Циркадная динамика показателей матричной активности хроматина популяций нейроцитов разных отделов нервной системы крыс Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

----—-

ЦИРКАДНАЯ ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ МАТРИЧНОЙ АКТИВНОСТИ ХРОМАТИНА ПОПУЛЯЦИЙ НЕЙРОЦИТОВ РАЗНЫХ ОТДЕЛОВ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ КРЫС

А.Г. Мустафин

Кафедра биологии

Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

Акрофазы эндогенных РНК-попимераз нуклеоплазмы невроцитов краниального шейного симпатического ганглия, спинномозгового узла Ь5, супрахиазматического ядра гипоталамуса, клеток Пуркинье мозжечка и мотонейронов поясничного утолщения спинного мозга соответствуют темновому периоду суток. В зрительной области коры акрофаза наблюдается в 7 ч 24 мин для нуклеоплазмы и в 7 ч 44 мин для ядрышка, что видимо можно связать с предстоящей рецепцией дневного света. В соматосенсорной коре акрофазы отмечены в 15 ч. Коэффицекты корреляций временных рядов активности эндогенных РНК-полимераз ядер нервных клеток корковых популяций демонстрируют отрицательную связь с таковыми стволовых и спинальных популяций.

Ключевые слова: корковые, стволовые и спинальные популяции нервных клеток, активность эндогенных РНК-полимераз, нуклеоплазма, ядрышки.

Биоритмика и реактивность тесно связаны между собой, поскольку эндогенные ритмы оказывают влияние на формирование адаптивных реакций в организме в ответ на воздействие разнообразных факторов окружающей среды [1; 5].

Задача исследования — изучение суточной динамики матричной активности хроматина в корковых, стволовых и спинальных популяциях нейронов крыс. Использовали самцов линии массой 150—200 г, адаптированных в течении 2-х нед. к условиям светового режима. Объектом исследования служили невроциты краниального шейного симпатического ганглия (КШСГ), спинномозгового узла Ь5 (СМУ), клетки Пуркинье (М) мозжечка, супрахиазматического ядра гипоталамуса (СХЯ), мотонейроны поясничного утолщения спинного мозга (СМ), а также нейроны сенсомоторной и зрительной областей коры (СК, ЗК, III, IV слой). В 10, 13, 16, 19, 22, 1, 7 и 10 ч 2-х суток забивали по пять животных и исследовали активность эндогенных РНК-полимераз в фиксированных клетках. В каждой временной точке состояние транскрипции оценивали по интенсивности мечения ядер, которую характеризовали числом зерен восстановленного серебра, просчитанных визуально отдельно над ядрышком и нуклеоплазмой. Полученные данные обрабатывали на ПК по программе «Коси-нор», которая в 95% интервале значимости выявила мезоры, амплитуды и расчетные акрофазы ритмов [4]. Для оценки взаимосвязи между отдельны-

ми показателями в течении суточного цикла вычисляли коэффиценты линейной корреляции.

В наших исследованиях (табл. 1) обнаружены взаимосвязанные суточные ритмы функционирования генетического аппарата нервных клеток. В изученных отделах нервной системы крыс отчетливо можно выделить две группы популяций нейронов с характерным временным расположением зкрофаз активности хроматина.

Из таблицы следует, что расчетные максимумы активности эндогенных РНК-полимераз нуклеоплазмы нейронов СХЯ, СМУ, КШСГ, СМ и М соответствуют темновому периоду суток. Максимальные значения ядрышкового мечения клеток перечисленных отделов нервной системы отмечены также в темный период суток и приблизительно в те же часы, что и акрофазы нуклеоплазматиче-ского мечения. Таким образом, дифференциальный анализ интенсивности нукпеоплазматического и ядрышкового мечения свидетельствует о сходной суточной динамике экспрессии структурных и рибосомальных генов. Реализация генетической информации в клетках эукариот осуществляется за счет синтеза специфических РНК и в известной мере контролируется активностью соответствующих РНК-полимераз (6). Видимо, в исследованных популяциях нервных клеток механизмы, регулирующие в течение суток полимеразную актив -ность, носят сходный характер в случаях полиме-разы I, полимеразы II и полимеразы Ш.

—-г^е^б^-—

~ 52 ~

Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)

Fundamental studies ----—-

Таблица 1

Суточная активность эндогенных РНК-полимераз нуклеоплазмы (Н) и ядрышек (Я) клеток популяций разных отделов нервной системы крыс (среднее число восстановленных зерен серебра)

Популяция нейронов Мезор (М ± m) Амплитуда Акрофаза

СМУ

Н 31,1*0,7 8,4 (7,8—9,0) 21.40 (19.08—00.12)

Я 20,5 ± 0,4 5,3 (5,1—5,5) 20.36 (18.52—22.20)

КШСТ

Н 32,09*0,9 7,4 (7,2—7,6) 23.04 (22.37—23.31)

Я 3,1 ± 0,3 0,4 (0,3—0,5) 20.47 (19.46—21.48)

СМ

Н 41,9 ± 0,6 10,1 (9,5—10,7) 23.21 (20.58—01.44)

Я 26,1*1,4 6,4 (4,8—7,7) 22.45 (21.03—00.27)

М

Н 32,1 ± 0,7 7,5 (7,2—7,8) 04.41 (03.35—05.47)

Я 23,4 ± 0,5 4,1 (4,0—4,2) 07.26 (02.58—11.54)

СХЯ

Н 13,8 ± 0,7 1,7(1,3—2,1) 21.01 (19.47—22.15)

Я 2,7 ± 0,2 0,33 (0,4—0,2) 21.13 (18.48—23.38)

СК

Н 21,2 ± 0,5 4,2 (4,0—4,4) 15.25 (12.45—17.57)

Я 16,5*0,3 4,2 (4,0—4,4) 14.42 (13.29—15.55)

ЗК

Н 21,9*0,7 6,6 (6,2—7,0) 07.24 (05.39—09.19)

Я 13,6 ± 0,3 3,4 (3,2—3,6) 07.44 (05.47—09.41)

Примечание. Мезоры и амплитуды — среднее число восстановленных зерен серебра (М ± т) над нуклеоплазмой и ядрышком ядер нервных клеток, акрофазы — до точки часы, после — минуты. В скобках — 95% доверительный интервал.

Рис. 1. Коэффициенты корреляции суточной активности эндогенных РНК-полимераз нуклеплазмы клеток популяций различных отделов НС крыс

Коэффициенты корреляций (рис. 1) временных рядов активности эндогенных РНК-лолимераз ядер нервных клеток СМ, СМУ, КШСГ, СХЯ и М де-

монстрируют положительную связь разной степени интенсивности, что видимо свидетельствует об их синхронизации в течение суточного цикла.

—-г^е^б^-—

~ 53 ~

Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)

Таким образом, можно думать о наличии цир-кадной системы, образованной целым набором популяций, максимальные уровни генной активности которых соответствуют по срокам повышенному уровню активности крыс, наблюдаемому, по данным литературы, в темный период суток [2]. Значение двигательной активности как «датчика времени» в формировании циркадных ритмов физиологических функций признается многими авторами [7].

В зрительной области коры полушарий большого мозга акрофаза наблюдается в 7 ч 24 мин для нуклеоплазмы и в 7 ч 44 мин для ядрышка, что видимо можно связать с предстоящей рецепцией дневного света в 8 ч 00 мин следующих суток. Указанные расчетные пики максимумов находятся в противофазе с акрофазами стволовых и спиналь-ных популяций нейронов (например внутренние акрофазы ЗК и СМ составили 8 ч 03 мин и 8 ч 59 мин, r = -0,4). В соматосенсорной зоне акрофазы активности эндогенных РНК-полимераз ну-леоплазмы и ядрышка отмечены в 15 ч 21 мин и в 14 ч 42 мин. Внутренние акрофазы с аналогичными показателями СМ составили 16 ч 00 мин. и 15 ч 57 мин. соответственно, а коэффициент корреляции -0,38 (см. рис. 1).

Таким образом, ряд экспериментальных данных, полученных нами по расположению акрофаз матричной активности хроматина клеточных популяций разных отделов нервной системы, во-первых, свидетельствует о динамической мультиос-цилляторной регуляторной системе, участвующей

в обеспечении функциональной целостности организма, во-вторых, подтверждает представление о том, что фотопериодичность является важным синхронизатором биологических ритмов и, наконец, что активирующее влияние увеличенной функции на уровень транскрипции генетического аппарата может проявляться в разное время суток в зависимости от специфических сигналов — датчиков времени внешней среды.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агаджанян Н.А., Власова И.Г., Алпатов А.М. Адаптация человека и животных в экспериментальных условиях внешней среды. М., 1985.

2. Батурин В.А. Взаимосвязи циркадного ритма двигательной активности в открытом поле и в V-образ-ном лабиринте // Журн. высш. нерв. деят. 1987. Т. 37. С. 567—569.

3. Гейнисман Ю.Я. Структурные и метаболические проявления функции нейрона. М., 1974.

4. Емельянов И.П. Формы колебаний в биоритмологии. Новосибирск, 1976.

5. Постнова М.В., Мулик Ю.А. Механизмы формирования циркадных ритмов поведенческой активности человека // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 3: Экономика. Экология. 2009. Вып. 2. С. 228—232.

6. Прошкин С.А., Шпаковский Г.В. Ядерные РНК-полимеразы I, II и III структура и функции // Успехи биологической химии. 2005. Т. 45. С. 269—306.

7. Beau J. Fitting a biological rhythm to a synchronizer applied illustration of mouse activity rhythms in genetic analysis // J. Interdiscip. Cycle Res. 1991. V. 22, N 3. P 271—280.

CIRCADIAN DYNAMICS OF CHROMATIN TEMPLATE ACTIVITY OF POPULATIONS NEUROCYTE DIFFERENT PARTS OF THE NERVOUS SYSTEM OF RATS

A. G. Mustafin

Biology Department

N. Y. Pirogov Russian National Research Medical University Moscow, Russia

Endogenous RNA polimerase acrophases of neurocytes nucleoplasm of hypothalamus suprachiasmatic nuclei, superior cervical ganglia, spinal ganglia L5, motoneurones of the spinal cord and Purkinje cells match the dark period of the day. In the visual cortex the acrophase observed just before reception daylight (7 h 44 min). In the somatosensory cortex acrophase marked at 15 h. Correlation coefficients of temporal ranges of endogenous RNA polimerases activity of cortical nerve cell populations show a negative relationship with those of stem and spinal populations.

Key words: cortical stem and spinal populations of nerve cells, the activity of endogenous RNA polymerases, nucleo-plasm, nucleoli.

—-г^е^б^-—

~ 54 ~

Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)

Fundamental studies --

REFERENCES

1. Agadzhanyan N.A., Vlasova I.G., Alpatov A.M.

Adaptatsiya cheloveka i zhivotnykh v eksperimental'nykh usloviyakh vneshnei sredy, Moscow, 1985.

2. Baturin V.A. Vzaimosvyazi tsirkadnogo ritma dviga-tel'noi aktivnosti v otkrytom pole i v V-obraznom labirinte, Zhurn. vyssh. nerv. deyat., 1987, vol. 37, pp. 567—569.

3. Geinisman Yu.Ya. Strukturnye i metaboliche-skie proyavleniya funktsii neirona, Moscow, 1974.

4. Emel'yanov I.P. Formy kolebanii v bioritmologii, Novosibirsk, 1976.

5. Postnova M.V., Mulik Yu.A. Mekhanizmy formi-rovaniya tsirkadnykh ritmov povedencheskoi aktivnosti cheloveka, Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo universiteta, Seriya 3: Ekonomika. Ekologiya, 2009, Vyp. 2, pp. 228—232.

6. Proshkin S.A., Shpakovskii G.V. Yadernye RNK-polimerazy I, II i III struktura i funktsii, Uspekhi biolo-gicheskoi khimii, 2005, vol. 45, pp. 269—306.

7. Beau J. Fitting a biological rhythm to a synchronizer applied illustration of mouse activity rhythms in genetic analysis, J. Interdiscip. Cycle Res., 1991, vol. 22, no. 3, pp. 271—280.