CC BY
97
Биомедицина • № 1,2013, C. 78-88
Межлинейные различия в чувствительности к острой гипобарической гипоксии у инбредных мышей коллекционного фонда
Х.Х. Семенов, H.H. Каркищенко, Л.Х. Казакова, Т.Б. Бескова,
З.С. Лушникова, И.Ю. Егорова, Е.Л. Матвеенко
ФГБУН «НЦБМТ ФМБА России»
Контактная информация: к.б.н. Семенов Хызыр Хыйсаевич, [email protected]
Проведенное исследование показало, что мыши различных генотипов обладают разной устойчивостью к острой гипобарической гипоксии. По чувствительности к острой гипоксии исследуемые генотипы можно условно разделить на 3 категории: низкоустойчивые - IOR/HabY, CC57WY, CBA/LacY, 101/ HY; среднеустойчивые - C3HAY, CBA/JY и высокоустойчивые - А/SnY, B10CWY, C57BL/6Y, DBA/2Y. Различия между высоко- и низкоустойчивыми к гипоксии генотипами статистически достоверны (р>0,001). Следует указать, что инбредный возраст при этом не оказывает никакого влияния на исследуемый признак. Об этом свидетельствует тот факт, что мыши самой высокоинбредной линии CBA/JY, прошедшие 251 поколение инбридинга, заняли среднее положение между низко- и высокоустойчивыми генотипами. Согласно полученным результатам, исследуемый признак обладает высокой вариабельностью как между животными разных линий, так и между особями внутри каждой линии. Высокая вариабельность в чувствительности к острой гипоксии у животных одного генотипа свидетельствует об отсутствии селекции по данному признаку. Различия между самками и самцами внутри линий недостоверны. Исключение составили мыши линии CBA/LacY, у которых самцы по чувствительности к острой гипоксии достоверно превосходили самок.
Ключевые слова: инбредные линии, острая гипобарическая гипоксия, генотип, фенотип, селекция.
Выведение инбредных линий лабораторных животных, начатое в XX веке генетиками и онкологами, создало предпосылки для перехода биомедицинских исследований на качественно более высокий уровень. Широкое использование инбредных линий практически во всех областях биологии и экспериментальной медицины обусловлено их уникальной особенностью и достоинством - все животные в пределах линии гомозиготны и генетически однородны. Это обеспечивает воспроизводимость результатов, повышает эффективность и надежность медико-биологических исследований, проводимых с их использованием [2].
В изучении важнейшей проблемы медицины - гипоксии (явления, которое,
согласно современным представлениям, включается в патогенез практически любого заболевания) - широко используются лабораторные животные (главным образом, крысы). Начиная с 70-х гг. прошлого столетия, в литературе появляется большое количество публикаций, посвященных индивидуальной чувствительности к гипоксии [1]. Установлено, что в любой популяции неинбредных животных особи значительно различаются между собой по индивидуальной резистентности к острой гипоксии. Напротив, различия в чувствительности к острой гипобарической гипоксии между отдельными особями в инбредных линиях существенно меньше, чем среди неинбредных животных [3,4]. Однако до сих пор почти
Таблица 1
Показатели индивидуальной чувствительности к острой гипобарической гипоксии у мышей инбредных линий
С BA/Lac CC57W 101/Н lor/Hab СЗНА CBA/J A/Sn DBA/2 B10CW C57BL/6
Инбредный возраст F183 F170 F103 F115 F170 F251 F152 F191 F93 F180
Самцы
М±т 156,1 ±17,29 93,5±7,78 109,0±10,48 5,58 143,2±4,23 117,5±9,95 206,5±13,87 374,5±22,39 193,0±8,89 282,2±13,42
Коэффициент вариации, % 35,0 26,3 30,4 21,2 9,3 26,8 21,2 18,9 14,6 15,0
Самки
М±т 67,5±4,17 92,0±7,08 116,5±7,27 97,5±8,70 100,0±7,53 140,3±8,10 221,5±9,78 385,5±17,71 250,5±10,45 283,0±12,72
Коэффициент вариации, % 19,5 24,3 19,7 28,2 23,8 18,3 14,0 14,5 13,2 14,2
В целом по линии
М±т 111,8±13,35 92,75±5,12 112,8±6,27 90,5±5,28 121,6±6,50 128,9±6,77 214,0±8,43 380,0±13,95 221,8±9,38 282,6±9,00
Коэффициент вариации, % 53,4 24,7 24,9 26,1 23,9 23,5 17,6 16,4 18,9 14,2
нет исследований, посвященных изучению этого вопроса у инбредных мышей.
Цель настоящей работы - изучить индивидуальную чувствительность мышей инбредных линий к острой гипобарической гипоксии.
Материалы и методы
Работа выполнена на мышах двухмесячного возраста из инбредных линий СВ A/Lac Y, CC57WY, 101/HY, IOR/ HabY, C3HAY, CBA/JY, A/SnY, DBA/2Y, B10CWY, C57BL/6Y, поддерживаемых в коллекционном фонде НЦБМТ. Мыши содержались в конвекционных условиях, в пластмассовых клетках фирмы «Velaz» с автопоилками. В качестве подстилочного материала использовали древесные опилки. Кормление животных осуществляли гранулированным комбикормом производства ООО «Лабораторкорм» ad libitum. Дополнительно к нему один раз в неделю мыши получали вигаминно-бел-ковую подкормку, в состав которой вхо-
дят овсянка, сухое молоко, витамины А, Е, Б в масле.
Для оценки индивидуальной чувствительности к острой гипобарической гипоксии каждая мышь в барокамере «поднимается на критическую (для мышей) высоту» (10 тыс. м) со скоростью 165 м/сек, где она находится до агонального состояния. Исследуемые показатели: ВПП - время первого падения (переход в лежачее положение), характеризующее порог реакции организма на данное воздействие, сек; ВЖ - время жизни «на высоте» (до появления агонального дыхания), сек; ВВП - время восстановления позы после спуска животного с «высоты», сек.
Мерой оценки чувствительности животного к острой гипобарической гипоксии служит время жизни на «высоте». Результаты обработаны статистически на ПК с использованием 1-критсрия Стьюдента и стандартной программы 31а1181:юа-6.
79
Biomedicine № 1,2013
Таблица 2
Сравнительные показатели меж- и внутрилинейных (по полу) различий по чувствительности к острой гипоксии у инбредных мышей
Показатель Инбредные линии мышей
CBA/Lac самцы СВАЛ-ас самки CBA/J самцы A/Sn самцы ОВА/2 самцы ВЮСШ самцы C57BL/6 самцы
М±т 156,1±17,29 67,5±4,17 117,5±9,95 206,5±13,86 374,5±22,39 193,0±8,89 282,2±13,42
Достоверность различия средних *** не достоверно * *** ***
Коэффициент вариации, % 35,0 19,5 26,8 21,2 18,9 14,6 15,0
CBA/Lac самки СВА/и самки A/Sn самки DBA/2 самки ВЮСШсамки C57BL/6 самки
М±т 67,5±4,17 140,3±8,10 221,5±9,78 385,5±17,71 250,5±10,45 283,0±12,72
Достоверность различия средних *** *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 19,5 18,3 14,0 14,5 13,2 14,2
CC57W самцы СС57Ш самки CBA/J самцы A/Sn самцы ОВА/2 самцы ВЮСШ самцы C57BL/6 самцы
М±т 93,5±7,78 92,0±7,08 117,5±9,95 206,5±13,87 374,5±22,39 193,0±8,89 282,2±13,42
Достоверность различия средних не достоверно ** *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 26,3 24,3 26,8 21,2 18,9 14,6 15,0
CC57W самки СВА/и самки A/Sn самки DBA/2 самки ВЮСШ самки С57ВЦ,6 самки
М±т 92,0±7,08 140,3±8,10 221,5±9,78 385,5±17,71 250,5±10,45 283,0±12,72
Достоверность различия средних *** *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 24,3 18,3 14,0 14,5 13,2 14,2
101/Н самцы 101/Н самки CBA/J самцы A/Sn самцы ОВА/2 самцы ВЮСШ самцы C57BL76 самцы
М±т 109,0±10,48 116,5±7,27 117,5±9,95 206,5±13,86 374,5±22,39 193,0±8,89 282,2±13,42
Достоверность различия средних недостоверно не достоверно *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 30,4 19,7 26,8 21,2 18,9 14,6 15,0
101/Н самки СВА/и самки A/Sn самки DBA/2 самки ВЮСШ самки C57BL/6 самки
М±т 116,5±7,27 140,3±8,10 221,5±9,78 385,5±17,71 250,5±10,45 283,0±12,72
Достоверность различия средних * *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 19,7 18,3 14,0 14,5 13,2 14,2
I0R/Hab самцы ЮР/НаЬ самки CBA/J самцы A/Sn самцы ОВА/2 самцы ВЮСШ самцы C57BL/6 самцы
М±т 83,5±5,58 97,5±8,70 117,5±9,95 206,5±13,86 374,5±22,39 193,0±8,89 282,2±13,42
Достоверность различия средних ** *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 21,2 28,2 26,8 21,2 18,9 14,6 15,0
I0R/Hab самки СВА/и самки A/Sn самки DBA/2 самки ВЮСШсамки С57ВЦ,6 самки
М±т 97,5±8,70 140,3±8,10 221,5±9,78 385,5±17,71 250,5±10,45 283,0±12,72
Достоверность различия средних ** *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 28,2 18,3 14,0 14,5 13,2 14,2
СЗНА самцы СЗНА самки CBA/J самцы A/Sn самцы ОВА/2 самцы ВЮСШ самцы C57BL/6 самцы
М±т 143,2±4,23 100,0±7,53 117,5±9,95 206,5±13,86 374,5±22,39 193,0±8,89 282,2±13,42
Достоверность различия средних *** * *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 9,3 23,8 26,8 21,2 18,9 14,6 15,0
СЗНА самки СВА/и самки A/Sn самки DBA/2 самки ВЮСШсамки C57BL/6 самки
М±т 100,0±7,53 140,3±8,10 221,5±9,78 385,5±17,71 250,5±10,45 283,0±12,72
Достоверность различия средних ** *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 23,8 18,3 14,0 14,5 13,2 14,2
CBA/Lac в целом по линии СВА/и в целом по линии A/Sn в целом по линии DBA/2 в целом по линии ВЮСШ в целом по линии C57BL/6 в целом по линии
М±т 111,8±13,35 128,9±6,77 214,0±8,43 380,0±13,95 221,8±9,38 282,6±9,00
Достоверность различия средних *** *** *** ***
Коэффициент вариации, % 53,4 23,5 17,6 16,4 18,9 14,2
Примечание: * - достоверно при р>0,1; ** - достоверно при р>0,05; *** - достоверно при р>0,001.
Результаты исследований
Показатели уровня индивидуальной чувствительности к острой гипобарической гипоксии у мышей различных линий представлены в табл. 1. Совершенно очевидно, что мыши разных генотипов обладают разным фенотипом устойчивости к острой гипоксии. Полученные данные показали, что по чувствительности к острой гипоксии исследованные генотипы могут быть разделены на три категории: низкоустойчивые - КЖ/НаЬУ, СС57\¥У, СВА ЬасУ, 10I IIV; среднеустойчивые - (311.ЛУ, СИЛ .IV и высокоустойчивые - А/впУ, В10С№У, С57ВЬ/6У, 1)ВЛ2\'. При этом следует отметить, что инбредный возраст животных не оказал никакого влияния на изучаемый признак. Так, самая высокоинбредн ая линия СИЛ .IV, которая прошла 251 поколение инбридинга (Р251), заняла промежуточное положение по резистентности к острой гипоксии между оппозигаыми линиями. Результаты исследований свидетельствуют также о высокой вариабельности этого показателя как между животными разных линий, так и между особями внутри одной линии. Межлинейная разница в чувствительности к острой гипоксии составила, в среднем, 230-250%. Вариация по устойчивости к острой гипоксии у особей внутри каждой линии составила, в среднем, 140-160%, что значительно ниже, чем межлинейное ее значение. Высокая вариабельность между животными одной линии свидетельствует об отсутствии селекции у мышей по данному признаку. Следует также указать, что по времени жизни на «высоте» мыши генотипа 1)Н А 2У превосходили своих аналогов из линии ЮЮНаЬУ в 4,2 раза (420%).
Кроме того, были проведены исследования по выявлению различий в чувствительности к острой гипоксии
между самками и самцами внутри каждой линии (табл. 2). Согласно полученным результатам, только у мышей линии СВА/ЬасУ самцы статистически достоверно (р>0,001) превзошли своих самок по изучаемому признаку. Различия по жизнеспособности на «высоте» между самками и самцами у всех остальных линий недостоверны.
Что касается различий по устойчивости к острой гипоксии между самками и самцами оппозитных генотипов, то следует отметить, что как самки, так и самцы резистентных линий, исключая В 10С\¥У, достоверно превосходили своих однополых аналогов из низкоустойчивых линий. Различия по исследуемому признаку только между самцами генотипов В10С\¥У и СВЛ ЬасУ были недостоверны.
Выводы
Проведенное исследование показало, что мыши различных генотипов обладают разной устойчивостью к острой гипобарической гипоксии.
Инбредный возраст не оказывает влияния на данный признак. Различия между высоко- и низкоустойчивыми к гипоксии генотипами статистически достоверны (р>0,001).
Исследуемый признак обладает высокой вариабельностью как между животными разных линий, так и между особями внутри каждой линии.
Высокая вариабельность в чувствительности к острой гипоксии у животных одного генотипа свидетельствует об отсутствии селекции по данному признаку.
Различия между самками и самцами внутри линий недостоверны. Исключение составили мыши линии СВА/Ьас, у которых самцы по чувствительности к острой гипоксии достоверно превосходили самок.
81
Вютес1кте № 1,2013
Список литературы
1. Березовский В Л. Гипоксия. - Киев: Наукова думка. 1978.
2. Бландова З.К., Душкин В.А., Ма-лашенко А.М., Шмидт Е.Ф. Линии лабораторных животных для медикобиологических исследований. - М.: Наука. 1983.
3. Богомолов В.И., Лукьянова ЛД.
Бюлл. эксп. биологии и медицины. 1992. Т. 114. № 2. С. 657-659.
4. Проблемы гипоксии: молекулярные, физиологические и медицинские аспекты/ под ред. Лукьяновой Л.Д., Ушакова И.Б. - М. Воронеж: Истоки. 2004.
Interlinear distinctions in sensitivity to a sharp hypobaric hypoxia at inbred mice of collection fund
Kh.Kh. Semenov, N.N. Karkischenko, L.Kh. Kazakova, T.B. Beskova, Z.S. Lushnikova, I.Yu. Egorova, E.L. Matveyenko
The conducted research showed that mice of various genotypes possess different resistance to a sharp hypobaric hypoxia. On sensitivity to a sharp hypoxia studied genotypes can be divided into 3 categories conditionally: the low-steady - IOR/HabY, CC57WY, CBA/LacY, 101/HY; middle-steady - C3HAY, CBA/ JY and high-steady - A/SnY, B10CWY, C57BL/6Y, DBA/2Y. Distinction between highly and low-steady against a hypoxia are statistically reliable (p> 0,001). It is necessary to specify that inbred age thus has no impact on this sign. That fact testifies to it that the mice of the most highly inbred CBA/JY line who have passed 251 inbred generations, reached average position between low and high-steady genotypes. According to the received results, the studied sign possesses high variability both between animals of different lines, and between individuals in each line. High variability in sensitivity to a sharp hypoxia at animals of one genotype testifies to lack of selection on this sign. Distinctions between females and males in lines are doubtful. The exception was made by mice of the CBA/LacY line at whom males to a sharp hypoxia authentically surpassed females in sensitivity.
Key words: inbred lines, sharp hypobaric hypoxia, genotype, phenotype, selection.
Биомедицина • № 1,2013, С. 83-103
e МЕТОДЫ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Enhanced technologies and integration parameters of pre-clinical studies
L. Bachdasarian1, R. Bulthuis1, E. Molewijk1, S. Guchkov2, A. Revyakin3
1 - Metris B.V., The Netherlands, 2132 NG Hoofddorp, Kruisweg 825
2 - University of Orel, Orel, Russia
3 - Federal State Budgetary Institution Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency, Moscow region, Russia
Correspondence: Dr. Levon Bachdasarian, [email protected]
When the drug penetrates into the organism, a biochemical reaction takes place and one can say the latter produces energetic changes in the organisms of the laboratory animals. The drug penetrating into the organism changes the potential energy of the body; the latter after some time brings to changes in kinetic energy which is expressed in people and in animals as changes in behaviour. This means that energy is the most important parameter in all stages beginning from molecular biology to preclinical research.
Laboras system by Metris B. V. enables measurement of all types of kinetic energy while other non-invasive automated systems for behavior detection can only measure the locomotion component of the kinetic energy (e.g. locomotion energy mv2/2). In addition the matrix method and technology used in Laboras provides a way to measure more behaviors and to recognize them completely automatic and more precisely than ever before.
For the properly the build your study is better integrate behavioral analysis with telemetry analysis.
In this case you make the matrix of statistical parameters bigger and stabile for 24 hour animal study.
Laboras system can integrate with DSI telemetry system and in the same result summary analyze Physiological and behavioral parameters.
For ultrasounds vocalization study use Sonotrack system and integrate with Laboras results.
Key words: preclinical research, Laboras system, behavioral parameters, energy.
Preface
When I got engaged in the algorithm building for automated detection of behaviours, it was obvious for me that the matter is random signal (in this case animal behaviour). Logically I asked the most important question of how can I find generalities in the same behaviour at different points of time. It was necessary to understand thoroughly the concept in order to create the mathematical model, and then build an algorithm which will
detect the behaviour. I have arrived at an interesting conclusion after extensive statistics tabulation and analysis of Laboras signals as well as after the studies of the behaviours of rats and mice. I have studied the entire process of drug development; this helped me to find out the important links between the stages of drug production. The new algorithm for the automated behaviour detection by Laboras system assumes great responsibility for us. Laboras system is used in drug development studies. Then
