ГЕНОМИКА И ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ФЕНОТИПИРОВАНИЕ
В Институте цитологии и генетики СО РАН путем селекции на усиление реакции пассивно-оборонительного застывания в ответ на стрессорный стимул создана линия крыс ГК (от слов «генетическая» и «кататония»). Ранее было показано, что крысы линии ГК имеют ряд биохимических и поведенческих особенностей, гомологичных соответствующим характеристикам у больных шизофренией и депрессией. Реакцию престимульного торможения (PPI) рассматривают в качестве показателя, снижение которого может свидетельствовать о наличии психопатологии, в частности шизофрении. Исследования показывают, что норадренергическая система мозга влияет на проявление PPI через активацию центральных альфа-адренорецепторов. Известна также связь PPI с экспрессией катехол-О-метилтрансферазы. Целью работы было исследование реакции престимульного торможения у крыс инбредной линии ГК как гипотетической модели шизофренной патологии и изучение связи реакции престимульного торможения у крыс ГК с экспрессией мРНК генов тирозингидроксилазы, катехол-О-метилтрансферазы, альфа1А- и альфа2А-адренорецепторов в среднем мозге. Впервые выявлено снижение реакции престимульного торможения у крыс линии ГК по сравнению с крысами линии WAG при силе престимула как 75, так и 85 дБ, что может указывать на нарушение процесса фильтрации сенсомоторной информации в ЦНС у крыс линии ГК. Методом ПЦР в реальном времени показано снижение уровня экспрессии мРНК гена Adra1A у интактных крыс с ГК по сравнению с контрольными крысами линии WAG. Корреляционных взаимосвязей между экспрессией мРНК генов Adra1A, Adra2A, Th, Comt в среднем мозге и реакцией престимульного торможения у крыс линии ГК не обнаружено. Сниженная реакция престимульного торможения у крыс линии ГК свидетельствует в пользу функционального сходства линии как предполагаемой генетической модели шизофренной психопатологии с прототипом.
ТЕСТ-СИСТЕМЫ И БИОИСПЫТАНИЯ
Любая долгоживущая система должна быть стабильной, т. е. обладать повышенной устойчивостью как к внешним воздействиям, так и к внутренним сбоям. Робастность биологических систем может быть определена как реципрокная величина к фенотипической изменчивости или, для положительно распределенных признаков, к коэффициенту вариации (C.V.). Рассматривая продолжительность жизни как интегральный фенотип всех функций организма, мы показали, что фенотипическая робастность организма положительно коррелирует с ожидаемой продолжительностью жизни. Мы определили параметры продолжительности жизни для ряда инбредных линий Drosophila melanogaster, выращенных при 29 ºС, из коллекции Drosophila Genetic Reference Panel (DGRP). Фенотипическая робастность продолжительности жизни (C.V.–1) для этих линий коррелировала положительно с ожидаемой продолжительностью жизни. Соотношение между робастностью и ожидаемой продолжительностью жизни сохраняется и для DGRP линий, выра щенных при 25 ºС. Помимо этого, в соответствии с ранее опубли кованными результатами, с изменением (уменьшением или увели чением) температуры кривые дожития масштабируются (растягиваются или сжимаются соответственно) по временной шкале. Иными словами, с увеличением температуры падает как средняя продолжительность жизни, так и стандартное отклонение от средней продолжительности жизни, в то время как коэффициенты вариации сохраняются в том же диапазоне. Исходя из этого, мы заключили, что коэффициенты вариации коррелируют со средней продолжительностью жизни и отражают фенотипическую робастность продолжительности жизни даже при ускоренном старении, вызванном температурой.
Нейроэндокринная стресс-реакция является эффективным способом защиты организмов от неблагоприятных воздействий различной природы. Эта реакция универсальна и возникает в ответ на стимулы, непривычные для жизни и обитания не только данного вида организмов, но и отдельной популяции. В обзоре рассматривается последовательная смена теоретических концепций, подходов и методов исследования в этой научной области: от становления концепции стресса Г. Селье до наших дней. В 1982 г. Г. Селье определил стресс как совокупность стереотипных филогенетических запрограммированных реакций организма, которые вызыва ются любыми сильными, сверхсильными, экстремальными воздей ствиями и сопровождаются перестройкой адаптивных сил орга низ ма. Агент, вызывающий стресс, был назван стрессором. В динамике комплекса неспецифических защитно-приспособительных реакций в ответ на стрессовое воздействие, направленных на создание устойчивости (резистентности) организма к любо му фактору, закономерно прослеживаются три стадии («триада Селье»): 1) реакция тревоги, 2) стадия резистентности, 3) стадия истощения. Длительность и выраженность каждой из них могут варьировать в зависимости от природы и силы стрессорного агента, вида животного и физиологического состояния организма. Отсутствие гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы у насекомых считалось доказательством невозможности развития у них стресс-реакции по типу теплокровных животных. Тем не менее с начала 1980-х годов получено достаточно доказательств развития реакции стресса у насекомых, что подчеркивает консервативность стресс-реакции у млекопитающих и насекомых. Cходство в нейрохимических и физиологических изменениях у беспозвоночных и позвоночных в ответ на стрессорное воздействие свидетельствует о том, что реакция на стрессор – это совокупность древних, сохраненных в эволюции механизмов. Насекомые предоставляют уникальные возможности для экспериментов, которые могут помочь понять основные механизмы стрессовых реакций. У личинок насекомых механизм стресс-реакции изучен детально. В этом веке основные усилия исследователей направлены на изучение механизмов стресс-реакции у имаго насекомых и генетического контроля отдельных ее звеньев. Изучение стресс- реакции у насекомых важно и в теоретическом плане – оно демонстрирует конвергентность путей эволюции адаптивных преобразований у таких далеко отстоящих друг от друга таксонов, как насекомые и млекопитающие, и в практическом – закономерности механизма этой реакции можно использовать при моделировании наследственных или приобретенных заболеваний человека, разработке методов разведения хозяйственно ценных насекомых и способов борьбы с насекомыми-вредителями.
Известно, что наноразмерные твердые аэрозоли способны поступать из носовой полости в мозг в обход гематоэнцефалического барьера. Необходимость исследования факторов, влияющих на назальный транспорт наночастиц, обусловлена тем, что таким образом в мозг могут проникать как ксенобиотики, так и терапевтические препараты. Показано, что биодоступность твердых частиц определяет их размер и поверхностный заряд. Вместе с тем влияние структуры кристаллической решетки практически не исследовано. В данной работе, выполненной на половозрелых самцах мышей C57BL/6J, проанализирована эффективность поступления в ольфакторный эпителий (ОЭ) и обонятельные луковицы (ОЛ) интраназально апплицированных наночастиц оксидов марганца с аморфной и кристаллической структурой. Для оценки накопления магнито-контрастных наночастиц марганца в ОЛ и ОЭ использовали Т1-взвешенную магнитно-резонансную томографию. Установлено, что аморфные частицы накапливаются в ОЭ и ОЛ в большей степени, чем кристаллические. Одной из причин различного поступления в головной мозг интраназально введенных нанообъектов может быть неодинаковая способность аморфных и кристалических частиц преодолевать мукозальный слой, покрывающий ОЭ. Действительно, введение муколитика (дитиотреитол) за 20 мин до аппликации не увеличивало накопление в ОЭ и ОЛ аморфных частиц, но повышало эффективность поступления кристаллических наночастиц. Сведения о различном поступлении аморфных и кристаллических наночастиц из носовой полости в мозг, а также обоснование ключевой роли мукозального слоя в дифференцировании проникающей способности этих частиц будут полезны и при разработке подходов к оценке токсикологической опасности воздушной среды, и для оптимизации методов ингаляционной терапии.