ВЛИЯНИЕ ГЕНОМА РОДИТЕЛЬСКИХ ОСОБЕЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПАМЯТНОГО СЛЕДА У ПОТОМКОВ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 575.822

Васильева С. А.1, Никитина Е. А.12, Медведева А. В.2, Савватеева-Попова Е. В.2

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена» Санкт-Петербург, Россия

2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербург, Россия

Vasileva S. A.1, Nikitina E. A.12, Medvedeva A. V.1, Savvateeva-Popova E. V.1

1 Pavlov Institute of Physiology RAS, St. Petersburg, Russia

2 Herzen State Pedagogical University, St. Petersburg, Russia

E-mail: [email protected]

ВЛИЯНИЕ ГЕНОМА РОДИТЕЛЬСКИХ ОСОБЕЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПАМЯТНОГО СЛЕДА У ПОТОМКОВ DROSOPHILA MELANOGASTER В НОРМЕ И ПРИ СТРЕССЕ

EFFECT OF THE PARENTAL GENOME ON MEMORY FORMATION IN THE DESCENDANTS OF DROSOPHILA MELANOGASTER IN NORMAL AND UNDER STRESS

DOI

Аннотация: В данной работе у линии дрозофилы, несущей мутацию agnts3 гена LIMK1 (ключевого фермента ремоделирования актина) с использованием реципрокных гибридов с линией дикого типа Canton-S изучен вклад материнского и отцовского геномов в когнитивные процессы (обучение и память) в норме и при стрессорном воздействии.

Ключевые слова: LIMK1, обучение и память, слабое статическое магнитное поле

Abstract: In this study, in Drosophila strain carrying agnts3 mutation of the gene for LIMK1 (a key enzyme of actin remodeling) using reciprocal hybrids with the wild-type Canton-S, we investigated the contribution of the maternal and paternal genomes to cognitive processes (learning and memory) in normal conditions and stressor exposure to a weak static magnetic field.

Keywords: LIMK1, learning, memory, weak static magnetic field

Проблема продолжительности жизни, особенностей медицинской помощи населению пожилого и старческого возраста становится все более актуальной в большинстве стран мира, в том числе и в России. Изучение этиологии и патогенеза нейродегене-ративных заболеваний (НДЗ) — одна из важных проблем нейро-логии и медицины. Использование животных моделей дает возможность изучать механизмы функциональных нарушений, лежащих в основе этих заболеваний, а также разрабатывать терапевтические подходы. Удобной моделью для исследования связи между организацией генома и архитектурой хромосом, реализуемой в когнитивных нарушениях, является дрозофила. В частности, линия agnostic, несущая мутацию по гену limkl. LIMK1 — ключевой фермент ремоделирования актина — участвует в клеточной сигнализации и узнает белки семейств рецепторов и ионных каналов. У мутанта agnostic наблюдается триада характерных для большинства НДЗ диагностических признаков: резкие дефекты памяти и обучения, нарушение локомоторного поведения и накопление в тканях мозга амилоидоподобных агрегатов [1].

Стрессовые воздействия занимают важное место среди факторов, провоцирующих социально-значимые заболевания. Развитие всех биологических объектов происходит в магнитном поле (МП) Земли, обладающем огромной проникающей способностью во все биологические системы [2]. Одним из новых и малоизученных стрессорных факторов являются слабые статические МП (ССМП). Воздействие ослабленного (например, за счет экранирования) статического МП Земли оказывает пагубное, и пока что до конца непонятое влияние в первую очередь на нервную систему и когнитивные функции живых организмов [3].

Конформационная организация пространства ядра, хромосом, генов является фактором лабильности, определяющим процессы детерминации и адаптации, в том числе высшей формы — обучения и памяти. В связи с этим особое значение приобретает изучение роли генетических и эпигенетических факторов в формировании пространственной структуры ядра.

Материал и методы: В настоящем исследовании для получения реципрокных гибридов была использована линия дикого типа Canton-S, а также линия agnts3, несущая температуро-чув-ствительную (ts) мутацию по гену limkl. В результате скрещивания были получены реципрокные гибриды Canton-Sxagnts3; agnts3xCanton-S.

У исследуемых линий была изучена динамика условно-рефлекторного подавления ухаживания в контроле и после воздействия ССМП. Ослабление электромагнитного поля Земли проводили с помощью специально разработанной цилиндрической камеры.

Результаты: Показано, что у линии дикого типа Сап1ои-8 в контроле индекс обучения (ИО) в течение 3 часов сохранялся на высоком уровне, полученном сразу после тренировки, что свидетельствует о нормальном протекании процессов обучения и памяти. При действии ССМП наблюдается снижение активности ухаживания. Так же, как и в контроле, сразу после тренировки отмечено условно-рефлекторное подавление ухаживания. Однако через 3 часа ИО достоверно снижается, что свидетельствует о нарушении процессов формирования среднесрочной памяти.

У мутанта ад^З в контроле выработки условно-рефлекторного подавления ухаживания не происходило. После воздействия ССМП на стадии имаго после тренировки наблюдали высокий ИО, сохранявшийся и через 3 часа, что свидетельствует о восстановлении процессов обучения и памяти после действия стрессового фактора и подтверждает предыдущие исследования [4].

Таким образом, подтверждено тормозящее действие ССМП на деятельность нервной системы у линии дикого типа. Напротив, у мутантной линии ад^З это стрессовое воздействие на стадии имаго приводит к восстановлению способности к обучению и формированию памяти.

В экспериментах с реципрокными гибридами наблюдается па-троклинное наследование формирования памятного следа.

ИО гибридов через 3 часа после обучения не отличается от показателя отцовских линий Саи1ои-8 или ад^З. Продемонстрировано патроклинное наследование и реакции на стресс у гибридов. В случае отцовской линии ад^З происходит восстановление способности к обучению и формированию памяти при стрессе, в то время как у гибридов ад^Зх Сап1ои-8 показатели существенно ниже.

Заключение: Исследования в области изучения роли родительских геномов в экспрессии генов потомства показали необходимость учитывать материнский и отцовский эффект в построении прогностических моделей.

Список литературы:

1. Nikitina E. A., Medvedeva A. V., Zakharov G. A., Savvateeva-Popova E. V. The Drosophila agnostic locus: involvement to formation of cognitive defects in Williams syndrome. Acta Naturae. 2014. V. 6. № 2. Р. 53—61.

2. Бучаченко А. Л. Магнито-зависимые молекулярные и химические процессы в биохимии, генетике и медицине. Успехи химии. 2014. Т. 83. № 1. С. 1 — 12.

3. Никитина Е. А., Медведева А. В., Герасименко М. С., Про-ников В. С., Сурма С. В., Щеголев Б. Ф., Савватеева-Попо-ва Е. В. Ослабленное магнитное поле Земли: влияние на транскрипционную активность генома, обучение и память у Dr. melanogaster. Ж. высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. 2017. Т. 67. № 2. С. 246—256.

4. Никитина Е. А., Каминская А. Н., Молотков Д. А., Попов А. В., Сав-ватеева-Попова Е. В. Влияние теплового шока на обучение, формирование памяти и содержание LIMK1 в мозге самцов Drosophila melanogaster с измененной структурой гена limk1. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2014. Т. 50. № 2. С. 137—147.

УДК 577.24

Ветровой О. В.12, Стратилов В. А.1

1 ФГБУН Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербург, Россия.

2 ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский Государственный Университет", Биологический факультет, Санкт-Петербург, Россия.

E-mail: [email protected]

Vetrovoy O. V.12, Stratilov V. A.1

1 Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia

2 Faculty of Biology, Saint-Petersburg State University, Saint-Petersburg, Russia

СТРЕССОРНЫЙ ОТВЕТ МАТЕРИ НА ГИПОКСИЮ ВЫЗЫВАЕТ НАРУШЕНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГЛЮКОКОРТИКОИДНОЙ СИСТЕМЫ НА ПРОТЯЖЕНИИ ВСЕЙ ЖИЗНИ ПОТОМСТВА КРЫС