CC BY
16
32
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Список литературы:
1. Wendelaar Bonda S.E. The stress response in fish // Physiol. Rev. 1997. V 77. P. 591-625.
2. Suo S., Kimura Y, Van Tol H.H.M. Starvation induces cAMP response element-binding protein-dependent gene expression through octopamine Gq signaling in Caenorhabditis elegans // J. Neurosci. 2006. V. 26. P. 10082-10090.
3. Tottenham N., Sheridan M.A. A review of adversity, the amygdala and the hippocampus: a consideration of developmental timing // Front. Hum. Neurosci. 2010. V. 3. Article 68.
4. Gilad G.M. The stress-induced response of the septo-hippocampal cholinergic system. A vectorial outcome of psychoneuroendocrinological interactions // Psychoneuroendocrinol. 1987. V 12. P. 167-184.
5. Mineur Y.S., Obayemi A., Wigestrand M.B., Fote GM., Calarco C.A., Li A.M. Picciotto M.R. Cholinergic signaling in the hippocampus regulates social stress resilience and anxiety- and depression-like behavior // PNAS. 2013. V. 110. P. 3573-3578.
6. Brenner S. The genetics of Caenorhabditis elegans // Genetics. 1974. V. 77. P. 71-94.
7. Mohammadi A., Rodgers J.B., Kotera I., Ryu W.S. Behavioral response of Caenorhabditis elegans to localized thermal stimuli // BMC Neuroscience. 2013. V. 14. P. 66-77.
УЧАСТИЕ ГЕНА РЕЦЕПТОРА СЕРОТОНИНА SER-4 И ГЕНА ПЕРЕНОСЧИКА СЕРОТОНИНА MOD-5 В РЕГУЛЯЦИИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ПОВЕДЕНИЯ Caenorhabditis elegans
© Калинникова Т.Б.*, Колсанова Р.Р.*,
Белова Е.Б.*, Гайнутдинов М.Х.*
Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан, г. Казань
В экспериментах с C.elegans дикой линии N2 и линий с мутациями генов рецепторов серотонина mod-1(ok103), ser-1(ok345), ser-4(ok512) и гена переносчика серотонина mod-5(n3314) показано, что у червей му-
* Старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной экологии, кандидат биологических наук.
* Научный сотрудник лаборатории экспериментальной экологии.
* Младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной экологии, кандидат биологических наук.
* Заведующий лабораторией экспериментальной экологии, доктор биологических наук, профессор.
Биологические науки
33
тантной линии ser-4(ok512) с нуль-мутацией гена рецептора серотонина SER-4 отсутствует чувствительность к действию серотонина, снижающего устойчивость поведения (плавание червей, индуцированное механическим стимулом) к действию температуры 36 °C. У червей этой линии повышена теплоустойчивость поведения и в среде без серотонина. Напротив, нуль-мутация гена переносчика серотонина mod-5(n3314) снижает теплоустойчивость поведения C.elegans. Эти данные свидетельствуют об участии генов ser-4 и mod-5 в регуляции устойчивости функций нервной системы C.elegans к гипертермии.
Ключевые слова: Caenorhabditis elegans, теплоустойчивость поведения, серотонин, гены.
Серотонин является одним из важнейших нейротрансмиттеров и нейромодуляторов в организмах человека и животных. В то же время остается открытым вопрос о возможной роли серотонина в нарушениях интегративных функций нервной системы гипертермией. Удобной моделью для выяснения функций серотонина в реакции нервной системы на гипертермию может быть Caenorhabditis elegans, так как идентифицированы генетические механизмы многих функций серотонина в простой нервной системе этого червя в оптимальных температурных условиях среды [1-6]. Поэтому целью этой работы явилось выяснение возможной роли гена переносчика серотонина mod-5 и генов рецепторов серотонина ser-1, ser-4 и mod-1 в регуляции устойчивости нервной системы C.elegans к гипертермии.
Эксперименты проводились в ноябре-феврале с червями трехдневного возраста, выращенными при температуре 20 °C в стандартной среде выращивания нематод [7] при кормлении E.coli OP50. Определение теплоустойчивости поведения C.elegans проводилось у червей, инкубированных индивидуально в 1 мл NG буфера (0,3 % NaCl, 1 мМ CaCl2, 1 мМ MgSO4, 25 мМ калийфосфатного буфера (pH 6,0)). Показателями устойчивости червей к гипертермии являлись среднее время появления ошибок моторной программы плавания, индуцированного механическим стимулом (встряхиванием пробирки с червем), и среднее время обратимой потери червями способности к плаванию, индуцированному механическим стимулом, при действии постоянной температуры 36 °C. 5 линий червей: линия дикого типа N2 и мутантные линии DA1814 (ser-1(ok345)), MT9668 (mod-1(ok103)), MT9772 (mod-5(n3314)) и RB745 (ser-4(ok512)).
Одним из подходов к выяснению функций серотонина в организме C.elegans является исследование влияния экзогенного серотонина на различные формы поведения червей [2-3, 5-6]. Известно, что экзогенный серотонин вызывает у C.elegans ускорение откладки яиц и питания, сопровождающееся снижением двигательной активности, при наличии корреляции действия эндогенного и экзогенного серотонина на эти формы поведения, генетические механизмы которых идентифицированы [2-3, 6, 8].
34
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В условиях снижения серотонином спонтанной двигательной активности червей они сохраняют способность к локомоции, индуцированной механическим стимулом. В то же время введение серотонина в среду вызывает снижение термостабильности плавания, индуцированного механическим стимулом. Это снижение проявляется в сокращении среднего времени потери червями способности к плаванию при действии постоянной температуры 36 °C (табл. 1). Снижение теплоустойчивости плавания, индуцированного механическим стимулом, происходит при действии концентраций серотонина (2-4 мМ), которые ниже пороговой для снижения спонтанной двигательной активности червей линии дикого типа N2 [2].
Таблица 1
Теплоустойчивость поведения нематод дикой линии N2 и мутантных линий mod-5(n3314) и ser-4(ok512).
Линия N2 Линия mod-5 Линия ser-4
Среднее время появления ошибок моторной программы плавания при 36 °C, мин 24±1 15±1 41±2
В каждом варианте использовано 30 нематод.
Для проверки предположения о том, что не только экзогенный, но и эндогенный серотонин вызывает снижение теплоустойчивости поведения C.elegans были проведены эксперименты, в которых сравнивалась теплоустойчивость червей дикой линии N2 и линии mod-5(n3314) с мутацией гена переносчика, осуществляющего обратный захват серотонина серотонинергическими нейронами после его секреции. У червей этой мутантной линии повышена концентрация серотонина в межнейрональном пространстве [9]. В этих экспериментах нуль-мутация гена mod-5 вызывала снижение теплоустойчивости поведения C.elegans. Следовательно, повышение вненейрональной концентрации серотонина снижает теплоустойчивость поведения C.elegans.
Таблица 2
Чувствительность теплоустойчивости поведения червей дикой линии N2 и мутантных линий mod-1(ok103), ser-1(ok345) и ser-4(ok512) к действию серотонина
Линии C.elegans Среднее время пот в среде с се зри C.elegans способности к плаванию ротонином (в %% от контроля)
2 мМ серотонина 4 мМ серотонина 8 мМ серотонина
N2 mod-1(ok103) ser-1(ok345) ser-4(ok512) 73,4±2,2 75,2±1,8 76,9±2,4 100,6±2,1 55,4±0,9 57,1±2,0 58,8±2,0 100,9±2,3 44,3±1,0 46,7±2,1 51,2±1,9 97,2±2,2
За 100 % принималось среднее время потери червями дикой линии N2 и мутантных линий способности к плаванию, индуцированному механиче-
Биологические науки
35
ским стимулом, при действии постоянной температуры 36 °С в среде без серотонина. В каждом варианте использовано 30 червей.
Основная сложность изучения функций серотонина в организме заключается в том, что серотонин активирует несколько типов рецепторов, таких как 5-HTi_7 у человека и SER-1, SER-4, SER-7 и MOD-1 у C.elegans, причем связывание серотонина этими рецепторами может вызывать противоположно направленные изменения функции, как на уровне клетки-мишени, так и целого организма [1, 8, 10-11]. Поэтому для идентификации рецепторов серотонина, необходимых для снижения теплоустойчивости C.elegans, нами были проведены эксперименты, в которых сравнивалась чувствительность поведения к серотонину в условиях повышения температуры до 36 °C у червей дикой линии N2 и у червей трех линий с мутациями одного из трех генов рецепторов серотонина (ser-1, ser-4 и mod-1). Результаты наших экспериментов показали, что нуль-мутации генов этих рецепторов не оказывают влияния на чувствительность теплоустойчивости поведения C.elegans к серотонину, которая практически не отличалась у червей дикой линии N2 и червей линий с мутациями генов ser-1 и mod-1. В то же время у червей линии с мутацией гена ser-4 почти полностью отсутствует чувствительность к действию серотонина, проявляющемуся в снижении теплоустойчивости (табл. 2). Нуль-мутация гена ser-4 повышала теплоустойчивость поведения C.elegans и в отсутствии серотонина в среде (табл. 1). Эти данные показывают, что активация рецептора SER-4 не только экзогенным, но и эндогенным серотонином ограничивает теплоустойчивость поведения C.elegans.
Рецептор SER-4 обладает большим сходством, как по аминокислотной последовательности, так и по свойствам с рецептором серотонина млекопитающих 5-НТ1 [1]. Известно также, что экспрессия гена ser-4 происходит во многих нейронах, но не в мышцах тела C.elegans [1]. Тем не менее, многочисленные исследования функций рецепторов серотонина в организме C.elegans не выявили влияния нуль-мутации гена ser-4 на широкий спектр поведенческих реакций червя, процессы его размножения и развития. Исключениями являются повышение скорости откладки яиц, вызываемое одновременной мутацией генов mod-1 и ser-4, но не мутацией только гена ser-4 [3] и незначительное сокращение продолжительности жизни C.elegans мутацией гена ser-4 [10]. Нуль-мутация гена ser-4 в оптимальных температурных условиях среды не оказывает влияния и на чувствительность спонтанной локомоции и откладки яиц к экзогенному серотонину, которая блокируется нуль-мутациями генов ser-1 и mod-1 [2]. Поэтому повышение теплоустойчивости поведения C.elegans и подавление чувствительности поведения к экзогенному серотонину в условиях экстремального повышения температуры среды (см. таблицу) нуль-мутацией гена ser-4 свидетельствует о наличии у этого гена функций, специфически связанных с реакцией C.elegans на тепловой стресс. В связи с тем, что ген ser-4 экспрессируется у C.elegans толь-
36
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ко в нейронах [1], очевидно, что высокая теплоустойчивость поведения и снижение ее чувствительности к экзогенному серотонину (табл. 1-2) у червей линии ser-4 являются следствием прекращения модуляции серотонином синапсов в системе нейронов, регулирующей локомоцию.
В целом результаты работы свидетельствуют об участии гена рецептора серотонина SER-4 и гена переносчика серотонина MOD-5 в регуляции устойчивости функций нервной системы C.elegans к гипертермии. Повышение теплоустойчивости поведения C.elegans нуль-мутацией гена ser-4 (табл. 1) находится в соответствии с представлениями о том, что гены рецепторов серотонина могут оказывать как позитивное, так и негативное влияние на организм животного из-за множественности рецепторов серотонина и противоположно направленных следствий их активации [1, 8, 10-11].
Список литературы:
1. Carre-Pierrat M., Baillie D., Johnsem R. et al. Characterization of Caenor-habditis elegans G protein-coupled serotonin receptors // Invert. Neurosci. 2006. V 6. P. 189-205.
2. Dernovici S., Starc T., Dent J.A., Ribeiro P. The serotonin receptor SER-1 (5HT2ce) contributes to the regulation of locomotion in Caenorhabditis elegans // Dev. Neurobiol. 2007. P. 189-204.
3. Hobson R.J., Hapiak VM., Xiao H. et al. SER-7, a Caenorhabditis elegans
5-HT7-like receptor, is essential for the 5-HT stimulation of pharyngeal pumping and egg laying // Genetics. 2006. V 172. P. 159-169.
4. Hapiak VM., Hobson R.J., Hughes L. et al. Dual excitatory and inhibitory serotonergic inputs modulate egg laying in Caenorhabditis elegans // Genetics.
2009. V 181. P. 153-163.
5. Harris GP., Hapiak VM., Wragg R.T. et al. Three distinct amine receptors operating at different levels within the locomotory circuit are each essential for the serotonergic modulation of chemosensation in Caenorhabditis elegans // J. Neurosci. 2009. V 29. P. 1446-1456.
6. Carnell L., Illi J., Hong S.W., McIntire S. The G-protein-coupled serotonin receptor SER-1 regulates egg laying and male mating behaviors in Caenorhabditis elegans // J. Neurosci. 2005. V 25. P. 10671-10681.
7. Brenner S. The genetics of Caenorhabditis elegans // Genetics. 1974. V 77. P. 71-94.
8. Hartig P. Molecular biology and transductional characteristics of 5-HT receptors // Serotoninergic neurons and 5-HT receptors in the CNS / Eds. H. Baum-garten Berlin, Heidelberg, New York: Springer, 1997. P. 175-212.
9. Ranganathan R., Sawin E.R., Trent C., Horvitz H.R. Mutations in the Caenorhabditis elegans serotonin reuptake transporter MOD-5 reveal serotonin-dependent and -independent activities of fluoxetine // J. Neurosci. 2001. V 21. P. 5871-5884.
Биологические науки
37
10. Murakami H., Murakami S. Serotonin receptors antagonistically modulate Caenorhabditis elegans longevity // Aging Cell. 2007. V 6. P. 483-488.
11. Buhot M.S., Martin S., Segu L. Role of serotonin in memory impairment // Ann. Med. 200. V 32. P. 210-221.
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОЗДУХА В БИБЛИОТЕЧНЫХ ФОНДАХ
© Крестьянникова А.Н.* *, Немойкина А.Л.*
Национальный исследовательский Томский государственный университет,
г. Томск
Исследован микробиологический состав воздуха в помещениях библиотеки на наличие жизнеспособных спор микроскопических грибов.
В воздухе книгохранилищ выявлена высокая численность представителей родов Penicillium и Aspergillus, которые обладают высокими целлюлозоразрушающими свойствами. Выявлена необходимость ремонта воздухозаборных помещений, которые являются источником заражения проходящего через них воздуха.
Ключевые слова грибы, биоразложение целлюлозы, сохранение книг.
На коллекции миллионов книг и документов постоянно оказывают влияние различные факторы окружающей среды, такие как температура, влажность воздуха, тип и количество света, химические вещества. Качество воздуха, определяется количеством микроорганизмов в нем. Большинство микроорганизмов находящихся в помещениях являются микроскопическими грибами, они представляют наибольшую опасность для библиотечных фондов [1]. Это обусловлено типом их питания и способностью к безграничному росту. Грибы используют бумагу в качестве источника питания. Сложные биохимические процессы приводят также к появлению на бумаге пигментных пятен, не удаляемых при реставрации. Споры грибов, которые легко разлетаются вокруг и обладают высокой устойчивостью к действию физико-химических факторов, в том числе к биоцидам.
Одним из важнейших требований к внутренней среде библиотечных зданий является обеспечение постоянных температур и влажности воздуха независимо от смены сезона года или ухудшения экологии, что отмечают исследователи разных стран [2].
* Младший научный сотрудник кафедры Высокомолекулярных соединений.
* Заведующий лабораторией Биополимеров и биотехнологии кафедры Высокомолекулярных соединений, кандидат биологических наук.
