CC BY
57
УДК 574.2+615.284
Т.Б. Калинникова, А.Ф. Яхина, А.В. Егорова, М.Х. Гайнутдинов
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, tbkalinnikova@gmail. com
ХОЛИНЕРГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КАК МИШЕНЬ ДЕЙСТВИЯ
НЕМАТОЦИДОВ
В обзоре представлены результаты современных исследований механизмов действия немато-цидов, мишенью действия которых является холинергическая система паразитических нематод. Многие из этих исследований проводились с использованием в качестве модели организма сво-бодноживущей почвенной нематоды Caenorhabditis elegans, обладающего большим сходством с организмами паразитических нематод. Анализ результатов этих исследований показал, что в ходе эволюции появились различия в молекулярной организации никотиновых рецепторов аце-тилхолина у организмов теплокровных животных и нематод. Эти различия позволяют использовать в качестве нематоцидов в медицине и ветеринарии агонисты никотиновых рецепторов, которые нарушают функции холинергической системы у нематод, но не у человека и теплокровных животных. Приведены результаты экспериментальных исследований, свидетельствующих о том, что чувствительность никотиновых рецепторов ацетилхолина нематод, определяющая эффективность действия нематоцидов-агонистов этих рецепторов, не жестко детерминирована, а модулируется октопамином, являющимся у нематод основным катехоламином, и активацией мускариновых рецепторов ацетилхолина. Результаты этих исследований позволяют предложить использование в медицине и ветеринарии в качестве нематоцидов композиций из агонистов никотиновых и мускариновых рецепторов ацетилхолина.
Ключевые слова: нематоциды; холинергическая система; никотиновые рецепторы ацетилхо-лина.
Введение
В связи с широким распространением паразитических нематод в организмах людей, домашних и сельскохозяйственных животных эти черви являются объектами многочисленных исследований в биологии, медицине и ветеринарии.
У человека зарегистрировано более 300 видов гельминтов, относящихся к разным систематическим группам, у сельскохозяйственных, промысловых и диких животных - более 2000 видов, гельминтозы распространены у мелких домашних животных и рыб. Большой вред приносят нематоды растениеводству и лесному хозяйству. В настоящее время ежегодные потери урожая по вине только корневых нематод оцениваются в 100 млрд. долларов США. В тепличных хозяйствах потери урожая по вине нематод могут достигать 50%. С нематодами в теплицах борются, периодически прокаливая грунт либо полностью его заменяя. В лесном хозяйстве большое значение придается сосновой стволовой нематоде. По данным Всероссийского центра карантина растений в случае распространения сосновой стволовой нематоды в лесах страны ущерб для лесного хозяйства и экспорта леса составляет ежегодно порядка 85 млрд. рублей.
Гельминтозы животных широко распространены в различных странах мира и наносят боль-
шой экономический ущерб за счёт снижения продуктивности и гибели животных. Гельминты могут паразитировать в большинстве органов и тканей организма, вызывая различные по степени тяжести и исходу болезни. Борьба с гельмин-тозами животных складывается из общих мероприятий (улучшение кормления и содержания животных, выделение изолированных пастбищ для молодняка, биотермическое обезвреживание навоза, окультуривание пастбищ) и ветеринарных гельминтологических мероприятий (профилактические и лечебные дегельминтизации животных, дегельминтизация внешней среды и др.).
У человека, как уже отмечалось, встречается более трехсот видов гельминтов. По данным Всемирной организации здравоохранения, более двух миллиардов жителей Земли больны различными гельминтозами. ВОЗ относит гельминтозы к наиболее распространенным инфекционным заболеваниям. В основном от гельминтов страдают жители тропических стран (A global brief..., 2014).
Холинергические системы нематод и человека
Мишенью токсического действия многих нематоцидов, используемых в медицине и ветеринарии (Dent et al., 2001; Holden-Dye, Walker,
2014; Sleigh, 2010), является холинергическая система. К этим нематоцидам относятся производные имидазотиазола и тетрагидропиримиди-на (тетрамизол, левамизол, пирантел, морантел, оксантел), спироиндолы (парахерквамид и дерк-вантел), аминофениламидины (амидантел и три-бендимидин) и производные амино-ацетонитрила (монепантел).
Два основных требования, предъявляемых к химическим соединениям, используемым в качестве нематоцидов, заключаются в следующем. Во-первых, эти химические вещества должны быть максимально токсичными для паразитических нематод, обитающих в организмах человека и сельскохозяйственных животных. Во-вторых, нематоциды, при наличии большой эффективности в борьбе с паразитическими нематодами, не должны оказывать токсическое действие на организмы человека и сельскохозяйственных животных. Как следствие, нематоциды, мишенью действия которых является холинерги-ческая система, должны эффективно нарушать функции холинергической паразитических нематод и не оказывать влияния на функции холинер-гической системы человека и сельскохозяйственных животных.
Научной основой использования нематоцидов, действующих на холинергическую систему паразитических нематод, являются различия молекулярных механизмов функций холинергической системы у организмов нематод и человека, которые появились в ходе эволюции. Проблема заключается в том, что клеточные механизмы и многие молекулярные механизмы функций нервной системы высококонсервативны в эволюции. Этим объясняется широкое использование в современной науке организмов грызунов как модельных для изучения механизмов функций холинерги-ческой системе в норме и при патологии и, соответственно, использование организма свобод-ноживущей почвенной нематоды Caenorhabditis elegans для изучения механизмов действия нема-тоцидов на холинергическую систему паразитических нематод.
Многие факты говорят о том, что C. elegans отличается от паразитических нематод не более чем разные виды паразитических нематод отличаются друг от друга. В то же время существуют различия молекулярных механизмов функций холинергических систем позвоночных и нематод, которые позволяют поиск и использование нема-тоцидов, нарушающих функции холинергической системы в организмах нематод, но не в организме человека и позвоночных животных. Как в организмах человека, так и в простых организмах не-
матод холинергическая система необходима для регуляции всех без исключения основных функций многоклеточного организма (Albuquerque et al., 2009; Changeux, Edelstein, 1998; Jospin et al., 2009; Kim et al., 2001; Liu et al., 2007; Stawicki et al., 2013).
Организация основных элементов холинерги-ческой системы появилась на ранней стадии эволюции Metazoa у таких простых организмов как плоские и круглые черви и не претерпела изменений в организме человека, хотя в нервной системе человека миллиарды холинергических нейронов, а в нервной системе C. elegans их меньше 200.
Основной сигнальной молекулой в холинер-гических системах человека и нематод является ацетилхолин, используемый в трех типах холи-нергических синапсов:
1. синапсы между нейронами (пресинапти-ческий холинергический нейрон и постсинапти-ческий нейрон);
2. синапсы между моторными холинергиче-скими нейронами и локомоторными мышцами, в которых ацетилхолин, секретируемый моторным нейроном, вызывает быстрое (5 миллисекунд) сокращение мышцы;
3. синапсы между холинергическими нейронами и гладкими мышцами или эндокринными железами, в которых секреция ацетилхолина вызывает относительно медленные и длительные изменения функций клеток-мишеней.
Как в организме человека, так и в организмах нематод действие ацетилхолина на клетки-мишени (нейроны и клетки тела) осуществляется его связыванием с последующей активацией двух основных типов рецепторов. Это никотиновые рецепторы ацетилхолина в нейронах и локомоторных мышцах, активация которых вызывает быстрое возбуждение, и мускариновые рецепторы ацетилхолина в нейронах и клетках тела, активация которых индуцирует относительно медленные и длительные изменения функций (Changeux, Edelstein, 1998; Dittman, Kaplan, 2008; Fleming et al., 1997; Jospin et al., 2009; Kim et al., 2001; Liu et al., 2007; Satelle, 2009; Stawicki et al., 2013; Steger, Avery, 2004).
Никотиновые рецепторы ацетилхолина являются лигандзависимыми ионными каналами, формируемыми пятью полипептидными субъединицами (Chatzigeorgiou et al., 2010; Liu et al., 2012; Millar, Gotti, 2009), и никотин является одним из агонистов этих рецепторов. Мускариновые рецепторы ацетилхолина являются белками, сопряженными с G-белками. Активация этих рецепторов запускает несколько каскадов внутриклеточных посредников (цАМФ, Ca2+, инозитолтрифосфат).
4!
российский журннл им! экологии
Для использования нематоцидов и разработки их новых поколений основное значение имеют не мускариновые, а никотиновые рецепторы аце-тилхолина в организмах нематод. Никотиновые рецепторы ацетилхолина формируются пятью субъединицами, а генов этих субъединиц в организме человека не менее 17 (Millar, Gotti, 2009), в то время как в организме C. elegans обнаружено 29 таких генов (Chatzigeorgiou et al., 2010; Liu et al., 2012). Как следствие, потенциально в организме человека и C. elegans может существовать огромное количество вариантов никотиновых рецепторов ацетилхолина. В организме человека идентифицированы мышечные и несколько типов нейрональных никотиновых рецепторов ацетилхолина, но многие нейрональные остаются неизвестными. У C. elegans также остаются неидентифицированными многие нейрональные рецепторы ацетилхолина. В то же время известно, что идентифицированные нейрональные никотиновые рецепторы ацетилхолина у человека различаются между собой, как по ионным каналам, формируемым этими рецепторами, так и по чувствительности к агонистам и антагонистам.
Использование нематоцидов-агонистов никотиновых рецепторов ацетилхолина в медицине и ветеринарии возможно благодаря тому, что в ходе эволюции появились различия молекулярной организации никотиновых рецепторов в мышцах позвоночных и нематод. Благодаря этим различиям такие нематоциды, как левамизол, пирантел, морантел и др. (Chatzigeorgiou et al., 2010; Dent, 2001) высокотоксичны для паразитических нематод в кишечнике позвоночных, но не оказывают влияния на мышечные никотиновые рецепторы организма-хозяина.
Рассмотрим основные нематоциды, действующие на холинергическую систему.
Производные имидазотиазола и тетра-гидропиримидина эффективны против большинства нематод. Тетрамизол представляет собой рацемическую смесь двух изомеров, одним из которых является левамизол. Пирантел и морантел сходны по химической структуре между собой, но сильно отличаются от левамизола. Все эти вещества являются агонистами никотиновых рецепторов ацетилхолина (Dent, 2001; Holden-Dye, Walker, 2014; Sleigh, 2010). Связывание их с никотиновыми рецепторами приводит к деполяризации постсинаптической мембраны. Следствием этого является гиперсокращение мышц, паралич и гибель нематод (Dent, 2001; Sleigh, 2010). Электрофизиологическими исследованиями было показано, что морантел, пирантел и левами-зол имитируют действие ацетилхолина у A. suum
с убыванием активности в ряду: морантел = пирантел > левамизол > ацетилхолин (Holden-Dye, Walker, 2014). Использование препаратов этой группы для лечения гельминтозов животных возможно благодаря наличию нескольких субтипов никотиновых рецепторов. Рецепторы N-субтипа активируются преимущественно никотином, рецепторы B-субтипа активируются преимущественно бефениумом, а рецепторы L-субтипа обладают высоким сродством к левамизолу. В организмах нематод присутствуют в основном рецепторы L-субтипа, которых нет у теплокровных животных (Holden-Dye, Walker, 2014; Qian et al., 2006; Sleigh, 2010).
Все имидотиазолы и тетрагидропиримидины вызывают паралич и стимулируют откладку яиц не только у паразитических нематод, но и у C. elegans (Dent, 2001; Holden-Dye, Walker, 2014).
Спироиндолы. Механизм действия спироин-долов отличается от механизма действия других антигельминтных препаратов, влияющих на холинергическую трансмиссию, поскольку они являются конкурентными антагонистами холи-норецепторов, а не холиномиметиками (Hold-en-Dye, Walker, 2014). У A. suum парахерквамид является антагонистом никотиновых рецепторов L-субтипа, а дерквантел (2-дезоксипарахерква-мид) - антагонистом никотиновых рецепторов B-субтипа, чувствительных к бефениуму. Дерк-вантел вызывает паралич C. elegans и подавляет действие бефениума намного сильнее, чем действие пирантела и левамизола. Таким образом, в организме C. elegans дерквантел тоже является антагонистом никотиновых рецепторов B-субтипа. Генетические механизмы резистентности к спи-роиндолам пока неизвестны. Учитывая, что эти вещества являются ингибиторами никотиновых рецепторов стенки тела, можно предполагать, что любая мутация, увеличивающая секрецию аце-тилхолина, повысит устойчивость к спироиндо-лам (Holden-Dye, Walker, 2014).
Аминофениламидины. Антигельминтная активность аминофениламидинов была выявлена около 30 лет назад. К аминофениламидинам относятся амидантел и его производное трибенди-мидин. Препараты этой группы применяют против Ancylostoma caninum, Unicaria stencaphala, Necator americanus и др. Для выявления молекулярных мишеней действия трибендимидина были исследованы резистентные к нему мутантные особи C. elegans. Трибендимидин в концентрации 220 мкМ вызывал остановку развития личинок и паралич взрослых особей C. elegans. Оказалось, что устойчивые к трибендимидину мутанты были резистентны к левамизолу и пирантелу. Поэтому
был сделан вывод о том, что, мишенью действия трибендимидина являются никотиновых рецепторов L-субтипа. Позднее было показано, что гены устойчивости к левамизолу unc-3, lev-8, unc-50 и unc-22 определяют и резистентность к трибенди-мидину (Holden-Dye, Walker, 2014).
Производные амино-ацетонитрила: моне-пантел. Самую молодую группу антигельминт-ных препаратов составляют производные ами-но-ацетонитрила. Первоначально эти вещества использовались в качестве пестицидов, но затем была показана их антигельминтная активность в отношении нескольких видов нематод (Hold-en-Dye, Walker, 2014). После исследования анти-гельминтной эффективности нескольких производных амино-ацетонитрила и их переносимости сельскохозяйственными животными было выбрано одно вещество, получившее название моне-пантел. Монепантел показал высокую активность против нематод, устойчивых к левамизолу, ивер-мектину и альбендазолу (Kaminsky et al., 2008a; Kaminsky et al., 2008b). Генетический скрининг выявил у C. elegans два гена устойчивости к ами-но-ацетонитрилу, acr-17 и acr-23, относящихся к DEG-3 семейству субъединиц никотиновых рецепторов. Таким образом, было установлено, что амино-ацетонитрил является агонистом аце-тилхолина. Важно отметить, что семейство генов DEG-3 отсутствует у млекопитающих, что объясняет хорошую переносимость монепанте-ла сельскохозяйственными животными. Генетический анализ трех линий H. contortus, устойчивых к монепантелу, выявил у них мутации трех генов, кодирующих субъединицы н-холинорецеп-торов (Kaminsky et al., 2008b).
Сенситизация организма C. elegans к токсическому действию левамизола и никотина ок-топамином и агонистом мускариновых рецепторов ацетилхолина ареколином
Молекулярным механизмом токсического действия многих нематоцидов на холинерги-ческую систему паразитических нематод является гиперактивация никотиновых рецепторов в нейронах и мышцах, которая приводит к обратимым нарушениям поведения, «параличу» (полной потере двигательной активности, как спонтанной, так и индуцированной механическим стимулом) и гибели нематод (Dent, 2001; Sleigh, 2010). В то же время процессы синаптической передачи в организмах человека и животных не являются жестко детерминированными процессами и адаптивно изменяются модуляцией как на пресинаптическом уровне (скорость секреции
нейротрансмиттера), так и на постсинаптическом уровне (изменение чувствительности рецепторов в постсинаптических нейронах или мышцах к нейротрансмиттеру). Это позволяет предполагать, что и чувствительность никотиновых рецепторов ацетилхолина нематод не жестко детерминирована, а модулируется в зависимости от физиологического состояния организма нематоды. В этом случае и чувствительность организмов нематод к действию нематоцидов-агонистов никотиновых рецепторов, определяющая их эффективность, не жестко детерминирована, а изменяется в ходе адаптации организма к изменениям окружающей среды.
Катехоламины в качестве нейромедиаторов, нейромодуляторов и гормонов принимают участие в регуляции всех основных функций организмов человека и животных. Основными кате-холаминами, регулирующими поведение и физиологическое состояние организма, у человека и животных являются норадреналин и адреналин. В организмах беспозвоночных функции, сходные с функциями норадреналина, осуществляют ок-топамин (Noble et al., 2013; Roeder et al., 2003; Suo et al., 2009) и, в ряде случаев, тирамин (Alkema et al., 2005). Одна из основных функций биогенных аминов в нервной системе заключается в модуляции процессов синаптической нейротрансмиссии изменением скорости секреции нейротрансмит-тера пресинаптическими нейронами или изменением чувствительности постсинаптического нейрона к нейротрансмиттеру модуляцией чувствительности соответствующих рецепторов. В связи с ключевой ролью холинергической системы в регуляции центральных и периферических процессов в организмах человека и животных большое значение имеет вопрос об идентификации биогенных аминов, модулирующих синаптическую трансмиссию на пресинаптическом и постси-наптическом уровнях. Удобной моделью для решения этого вопроса является организм свобод-ноживущей почвенной нематоды Caenorhabditis elegans.
Одним из основных подходов к изучению функций биогенных аминов в организме C. elegans является изучение влияния экзогенного октопамина, серотонина и дофамина на поведение, размножение и физиологическое состояние этой нематоды (Hardaker et al., 2001; Horvitz et al., 1982; Nurrish et al., 1999). Этот подход был использован и нами для решения вопроса о возможной модуляции никотиновых рецепторов ок-топамином (Калинникова и др., 2016).
Как показано в таблице 1, введение в среду ок-топамина в концентрации 1-2 мМ вызывает силь-
42
российский журннл лриклнлной экологии
Таблица 1. Влияние октопамина на чувствительность поведения Caenorhabditis elegans к левамизолу
и никотину (Калинникова и др., 2016)
Доля червей с нарушениями моторной программы плавания, %
Условия эксперимента левамизол никотин
30 мкМ 60 мкМ 120 мкМ 0,6 мМ 1,2 мМ 2,4 мМ
без октопамина 0 36±2 67±3 0 17±2 41±3
1 мМ октопамина 15±1 53±3** 85±4** 7±1 31±2** 64±2***
2 мМ октопамина 41±2*** 78±5*** 100*** 21±1*** 52±3*** 81±4***
Примечание: достоверность разницы между контролем (среда без октопамина) и опытом (среда с 1 или 2 мМ октопамина): ** р < 0.01; *** р < 0.001.
ное увеличение чувствительности плавания C. elegans, индуцированного механическим стимулом, к действию левамизола. Эти же концентрации октопамина увеличивают чувствительность поведения C. elegans и к действию другого аго-ниста никотиновых рецепторов - никотина. При этом влияние октопамина на чувствительность C. elegans к никотину проявляется слабее, чем к действию левамизола (табл. 1). Концентрации октопамина, вызывающие увеличение чувствительности поведения C. elegans к левамизолу и никотину, соответствуют его концентрациям, эффективным для изменения пищевого поведения и размножения C. elegans (Ногу^ et а1., 1982). Высокие концентрации не только октопамина, но и других биогенных аминов (серотонина и дофамина), эффективные для изменения поведения и физиологического состояния C. elegans, объясняются такой известной особенностью нематод, как чрезвычайно низкая проницаемость кутикулы для органических веществ и низкая скорость обмена между окружающей средой и кишечником. Из-за этой особенности концентрации лекарств и токсикантов, изменяющие поведение и выживаемость в экспериментах с C. elegans, на 3-4 порядка выше, чем в экспериментах с кольчатыми червями и высшими беспозвоночными et а1., 2005; Ногуйг а; а1., 1982; Шг^ et а1., 1999).
Результаты наших экспериментов свидетельствуют о том, что октопамин сенситизирует никотиновые рецепторы C. elegans к действию их агонистов. Как следствие, октопамин увеличивает токсичность левамизола и никотина для организма C. elegans.
В связи с наличием у нематод модуляции чувствительности никотиновых рецепторов ок-топамином существует вероятность того, что эта модуляция осуществляется и другими нейромо-дуляторами. Одним из этих модуляторов может быть сам ацетилхолин.
У C. elegans, так же, как у млекопитающих, действие ацетилхолина на клетки-мишени (нейроны, клетки локомоторных мышц и другие соматические клетки) осуществляется его связыванием с ионотропными никотиновыми рецепторами и метаботропными мускариновыми рецепторами (Chan et al., 2012; Gottschalk et al., 2005; Jospin et al., 2009; Kim et al., 2008; Steger, Avery, 2004). В ряде случаев в нейронах C.elegans происходит коэкспрессия генов как н-холинорецепторов, так и м-холинорецепторов (Chan et al., 2012; Jospin et al., 2009; Steger, Avery, 2004). Это позволило предположить, что связывание ацетилхолина мускариновыми рецепторами может модулировать его возбуждающее действие изменением чувствительности никотиновых рецепторов к ацетилхолину. Проверка этой гипотезы была осуществлена в одной из наших предыдущих работ (Гайнутдинов и др., 2015).
Для проверки предположения о том, что активация мускариновых рецепторов модулирует процессы возбуждения, индуцированные активацией н-холинорецепторов, нами были проведены эксперименты, в которых изучалась зависимость чувствительности плавания, индуцированного механическим стимулом (встряхиванием пробирки с червем), к левамизолу и никотину от действия агониста мускариновых рецепторов
Таблица 2. Влияние ареколина и атропина на чувствительность поведения нематод линий N2 и ЗВ217 gar-3(vu78) к левамизолу (Гайнутдинов и др., 2015)
Доля нематод с нарушенным поведением, %
Условия эксперимента Левамизол 30 мкМ Левамизол 30 мкМ + ареколин 7 мМ Левамизол 30 мкМ + ареколин 7 мМ + атропин 2 мМ
Линия N2 14.6±0.7 82.6±1.0*** 18.0±0>"
Линия JD217 gar-3(vu78) 14.0±0.6 33.3±0.9* -
Примечание: *** - достоверность разницы между контролем (среда без ареколина) и опытом (среда с ареколином); ••• - достоверность влияния атропина на чувствительность к ареколину. ***, ••• - р < 0.001 * - р < 0.05
C.elegans ареколина (Chan et al., 2012; Gottschalk et al., 2005) и их антагониста атропина.
Введение в среду ареколина в концентрациях, которые не оказывали влияния на поведение C.elegans в отсутствии агонистов никотиновых рецепторов, вызывает увеличение чувствительности плавания, индуцированного механическим стимулом, к действию левамизола и никотина (Гайнутдинов и др., 2015). Действие ареколина на чувствительность поведения C.elegans к левами-золу ингибируется введением в среду атропина (табл. 2).
Результаты этой работы свидетельствуют о том, что активация мускариновых рецепторов у C.elegans вызывает сенситизацию н-холиноре-цепторов к действию их агонистов.
В организме C.elegans экспрессируются гены трех подтипов мускариновых рецепторов, соответственно GAR-1, GAR-2 и GAR-3 (Gottschalk et al., 2005; Kim et al., 2008). В то же время, только мускариновый рецептор GAR-3 обладает значительной чувствительностью к ареколину и атропину при том, что эта чувствительность полностью отсутствует у мускаринового рецептора GAR-1 и слабо выявляется у мускаринового рецептора GAR-2 (Kim et al., 2008; Steger, Avery, 2004). Поэтому наиболее вероятным механизмом сенситизации никотиновых рецепторов ареколи-ном является активация мускаринового рецептора GAR-3. В соответствии с этим выводом находятся результаты экспериментов с нематодами линии дикого типа N2 и линии с нуль-мутацией гена мускаринового рецептора GAR-3, которые показа-
ли, что эта мутация вызывает снижение чувствительности к действию ареколина в условиях нарушения поведения C.elegans левамизолом (табл. 2). Ацетилхолин является возбуждающим ней-ротрансмиттером при его связывании с ионотроп-ными никотиновыми рецепторами (Gottschalk et al., 2005; Jospin et al., 2009) и нейромодулятором при связывании с мускариновыми рецепторами, сопряженными с G-белками (Chan et al., 2012; Kim et al., 2008; Steger, Avery, 2004). Результаты работы и экспрессия генов как никотиновых, так и мускариновых рецепторов во многих нейронах и мышцах C.elegans (Chan et al., 2012; Jospin et al., 2009; Steger, Avery, 2004) свидетельствуют о том, что регуляция функций холинергических синапсов C.elegans осуществляется модуляцией ацетилхолином его возбуждающего действия, которая заключается в сенситизации никотиновых рецепторов активацией мускариновых рецепторов. В ходе эволюции появились сильные различия структуры и, как следствие, фармакологической чувствительности никотиновых рецепторов позвоночных и нематод (Gottschalk et al., 2005; Jospin et al., 2009), позволяющие использование агонистов никотиновых рецепторов (левамизол и др.) как нетоксичных для организма человека антигельминтных средств в медицине. Модуляция чувствительности никотиновых рецепторов активацией мускариновых рецепторов (Гайнут-динов и др., 2015) неизвестна у позвоночных, и, поэтому, может быть специфичной для нематод регуляцией функций холинергических синапсов, появившейся в ходе эволюции.
44
российский журнал прим экологии
Список литературы
1. Гайнутдинов М.Х., Белова Е.Б., Калинникова Т.Б., Колсанова Р.Р., Шагидуллин Р.Р. Сенситизация никотиновых рецепторов ацетилхолина почвенной нематоды Caenorhab-ditis elegans активацией мускариновых рецепторов ареколи-ном // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2015. Т. 51, № 4. С. 305-307.
2. Калинникова Т.Б., Белова Е.Б., Яхина А.Ф., Колсано-ва Р.Р., Гайнутдинов М.Х. Сенситизация никотиновых рецепторов ацетилхолина почвенной нематоды Caenorhabditis elegans октопамином // Естественные и математические науки в современном мире / Сборник статей по материалам XLI международной научно-практической конференции. Новосибирск, 2016. С. 72-79.
3. A global brief on vector-borne diseases // World Health organization. 2014. 56 p.
4. Albuquerque E.X., Pereira E.F., Alkondon M., Rogers S.W. Mammalian nicotinic acetylcholine receptors: from structure to function // Physiol. Rev. 2009. V. 89. P. 73-120.
5. Alkema M.J., Hunter-Ensor M., Ringstad N., Horvitz H.R. Tyramine functions independently of octopamine in the Caenorhabditis elegans nervous system // Neuron. 2005. V. 46. P. 247-260.
6. Chan J.P., Hu Zh., Sierburth D. Recruitment of sphingosine kinase to presynaptic terminals by a conserved muscarinic signaling pathway promotes neurotransmitter release // Genes & Development. 2012. V. 26. P. 1070-1085.
7. Changeux J.P., Edelstein S.J. Allosteric receptors after 30 years // Neuron. 1998. V. 21. P. 959-980.
8. Chatzigeorgiou M., Yoo S., Watson J.D., Lee W.-H., Spencer W.C.., Kindt K.S., Hwang S.W., Miller D.M., Treinin M., Driscoll M., Schafer W.R. Specific roles for DEG/ENaC and TRP channels in touch and thermosensation in C.elegans nociceptors // Nat. Neurosci. 2010. V. 13. P. 861-868.
9. Dent J.A. What can Caenorhabditis elegans tell us about nematocides and parasites? // Biotechnol. Bioprocess Eng. 2001. V. 6. P. 252-263.
10. Dittman J.S., Kaplan J.M. Behavioral impact of neurotransmitter-activated GPCRs: muscarinic and GABAb receptors regulate C. elegans locomotion // J. Neurosci. 2008. V. 28. P. 7104-7112.
11. Fleming J.T., Squire M.D., Barnes T.M., Tornoe C., Matsuda K., Ahnn J., Fire A., Sulston J.E., Barnard E.A., Sattelle D.B., Lewis J.A. Caenorhabditis elegans levamisole resistance genes lev-1, unc-29 and unc-38 encode functional nicotinic acetylcholine receptor subunits // J. Neurosci. 1997. V. 17. P. 5843-5857.
12. Gottschalk A., Almedom R.B., Schedletzky T., Anderson S.D., Yates J.R. III, Schafer W.R. Identification and characterization of novel nicotinic receptor associated proteins in Caenorhabditis elegans // The EMBO J. 2005. V. 24. P. 2566-2578.
13. Hardaker L.A., Singer E., Kerr R., Zhou G., Schafer W. Serotonin modulates locomotory behavior and coordinates egg-laying and movement in Caenorhabditis elegans // J. Neuro-biol. 2001. V. 49. P. 303-313.
14. Holden-Dye L., Walker R.J. Anthelmintic drugs and ne-maticides: studies in Caenorhabditis elegans // Wormbook, ed. The C. elegans Research Community. 2014. Режим доступа: http://www.wormbook.org, свободный.
15. Horvitz H.R., Chalfie M., Trent C., Sulston J.E., Evans P.D. Serotonin and octopamine in the nematode Caenorhabditis elegans // Science. 1982. V. 216. P. 1012-1014.
16. Jospin M., Qi Y.B., Stawicki .M., Boulin T., Schuske K.R., Horvitz H.R., Bessereau J.-L., Jorgensen E.M., Jin Y. A
neuronal acetylcholine receptor regulates the balance of muscle excitation and inhibition in Caenorhabditis elegans // PLoS Biology. 2009. V. 7. e1000265.
17. Kaminsky R., Gauvry N., Weber S.S., Skripsky T., Bouvier J., Wenger A., Schroeder F., Desaules Y., Hotz R., Goebel T., Hosking B.C., Pautrat F., Wieland-Berghausen S., Ducray P. Identification of the amino-acetonitrile derivative monepantel (AAD 1566) as a new anthelmintic drug development candidate // Parasitol. Res. 2008a. V. 103. P. 931-939.
18. Kaminsky R., Ducray P., Jung M., Clover R., Rufener L., Bouvier J., S.S. Weber, Wenger A., Wieland-Berghausen S., Goebel T., Gauvry N., Pautrat F., Skripsky T., Froelich O., Komoin-Oka C., Westlund B., Sluder A., Mäser P. A new class of anthelmintics effective against drug-resistant nematodes // Nature. 2008b. V. 452. P. 176-180.
19. Kim J., Poole D.S., Waggoner L.E., Kempf A., Ramirez D.S., Treschow P.A., Schafer W.R. Genes affecting the activity of nicotinic receptors involved in Caenorhabditis elegans egg-laying behavior // Genetics. 2001. V. 157. P. 1599-1610.
20. Kim S., Shin Y., Shin Y., Park Y-S., Cho N.J. Regulation of ERK1/2 by the C.elegans muscarinic acetylcholine receptors GAR-3 in Chinese hamster ovary cells // Molecules and Cells. 2008. V. 25. P. 504-509.
21. Liu Y., LeBoeuf B., Garcia L.R. Gaq-coupled muscarinic acetylcholine receptors enhance nicotinic acetylcholine receptor signaling in Caenorhabditis elegans mating behavior // J. Neurosci. 2007. V. 27. P. 1411-1421.
22. Liu S., Schulze E., Baumeister R. Temperature- and touch-sensitive neurons couple CNG and TRPV channel activities to control heat avoidance in Caenorhabditis elegans // PLoS ONE.
2012. V. 7. P. e32360.
23. Millar N.S., Gotti C. Diversity of vertebrate nicotinic acetylcholine receptors // Neuropharmacol. 2009. V. 56. P. 237246.
24. Noble T., Stieglitz J., Srinivasan S. An integrated serotonin and octopamine neuronal circuit directs the release of an endocrine signal to control C. elegans body fat // Cell Metabolism. 2013. V. 18. P. 672-684.
25. Nurrish S., Segalat L., Kaplan J.M. Serotonin inhibition of synaptic transmission: Ga0 decreases the abundance of UNC-13 at release sites // Neuron. 1999. V. 24. P. 231-242.
26. Qian H., Martin R.J., Robertson A.P. Pharmacology of N-, L-, and B-subtypes of nematode nAChR resolved at the single-channel level in Ascaris suum // FASEB J. 2006. V. 20. P. 2606-2608.
27. Roeder T., Seifert M., Kahler C., Gewecke M. Tyramine and octopamine: antagonistic modulators of behavior and metabolism // Arch. Insect Biochem. Physiol. 2003. V. 54. P. 1-13.
28. Satelle D.B. Invertebrate nicotinic acetylcholine receptors - targets for chemicals and drugs important in agriculture, veterinary medicine and human health // J. Pestic. Sci. 2009. V. 34. P. 233-240.
29. Sleigh J.N. Functional analysis of nematode nicotinic receptors // Biosci. Horizons. 2010. V. 3. P. 29-39.
30. Stawicki T.M., Takayanagi-Kiya S., Zhou K., Jin Y. Neuropeptides function in a homeostatic manner to modulate excitation-inhibition balance in C. elegans // PLoS Genetics.
2013. V. 9. P. e1003472.
31. Steger K., Avery, L. The GAR-3 muscarinic receptor cooperates with calcium signals to regulate muscle contraction in the Caenorhabditis elegans pharynx // Genetics. 2004. V. 167. P. 633-643.
T.B. Kalinnikova, A.F. Yakhina, A.V. Egorova, M.Kh. Gainutdinov. Cholinergic system as a target of nematocides activity.
This review presents the results of current research of nematicidal mechanisms which activity target is the cholinergic system of parasitic nematodes. Many of these studies were conducted using as a model of organism a free-living soil nematode Caenorhabdi-tis elegans, having large similarities with organisms of parasitic nematodes. Analysis of the results of the studies revealed that in the course of evolution appeared differences in the molecular organization of acetylcholine nicotinic receptors in organisms of warm-blooded animals and nematodes. These differences allow to use as nematocides in human and vet-
erinary medicine nicotinic receptor agonists that disrupt the function of the cholinergic system in nema-todes, but not in humans and warm-blooded animals. The experimental results indicate that the sensitivity of acetylcholine nicotinic receptors of nematodes, which determines the efficiency activity of nematocides agonists of these receptors is not strictly determined but modulated by octopamine, which is the main catecholamine of nematodes, and the activation of muscarinic acetylcholine receptors. These findings allow to propose the use in medicine and veterinary as nematocides compositions of nicotinic and musca-rinic acetylcholine receptors agonists.
Keywords: nematocides; cholinergic system; nicotinic acetylcholine receptors.
российский журннл приклооной экологии
