулярных механизмов адаптации к угрожающему жизни фактору, каким для диких животных является человек, позволило выявить один из фундаментальных механизмов биохимической адаптации МАО мозга, поддерживающий у агрессивных лисиц более высокую активность А и Б типов МАО в мозге. Таким механизмом у агрессивных лисиц является существование более активных форм МАО из их множества с высоким сродством МАО А с серотонину, в то время как у доме-стицированных лисиц произошли изменения в соотношении множественных форм МАО мозга в сторону' 'низкоактивных А и Б типов МАО со сни- / женным сродством МАО А к серотонину. Изучение кинетики реакции ' дезаминирования серотонина в отсутствие и в присутствие избирательного ингибитора МАО А хлоргилина, изучение кинетических проявлений кооперативных взаимодействий центров МАО, связывающих серо-тонин и хлоргилин, хроматографическое разделение солюбилизирован-ных из митохондрий ствола мозга МАО на аффинном сорбенте АН-сефа-розе 4В (Войтенко и др.,1988) показали, что селекция лисиц на отсутствие аффективной агрессии на человека сопровождается снижением активности МАОШ с одновременным повышением активности МАОП, но не с изменением каталитических свойств фермента (Войтенко,1980; 1985; Войтенко и др.,1988).

Аффективное агрессивное поведение диких животных по отношению к человеку является эволюционно закрепленным и основано на эволюционно закрепленных молекулярно-биологических механизмах адаптации к угрожающему жизни фактору, среди которых высокоактивные А и Б типы МАО мозга играют важную роль в поддержании физиологического уровня нейромедиаторов, регулирующих аффективное агрессивное поведение - серотонина, дофамина, норадреналина на рецепторах.

Отсутствие аффективного агрессивного поведения на человека, проявившееся в процессе доместикации серебристо-черных лисиц, является адаптивным поведением к контакту с человеком и сопровождается увеличением содержания низкоактивных А и Б типов МАО мозга.

Полученные нами данные на серебристо-черных лисицах с генетически детерминированным присутствием аффективной агрессии на че^ ловека и отсутствием таковой четко выявили существенную роль генотипа в регуляции уровня функциональной активности и молекулярных механизмов адаптации МАО мозга к такому фактору среды как человек.

Существенная роль генотипа в изменении функциональной активности и регуляции активности на уровне транскрипции МАО выявлена и при генетически детерминированных патологических формах поведения таких как каталепсия (Попова, Войтенко и др.,1988; Войтенко, 1990; Камышанская, Горкин, Войтенко, 1990) и двигательная стереотипия (Войтенко и др., 1998). Под давлением селекции на предрасположенность к каталепсии и двигательной стереотипии трансформировались эволюционно сложившиеся фундаментальные механизмы регуляции поведения, среди которых оказалась и МАО мозга.

Показано, что у генетически предрасположенных к каталепсии крыс ГК повышена активность МАО Б в стволе и в полушариях мозга и увеличено дезаминирование дофамина. В то же время у крыс генетических каталептиков четко показано понижение в полушариях мозга активности МАО А, дезаминирующей серотонин. Наряду с этим, у крыс ГК в полосатом теле, анатомическом субстрате каталептической реакции (Hornykiewicz, 1973; Costal,Naylor, 1979), повышена активность ключевого фермента синтеза серотонина триптофангидро-ксилазы и повышен уровень серотонина в среднем мозге

Попова и др.,1985; 1997; Kolpakov е.а. ,1985).

Пониженная активность МАО А в полушариях у крыс ГК, а также повышенный синтез серотонина могли стать причиной повышенного уровня серотонина в полосатом теле и способствовать появлению каталепсии, поскольку участие серотонина в возникновении каталепсии не вызывает сомнений (Kostowski е.а.,1972; Попова и др.,1985; Popova, Kulikov,1995).

Следует отметить, что у предрасположенных к каталепсии крыс ГК в полосатом теле не обнаружено различий в уровнях дофамина и его метаболитов - гомованилиновой и 3, 4-диоксифенилуксусной кислот, и только в прилежащем ядре наблюдался повышенный уровень 3,4-диокси-фенилуксусной кислоты (Nikulina е.а.,1987). Отсюда сделано заключение (Скринская и др.,1997), что механизмы наследственной каталепсии не вполне укладываются в дофаминовую гипотезу каталепсии, поскольку не удалось обнаружить у предрасположенных к каталепсии животных существенного изменения в уровне и в метаболизме дофамина в полосатом теле. Наши результаты не противоречат, а скорее подтверждают, приведенные выше данные, поскольку способность дезаминировать дофамин в полушариях мозга у крыс ГК была усилена. Это значит, что функция дофаминергических структур у крыс ГК не угнетена, как следовало бы ожидать согласно дофаминергической гипотезе механизма каталепсии (Fog,1972), а напротив - активирована. Изменения в уровне дофамина в полосатом теле у крыс ГК уловить не удалось (Nikulina е. а. ,1987), возможно, из-за того, что дофамин дезаминируется двумя типами МАО, а изменение активности этих типов МАО было противоположно направлено, т. е. активность МАО типа А была пониженной, в то время как активность МАО Б была повышенной, что и препятствовало изменению в полосатом теле уровня дофамина, который дезаминируется обоими типами МАО.

В то же время, полученные нами данные дают основание предположить, что понижение функциональной активности МАО А в полушариях мозга у крыс ГК, может способствовать повышению уровня серотонина в мозге и возникновению предрасположенности к каталепсии.

Среди молекулярных механизмов, способствующих повышению активности МАО Б у крыс ГК была выявлена повышенная максимальная скорость Vmax дезаминирования бензиламина при пониженном сродстве Км МАО Б к бензиламину, т. е. у крыс -ГК, вероятно, имеется в большом количестве особая MÁU Б с низким сродством к бензиламину.

Хроматографическое разделение множественных форм МАО (Камы-шанская, Горкин, Войтенко,1990) позволило впервые выявить существование у крыс ГК особой МАОП-р с поразительно высокой р-фенилэ-тиламин дезаминирующей (МАО Б) активностью и МАОШ с низкой серотонин дезаминирующей активностью и высокой &-фенилзтиламин дезаминирующей активностью. Эти результаты подтвердили, основанное на данных кинетического анализа, предположение о существовании у крыс каталептиков особой формы МАО Б с низким сродством к бензиламину.

Эта форма МАО типа Б у крыс каталептиков, по-видимому, является индуцибельной, поскольку ее активность резко возрастала при стрессе и это увеличение блокировалось актиномицином Д.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что селекция крыс на патологическую форму поведения в виде каталепсии привела к изменению функциональной активности фермента: повышению активности МАО Б и понижению активности МАО А.

Изменения в активности и в регуляции активности МАО в мозге были отмечены и при другом виде патологического поведения -наследственной предрасположенности к стереотипии.

Предрасположенные к двигательной стереотипии в виде маятнико-образных движение головы и плечевого пояса крысы РМ+ характеризовались повышенной активностью МАО;А в полушариях при пониженной активности МАО А в стволе мозга. Связь функциональной активности А и Б типов МАО мозга с двигательной стереотипией у половозрелых крыс РМ+ установить не удалось, поскольку при стрессе и в позднем онтогенезе, несмотря на повышение активности МАО А в стволе мозга, стереотипные движения не исчезали. Почему не связаны описанные изменения активности МАО А с возникновением двигательной стереотипии у крыс РМ+ сказать определенно сейчас не представляется возможным. Нельзя даже провести аналогию с фармакологическими стереотипиями (Mantegasza,Riva, 1963; Grahame-Smith,1971; Fog,1972), поскольку они протекали на фоне введенных ингибиторов МАО, а у крыс РМ+ активность МАО А повышена в полушариях мозга и понижена в стволе. Не исключено, что стереотипия у крыс РМ+, зарегистрированная уже в 3-х недельном возрасте, могла возникнуть в раннем онтогенезе, возможно, в критический период развития МАО А - серотонин компетентных структур мозга в результате морфологических изменений, которые необратимы, сохраняются в течение всей жизни и проявляются в виде маятникообразных движений вне зависимости от последующих колебаний активности МАО А в ходе онтогенеза или под влиянием эмоционального стресса.

Это предположение не лишено оснований и совпадает до некоторой степени с данными (Cases е.а. ,1996), которые показали, что у трансгенных мышей Tg8 с отсутствием гена МАО А и с высоким уровнем серотонина в мозге наблюдается нарушение в развитии 4-го слоя нейронов сенсомоторной коры головного мозга. При этом экспериментальное снижение.уровня сероюнина в мозге путем блокады его синтеза п-хлорфенилаланином в раннем онтогенезе препятствовало возникновению у мышей Tg8' линии морфологических изменений. Несмотря на то, что нельзя провести полной аналогии между пониженной активностью МАО А у мышей Tg8 и у крыс РМ+ в мозге, нельзя и исключить возможное влияние измененной активности МАО А и регуляции ее активности на уровне транскрипции у крыс РМ+ на развитие МАО А - компетентных структур мозга в раннем онтогенезе и как следствие этого возникновение необратимых изменений физиологических функций, в частности, появление двигательной стереотипии в виде маятникообразных движений головы и плечевого пояса.

Тем не менее, изменения активности МАО А в полушариях предрасположенных к стереотипии крыс РМ+ носили противоположный характер изменениям активности МАО А в полушариях крыс ГК, предрасположен- -ных к каталепсии. Это дает основание предполагать, что у крыс РМ+ МАО типа А вызывает сдвиг в уровне серотонина и дофамина в полушариях противоположный тому, который наблюдался у крыс ГК, что могло способствовать возникновению стереотипных движений в виде маятникообразных движений головы и плечевого пояса, поскольку стереотипия и каталепсия рассматриваются как два полюса кататони-ческого синдрома шизофрении (Колпаков, 1990).

Полученные данные позволяют предположить, что повышенная активность МАО А в полушариях мозга'"Крыс РМ+ по сравнению с крысами РМ~ обусловлена, по крайней мере, четырьмя факторами: 1) отсутствием у интактных крыс РМ+ в полушариях мозга пептидов или белков, ингибирующих активность гена МАО типа А, поскольку крысы РМ+ оказались не чувствительными к действию актиномицина Д, в то время как у крыс РМ~ актиномицин Д повышал активность МАО А в полушариях; 2) наличием индуцибельной МАО А, которая появляется при стрессе, так как повышение активности МАО А при стрессе предотвращал актиномицин Д; 3) отсутствием модулятора активности МАО типа А, который выбрасывается при стрессе и понижает ее активность в полушариях мозга, потому что крысы РМ+ оставались не чувствительными к действию стресса в присутствие актиномицина Д, в то время как у крыс РМ~ стресс в присутствие актиномицина Д вызывал понижение активности МАО А в полушариях мозга; 4) повышенной скоростью транспорта МАО А из перикарионов ствола в синаптосомы полушарий, в силу того, что наблюдалось синхронное снижение активности МАО А в стволе мозга у крыс РМ+.

Таким образом, патологические формы поведения, такие как каталепсия у крыс ГК и двигательная стереотипия у крыс РМ+ характеризовались измененной функциональной активностью МАО мозга и регуляцией ее активности на.уровне транскрипции, что могло способствовать появлению каталепсии у крыс ГК в половозрелом возрасте^ и двигательной стереотипии у крыс РМ+, возможно, в раннем онтогенезе.

Из полученных данных четко видны генотипические различия в функциональной активности и в молекулярных механизмах регуляции на уровне транскрипции активности МАО мозга при генетически детерминированной каталепсии, с одной стороны, и двигательной стереотипии, с другой.

Необходимо отметить, что особенно резко различия в функциональной активности МАО мозга проявлялись у изучавшихся нами животных с разными адаптивными и патологическими формами поведения в позднем онтогенезе и при изменении условий среды. Такими условиями были эмоциональный стресс и суточная периодика. Было установлено, что эмоциональный стресс оказывал значительное влияние на МАО мозга. Под влиянием эмоционального стресса у крыс Вистар активность А и Б типов МАО изменялась противоположным образом -активность МАО типа А повышалась, активность МАО типа Б понижалась. Повышение активности МАО А под влиянием стресса оказалось кратковременным, т.к. через,4 часа после прекращения стресса активность МАО А оказалась сниженной как в стволе, так и в полушариях мозга. Понижение активности МАО Б под влиянием стресса оказалось продолжительным и активность МАО -Б оставалась пониженной и через 4 часа после прекращения действия стресса (Попова, Войтенко, Маслова, 1989). Вероятно, эти изменения активности МАО А и Б типов являются одним из механизмов регуляции уровня, участвующих в стрессорной реакции, медиаторов мозга, таких как серотонин и норадреналин (субстраты МАО А), роль которых в механизмах стресса хорошо установлена (Науменко,Попова, 1975; Popova е. а., 1985), и, возможно, дофамин, который в мозге крыс (Schoepp, Azzaro, 1983), обезъян (Egashira е.а. ,1984), .человека (White, Glassman, 1974) дезаминируется преимущественно МАО Б. Эти результаты свидетельствуют о том, что роль А и Б типов МАО при стрессе различна. Можно предположить, что эмоциональный стресс вызывает неодинаковые изменения в МАО А - и в МАО Б - зависимых физиолги-ческих функциях.

В регуляции активности МАО, по всей видимости, определенную роль играет кортикостерон, выделяемый- корой надпочечников при стрессе. Его способность активировать МАО Айв высоких концентрациях ингибировать МАО Б, т.е. вызывать такие же изменения, которые наблюдаются при стрессе, показана в опытах in vitro. Более того, понижение активности МАО Б было обнаружено и после внутриб-рюшинного введения кортикостерона.

Полученные данные показали, что актиномицин Д, подавляющий ДНК-зависимый синтез РНК, устраняет действие кратковременного 60-минутного стресса на МАО А и Б. Это позволяет заключить, что действие этого вида стресса на о,бе формы МАО осуществляется на геномном уровне. В попытках установить, что контролирует при кратковременном действии эмоционального стресса экспрессию генов, ответственных за синтез самих МАО или пептидов, контролирующих активность МАО на посттранскрипционном уровне, естественное внимание привлек кортикостерон, один из регуляторов экспрессии генов (Комиссаренко и др.,1984; Мертвецов,1990). Однако, проведенное исследование дает основание исключить его из числа факторов, ответственных за генетически регулируемое понижение активности МАО Б при стрессе, поскольку актиномицин Д не влиял на ингибирующий эффект кортикостерона в опытах как in vitro, так и in vivo. Это свидетельствует о внегеномном, посттранскрипционном действии кортикостерона на МАО Б.

Более сложен вопрос о кортикостероне как индукторе транскрипции гена МАО А или пептидов, регулирующих активность МАО A. In vitro актиномицин Д блокировал активирующее действие малых концентраций кортикостерона, не оказывая существенного действия на активирующий эффект высоких концентраций (10~5-10~6). Таким образом, активирующий эффект малых концентраций кортикостерона, вероятно, реализуется путем индукции"транскрипции генов, контролирующих синтез самих МАО или пептидов, участвующих в регуляции активности МАО А. Активирующее действие больших концентраций кортикостерона осуществляется преимущественно без вовлечения генома, вероятно, путем изменения конформации МАО (Горкин,1981). Можно предположить, что именно таким путем кортикостерон вносит свой вклад в регуляцию активности МАО мозга при длительном действии стресса (Попова, Войтенко, Маслова, 1989).

Действие эмоционального стресса на активность МАО мозга и на регуляцию ее активности на уровне транскрипции у крыс каталептиков не имело ни малейшего сходства с его действием на МАО мозга крыс контрольной линии Вистар. Это значит, что под влиянием селекции на каталепсию у крыс ГК произошли изменения в фундаментальных генетических программах молекулярных механизмов адаптации к стрессу, включающих МАО мозга. Точнее, у крыс ГК под давление селекции попали молекулярные механизмы регуляции активности А и Б типов МАО мозга. Стало быть, наследственная предрасположенность к каталепсии сопровождается значительными изменениями в центральных механизмах стрессорной реактивности и в механизмах влияния эмоционального стресса на МАО-зависимые двигательные, вегетативные функции и настроение (Жуков,1997).

Уместно заметить, что существуют видовые особенности в активности и в регуляции активности МАО мозга на уровне транскрипции, которые вносят свои коррективы в действие эмоционального стресса на МАО мозга. . Реакция МАО мозга на стресс у норок отличалась от таковой реакции у крыс. У норок стресс вызывал понижение активности не только МАО Б в стволе мозга, но и МАО А. Различия в реакции на стресс МАО мозга норок по сравнению с крысами могли основываться на различиях в регуляции активности МАО на уровне транскрипции у этих животных. Не исключено, что в мозге норок понижением активности МАО А на стресс реагирует только одна низкоактивная, подобная MAOII-oi. в мозге быка (Москвитина и др.,1982) МАО А, поскольку у норок активность МАО А ниже, чем у грызунов. При этом у норок, по всей вероятности, отсутствуют еще и регуляторные белки экспрессии генов конститутивных А и Б типов МАО, поскольку актиномицин Д не оказывал влияния на пониженную эмоциональным стрессом активность А и Б типов МАО, т.е. у норок, очевидно, молекулярные механизмы адаптации к стрессу не так обширны, как у крыс.

Совершенствование центральных механизмов регуляции физиологических функций, прежде всего, связано с адаптацией к изменяющимся условиям среды и является важной составляющей процесса эволюции этих функций, который основан на адаптации центральных механизмов к разнообразным условиям жизни (Belayev, 1979). В ходе эволюции возникло много генотипов, часть из которых закрепилась путем естественного отбора и наследования, что является огромной потенциальной возможностью к адаптации (Ромащенко и др.,1989). Особенности центральных механизмов регуляции физиологических функций сопряжены с видовыми различиями в молекулярных механизмах адаптации к окружающей среде, среди которых МАО мозга занимает определенное место. Можно думать, что ограниченный естественный ареал обитания норок и их низкая экологическая пластичность в сравнении с крысами в определенной мере связаны с несколько суженными возможностями регуляции активности МАО мозга.

В итоге следует сказать, что адаптивное видовое поведение, связанное с развитием мозга, а не с индивидуальным опытом, является не только одним-из фундаментальных механизмов в адаптации животных к среде, который способствует выживанию и размножению, но и фенотипическим маркером метаболизма нейромедиаторов мозга, регулирующих соответствующие: формы поведения.

В позднем онтогенезе, в возрасте 19 месяцев, у крыс Вистар наблюдалось повышение активности МАО Б в стволе и в полушариях мозга по. сравнению с 4-х месячными животными при одновременном понижении активности МАО А в стволе. В то же время показано, что старение сопровождается дегенерацией нейронов головного мозга (Канунго, 1982; Фролькис, 1982). В процессе дегенерации дофаминовых нейронов существенную роль отводят моноаминоксидазе, поскольку предполагается существование еще не идентифицированного эндогенного соединения - субстрата МАО Б, продукт окисления которого разрушает дофаминовые нейроны (Singer, е.а., 1987). Дегенерацию дофаминовых нейронов головного мозга у старых особей (Фролькис,1972) связывают с повышающейся активностью МАО Б. Применение депренила, избирательного ингибитора МАО Б, препятствовало затуханию репродуктивной функции, ослаблению памяти, сокращению продолжительности жизни у крыс (Timar е.а.,1993) и МАО Б - зависимой возрастной патологии у людей (Knoll, 1981;1982,Кнолл,1997).

В поисках генетически детерминированных эндогенных факторов, влияющих на активность МАО в позднем онтогенезе, нами применялся актиномицин Д. У старых крыс Вистар под влиянием актиномицина Д в полушариях мозга понижалась активность МАО-Б, в то время как у молодых крыс Вистар актиномицин Д вызывал достоверное повышение активности МАО А в полушариях мозга. Эти данные свидетельствуют о том, что старение МАО мозга находится под контролем генома, поскольку актиномицин Д тормозил синтез м-РНК, кодирующей регуляторный белок-активатор экспрессии гена конститутивной МАО Б. У старых крыс, по всей вероятности, появляется регуляторный белок, продукт аутосомного гена, благодаря которому повышается содержание МАО Б и соответственно активность МАО Б.

Судя по тому, что в отличие от молодых крыс актиномицин Д у старых крыс не влиял на активность МАО А, в период старения, происходит смена генетических программ молекулярных механизмов регуляции активности МАО мозга на уровне транскрипции. Не лишним будет упомянуть, что в ходе позднего онтогенеза характер изменений функциональной активности А и Б типов МАО мозга у крыс Вистар по сравнению с крысами РМ+ не были одинаковыми. Следовательно, генотип особи контролирует характер изменений различных типов МАО мозга и, вероятно, появление МАО-зависимых возрастных патологических форм поведения.

Таким образом, функциональная активность МАО мозга при генетически детерминированных формах поведения определяется характерными для каждой отдельной формы поведения особенностями генетической регуляции функциональной активности МАО мозга на уровне транскрипции.

В свою очередь активность генов А и Б типов МАО мозга находится, по всей вероятности, под контролем центральной нервной системы, которая осуществляет связь, организма с окружающей средой. Косвенные данные в пользу регуляции активности МАО мозга центральной нервной системой получены нами, поскольку активность генов А и Б форм МАО мозга повышалась под влиянием L-ДОФА и

5-гидрокситриптофана - предшественников нейромедиаторов дофамина и серотонина, и это повышение предотвращалось предварительным введением актиномицина Д (Войтенко, Пиянзин,1989), блокирующего ДНК-зависимый синтез РНК.

Регулирующее действие на геном показано и другими исследователями (Мертвецов, 1990;1997;1998). Однако, они были выполнены на другом ферменте (тирозинаминотрансферазе) ив качестве регулятора использовался кортикостерон.

Наши же исследования дают основание предположить, что в мозге индукторами транскрипции генов А и Б типов МАО или регуляторных белков, изменяющих экспрессию генов конститутивных МАО, являются не кортикостероиды, а предшественники нейромедиаторов мозга Ь-ДОФА и 5-гидрокситриптофан (Войтенко,Пиянзин, 1989; Попова, Войтенко, Маслова, 1989).

Таким образом, в осуществляемой центральной нервной системой связи организма с окружающей средой, гены, контролирующие МАО мозга, и специфические регуляторные белки генов конститутивных МАО, по-видимому, являются одними из центральных молекулярных звеньев в цепи механизмов регуляции функциональной активности организма.

Итак, в данной работе на животных моделях генетически детерминированных форм поведения впервые были выявлены различия в функциональной активности А и Б типов МАО мозга, которые опосредованы генотипом особи, а не ее предшествующим опытом. Приведенные результаты исследований показали, что: 1) все изучавшиеся формы генетически детерминированного поведения имели характерные для каждой из них уровни функциональной активности и соотношение активностей А и Б типов МАО в мозге; 2) на эмоциональный стресс, вызванный ограничением подвижности, А и Б типы МАО мозга реагировали характерным образом для каждой из форм генетически детерминированного поведения; 3) в ходе онтогенеза, в начальный период старения, функциональная активность А и Б МАО мозга подвергалась изменениям в зависимости от генотипа особи -у крыс Вистар активность МАО А повышалась, активность МАО Б понижалась, наследственная предрасположенность к двигательной стереотипии существенно модифицировала характер возрастных изменений МАО мозга. 4) влияние актиномицина Д, ингибитора синтеза ДНК-зависимой РНК-полимеразы, на активность А и Б типов МАО мозга интактных и подвергнутых эмоциональному стрессу животных с разными формами генетически детерминированного поведения существенно различались; 5) в стволе мозга, содержащем перикарионы моноами-нергических нейронов, где синтезируется МАО, и в полушариях мозга, в синаптосомах которого, содержится функционально активная МАО мозга, у животных с разными формами генетически детерминированного поведения активность А и Б типов МАО и их соотношение не были идентичны ни в состоянии покоя, ни при функциональной нагрузке в виде эмоционального стресса, ни при старении, ни при воздействии на МАО мозга актиномицина Д.

Значительное количество, изученных нами генетически детерминированных форм поведения, позволяет затронуть еще один аспект проблемы - отсутствие взаимосвязи основных двух типов МАО. Наши данные свидетельствуют о функциональной независимости А и Б типов МАО. При различных генетически детерминированных видах поведения наблюдались все варианты изменений МАО; 1) однонаправленное - понижение активности А и Б типов МАО в стволе мозга при доместикации серебристо-черных лисиц и американских норок; 2) разнонаправленное - повышение активности МАО Б в стволе и в полушариях мозга и понижение активности МАО А в полушариях крыс генетически предрасположенных к каталепсии; 3) изменение активности одной из форм МАО при неизменной другой - повышение активности МАО А в полушариях при синхронном понижении активности МАО А в стволе у крыс, предрасположенных к стереотипии.

Эти данные хорошо соответствуют современным представлениям о генетической регуляции активности А и Б типов МАО. Как упоминалось в обзоре литературы, показано существование независимых генов А и Б типов МАО у человека (Bach е. а.,1988; Ozellius е.а., 1988; Shih е.а. ,1997), которые размещаются в коротком плече X хромосомы (Shih е.а., 1989), близко друг от друга (Hsu е.а., 1989), имеют схожую структуру, оба состоят из 15 экзонов и проявляют идентичную экзон-интронную организацию (Grimsby е.а., 1991), но тем не менее, являются самостоятельными генами.

Полученные данные дают основание утверждать, что функциональная активность МАО мозга является адаптивным видовым признаком, контролируется генотипом особи, регулируется на уровне транскрипции, изменяется в ходе онтогенеза и под влиянием внешних факторов, таких как эмоциональный стресс, температура, циркадные ритмы и

- 228 внутренних факторов т.к. предшественники катехоламинов и серотонина - Ь-ДОФА, 5-гидрокситриптофан, а также кортикостероиды. МАО мозга участвует в механизмах адаптации к низким температурам, в механизмах аффективного агрессивного поведения, а, модифицированная генотипической изменчивостью активность МАО, у крыс ГК участвует в регуляции патологической формы поведения - каталепсии. Адекватный уровень активности А и Б типов МАО мозга и адекватность изменений регуляции ее активности на уровне транскрипции и на посттранскрипционном уровне, являются необходимыми компонентами в центральных молекулярных механизмах регуляции физиологических функций на всех этапах онтогенеза и при всех изучавшихся формах поведения в покое и при эмоциональном стрессе.