Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Наследственная и модификационная изменчивость половой системы и моноаминергических механизмов ее регуляции

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Наследственная и модификационная изменчивость половой системы и моноаминергических механизмов ее регуляции"

^ од

На правах рукописи УДК 612.616.3+577.175.82+575.167+ 575.8275+577.25+591.612+

ШИШКИНА ГАЛИНА ТРИФОНОВНА

НАСЛЕДСТВЕННАЯ И МОДИФИКАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОЛОВОЙ СИСТЕМЫ И МОНОАМИНЕРГИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ЕЁ РЕГУЛЯЦИИ

Специальность - 03.00.13 Физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск -1998

Работа выполнена в лаборатории генетических основ нейроэндокринной регуляции Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской Академии Наук

-V

Научный консультант - доктор медицинских наук, профессор

I Е.В.Науменко!

. Официальные оппоненты: Доктор биологических наук, чл.-корр. РАН Евсиков В. И. Доктор медицинских наук, профессор Попова Н.К.

Доктор биологических наук Обут Т.А.

Ведущая организация - Институт биологии развития

им. Н.К.Кольцова Российской Академии Наук

Защита состоится ^ ¿¿¿-^^_ на заседании

диссертационного совета Д 001,14.01 по присуждению ученой степени доктора наук при Институте физиологии СО РАМН (630017, г. Новосибирск, ул. Академика Тимакова, 4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии СО РАМН

Ш феАлии*

Автореферат разослан 'и Ч^ъ^ъ^Л*^1 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

А. Г. Елисеева

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Репродуктивная система выполняет в жизни индивида и популяции особую роль, ибо "существование вида, не способного размножаться, невозможно" (Вилкок, 1975). Функциональные характеристики и развитие этой системы контролируются отбором, отметающим отклонения, которые препятствуют оставлению потомства. Вместе с тем, несмотря на ограничения, налагаемые отбором, по этим параметрам наблюдается индивидуальная изменчивость. Полиморфизм особей по характеристикам репродуктивной системы, также как и по другим признакам, очевидно, имеет для популяции адаптивное значение.

Репродукцию млекопитающих обеспечивают специализированные органы размножения, половые железы, особые клетки гипофиза, нейроэндокринные центры гипоталамуса и контролирующие активность этих центров нейромедиаторные системы мозга. Изменчивость, обусловленная как наследственными, так и онтогенетическими факторами по любому из этих звеньев способна вносить вклад в индивидуальное разнообразие функционирования репродуктивной системы- в целом. В настоящее время имеются сведения о наследственной изменчивости систем синтеза и рецепции половых стероидов (Науменко и др., 1983; Stalvey, Clavey, 1992; Ogawa et al., 1996), а также выявлены мутации, нарушающие эти процессы (Griffin, 1980; Wilson et а!.. 1981; Miller, Levine, 1987; Lubahn et al., 1989; Stalpers et al., 1990). Однако подобные мутации резко снижают фертильность или приводят к полной стерильности особи и, следовательно, такая изменчивость вряд ли способна играть существенную роль в жизни популяции.

Важным, но до последнего времени практически не исследованным механизмом, обусловливающим фенотипическое разнообразие активности половой системы,. может быть полиморфизм центральных нейромедиаторных звеньев ее регуляции. Учитывая интегративную роль центральной нервной системы в контроле физиологических функций, изменчивость половой системы, связанная с центральными звеньями ее регуляции, вполне может являться одной из реально реализующихся в популяциях человека и животных. Следует отметить, что генетико-физиологический подход, используемый для исследования этих вопросов, является вместе с тем чрезвычайно удобным приемом для решения задач классической нейрозндокринологии. Несмотря на

огромный интерес к изучению роли центральных нейромедиаторных систем в регуляции репродуктивной системы (Науменко, Попова, 1975; Бабичев, 1981; Резников, 1982; Науменко и др., 1983; Резников, 1990; Бабичев, 1995), их значение для развития и функционирования гипоталамо-гипофизарно-гонадного комплекса, а также механизмы регулирующего действия нейромедиаторов во многом остаются не ясными. Естественный наследственный полиморфизм по центральным нейрохимическим и периферическим звеньям половой системы предоставляет новые возможности для сравнительно-генетического и корреляционного анализов связи этих показателей.

На развитие половой системы, а также нейрохимических систем мозга значительное влияние могут оказать условия раннего онтогенеза. Наиболее выраженные последствия для половой системы, особенно особей мужского пола, оказывает стресс, перенесенный матерью в последней трети беременности (Ward, 1972; Дернер и др., 1990). При этом оставались не ясными факторы, изменяющие половое развитие плода. Наиболее подходящими кандидатами на эту роль являются глюкокортикоидные гормоны матери. Их уровень быстро повышается при стрессе, и они легко проходят через плаценту в плод. В пренатальный период развития они способны модифицировать становление стрессорной реактивности взрослых животных (Науменко и др., 1990; Дыгало, 1993). Однако возможность подобного влияния глюкокортикоидов на развитие половой системы и регулирующие нейрохимические медиаторные системы исследована не была. Вместе с тем, выяснение последствий ранних воздействий и механизмов их действия в условиях все возрастающего давления вредных антропогенных факторов окружающей среды на животных и человека становится все более необходимым.

Таким образом, актуальность исследования вклада нейрохимических систем мозга в полиморфизм характеристик половой системы обусловлена необходимостью выявления механизмов формирования индивидуальной изменчивости сложноорганизованных функций целостного организма, одной из важнейших среди которых является репродуктивная. Решение этого вопроса, наряду с теоретическим, может иметь и практическое значение для медицины. Применяющаяся в последнее время для лечения некоторых патологий модуляция активности центральных медиаторных систем может стать одним из способов коррекции их

нарушений и функции репродуктивной системы, вызванных генетическими или онтогенетическими факторами. Цель и задачи исследования

Целью данной работы явилось исследование наследственной и модификационной изменчивости половой системы и моноаминергических механизмов ее регуляции. Основные задачи:

1. Исследовать влияние наследственных особенностей животных и пренатального воздействия глюкокортикоидами на развитие половой системы.

2. Изучить участие серотонина и норадреналина в реализации наследственной и модификационной изменчивости половой системы.

3. Оценить вклад рецепторного звена норадренергической системы головного мозга в индивидуальную изменчивость уровня тестостерона в крови.

Основные положения работы, выносимые на защиту

1. Моноаминергические системы мозга, вовлеченные в сферу действия отбора по поведзнига, вносят вклад в изменение характеристик репродуктивной системы селектируемых животных. Эффекты изменения серотонинергической системы проявляются в ходе полового созревания, а норадренергической - в регуляции уроаня половых гормонов в крови взрослых животных.

2. Глюкокортикоидные гормоны, уровень которых повышается в крови матерей при стрессе во время беременности, оказывают существенное влияние на развитие половой системы потомков мужского пола. Характер модифицирующего действия гормонов коры надпочечников зависит от наследственных особенностей особей.

3. Норадренергическая система головного мозга вовлечена в механизм модификационного генотип-зависимого изменения развития половой системы глюкокортикоидами.

4. Полиморфизм по плотности адренергических рецепторов в мозге вносит заметный вклад в индивидуальное разнообразие контролируемых норадренергической системой физиологических признаков: величины артериального давления и уровня тестостерона в крови.

Научная новизна исследования

Новыми результатами проведенного исследования являются данные о роли нейромедиаторных систем в изменчивости половой

з

системы, вызванной генетическими и онтогенетическими факторами. Впервые установлено, что изменение моноаминергических механизмов в результате селекции животных по поведению является одной из причин наблюдающихся у них отклонений в развитии характеристик репродуктивной системы. Ускорение процессов, связанных с возрастными колебаниями в содержании серотонина в гипоталамусе привело к более раннему половому созреванию ручных самцов по сравнению с агрессивными. Эффекты изменения норадренергической системы проявились в регуляции уровня половых гормонов в крови взрослых животных. Впервые установлено, что факторами, опосредующими действие прена-тального стресса на развитие половой системы особей мужского пола, являются глюкокортикоидные гормоны. Обнаружено, что характер их эффекта определяется генотипом животного. Выявлено пренатальное влияние глкжокортикоидов на норадренергические механизмы регуляции гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы. Обнаружен значительный генотипический и вызванный пренатальным воздействием глюкокортикоидов полиморфизм по плотности адренергических рецепторов в отделах мозга и показан их вклад в разнообразие контролируемых норадренергической системой физиологических признаков на примерах величины артериального давления и уровня тестостерона в крови.

Получены новые данные о роли серотонина в регуляции эндокринной функции семенников механизмом отрицательной обратной связи. Разработана модель для изучения механизмов отрицательной обратной связи, основанная на компенсаторном подъеме пониженного после односторонней кастрации уровня мужского полового гормона в крови. Установлено, что стимуляция серотонинергических рецепторов медиобазального гипоталамуса сопровождается торможением, а их блокирование - активацией этого повышения тестостерона. Получены новые сведения о роли серотонина в регуляции полового созревания: в период, непосредственно предшествующий наступлению половой зрелости, серотонин оказывает на половое созревание стимулирующее влияние. Впервые обнаружена, достоверная отрицательная корреляция между плотностью альфа2-адренорецепторов в гипоталамусе и уровнем тестостерона в крови взрослых животных. Научно-практическая ценность работы

Научная значимость работы определяется полученными фундаментальными сведениями о центральных механизмах

генетического и модификационного полиморфизма развития и функционирования у взрослых животных половой системы. В работе представлены результаты исследований селекционных аутбредных и инбредных линий животных, интактных и испытавших в пренатальный период онтогенеза воздействие повышенного уровня глюкокортикоидов. Они свидетельствуют, что важная роль в изменении скорости полового развития при селекции на ручной тип поведения принадлежит серотонинергической системе мозга, а в изменении генотипического и модификационного уровня половых гормонов в крови взрослых животных - норадренергической системе. Кроме того, результаты проведенных исследований расширяют сложившуюся систему знаний о роли серотонина и норадреналина в регуляции полового развития и функционирования гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы у взрослых животных. Данные о глюкокортикоидах, как факторах модификации полового развития следует учитывать при гормонотерапии. Разработанная в работе модель находит применение для анализа функций нейромедиаторных систем в регуляции уровня тестостерона в крови механизмом отрицательной обратной связи (Колесникова, 1981; Амикишиева и др., 1996). Апробация работы

Основные результаты данной работы были представлены и обсуждены на V Международном конгрессе по эндокринологии (Гамбург, Германия, 1976), XIII съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П. Павлова (Алма-Ата, 1979), II и III Всесоюзных конференциях по нейроэндокринологии (Иваново, 1982; Харьков, 1988), XXVII Всесоюзном совещании по проблемам высшей нервной деятельности (Ленинград, 1984), Всесоюзном симпозиуме "Медиаторы в генетической регуляции поведения" (Новосибирск, 1986), III Всесоюзной конференции "Эндокринная система организма и вредные факторы внешней среды" (Самарканд, 1987), V съезде Всесоюзного общества генетиков и селекционеров им. Н.И. Вавилова (Москва, 1987), Всесоюзном совещании "Медиаторы и поведение" (Новосибирск, 1988), Международном совещании "Онтогенетические и генетико-эволюционные аспекты нейроэндокринной регуляции стресса" (Новосибирск, 1988), III Школе-семинаре по генетике и селекции животных (Новосибирск, 1989), Всесоюзной конференции "Механизмы действия медиаторов и гормонов на эффекторные клетки" (Суздаль, 1989), IV Всесоюзном съезде патофизиологов (Москва, 1989), Международном симпозиуме

"Физиология гипофизарно-адренокортикальной системы" (Ленинград, 1990), V Всесоюзной конференции "Физиология и биохимия медиаторных процессов" (Москва, 1990), Всесоюзном симпозиуме "Биохимия рецепторных систем" (Таллин, 1990), X Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии, посвященном памяти акад. Л.А. Орбели (Ленинград, 1990), IV Всесоюзном симпозиуме "Стресс, адаптация и дисфункция" (Кишинев, 1991), V и VI Международных симпозиумах "Катехоламины и другие нейротрансмиттеры при стрессе" (Братислава, Словакия, 1991; 1995), Всесоюзном симпозиуме "Нейробиологические аспекты современной эндокринологии" (Москва, 1991), 3 Международном конгрессе по нейроэндокринологии (Будапешт, Венгрия, 1994), IV Всероссийской конференции "Нейроэндокринология-95" (Санкт-Петербург, 1995), 1, 2 и 3 съездах физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1986, 1995, 1997) на сателлитном симпозиуме 23 Международного физиологического конгресса "Молекулярные и генетические основы адаптивного поведения" (Колтуши, 1997), Всероссийской конференции "Эндокринные механизмы регуляции функций в норме и патологии" (Новосибирск, 1997) и Международной конференции "Современные концепции эволюционной генетики" (Новосибирск, 1997). Кроме того, материалы работы обсуждались на отчетных сессиях Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск, 1979, 1982, 1935, 1988, 1991, 1994, 1997).

По результатам исследований опубликовано: всего - 96 работ, из них в рецензируемых изданиях -1 монография и 42 статьи.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе были использованы крысы инбредной и аутбредной линий Вистар, линии НИСАГ (Маркель, 1985), ручной и агрессивной линий пасюков (Беляев, Бородин, 1982), а также мыши инбредных линий А/Не, ВА1В/с1_ас, СВА/1_ас, С57В1./6^ 00 и УТ. Животных содержали в виварии Института цитологии и генетики СО РАН при естественном освещении.

Для получения животных, с фиксированным сроком беременности , двух самок ссаживали с одним самцом той же линии, и день обнаружения спермы во влагалищном мазке считали первым днем беременности. На 16 и 18 дни беременности самкам (8-10 в группе) под кожу вводили гормоны коры надпочечников: кортикостерон либо гидрокортизон в дозе 2.5 или 5 мг/100 г веса

тела. Контрольным животным вводили соответствующий объем растворителя (2% твин 80 на дистиллированной воде или физиологический раствор), часть беременных самок оставляли интактными.

Фармакологические препараты вводили различными путями. Норадреналин битартрат (7.5-10 мкг) или серотонин-креатинин сульфат (100 мкг) вводили в боковой желудочек мозга взрослых животных с помощью микроинъектора через предварительно вживленные (за 3-4 дня до опыта) направляющие канюли. Блокатор синтеза серотонина п-хлорфенилаланин вводили внутрибрюшинно в дозе 300 мг/кг взрослым животным однократно, а крысятам - на 30 и 34 или на 40 и 44 дни жизни; предшественник в биологическом синтезе этого медиатора - 5-гидрокситриптофан, вводили также внутрибрюшинно в дозе 100 мг/кг взрослым животным однократно, а крысятам - на 30, 32, 34, 36 и 38 дни жизни. Блокатор синтеза катехоламинов - альфа-метилтирозин и агонист альфа2-адренорецепторов - клонидин, вводили внутрибрюшинно в дозах 300 мкг/кг и 1 мг/кг, соответственно.

Операцию односторонней кастрации делали под нембуталовым наркозом (35 мг/кг). Эмоциональный стресс вызывали помещение крыс на 1 час в тесные сетчатые трубки (ограничение подвижности).

Уровни тестостерона, эстрадиола и прогестерона в плазме периферической крови определяли радиоиммунным методом с помощью стандартных наборов ("Cea-lre-Sorine", Франция). Содержание серотонина и норадреналина в отделах головного мозга определяли флюориметрическим методом (Curzon, Green, 1970; Jacobowitz, Richardson, 1978). Адренорецепторы в отделах мозга определяли радиолигандным методом по специфическому связыванию меченых лигандов фирмы "Амершам" (Англия): специфического блокатора альфа1-адренорецепторов 3Н-празозина (24.4 Ки/ммоль) (Greengrass, Bremmer, 1979), агониста альфа2-адренорецепторов 3Н-клонидина (23.3 Ки/ммоль) (U'Prichard et al., 1979) и блокатора бета-адренорецепторов 3Н-дигидроальпренолола (75 Ки/ммоль) (U'Prichard et al., 1978).

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием одно- и двухфакторного дисперсионного анализа, корреляционного анализа, а также t-критерия Стьюдента и у\

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Роль полиморфизма центральных моноаминергических механизмов в наследственной изменчивости половой системы

Одомашненные животные характеризуются, как правило, большей активностью репродуктивной системы, чем их дикие сородичи, что. полагают, является результатом изменения характера поведения с агрессивного на ручной (Беляев, 1974). Отбор серебристо-черных лисиц на отсутствие агрессивной реакции по отношению к человеку привел к появлению характеристик внесезонной половой активности животных (Беляев, Трут, 1983) и к выраженным изменениям в регулирующих поведение (Попова и др., 1978) серотонинергической (Попова и др., 1975) и норадренергической (Дыгало и др., 1988) системах головного мозга. Эти медиаторные системы играют, как известно, важную роль и в регуляции половой функции (Науменко и др., 1983), однако их возможное участие в изменении у одомашненных животных функционирования репродуктивной системы оставалось не ясным. Несомненный интерес представляет также исследование вопроса, насколько общим является дестабилизирующий эффект селекции на ручной тип поведения, возможна ли дестабилизация репродуктивной функции у животных полиэстричных, для которых характерен гибкий тип сезонной регуляции размножения. Изучение этих вопросов было проведено на модели селекции по поведению диких серых крыс пасюков - животных, которые являются традиционными для проведения нейроэндокринных исследований.

Селекция диких серых крыс на отсутствие агрессивно-оборонительного поведения по отношению к человеку привела к созданию двух аутбредных линий, характеризующихся либо отсутствием агрессивного поведения по отношению к человеку (ручные животные), либо выраженным его проявлением (агрессивные крысы). У животных этих поведенческих групп на протяжении 32 поколений селекции было исследовано развитие и функционирование у взрослых особей репродуктивной системы, а также оценка возможной роли нейрохимических медиаторных систем мозга в реализации выявленных особенностей полового развития и половой функции. В работе представлены данные, полученные на животных 15-32 поколений селекции, устойчиво различающихся по характеристикам половой системы и репродуктивной способности.

Половое развитие и серотонин мозга селектируемых по поведению животных

На всех исследованных этапах онтогенетического развития ручные животные характеризовались более быстрыми темпами полового развития, чем агрессивные крысы. У ручных самцов в критический период половой дифференцировки наблюдался более высокий уровень тестостерона (21-дневные плоды-самцы: агрессивные - 0.50 ± 0.02 нг/мл, ручные - 0.88 ± 0.08 нг/мл, р<0.001), а в постнатальном онтогенезе у них раньше, чем у агрессивных животных происходило препубертатное повышение уровня мужского полового гормона (рис. 1). У ручных крыс это повышение начиналось после 50-дневного возраста, и в 60 дней уровень гормона достоверно превышал таковой у агрессивных животных. У агрессивных же самцов уровень тестостерона начинал повышаться лишь после 60-дневного возраста.

Рис. 1. Уровень тестостерона (М ± т) в плазме периферической крови агрессивных и ручных самцов крыс в период полового созревания.

*р<0.05 по сравнению с соответствующей группой агрессивных животных.

Более раннее повышение содержания тестостерона у ручных животных в период полового созревания, очевидно, является, причиной более раннего у них, чем у агрессивных, начала спермиогенеза. Известно, что этот гормон необходим для окончательного созревания сперматозоидов. Так, если у всех обследованных ручных самцов 50-дневного возраста в семенниках имелись зрелые, сперматозоиды, то у агрессивных самцов зрелая сперма присутствовала в семенниках лишь одного животного. У 60-дневных крыс зрелая сперма имелась в придатке семенника всех ручных и агрессивных самцов, однако в эпидидимисе ручные животные имели достоверно большее количество зрелых

ВОЗРАСТ животных, дни

сперматозоидов (агрессивные - 0.58 ± 0.31 млн/эпидидимис, ручные - 9.20 ± 2.19 млн/эпидидимис, р<0.05). Половое развитие ручных самок также происходило быстрее, чем агрессивных [9,27]*.

Важную роль в процессе полового созревания играют механизмы отрицательной обратной связи в гипоталамо-гипофизарно-гонадной системе (Вундер, Мурашов, 1994). Нами было показано участие в этих механизмах у взрослых животных серотонинергических рецепторов медиобазального гипоталамуса [17]. Для изучения механизмов отрицательной обратной связи была разработана модель односторонней кастрации. Уровень тестостерона после удаления одного семенника падает вдвое, а затем постепенно нарастает, не отличаясь от уровня мужского полового гормона в крови крыс с интактными семенниками (рис. 2). На этой модели было, в частности, обнаружено, что повышение уровня серотонина в мозге с помощью введения предшественника в его биосинтезе - 5-гидрокситриптофана, блокировало компенсаторное повышение уровня тестостерона в крови. у гемикастрирозанных крыс, а снижение уровня серотонина введением блокатсра его синтеза4 - п-хлорфенилаланина, сопровождалось еще большим по сравнению с контролем нарастанием в крови уровня мужского полового гормона (рис. 2).

Рис. 2. Влияние 5-гидрокситриптофана и п-хлорфенилаланина (препараты вводили через 24 часа после операции) на компенсаторное повышение уровня тестостерона (М ± ш) в крови после односторонней кастрации. *р<0.05 по сравнению с контролем.

Значение механизма отрицательной обратной связи для полового созревания и обнаруженное участие в этом механизме у

• В скобках приведены номера работ из списка основных публикаций, в которых опубликованы представленные результаты

1,0-

tS и

Щ 0,833 £0,6

Г

S «1

0,0

-я— КОНТРОЛЬ — - 5-ГИДРОКСИТРМПТСФАН П-ХЛОРФЕНИЛАЛАНИН

I • 1

12 16 24 36 48

ВРЕМЯ ПОСЛЕ КАСТРАЦИИ. ЧАС

взрослых животных серотонина гипоталамуса послужили основанием для исследования роли этого медиатора в регуляции полового созревания и в его ускорении у ручных животных.

Исследование серотонинергической системы мозга ручных и агрессивных крыс в период полового созревания выявило различие в динамике содержания медиатора в гипоталамусе. Так, высокое в 30-дневном возрасте содержание серотонина в среднем мозге и гипоталамусе (рис. 3) затем снижалось, что согласуется с данными других исследователей (Watts, Stanley, 1984; Плехова, 1986). Однако, если в среднем мозге изменения у ручных и агрессивных животных происходили в одни и те же сроки, то в гипоталамусе снижение содержания медиатора у ручных животных происходило раньше, чем у агрессивных. В 40-дневном возрасте уровень серотонина в этом отделе мозга ручных самцов имел минимальное значение, достоверно различающееся с таковым у агрессивных животных. Минимум же содержания серотонина в гипоталамусе у агрессивных крыс приходился на 50-й день, в это время содержание медиатора у ручных крыс уже начало повышаться по сравнению с 40-вым днем и достоверно превышало содержание серотонина у агрессивных животных.

1,1

«с

Ь 1.0

0

S 0,9

1 0,8 к

t- 0,7

fe

fe 0,6 2

0,5

СРЕДНИЙ МОЗГ

i

—•— АГРЕССИВНЫЕ --о- - РУЧНЫЕ

1,4

1,2

1,0

ГИПОТАЛАМУС

—АГРЕССИВНЫЕ -о--РУЧНЫЕ

50 60 70 80 90 ВОЗРАСТ ЖИВОТНЫХ, ДНИ

50 60 70 80 90 ЕОЗЕАСТ ЖИВОТНЫХ, ДНИ

Рис. 3. Содержание серотонина (М ± т) в среднем мозге и гипоталамусе -агрессивных и ручных самцов серых крыс в период полового созревания. *р<0.05 по сравнению с соответствующей группой агрессивных животных.

Обнаруженное снижение и последующее повышение содержания серотонина в гипоталамусе предшествовали началу препубертатного повышения уровня мужского полового гормона в крови. Причем, чем раньше в онтогенезе происходили эти изменения в содержании серотонина, как это наблюдалось у ручных самцов по

сравнению с агрессивными, тем раньше начинался подъем уровня гормона.

Возможную взаимосвязь этих событий исследовали путем изменения содержания серотонина в мозге в разные сроки препубертатного периода.

Последствия введения п-хлорфенилаланина - блокатора ключевого фермента синтеза серотонина триптофангидроксилазы (рис. 4), на развитие половой системы зависели от сроков введения препарата и линии животных. Введение препарата самцам ручных крыс на 30-й и 34-й или на 40-й и 44-й дни жизни оказало угнетающее влияние на развитие этой системы, причем эффект от введения на 40-й и 44-й дни был более выраженным. У 60-дневных ручных животных оказались сниженными вес семенников и уровень тестостерона в крови (рис. 4), а также количество зрелых сперматозоидов в эпидидимисе [13]. Введение п-хлорфенилаланина на 30-й и 34-й дни жизни агрессивным крысам не оказало заметного влияния на исследуемые параметры. В то же время, эффект от введения препарата на 40-й и 44-й дни оказался сходным с таковым у ручным крыс.

СЕМЕННИКИ

< 12

г:

ы

5 9

и § 6

§ з

2 2

ТЕСГОСТЕРОН

I

АГРЕССИВНЫЕ РУЧНЫЕ

ЛИНИИ ЖИВОТНЫХ

АГРЕССИВНЫЕ РУЧНЫЕ

ЛИНИИ ЖИВОТНЫХ

Рис. 4. Относительный вес семенников и уровень тестостерона в крови (М ± ш) 60-дневных самцов агрессивных и ручных крыс, которым на 30-й и 34-й (заштрихованные столбики) или на 40-й и 44-й (черные столбики) дни жизни вводили п-хлорфенилаланин (р-СРА) в дозе 300 мг/кг. Контрольным животным (светлые столбики) в эти же сроки вводили эквивалентные объемы физиологического раствора. *р<0.05 по сравнению с контролем.

Опыты с введением п-хлорфенилаланина в целом свидетельствуют, что серотонин оказывает активирующее влияние на половое созревание животных, причем у ручных самцов этот активирующий эффект начинает проявляться раньше в онтогенезе,

что, очевидно, и приводит к более ранней половой зрелости животных этой линии по сравнению с агрессивными.

Для проверки более раннего стимулирующего эффекта серотонина на половую систему ручных самцов, ручным и агрессивным животным в период с 30-го дня, в который у агрессивных животных не выявлено влияния воздействия п-хлорфенилаланином на развитие половой системы, было повышено содержание медиатора в мозге с помощью введения предшественника в биологическом синтезе 5-гидрокситриптофана. Введение препарата на 30-й, 32-й, 34-й, 36-й и 38-й дни жизни оказало отчетливое активирующее влияние на развитие половой системы ручных самцов и не повлияло на развитие этой системы у агрессивных животных (рис. 5).

40 20

Э

О--20 -40-

АГРЕССИВНЫЕ

"га-и

40

20

РУЧНЫЕ

ЭПИД. СЕМ. СЕМ.П. ТЕСТ. ИССЛЕДУЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭПИД. СЕМ. СЕМ.П. ТЕСТ. ИССЛЕДУЕМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Рис. 5. Изменение морфометрических (относительного веса эпидидимиса - эпид.; семенников - сем.; семенных пузырьков - сем. п.) и эндокринного (тестостерона - тест.) параметров в процентах по отношению к контролю у 60-дневных агрессивных и ручных самцов после введения им на 30-й, 32-й, 34-й, 36-й и 38-й дни жизни предшественника в биологическом синтезе серотонина - 5-гидрокситриптофана в дозе 100 мг/кг. Контрольным животным в эти же дни вводили эквивалентные объемы физиологического раствора. *р<0.05, **р<0.01 по сравнению с контролем.

Таким образом, изменение в результате селекции по поведению онтогенетической динамики содержания серотонина в гипоталамусе явилось одной из причин ускорения полового созревания ручных крыс. Оказалось, что препубертатному росту уровня тестостерона в крови самцов предшествует снижение и последующее повышение содержания серотонина в гипоталамусе. Причем, чем раньше в онтогенезе происходят эти изменения, как это наблюдается у ручных крыс по сравнению с агрессивными животными, тем быстрее повышается уровень тестостерона,

необходимый для развития морфологических характеристик половой системы, а также для созревания сперматозоидов.

Репродуктивная система и моноаминергические механизмы ее регуляции взрослых животных, селектируемых по поведению

Результаты, полученные на взрослых животных, свидетельствуют об изменении сезонного характера репродуктивной функции ручных крыс [9,12, 27]. Так, животные из обеих групп с равной скоростью (рис. 6) вступали в размножение весной (в апреле) и ранней осенью (в сентябре). Одинаковым было время от ссаживания до покрытия, за равные промежутки времени после ссаживания отмечался одинаковый процент покрытых самок. Поздней осенью (в ноябре) скорость покрытия снижалась, однако в группе ручных крыс отмечалось лишь незначительное снижение, в то время как в группе агрессивных крыс имелось двукратное падение в скорости спаривания. Время от ссаживания до покрытия в этой группе достоверно удлинилось, в то время как у ручных животных осталось без изменений.

100 80 60 40 20 0

СЕНТЯБРЬ

АГРЕССИВНЫЕ -.о- РУЧНЫЕ

1 2 3 4 5 6 7

100 80 60 40 20 0

г, О О* ,.¿2-* *

О О °

2 4 6 8 10 12

100 80 60 40 20 0

НОЯБРЬ

оооэооооо

У

2 4 6 8 10 12

Рис. 6. Размножение (процент покрытых самок) ручных и агрессивных крыс в разное время года. В апреле и сентябре различия между группами недостоверны. По оси X показаны дни после ссаживания животных в пары. В ноябре: х2=20.0, р<0.01.

Соответственно менялся и процент фертильных покрытий. В апреле все агрессивные и ручные самки дали потомство. В сентябре различия между группами по проценту фертильных спариваний были недостоверны, тогда как в ноябре, вне нормального сезона размножения, преимущество ручных по этому показателю выявилось весьма отчетливо (количество самок, посаженных на

размножение: агрессивные - 46, ручные - 59; количество родивших самок: агрессивные - 21, ручные - 48; х2 =14.62, р<0.001).

Различия обнаруживаются и по плодовитости. В пределах сезонов - апреле и сентябре, ручные не отличались достоверно от агрессивных по этому показателю, тогда как вне сезона - в ноябре, плодовитость агрессивных самок была существейно ниже (среднее количество детенышей на родившую самку в ноябре: агрессизные -5.7 ± 0.48, ручные - 7.0 ± 0.35, р<0.05).

Сопоставление результатов этого эксперимента с данными, полученными при сходной селекции серебристо-черных лисиц (Беляев, Трут, 1983), показывает, что и у полиэстричных животных доместикация сопровождается утратой сезонности размножения, характерной для диких животных. Подобные преобразования, по-видимому, могут происходить не только при доместикации. Известно, что изменения в поведении, как правило, предшествуют эволюционным преобразованиям физиологических функций и морфологии животных (Беляев, 1974). Результаты отбора у серебристо-черных лисиц и диких крыс свидетельствуют, что изменения поведения влекут за собой перестройку репродуктивной функции. Ослабление зависимости от сезонных факторов, глазным из которых является продолжительность светового дня, создает возможность для широтных миграций и освоения новых ареалов.

Основной причиной изменений в размножении ручных крыс является перестройка эндокринных регуляторов репродуктивной функции. Уровень половых горм.онов в крови является одним из факторов, определяющих половую активность животных (Demassa et at., 1977). У самцов обеих групп в крови отмечались выраженные сезонные колебания содержания тестостерона от минимальных значений гормона зимой до максимальных в весенний период (рис. 7), что согласуется с данными других авторов (Wong et a!., 1S85; Khammar, Brudieux, 1989). В то же время у ручных самцов размах сезонных колебаний в уровне гормона был снижен. Ручные самки крыс практически утратили сезонную динамику уровня эстрадиола в стадию диэструса, характерную для диких крыс (рис. 7). Общим в изменении содержания гормонов у ручных самцов и самок является их более высокий уровень в зимний период, что, учитывая важную роль гормонов в регуляции полового поведения, несомненно, является одной из причин их лучшего размножения в этот сезон по сравнению с агрессивными животными.

ТЕСТОСТЕРОН

—■— АГРЕССИВНЫЕ "О— РУЧНЫЕ

ЭСТРАДИОЛ

ДЕКАБРЬ МАРТ ИЮНЬ ДЕКАБРЬМ APT ИЮНЬ 17 19 20 21 23 24

ДЕКАБРЬ 17

ИЮНЬ 20

ДЕКАБРЬ 21

ИЮНЬ 24

Рис. 7. Сезонные изгленения в уровне (М ± т) тестостерона у самцов и эстрадиола на стадии диэструс у самок агрессивной и ручной линий крыс. По оси X показаны: месяц исследования, поколение селекции. *р<0.05 по сравнению с соответствующей группой агрессивных животных.

В отличие от полового созревания, серотонин мозга, по-видимому, не играет существенной роли в изменении эндокринной функции половых желез взрослых ручных крыс. По крайней мере, сравнительное исследование уровня серотонина в отделах мозга и эстрадиола в крови самок крыс по стадиям эстрального цикла, уровней серотонина в гипоталамусе и тестостерона в крови при эмоциональном стрессе, а также ответа гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы самцов на внутрижелудочкозое введение серотонина не выявило различий в серотонинергической регуляции половой системы между ручными и агрессивными животными. В то же время у ручных самцов обнаружена меньшая зависимость эндокринной функции гонад от активирующего влияния норадреналина (рис. 8), что согласуется с меньшим числом адренорецепторов в их гипоталамусе [21]. Об уменьшении зависимости гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы ручных самцов от активирующего влияния норадреналина свидетельствуют и опыты со снижением содержания медиатора в мозге. Введение блокатора синтеза норадреналина альфа-метилтирозина достоверно понижало уровень тестостерона у агрессивных крыс и практически не изменяло его у ручных животных [15].

Более тесная связь между норадреналином гипоталамуса и тестостероном в крови у агрессивных животных проявлялась и значительной корреляцией (г=0,648; р<0,01) между этими показателями. У ручных крыс подобная корреляция была недостоверной (г=0,176; р>0,05). По-видимому, этим

обстоятельством объясняется тот факт, что у ручных крыс, несмотря на более высокий уровень норадреналина в гипоталамусе [18, 21], содержание тестостерона в летний период, в который проводились опыты, было более низким, чем у агрессивных. Следовательно, уменьшение в результате селекции зависимости эндокринной половой функции от активирующего влияния норадреналина могло быть причиной снижения летнего уровня тестостерона у ручных самцов и, соответственно, сглаживания его сезонной динамики.

Рис. 8. Реакция гипотала-мо-гипофизарно-гонадной системы агрессивных и ручных самцов крыс на введение в боковой желудочек мозга норадреналина (НА) или физиологического раствора (физ. р-р). Достоверные различия показаны по сравнению с агрессивными животными.

Таким образом, селекция дишх серых крыс на отсутствие агрессивной реакции по отношению к человеку привела к ускорению полового развития и к сглаживанию сезонных колебаний в эндокринной и репродуктивной функциях половой системы. Ручные самцы в пренатальном периоде развития имели более высокий уровень тестостерона в крови, чем агрессивные. Характер этих межлинейных различий совпал в дальнейшем , с характером различий по скорости полового созревания крысят, по эндокринным, морфологическим и репродуктивным характеристикам взрослых животных. Эти результаты указывают на важное значение количественного содержания тестостерона в крови крыс в критический период половой дифференцировки для последующих темпов полового развития и уровня функциональной активности половой системы и сексуального поведения взрослых животных. Проводимая селекция по поведению привела также к изменениям в нейрохимических системах мозга, серотонинергической и норадренергической. Установлено, что эти системы вовлечены в изменение характеристик репродуктивной системы селектируемых животных. Эффекты изменения серотонинергической системы

Е? §

6-

X

о

а. щ

Н

и

О

н и

Ц]

н

2-

СИЗ АГРЕССИВНЫЕ I I РУЧНЫЕ *р < 0,05

физ. р-р

НА

8

4-

0

проявляются в ходе полового созревания, а норадренергической - в регуляции уровня половых гормонов в крови взрослых животных.

Влияние пренатального воздействия глюкокортикоидов на

развитие половой системы

В онтогенезе половой системы можно выделить периоды, когда в процесс реализации наследственной программы вовлекаются эпигенетические нейрогормональные факторы. Помимо того, что повышение уровня андрогенов в крови плодов и новорожденных необходимо для формирования половой системы по мужскому типу, развитие половой системы в эти критические периоды оказывается наиболее уязвимым для разнообразных внешних воздействий, в том числе и радиационных [33,40].. Многочисленные данные литературы свидетельствуют, что перенесенный в период внутриутробного развития стресс изменяет функционирование половой системы и половое поведение животных (Ward, 1972; Rhees, Fleming, 1981, Дернер и др., 1990). Вместе с тем, до сих пор оставалось не ясным, какие вызываемые стрессом изменения в материнском организме ответственны за отклонения полового развития и какова роль собственно плодов, их наследственных особенностей в детерминации в этом аспекте неблагоприятных воздействий.

Стресс, развивающийся в ответ на действие чрезвычайных, часто неблагоприятных факторов окружающей среды, сопровождается повышением уровня глюкокортикоидов в крози матери. Эти гормоны легко проходят через плаценту в плод, являются, как известно, генетическими индукторами и могут быть одним из ведущих факторов стрессорной реакции, изменяющих развитие половой системы плодов.

Для выяснения ранее не изученного эффекта глюкокортикоидов на развитие половой системы самкам крыс линии Вистар на 16-й и 18-й дни беременности вводили кортикостерон в дозе 2.5мг/100 г веса тела. Это воздействие оказало заметное влияние на развитие половой системы потомков мужского пола. У двухдневных самцов было уменьшено аногенитальное расстояние (контроль - 4.50 ± 0.16 мм, гормон - 3.70 ± 0.30 мм, р<0.05), свидетельствующее о нехватке андрогенов в критический период половой диффференцировки. В то же время у самок изменений этого показателя обнаружено не было [17,22].

Последствия пренатального влияния кортикостерона на половую систему самцов наблюдались не только в неонатальном

периоде, но и в более позднем возрасте. У животных оказались изменены веса придаточных половых желез [17,22] и возрастная динамика уровня тестостерона в крови (рис. 9). Если у контрольных животных содержание гормона между 35-м и 70-м днем увеличивалось более чем в 2 раза, то у самцов, матерям которых во время беременности вводили кортикостерон, уровень тестостерона до 70-дневного возраста оставался на низком уровне. К 4-месячному возрасту эти различия в уровне гормона сглаживались [22].

Итак, повышение уровня кортикостерона в крови самок крыс линии Вистар в последней трети беременности привело к изменениям в развитии половой системы самцов-потомков: уменьшению аногенитального расстояния у двухдневных крысят, изменению веса придаточных половых желез и возрастной динамики уровня тестостерона в крови.

Рис. 9. Уровень тестостерона (М ± т) в плазме периферической крови самцов крыс линии Вистар, матерям которых на 16-й и 18-й дни беременности вводили кортикостерон или физиологический раствор. *р<0.05 по сравнению с физиологическим раствором

Использование в следующих экспериментах животных разных линий выявило неоднозначное влияние глюкокортикоидных гормонов на развитие их половой системы. Так, контрольные животные исследованных линий мышей значительно различались по относительному весу семенников и придаточных половых желез (рис. 10). Введение мышам кортикостерона во время беременности оказало неодинаковое влияние на морфометрические характеристики половой системы самцов - потомков разных линий. Причем, эффекты кортикостерона на веса придаточных половых желез мышей двух линий, имеющих крайние по весу половые железы, оказались прямо противоположными. Так, у мышей линии СВА/1_ас, имеющих самый низкий вес семенников и препуциальных желез, после пренатального введения гормона эти морфометрические

ВОЗРАСТ ЖИВОТНЫХ, ДНЕЙ

характеристики функциональной активности половой системы. достоверно увеличивались. Напротив, введение кортикостерона беременным матерям линии С57В1^ понижало максимальные в контроле веса семенников и семенных пузырьков. Введение растворителя беременным самкам оказывало, как правило, сходное с кортикостероном влияние на развитие половых желез, либо было неэффективным.

СЕМЕННИКИ СЕМЕННЫЕ ПУЗЫРЬКИ

СВ A/Lac BALB/c C57BL/6J СВАЛлс BALB.'c C57BU6J

Рис, 10. Относительный вес (М± т) семенников и придаточных половых желез взрослых самцов мышей трех линий, матерям которых на left и 18-й дни беременности вводили кортикостерон (черные столбики), физиологический раствор (заштрихованные столбики) или оставляли интактными (светлые столбики). *р<0.05 по сравнению с контролем.

Глюкокортикоиды в период раннего онтогенеза способствуют проявлению средних значений морфометрических характеристик половых желез у генетически различных мышей [20]. Следует отметить, что линии мышей со средними показателями половой системы оставляют в конкурентных условиях большее число потомков по сравнению с линиями, имеющими крайние проявления этих признаков (Осадчук, Науменко, 1983; Gartner, 1992). Следовательно, глюкокортикоиды в период раннего развития модифицируют морфометрические характеристики половой системы мышей в направлении адаптивных в какой-то мере значений этих признаков. Механизм адаптивной модификации вырабатывается отбором в изменяющихся условиях среды (Шмальгаузен, 1982). Адаптивное значение модификации глюкокортикоидами может

ПРЕПУЦИАЛЬНЫЕ ЖЕЛЕЗЫ

СВ A/Lac BALB/c

C57BL/63

проявляться в ходе регулярных изменений численности популяций грызунов в природе (Дыгало, Науменко, 1984).

Важное значение для развития нормального мужского фенотипа имеет содержание андрогенов в крови в критический период половой дифференцировки. Влияние глюкокортикоидов в пренатальном онтогенезе на половую систему взрослых животных может быть обусловлено путем изменения уровня тестостерона в этот критический период. Исследование, проведенное на ручных и агрессивных крысах показало, что введение кортикостерона беременным самкам уменьшило уровень тестостерона у плодов-самцов ручных матерей, но увеличило его у плодов-самцов агрессивных животных (рис. 11). Причиной разнонаправленных изменений в уровне тестостерона у плодов на повышение уровня глюкокортикоидов в крови беременных матерей может быть разная чувствительность матерей разных генотипов к стрессу. Это предположение вполне правдоподобно, так как слабый стресс сопровождается повышением уровня тестостерона в крови, в то время как сильный - его снижением (Ргапсю, 1981).

Рис. 11. Уровень тестостерона (М ± т) в крови 21-дневных плодов-саллцов агрессивных и ручных крыс, матерям которых на 16-й и 18-й дни беременности вводили кортикостерон или физиологический раствор. *р<0.05 по сравнению с соответствующим контролем.

а

ж

о

ш н о о н и ш н

02

0,0

т

*

т

- * -г

. гг^. Ш'

-

ш

- -1- Щ Ш

АГРЕССИВНЫЕ РУЧНЫЕ

I I ФИЗНОЛ. Р-Р КОРТИКОСТЕРОН

Этим изменениям в уровне тестостерона у плодов соответствовали и последующие изменения морфометрических характеристик половой системы взрослых животных (рис. 12). У взрослых ручных самцов вес придаточных половых желез после пренатального воздействия кортикостероном снизился, а у агрессивных - повысился.

СЕМЕННЫЕ ПУЗЫГЬКИ ПРЕПУПИАЛЬНЫЕ ЖЕЛЕЗЫ

АГРЕССИВНЫЕ ' РУЧНЫЕ АГРЕССИВНЫЕ РУЧНЫЕ

Рис. 12. Относительный вес (М ± т) придаточных половых желез взрослых самцов агрессивных и ручных крыс, матерям которых на 16-й и 18-й дни беременности вводили кортикостерон (черные столбики), физиологический раствор (заштрихованные столбики) или оставляли интактными (светлые столбики). р<0.05 по сравнению с контролем.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют, что уровень глюкокортикоидов в период внутриутробного развития является важным фактором, влияющим на содержание тестостерона в крови плодов мужского пола в критический период половой дифференцирозки и оказывающим соответствующее по направлению воздействие на дальнейшее развитие половой системы. Характер модифицирующего действия гормонов коры надпочечников на эти признаки зависит от генотипа животных.

Гормональная модификация норадренергических механизмов

регуляции половой системы

Последствия пренатального воздействия глюкокортикоидов на половую систему взрослых животных могут быть связаны . с изменениями в центральных нейрохимических механизмах, участвующих в регуляции половой функции. Наше внимание в этом плане привлекла норадренергическая система, играющая ведущую роль в контроле гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы взрослых животных, и особенности функциональной активности которой являются, как было показано ранее, одной из причин генотипического разнообразия характеристик половой системы.

На ручных и агрессивных крысах после пренатального воздействия глюкокортикоидами были выявлены изменения в регулирующих половую систему норадренергических механизмах. Эти изменения также оказались зависимыми от генотипа животных и были наиболее выраженными у агрессивных крыс. Так, при

исследовании системы в условиях эмоционального стресса (рис. 13) выявилось, что у агрессивных самцов после пренатального гормонального воздействия не происходило при стрессе снижения, как у контрольных животных, уровня тестостерона в крови и

4

О

ш >з

18

1

АГРЕССИВНЫЕ

.....I

БАЗАЛЬНЫЙ

н 3

8

Й*

РУЧНЫЕ

БАЗАЛЬНЫЙ

«2,0

И ' §1,5

а,

О

АГРЕССИВНЫЕ

|2,0 я

Ж ы

См

§1,5

а.

о

РУЧНЫЕ

БАЗАЛЬНЫЙ

БАЗАЛЬНЫЙ

СТРЕСС

Рис. 13. Содержание тестостерона (М ± т) в крови (верхние рисунки) и норадреналина в гипоталамусе (нижние рисунки) при эмоциональном стрессе у взрослых самцов агрессивных и ручных серых крыс, матерям которых на 16-й и 18-й дни беременности вводили гидрокортизон (пунктирная линия) или физиологический раствор (сплошная линия). * р<0.05 по сравнению с соответствующим контролем.

содержания норадреналина в гипоталамусе. У ручных крыс пренатальное введение гидрокортизона не оказывало существенного влияния на реакцию при эмоциональном стрессе ни гипофизарно- семенниковой, ни норадренергической систем.

Двукратная, на 16-й и 18-й дни беременности, инъекция гидрокортизона привела у взрослых потомков агрессивных крыс также к уменьшению реакции гипофизарно-семенниковой системы на внутрижелудочковое введение норадреналина (рис. 14). В то же время у ручных крыс эта реакция не только не снизилась,но

даже имела тенденцию к увеличению. Одной их причин, приводящих у агрессивных животных после пренатального воздействия глюкокортикоидами к снижению реакции половой системы на центральное введение норадреналина, может быть наблюдающийся после гормонального воздействия подъем уровня тестостерона в крови плодов. У взрослых крыс линии Вистар, матерям которых в те же сроки беременности вводили пропионат тестостерона, отмечалось ослабление реакции гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы на внутрижелудочковое введение норадреналина (Науменко и др., 1986).

АГРЕССИВНЫЕ.

РУЧНЫЕ

5

к X

X 3

о

¡3 1 £

ИНТАКТН. ФИЗИОЛ. Р-Р ГИДРОКОРТ.

ь4 хз

I 2

о

е

ИНТАКТН. ФИЗИОЛ. Р-Р ГИДРОКОРТ.

Рис. 14. Прирост уровня тестостерона а крови после введения в боковой желудочек мозга норадреналина у агрессивных и ручных самцов серых крыс, матерям которых на 16-й и 18-й дни беременности вводили гидрокортизон, физиологический раствор или оставляли интактными. *р<0.05 по сравнению с соответствующими контрольными животными, которым вводили в желудочек мозга физиологический раствор.

Изменение нейрозндокринного ответа на инфузию норадреналина в мозг свидетельствуют об отклонениях в развитии рецепторного звена норадренергической системы. Проверка этого предположения на мышах линии СВАЛ_ас, половая система которых реагирует сходным с агрессивными животными образом на пренатальное воздействие гормонов коры надпочечников показала, что введение кортикостерона самкам мышей этой линии на 16-й и 18-й дни беременности привело к уменьшению числа адренергических рецепторов в отделах мозга взрослых самцов-потомков (рис.. 15), что согласуется с наблюдаемым у агрессивных крыс снижением ответа половой системы на вводимый центрально норадреналин.

АЛЬФА!

Д/

КОРА ГИПОТ. ствол

£ 16

к

§14

щ12

а ю I 8 I 6

I 4 § 2 о

АЛЬФА2

I

т

БЕТА

КОРА ГИПОТ. СТВОЛ

О 8 2 0

Г

о-

КОРА ГИПОТ. СТВОЛ

Рис. 15. Адренорецепторы (максимальное специфическое связывание 3Н-празозина, 3Н-клонидина и 3Н-дигидроальпренолола с альфа1-, альфа2- и бета-подтипами) в мозге взрослых самцов мышей линииСВА/1-ас, матерям которых на 16-й и 18-й дни беременности вводили кортикостерон (заштрихованные столбики) или физиологический раствор (светлые столбики). *р<0.05 по сравнению с соответствующим контролем.

Таким образом, повышение уровня глюкокортикоидов в последний триместр беременности изменяет в генотип-зависимой манере норадренергические механизмы, регулирующие эндокринную половую функцию.

Полиморфизм по плотности адренорецепторов в мозге и индивидуальная изменчивость уровня тестостерона в крови

Норадреналин оказывает регулирующее действие на клетки-мишени через адренорецепторы, плотность которых во многом определяет величину специфического ответа. Поэтому различие по плотности рецепторов, вызванное наследственными особенностями животных [23,25,26,29,32,34,36,38], или воздействием модифицирующих факторов - повышением уровня глюкокортикоидов в пренатальный период развития [24,28,36], может являться важным звеном, определяющим изменчивость контролируемых норадреналином функций. Выяснение этого вопроса тесно связано с поиском коррелятивных связей между числом рецепторов и значениями отдельных физиологических характеристик.

Несмотря на известное участие норадреналина в регуляции половой системы, роль отдельных подтипов адренорецепторов в этой регуляции остается неясной. Помимо литературных (Науменко

и др., 1983; Barraclough, 1984; Бабичев, 1995), а также представленных в работе данных, свидетельствующих об активирующем влиянии норадреналина на половую систему, этот медиатор способен и угнетать эту систему (Condon et al., 1986; Maeda, Tsukamura, 1996), что может быть обусловлено вовлечением в активирующий и угнетающий эффекты разных подтипов норадренергических рецепторов. Исследование на основе естественного наследственно обусловленного полиморфизма по числу рецепторов коррелятивных связей между отдельными подтипами рецепторов и тестостероном в крови может способствовать не только выявлению их роли в определении уровня мужского полового гормона, но и помочь пониманию природы неоднозначности действия медиатора.

На трех линиях мышей (рис. 16): CBA/Lac, C57BL/6J и BALB/cLac, были выявлены значительные межрегиональные и межлинейные различия по количеству адренорецепторов в мозге. Так, количество альфа1- и бета-адренорецепторов во фронтальной коре было выше, чем в гипоталамусе, в то время как количество альфа2-адренорецепторов было, напротив, большим в гипоталамусе. Количество всех подтипов адренорецепторов в гипоталамусе, а альфа2- и бета-адренорецепторов во фронтальной коре у мышей линии CBA/Lac было выше, чем у мышей линии C57BL/6J.

АЛЬФА!

АЛЬФА2

БЕТА

I I CBA/Lac ЕЭ BALB/cLac С 57BL/6J I < 0.05 vs СВА

КОРА ГИПОТАГС. ОТДЕЛЫ МОЗГА

Рис. 16. Специфическое связывание фиксированных концентраций меченых лигандов: 0.4 нМ 3Н-празозина, 1.6 нМ 3Н-клонидина и 3Н-дигидроальпренолола, с альфа1-, альфа2- и бета-адренорецепторами фронтальной коры и гипоталамуса мышей разных линий.

ГИПОТАЛ.

На этих трех линиях мышей был проведен анализ внутрилинейных корреляций между числом отдельных подтипов адренорецепторов и уровнем тестостерона. Проведенный анализ выявил наличие достоверной отрицательной корреляции между уровнем тестостерона в крови и количеством альфа2-адренорецепторов в гипоталамусе (табл.). Между количеством других подтипов адренорецепторов в гипоталамусе, а также всех исследованных подтипов во фронтальной коре и уровнем тестостерона в крови достоверных корреляций не обнаружено.

Таблица

Усредненные внутрилинейные парные коэффициенты корреляции между специфическим связыванием фиксированных концентраций радиолигандов во фронтальной коре и гипоталамусе и уровнем

Радиолиганд Отдел мозга фронтальныя кора гипоталамус

ЗН-празозин ЗН-клонидин ЗН-дигидроальпренолол -0.093 (22)а -0.346 (20) -0.293 (26) +0.152 (23) -0.458 (27)* -0.086 (23)

а - в скобках указано число степеней свободы * - р<0.05

Далее эта корреляция была исследована подробнее. Проведенные исследования на шести линиях мышей также выявили значительные межлинейные различия по плотности альфа2-адренорецепторов в гипоталамусе (рис. 17). Наибольшее число рецепторов обнаружено у мышей линии СВА/1_ас, наименьшее - у мышей линии 00. Исходный уровень тестостерона в плазме крови мышей этих линий также значительно различался (Р5,64=2.81; р<0.05). Наибольший уровень гормона обнаружен у мышей линии Бй, наименьший - у самцов линий СВАД.ас и УТ, характеризующихся соответственно наименьшим и наибольшими значениями плотности альфа2-адренорецепторов в гипоталамусе. Между этими показателями, плотностью альфа2-адренорецепторов в гипоталамусе и уровнем тестостерона в крови самцов мышей шести линий обнаружена достоверная отрицательная генотипическая корреляция (г—0.834, р<0.05).

Достоверность внутрилинейной и межлинейной корреляций между уровнем тестостерона в крови и плотностью альфа2-

300

Щ 250

ш

и 200 § 150

иЭ

5 А ПГ»

АЛЬФА2-АДРЕНОРЕЦНПТОРЫ (ЗН-КЛОНИДИН)

1

СВА УГ А«е С57ВЬ ВА1ЛЗ 00

ТЕСТОСТЕРОН

СВА

УТ А/Не С57ВЬ ВАЬВ ОИ ЛИНИИ МЫШЕЙ

адренорецепторов в гипоталамусе является свидетельством вовлечения рецепторов этого подтипа в регуляцию стенотипического разнообразия содержания тестостерона в крови самцов, обусловленную как паратипическими, так и генетическими факторами. Помимо этого, полученные результаты проясняют участие альфа2-адренорецепторов мозга в регуляции уровня тестостерона в крови. На основании наших и литературных данных это участие представляется следующим образом: стимуляция пресинаптических альфа2-адре-норецепторов сопровождается снижением секреции норадре-налина из норадренергических окончаний и уровня медиатора в синаптической щели, что и приводит к последовательному уменьшению секреции люлибе-рина, лютеинизирующего гормона и тестостерона.

Выявленная корреляция может быть частью механизма регуляции половой системы по типу отрицательной обратной связи [32]. Стимуляция альфа2-адренорецепторов клонидином сопровождается снижением содержания тестостерона в крови, а тестостерон,. в свою очередь, может влиять на число альфа2-адренорецепторов в мозге [42].

Результаты о наличии достоверной корреляции между числом альфа2-адренорецепторов в гипоталамусе и уровнем тестостерона в крови свидетельствуют также о принципиальной возможности выявления в структуре сложноорганизованного физиологического признака относительно простых и, очевидно, ключевых звеньев, вносящих заметный вклад в определение значения этого признака. Выявление таких "элементарных" звеньев является первым

Рис. 17. Альфа2-адреноре-цепторы в гипоталамусе (максимальное специфическое связыввание 3Н-клонидина) и уровень тестостерона в крови самцов мышей инбредных линий

необходимым шагом на пути описания сложноорганизованных функций организма на основе его молекулярно-генетической организации. Адренорецепторы удачно совмещают в себе молекулярно-генетические и физиологические свойства. С одной стороны, эти рецепторы являются белковыми продуктами известных генов, молекулярные основы структуры, функции и регуляции которых в настоящее время интенсивно исследуются. С другой стороны, общеизвестно участие этих рецепторов и взаимодействующих с ними медиаторов в регуляции широкого спектра физиологических функций. Следовательно, полиморфизм по плотности адренергических рецепторов мозга может быть важным звеном формирования индивидуальной изменчивости не только по параметрам репродуктивной системы, но и по характеристикам других сложноорганизованных функций организма. Подтверждением этому является обнаруженная нами достоверная положительная корреляция между числом альфа1-адренорецепторов в продолговатом мозге и величиной артериального давления [26]. Эти результаты и описанная выше корреляционная зависимость между числом альфа2-адренорецепторов в гипоталамусе и уровнем тестостерона в крови самцов мышей свидетельствуют, что полиморфизм центральных регуляторных звеньев является важным компонентом индивидуального разнообразия половой системы, так же как, очевидно, и других сложноорганизованных функций организма.

* * *

В целом, результаты работы свидетельствуют, что изменчивость центральных нейромедиаторных звеньев регуляции репродукции вносит значительный вклад в индивидуальное разнообразие темпов созревания половой системы в онтогенезе и ее функциональных характеристик у взрослого организма.

ВЫВОДЫ

1. Селекция диких крыс на отсутствие агрессивно-оборонительной реакции по отношению к человеку сопровождается ускорением полового развития, а также сглаживанием сезонных колебаний эндокринной и репродуктивной функций половой системы.

2. Серотонин гипоталамуса участвует в регуляции полового созревания. Снижение и последующее повышение содержания этого медиатора в препубертатный период онтогенеза происходят раньше

у животных с более ранними сроками полового созревания. Блокада синтеза серотонина в этот период задерживает половое созревание, а повышение содержания медиатора, напротив его ускоряет. Эти данные свидетельствуют о стимулирующем влиянии серотонина на половое развитие.

3. Серотонин головного мозга участвует в регуляции по типу отрицательной обратной связи половой системы взрослых животных: стимуляция серотонинергических рецепторов медиобазального гипоталамуса сопровождается торможением, а их блокирование - активацией компенсаторного подъема пониженного после односторонней кастрации уровня тестостерона в крови.

4. Норадреналин головного мозга активирует гипоталамо-гипофизарно-гонадную систему взрослых животных. Нарушение коррелятивных отношений между норадренергической системой мозга и гипоталамо-гипофизарно-гонадным комплексом приводит к изменению функциональной активности половых желез.

5. Гормоны стресса - глюкокортикоиды, влияют в пренатальном периоде онтогенеза на содержание тестостерона в крови плодов мужского пола и оказывают воздействие на дальнейшее развитие половой системы. Характер модифицирующего действия гормонов коры надпочечников зависит от наследственных особенностей особей.

6. Норадренергическая система мозга вовлечена в механизм модификационного генотип-зависимого изменения развития половой системы глюкокортикоидами. У взрослых животных после пренатального гормонального воздействия наблюдается зависимое от генотипа изменение реакции гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы в ответ на центральную стимуляцию норадреналином.

7. Полиморфизм по плотности адренорецепторов является важным фактором, контролирующим изменчивость регулируемых норадреналином функций. Плотность альфа1-адренорецепторов в продолговатом мозге положительно коррелирует с величиной артериального давления, а плотность альфа2-адренорецепторов в гипоталамусе - отрицательно с уровнем тестостерона в крови.

8. Изменчивость центральных нейромедиаторных звеньев регуляции репродукции вносит значительный вклад в индивидуальное разнообразие функциональных характеристик половой системы, обусловленное наследственными и модификационными факторами.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

1. Науменко Е.В., Осадчук A.B., Серова Л.И., Шишкина Г.Т. Генетико-физиологические механизмы регуляции эндокринной функции семенников. - Новосибирск: Наука, 1983. - 203 с.

2. Шишкина Г.Т., Науменко Е.В. Динамика уровня тестостерона в периферической крови самцов крыс после односторонней кастрации // Известия СО АН СССР. -1977. - N5. - С.131-133.

3. Науменко Е.В., Шишкина Г.Т. Об участии серотониновых рецепторов головного мозга в механизмах обратной отрицательной связи системы гипоталамус-гипофиз-семенники // Пробл. эндокринол,-1977. -Т.23, N23. - С.75-78.

4. Naumenko E.V., Shishkina G.T. Role of serotonin in feedback control of hypothalamic-pituitary-testicular complex in male rats H Neuroendocrinology. -1978. - Vol.26. - P.359-366.

5. Науменко E.B., Шишкина Г.Т. Роль серотониновых рецепторов медиобазального гипоталамуса в механизмах обратной отрицательной связи гипофизарно-семенникового комплекса // Пробл. эндокринол.-1979.-Т.25, N3. - С.49-52.

6. Шишкина Г.Т., Маслова Л.Н. Влияние изоляции медиобазальной области гипоталамуса на компенсаторное повышение содержания тестостерона в крови у односторонне кастрированных самцов крыс И Физиол. журн. (Киев). -1980. -Т.26, N3. - С.348-351.

7. Naumenko E.V., Shishkina G.T. Hypothalamic serotoninergic receptors in negative feedback regulation of pituitary-testicular axis in rats // Endocrinología Experimentalis. - 1980. - Vol.14. - P.207-213.

8. Дыгало H.H., Шишкина Г.Т., Бородин П.М., Науменко E.B. Роль нейрохимических систем головного мозга в изменении реактивности гипофизарно-надпочечникового комплекса серой крысы при селекции по поведению II Журн. эвол. биох. физиол. -1985,- Т.21, N4.: С.342-347.

9. Шишкина Г.Т., Бородин П.М., Влияние селекции по поведению на сезонные характеристики репродуктивной функции серых крыс // Журн. эвол. биох. физиол. - 1985. -Т.22, N2. - С.157-161.

10. Дыгало H.H., Шишкина Г.Т., Миронов О.С., Бородин П.М., Науменко Е.В. Генетические аспекты гормональной модификации стрессорной реактивности. Сообщение 2. Модификация в раннем онтогенезе стрессорной реактивности взрослых крыс, селектируемых по поведению на человека // Генетика. -1986. - T.XXII, N3. - С.500-506.

11. Шишкина Г.Т., Бородин П.М. Скорость полового созревания ручных и агрессивных серых крыс // Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. -1986. - T.LXXII, N7. - С.992-996.

12. Шишкина Г.Т., Бородин П.М. Влияние сезонных факторов на размножение ручных и агрессивных серых крыс // Известия СО АН СССР, серия биол наук. -1986. - Т.18, N3. - С.95-97.

13. Шишкина Г.Т., Бородин П.М. Участие серотонина головного мозга в регуляции полового созревания самцов крыс // Физиол. журн. им: И.М.Сеченова. -1988. - Т. LXX1V, N1. - С.118-123.

14. Шишкина Г.Т. Влияние нарушения биосинтеза серотонина в препубертатный период развития на содержание норадреналина у половозрелых крыс // Известия СО АН СССР, серия биол наук. -1988. -N6, вып.1. - С.124-127.

15. Шишкина Г.Т. Роль норадреналина головного мозга в регуляции эндокринной функции половых желез самцов серых крыс, селектируемых по поведению // Журн. эвол. биох. физиол. - 1988. -Т.24, N2. - С.184-187.

16. Шишкина Г.Т., Бородин П.М. Влияние селекции по поведению на сезонные колебания содержания половых гормонов в крови серых крыс // Известия СО АН СССР, серия биол наук. - 1989. - вып.1. - С. 9396.

17. Шишкина Г.Т., Быкова Т.С. Постнатальное развитие половой системы самцов крыс после пренатального введения кортикостерона // Онтогенез. -1989. - Т.20, N4. - С.431-434.

18. Naumenko E.V., Popova N.K., Nikulina Е.М., Dygalo N.N., Shishkina G.T., Borodin P.M., Markel A.L. Behavior, adrenocortical activity, and brain monoamines in Norway rats selected for reduced aggressiveness towards man // Pharmacology, Biochemistry and Behavior. -1989. - Vol.33. -P.85-91.

19. Шишкина Г.Т. Половая система плодов и взрослых самцов крыс двух линий после пренатального воздействия глюкокортикоидами И Онтогенез. -1990. - Т.21, N1. - С.76-80,

20. Шишкина Г.Т., Дыгало Н.Н., Юдин Н.С., Бородин П.М., Науменко Е.В. Пренатальная генотип-зависимая модификация глюкокортикоидами морфометрических характеристик половой системы мышей и крыс // Журн. общей биологии. - 1990. - Т.51, N3. -С.412-418.

21. Шишкина Г.Т., Бородин П.М., Науменко Е.В. Содержание норадреналина и количество альфа2-адренорецепторов в мозге серых крыс, селектируемых на отсутствие агрессивного поведения по отношению к человеку//Журн. высш. нервн. деят. -1990. -Т.40, вып.2. - С.226-330.

22. Шишкина Г.Т. Пренатальное генотип-зависимое действие глюкокортикоидов на половое развитие самцов // Онтогенетические и генетико-эволюционные аспекты нейроэндокринной регуляции стресса. - Новосибирск: Наука, 1990. - С.96-106.

23. Шишкина Г.Т., Маркель А.Л., Науменко Е.В. Адренорецепторы мозга у крыс с наследственной обусловленной эмоциональным стрессом артериальной гипертензией // Генетика.-1991,- Т.27, N2.- С.279-284.

24. Дыгало Н.Н., Милова А.А., Шишкина Г.Т. Онтогенез альфа2- и бета-адренорецепторов мозга после воздействия кортикостероном в

период внутриутробного развития // Онтогенез. - 1991. - Т.22, N4. -С.606-611.

25. Naumenko E.V., Maslova L.N., Shishkina G.T., Markel A.L. Permanent restoration of the pituitary-adrenocortical function in rats with inherited stress-induced arterial hypertension (ISIAH rats) // Stress: Neuroendocrine and Molecular Approaches (Eds.: R.Kvetnansky, R.McCarty, J.Axelrod). - New York: Gordon and Breach Science, 1992. - P.429-437.

26. Маркель А.Л., Шишкина Г.Т. Генетическая корреляция артериального давления при эмоциональном стрессе с концентрацией альфа1-адренорецепторов в отделах мозга // Генетика. - 1992. -Т.28, N11. - С.130-133.

27. Shishkina G.T., Borodin P.M., Naumenko E.V. Sexual maturation and seasonal changes in plasma levels of sex steroids and fecundity of wild Norway rats selected for reduced aggressiveness towards man // Physiology and Behavior - 1993. - Vol. 53. - P.389-394.

28. Дыгало H.H., Шишкина Г.Т., Милова A.A. Бета-адренорецепторы коры головного мозга крысят после воздействий, изменяющих уровень норадреналина // Онтогенез. - 1993. - т.24, N3. -С.93-97.

29. Шишкина Г.Т., Науменко Е.В. Коррелятивные отношения между специфическим связыванием меченых адренолигандов в мозге и тестостероном плазмы у мышей II Пробл. эндокринол. - 1993. - Т.39, N4. - С.50-52.

30. Shishkina G.T., Dygalo N.N. Effect of glucocorticoids injected into pregnant female mice and rats on weight of male sexual glands in adult offspring and testosterone level in fetus is genotype-dependent // Experientia. - 1994. - Vol.50. - P.721-724.

31. Дыгало H.H., Шишкина Г.Т., Сурнина Н.Ю., Юшкова A.A. Различие эффектов глюкокортикоидов на плотность бета-адренорецепторов в легких и коре головного мозга // Бюлл. эксп. биол. мед. -1995. - Т.120, N3. - С.328-330.

32. Shishkina G.T., Naumenko E.V. Correlations between the hypothalamic density of 3H-clonidine-binding sites and plasma testosterone levels in mice // Neuroendocrinology. -1995. - Vol.61. - P.663-668.

33. Дыгало H.H., Шишкина Г.Т., Кадач Е.Б., Сахаров Д.Г. Некоторые эффекты ионизирующей радиации на крыс-потомков последующих необлученных поколений // Вестник научной программы "Семипалатинский полигон - Алтай". - 1995. - N2. - С.97-101.

34. Шишкина Г.Т., Маркель А.Л., Науменко Е.В. Возрастные изменения альфа1-адренорецепторов в отделах мозга гипертензивных крыс линии НИСАГ: их возможная роль в развитии артериальной гипертензии // Бюлл. эксп. биол. мед. - 1995. - Т.120, N7. - С.78-80.

35. Дыгало Н.Н., Калинина Т.С., Шишкина Г.Т. Влияние возраста, пола и пренатального воздействия глкжокортикоидами на уровень

кортикостерона в крови крыс// Физиол. журн. им. И.М.Семенова. - 1995. -Т.81, N10. - С.83-88.

36. Дыгало Н.Н., Шишкина Г.Т. Генетическая и онтогенетическая изменчивость норадренергической регуляции адренокортикальной функции // Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. - 1996. - Т.82, N4. - С.15-20.

37. Маслова J1.H., Шишкина Г.Т., Булыгина В.В., Маркель А.Л., Науменко Е.В. Катехоламинергическая система мозга при длительной коррекции наследственной артериальной гипертензии И Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. -1996. - Т.82, N1. - С.90-95.

38. Маслова Л.Н., Шишкина Г.Т., Булыгина В.В., Маркель А.Л., Науменко Е.В. Катехоламины мозга и гипотапгмо-гипофизарно-адрено-кортикальная система при наследственной артериальной гипертензии //Физиол. журн. им. И.М.Сеченова. -1996. - Т.82, N4. - С.30-38.

39. Shishkina G.T., Dygalo N.N. Responses of the gonadal system to emotional stress and norepinephrine: effects of genotype and prenatal glucocorticoid treatment II Stress: Molecular Genetic and Neurobiological Advances (Eds.: R.McCarty, G.Aguilera, E.Sabban, R.Kvetnansky). - New York: Gordon and Breach, 1996. - P.561-568.

40. Дыгало H.H., Сахаров Д.Г., Шишкина Г.Т. Кортикостерон и тестостерон в крови взрослых крыс: эффекты низких доз и срока действия ионизирующей радиации в период внутриутробного развития // Радиационная биология. Радиоэкология. - 1997. - Т.37, вып.З. - С.377-381.

41. Сурнина Н.Ю., Шишкина Г.Т., Дыгало Н.Н. Влияние тестостерона на альфа2- и бета-адренорецепторы головного мозга крыс// Нейрохимия. - 1997. -Т.14 , N3. - С.279-284.

42. Шишхина Г.Т., Сурнина Н.Ю., Дыгало Н.Н. Половое поведение и альфа2-адренорецепторы в неокортексе самцов крыс поело кастрации и введения тестостерона //Журн. высш. нервн. деят. -1997. -Т.47, вып.З. - С.592-596.

43. Шишкина Г.Т., Дыгало Н.Н. Молекулярная физиология адренергмческих рецепторов //Успехи физиол. наук. - 1997. - Т.28, N1. -С.61-74.