CC BY
9УДК 591.132:597.554.3:577.15
ВЛИЯНИЕ ХОЛЕЦИСТОКИНИНА НА ПИЩЕВОЕ И ТЕРМОРЕГУЛЯЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ КАРАСЯ Сarassius auratus
Кузьмина В.В., Гарина Д.В., Смирнов А.К., Меньшакова П.В.
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина, Борок Ярославской обл.,
Российская Федерация
Исследовано влияние интрацеребровентрикулярной микроинъекции холецистокинина (ХЦК) на пищевое и терморегуляционное поведение карася Carassius auratus. Показано, что под воздействием интрацеребровентрикулярной инъекции ХЦК (ССК33, Sigma Aldrich, 1 нг/г массы тела) происходит значительное увеличение среднесуточных избираемых температур (ИТ) в течение первых двух суток (до 28.1±0.1°С) и относительная стабилизация показателя до конца эксперимента. Во все сроки наблюдения ИТ у рыб в опытной группе значительно ниже, чем в контрольной. Максимальное уменьшение ИТ (на 5.5 °С) у рыб опытной группы по сравнению с контролем зафиксировано на 8-е сутки эксперимента. ХЦК не влияет на двигательные реакции рыб, но значительно снижает их рацион. Через 1 ч после инъекции ХЦК рацион снижается на 44% по сравнению с контролем. После внутрибрюшинных инъекций ХЦК рацион снижается по сравнению с контролем только через 5 ч, по отношению к интакт-ным рыбам через 1 и 5 ч - на 46.3 и 77.5%. То есть ХЦК уменьшает величину ИТ и не влияет на пищевые двигательные реакции рыб, но значительно снижает потребление пищи. Характер влияния ХЦК и серотонина (5-НТ) на терморегуляционное поведение и двигательные пищевые реакции карася различен, а на рацион - схож. Полученные данные позволяют предположить, что эти два нейротрансмиттера вовлекают различные системы в регуляцию пищевого поведения рыб и их поведения в термически неоднородной среде.
Ключевые слова: рыбы, карась, холецистокинин, терморегуляционное поведение, пищевое поведение, двигательные реакции
Проблемы биологии продуктивных животных, 2015, 4: 82-92
Введение
Изначально холецистокинин (ХЦК) был обнаружен в желудочно-кишечном тракте, однако позднее было установлено его присутствие в ЦНС, где он наиболее обильно представлен среди регуляторных пептидов (Larsson, Rehfeld, 1979). При этом выявлена высокая концентрация ХЦК8 (Beinfeld, Palkovits, 1981) и его рецепторов (Dayetal., 1986) в гипоталамусе. Твердо установлено, что ХЦК снижает потребление пищи у высших позвоночных (Gibbs et al., 1973; Shiraishi, 1990; Dockray, 2009) и влияет на их энергетический баланс (Balasko et al., 2013). Поскольку гипоталамус выполняет важные функции, связанные с регуляцией энергетического и пластического обмена веществ, интенсивности питания и терморегуляции, было высказано предположение, что ХЦК может модифицировать эффекты нейротрансмиттеров (Szelenyi et al., 2004).
У рыб ХЦК также выполняет функции интестинального гормона и одного из ключевых нейромедиаторов, участвующих в регуляции пищевого поведения. При исследовании серебряного карася Carassius auratus доказано наличие в головном мозге и кишечнике холе-цистокинин/гастриноподобных иммунореактивных волокон (de Pedro, Bjornsson 2001). В кишечнике рыб ХЦК-иммунореактивные клетки появляются на самых ранних этапах онтогенеза. При этом у личинок рыб с неизогнутой кишкой ХЦК-иммунореактивные клетки появляются вскоре после начала питания и находятся в большом количестве в средней кишке, а у
личинок с петлеобразной кишкой эти клетки появляются позднее и имеются лишь в передней части средней кишки (Hartviksen et al., 2009). У золотых рыбок Carassius auratus активная экспрессия гена ХЦК обнаружена в разных областях мозга, в том числе в обонятельных луковицах, переднем мозге и преоптической области, гипоталамусе, оптическом тектуме-таламусе и задних регионах мозга. Наиболее высокий уровень отмечен в гипоталамусе (Peyon et al., 1999).
При исследовании желтохвоста Serióla quinqueradiata чрезвычайно высокие уровни мРНК ХЦК были выявлены в головном мозге, а также в желудочно-кишечном тракте, в котором наиболее высокие концентрации мРНК ХЦК были обнаружены в пилорических придатках и в передней кишке. Важно отметить, что уровни мРНК Y-пептида, напротив, были низкими в головном мозге и высокими в передней кишке. После голодания уровень мРНК ХЦК снижается, а Y-пептида - увеличивается (Murashita et al., 2006). У атлантического лосося Salmósalar были получены полноразмерные кДНК, кодирующие две изоформы ХЦК (CCK-L и ССК-N). Оба типа ХЦК активно экспрессируются в головном мозге и сравнительно слабо в других тканях, в том числе в желудочно-кишечном тракте. В желудочно-кишечном тракте ССК-L в основном экспрессируется в пилорических придатках и в задней кишке, в то время как ССК-N - только в пилорических придатках (Murashitaetal., 2009).
Также известно, что у рыб увеличение концентрации ХЦК в гипоталамусе приводит к снижению потребления пищи (Himick, Peter, 1993). Позднее было показано, что в мозге ХЦК функционирует преимущественно как сигнал сытости (Peyon et al., 1999; Thavanathan, Volkoff, 2006; Rubio et al., 2008; Murashita et al., 2009; Penney, Volkoff, 2014). При этом интрацеребровентрикулярные инъекции ХЦК не только индуцируют насыщение у серебряного карася Carassius auratus, но и вызывают изменения в уровне гормона роста в сыворотке крови, схожие с изменениями, возникающими при нормальном приеме пищи. Эти опыты дали основание считать, что ХЦК обеспечивает связь между центральной регуляцией насыщения и секрецией гормона роста у костистых рыб (Peter, 1997). В выше цитированных работах основное внимание уделялось фактору интенсивности питания рыб.
В связи с этим важно отметить, что ранее нами было доказано влияние на пищевое и терморегуляционное поведение рыб другого интестинального гормона - серотонина, введенного внутрибрюшинно (Кузьмина, Гарина, 2013) или интрацеребровентрикулярно (Garina et al., 2013; Golovanov et al., 2014). Выявлено снижение интенсивности питания, двигательной активности и увеличение затрат времени на поиск и потребление рыбами пищи под влиянием внутрибрюшинных и внутримышечных инъекций серотонина. Кроме того, впервые был установлен долгосрочный (до 10-11 сут.) эффект однократной внутримозговой инъекции серото-нина на терморегуляционное поведение рыб: увеличение среднесуточной избираемой температуры на 3-4оС (Garina et al., 2013; Golovanov et al., 2014). Ранее было известно, что при гипоксии серотонин понижает температуру тела животного, увеличивая внутриклеточный уровень цАМФ и цГМФ в термоинтегративном центре гипоталамуса, следствием чего является изменение чувствительности терморецепторов, ингибирование термогенеза и потеря тепла (Bicego et al., 2007). Однако обнаруженный нами пролонгированный гипотермический эффект серотонина не может быть объяснён этим механизмом, поскольку его эффекты, вызванные внутриклеточной активацией систем вторичных мессенджеров, краткосрочны (Voronezhskaya et al., 2012). Наиболее вероятно, что он обусловлен синтезом специфических белков.
Поскольку данные о влиянии ХЦК на пищевое поведение рыб фрагментарны, а на терморегуляционное поведение отсутствуют, было важно исследовать его влияние на указанные аспекты поведения. Цель настоящей работы - исследование влияния интрацеребровен-трикулярной и внутрибрюшинной инъекций холецистокинина на пищевое и терморегуляционное поведение карася Carassius auratus.
Материал и методы
Объект исследования - молодь карася Carassius auratus (возраст 0+, 1+), отловленная в прудах стационара полевых и экспериментальных исследований ИБВВ РАН «Сунога». В сентябре молодь рыб была перевезена и акклиматизирована к лабораторным условиям, где содержалась вплоть до начала исследования. Проведено две серии экспериментов: в сентябре 2014 г. (1 -й эксперимент: влияние ХЦК на терморегуляционное поведение рыб) и в апреле -мае 2015 г. (2-й эксперимент: влияние ХЦК на пищевое поведение рыб). В первом эксперименте было сформировано две группы рыб по 5 экз. (контрольная и опытная), во втором -четыре группы по 4-5 экз. В первом эксперименте масса рыб составила 5.3±0.1 г, длина тела 54±0.6 мм, во втором - 15.0±1.4 г и 83.0±2.7 мм соответственно. Перед началом экспериментов рыб акклимировали в течение 7 сут. к температуре 19-20°С.
После окончания периода акклимации в первой серии экспериментов рыбы опытной группы подвергались процедуре интрацеребровентрикулярной микроинъекции ХЦК (CCK33, Sigma Aldrich, USA) в дозе 1.0 нг/г массы тела при помощи шприца Гамильтона, рыбы контрольной группы - микроинъекции раствора Рингера (109 мМ NaCl, 1.9 мМ KCl, 1.1 мМ CaCl2, 1.2 мМ NaHCO3) для холоднокровных животных (рН 7.4). Процедура интрацеребро-вентрикулярной микроинъекции (в область 4-го желудочка мозга) проводилась по ранее апробированной методике (Гарина, Мехтиев, 2014). Сразу после инъекций рыб помещали в отсек термоградиентной установки, температура воды в котором соответствовала температуре акклиматизации. Рыб опытной группы помещали в верхний лоток термоградиентной установки, рыб контрольной группы - в нижний. Все инъецированные рыбы к началу опыта полностью восстановили нормальное поведение и питание.
Термоградиентная установка состояла из двух стеклянных лотков длиной 4.25 м, на противоположных концах которых размещены нагревательные и охладительные камеры. Для поддержания устойчивого температурного градиента лотки разделены неполными перегородками на 11 отсеков. Температурный градиент составлял 15°С: от 19°С до 34°С. Световой режим устанавливали в соотношении 12:12. Температуру измеряли с помощью электронных термометров с подключенными цифровыми термодатчиками, расположенными по центру каждого отсека. Распределение рыб в температурном градиенте фиксировали в светлое время суток с помощью видеокамеры. В течение дня проводили 15 наблюдений распределения рыб в отсеках термоградиентной установки. Данные видеозаписи поведения рыб были оцифрованы на компьютере.
Во второй серии опытов рыб размещали в непроточных 40-литровых аквариумах (площадь дна 30^60 см) с принудительной аэрацией. Температура воды соответствовала 18±2°С, режим освещения - 6:18. Смену воды в аквариумах производили по мере ее загрязнения. За два дня до опыта кормление рыб прекращалось. Для моделирования бентосного типа питания рыб помещали в камеру из прозрачного оргстекла с перфорациями (стартовый отсек), размером 10*5*6 см, которую устанавливали у задней стенки аквариума. Передняя стенка камеры могла подниматься. У противоположной стенки аквариума помещали корм (15 замороженных личинок хирономид, индивидуальная масса 45 мг). Когда передняя стенка камеры поднималась, рыбы могли выходить из камеры для поиска и потребления корма. Перед началом опытов рыб в течение двух недель приучали находить корм в описанных выше условиях эксперимента. За 1 ч до начала эксперимента рыбам I опытной группы интрацеребро-вентрикулярно при помощи шприца Гамильтона вводили 1 мкл раствора ХЦК33 в дозе 1 нг/г массы тела, приготовленного на растворе Рингера для холоднокровных животных, рыбам I контрольной группы - 1 мкл раствора Рингера. Кроме того, карасям II опытной группы вводили внутрибрюшинно 0.1 мл ХЦК33 в дозе 100 нг/г массы тела, а рыбам II контрольной группы - равное количество раствора Рингера. Регистрировали 3 параметра пищевого поведения рыб: 1) t1, с - продолжительность нахождения рыб в стартовом отсеке после подъема передней стенки камеры; 2) t2, с - время, необходимое для достижения рыбами корма (латентное время питания, величина которого обратно пропорциональна скорости пищевой ре-
акции); 3) Я - рацион (количество съеденных личинок хирономид за 3 мин наблюдения). Временные характеристики пищевого поведения регистрировали с помощью секундомера. Наблюдения проводили 1 раз в сутки - в 10 ч дня, на протяжении 4-х сут.
Результаты и обсуждение
Влияние холецистокинина на терморегуляционное поведение рыб. Результаты, полученные в первом эксперименте, свидетельствуют о том, что возрастание среднесуточных избираемых температур (ИТ) у контрольных рыб наблюдается в течение первых трех суток после инъекции (до 32.2±0.1°С). После незначительного снижения величины ИТ на 4-5 сут. отмечено её дальнейшее увеличение (до 32.8±0.1 и 33.0±0.1°С на 6-е и 8-е сут. соответственно). В то же время, под воздействием инъекции ХЦК33 наблюдалось значительное увеличение среднесуточных ИТ в течение первых двух суток (до 28.1±0.1°С) и относительная стабилизация показателя до конца эксперимента. При этом во все сроки наблюдения значения ИТ у рыб опытной группы были значительно ниже, чем у рыб контрольной группы. Максимальное уменьшение ИТ у рыб опытной группы по сравнению с контролем зафиксировано на 6-е и 8-е сут. - до 27.5±0.2°С, или на 5.3 и 5.5°С соответственно (Р<0.05 по /-критерию) (рис. 1).
35
и
^д _I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_
123 456 789 10 11
Время, сутки
Рис. 1. Влияние холецистокинина на динамику среднесуточных избираемых температур у карася. 1- контроль, 2 - опыт.
Влияние холецистокинина на пищевое поведение рыб. В обоих вариантах второго эксперимента (при обоих способах введения пептида) время пребывания рыб в стартовой камере через 1 ч после инъекции увеличивалось, наиболее значительно у рыб контрольной группы (рис. 2). В результате этого у рыб опытной группы величина 11 после внутрибрюшинных инъекций оказалась существенно ниже (Р<0.05), чем в контроле. В последующие сроки больших различий между опытом и контролем не наблюдались в обоих вариантах опыта. Величина 12 изменялась сходным образом. В отличие от двигательных пищевых реакций, величина рациона в обоих вариантах опыта уменьшалась в первые часы после инъекции. Так, через 1 ч после интрацеребровентрикулярной инъекции ХЦК величина Я снизилась на 44% (Р<0.05) по сравнению с контролем (от 9.0±0.7 до 5.0±0.7 личинок хирономид). Через 24 ч значения Я в контроле возвращались к норме, ав опыте сохранялись на близком уровне с тенденцией к увеличению.
При внутрибрюшинной инъекции ХЦК наблюдалось увеличение величины Я по сравнению с контролем через 1 ч после инъекции и только через 5 ч отмечена тенденция к сниже-
нию. Вместе с тем, если оценивать изменение R не по отношению к контролю, а по отношению к его значению у интактных рыб, то через 1 и 5 ч наблюдается существенное (Р<0.05) снижение показателя на 46 и 78% (до инъекции 8.0±0.9 личинок хирономид, после инъекции - 4.3±0.3 и 1.8±0.4 соответственно). В последующие сроки наблюдения величина R увеличивалась, достигая в контроле уровня показателя у интактных рыб, а в опыте лишь приближаясь к нему. При этом важно отметить, что при обоих способах введения ХЦК, как правило, величина R у рыб опытной группы была ниже, чем у рыб контрольной группы.
Время после инъекции, ч Время после инъекции, ч
Рис. 2. Влияние холецистокинина на пищевое поведение карася. 1 - контроль, 2 - опыт; а, б, в -введение ХЦК интрацеребровентрикулярно; г, д, е - введение ХЦК внутрибрюшинно.
При обсуждении полученных результатов следует отметить, что величина среднесуточных ИТ у карасей контрольной группы несколько выше значений ИТ, полученных ранее для этого вида рыб (Оо1оуаиоу е! а1., 2014). Однако наибольшего внимания заслуживает устойчиво более низкие значения ИТ (максимум на 5.5°С) у рыб, инъецированных ХЦК, чем у рыб контрольной группы. Этот эффект противоположен таковому серотонина (5-НТ) - амина, являющегося, как и ХЦК, одновременно интестинальным гормоном и нейротрансмиттером. Известно, что микроинъекции 5-НТ в гипоталамус тиляпии Oreochromismos sambicus приво-
дят к значительному увеличению избираемых рыбами температур (до 7оС) в течение нескольких часов после инъекции (Tsai et al., 2002). Продемонстрировано увеличение ИТ у плотвы Rutilusrutilus, потреблявшей корм с флуоксетином (ингибитором обратного захвата 5-HT, увеличивающим его содержание в синапсах нейронов головного мозга), по сравнению с особями, питавшимися обычным кормом (Гарина, Смирнов, 2012). Установлен долгосрочный (до 10-11 сут.) эффект однократной интрацеребровентрикулярной инъекции 5-HT на терморегуляционное поведение карася и карпа - увеличение среднесуточной ИТ на 3-4оС. Выявленные эффекты серотонина на терморегуляционное поведение рыб согласуются с данными литературы о том, что этот нейромедиатор понижает температуру тела животного при гипоксии, но не могут быть объяснены с позиции имеющихся гипотез, учитывая столь длительное действие однократной инъекции серотонина (Garina et al., 2013; Golovanov et al., 2014).
При изучении влияния ХЦК на терморегуляционное поведение млекопитающих было выявлено два типа эффектов: гипертермия (лихорадка) и гипотермия. У крыс центральные микроинъекции ХЦК, как правило, вызывают увеличение температуры тела, данный эффект может быть ослаблен введением антагонистов центральных рецепторов холецистокинина типа В, но не введением антагониста периферических рецепторов типа А. Напротив, введение антагониста рецепторов типа А значительно снижает гипотермический эффект, вызванный периферической инъекцией холецистокинина, но не влияет на гипертермический эффект, вызванный центральной инъекцией пептида (Szelényi et al., 2004).
Данные, касающиеся влияния холецистокинина на пищевые двигательные реакции рыб, также отличаются от результатов, полученных при исследовании влияния серотонина на их пищевое поведение. Если при введении 5-HT наблюдалось стойкое, в ряде сроков достоверное, увеличение латентного времени питания, то есть снижение скорости пищевой реакции (Кузьмина, Гарина, 2013), то при введении ХЦК не только отсутствовали достоверные эффекты, но и не наблюдалось тенденции изменения показателя. Вместе с тем оба препарата вызывали cyщественное снижение интенсивности питания, что согласуется с результатами других исследователей. Действительно, доказано снижение потребления рыбами пищи как под влиянием 5-HT (de Pedro et al., 1998; Rubio et al., 2006; Кузьмина, Гарина, 2013), так и ХЦК (Himick, Peter, 1993; Peyon et al., 1999; Thavanathan, Volkoff, 2006; Rubio et al., 2008; Murashita et al., 2009; Penney, Volkoff, 2014).
При исследовании золотых рыбок Carassius auratus показано, что через 120 мин после еды у рыб наблюдается резкое увеличение уровня мРНК ХЦК в обонятельных луковицах, конечном мозге и преоптической области, гипоталамусе и заднем мозге (Peyon et al., 1999). Пероральное введение ХЦК европейскому морскому окуню Dicentrarchus labrax снижает не только общее потребление пищи, но и потребление отдельных макроэлементов. При этом пе-рорально введенный проглумид (неспецифический антагонист рецепторов ХЦК) дозозависи-мо увеличивает потребление пищи рыбами на 2, 18 и 44% соответственно. Наиболее высокая доза вызывает увеличение количества потребленных углеводов на 52%, белков - на 43%. Однако совместное введение проглумида и ХЦК в одной капсуле блокирует только эффекты ХЦК (Rubio et al., 2008). При введении радужной форели Oncorhynchus mykiss антагонистов ХЦК, напротив, наблюдается увеличение потребления пищи рыбами на 70-80% (Gélineau, Boujard, 2001).
При анализе периферических эффектов 5-HT и ХЦК отмечаются схожие механизмы. Действительно, несмотря на то, что 5-НТ производится энтерохромаффинными клетками кишечного эпителия (Holmgren, Nilsson, 1983; Piomelli, Tota, 1983), его влияние на пищевое поведение некоторых видов рыб, по-видимому, осуществляется в основном с помощью мета-симпатической нервной системы. Действительно, 5-HT-содержащие нейроны выявлены в мускулатуре кишечника у ряда видов рыб. Предполагается, что там, где есть иннервация слизистой кишечника нервными волокнами, содержащими высокую концентрацию 5-НТ, 5-HT-содержащие энтерохромафинные клетки отсутствуют (Anderson, Campbell, 1988; Anderson et al., 1991). Доказано, что песочный плоскоголов Platycephalus bassensis, у которого отсутству-
ют энтерохромаффинные клетки, спонтанно высвобождает 5-HT и 5-HIAA (гидрокси-индолуксусную кислоту), предположительно из кишечных нейронов. При этом высвобождение 5-НТ, но не 5-HIAA, увеличивается при трансмуральной электрической стимуляции. Предварительная обработка рыб резерпином заметно снижает уровень 5-НТ и 5-HIAA в ткани и ведет к почти полной потере спонтанного высвобождения 5-НТ и исключение стимулированного высвобождения 5-НТ (Anderson et al., 1991).
При исследовании радужной форели Oncorhynchus mykiss показано, что большая часть 5-НТ связана не с энтерохромаффинными клетками слизистой оболочки, а с серотонинерги-ческими волокнами (до 98%), расположенными в стенке кишечника (Caamano-Tubio et al., 2007). Результаты исследования эндо- и паракринной роли серотонина в регуляции пищеварительной системы у млекопитающих показали, что 5-НТ, действуя как периферический медиатор сытости, реализует ингибиторное влияние на пищевую активность через взаимодействие с рецепторами двух типов - 5-НТ1В и 5-НТ^ (Simansky, 1996).
В отношении ХЦК предполагается, что на периферии он действует на ХЦК1 рецепторы вагусных афферентных нейронов, стимулируя экспрессию в них Y2-рецепторов и нейро-пептида CART (кокаин- и амфетамин-регулируемого транскрипта), которые связаны с инги-бированием приема пищи. При этом вагусные афферентные нейроны представляют уровень интеграции сигналов, полученных от питательных веществ, которые контролируют потребление энергии и которые способны кодировать прием нутриентов за пределами центральной нервной системы (Dockray, 2009).
Недавно было показано, что блокирование центральных рецепторов ХЦК интрацереб-ровентрикулярной инъекцией проглумида (25 нг/г) ослабляет эффект снижения потребления пищи у серебряного карася Carassius auratus, вызванного введением ХЦК и амилина - пептида, секретируемого поджелудочной железой в ответ на прием пищи. Одновременное интра-церебровентрикулярное воздействие амилина и сульфатированного октапептида ХЦК снижает потребление пищи по сравнению с таковым у контрольных рыб или с таковым при их раздельном введении, что предполагает синергию между этими системами (Thavanathan, Volkoff, 2006). Позднее при исследовании влияния на потребление пищи слепой пещерной рыбой Astyanax fasciatus mexicanus ХЦК, апелина, грелина и орексина было показано, что ХЦК индуцирует уменьшение приема пищи, тогда как апелин, орексин и грелин индуцируют увеличение приема пищи по сравнению с таковым у контрольных рыб.
Изучение влияния инъекций на экспрессию мРНК в мозге двух метаболических ферментов (тирозингидроксилазы и mTOR), а также аппетит-регулирующих пептидов: ХЦК, орексина, апелина и кокаин- и амфетамин-регулируемого транскрипта (CART) показало, что инъекции ХЦК вызывали уменьшение в мозге апелина; инъекции апелина вызвали увеличение экспрессии в мозге TH, mTOR и орексина. Экспрессия CART не влияла ни на одно из воздействий. Эти результаты, по мнению авторов, показывают, что ферменты TH и mTOR, а также гормоны ХЦК, апелин, орексин и грелин, регулируют потребление пищи у рыб через сложную сеть взаимодействий (Penney, Volkoff, 2014).
Следовательно, ХЦК уменьшает величину ИТ и не влияет на пищевые двигательные реакции рыб, но значительно снижает потребление пищи. Характер влияния ХЦК и 5-НТ на терморегуляционное поведение и двигательные пищевые реакции карася различен, а на рацион - схож. И в том, и в другом случае ХЦК и 5-НТ, воздействуя на соответствующие рецепторы, вовлекают в регуляцию пищевого поведения и поведения в термически неоднородной среде различные системы, включающие сложную сеть взаимодействий.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 13-04-00075).
ЛИТЕРАТУРА
1. Гарина Д.В., Мехтиев А.А.Влияние серотонин-модулируемого антиконсолидационного белка на формирование долговременной памяти у карпов Cyprinus carpio в условно-рефлекторной модели активного избегания // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. - 2014. - Т. 50. - № 1. - С. 44-50.
2. Гарина Д.В., Смирнов А.К. Влияние серотонинтропного препарата флуоксетина на избираемую температуру у молоди плотвы Rutilus rutilus (Cyprinidae, Cypriniformes) акклимированной к различной температуре // Вопросы ихтиологии. - 2012. - Т. 54. - № 4. - С. 508-512.
3. Гарина Д.В., Смирнов А.К., Кузьмина В.В., Русанова П.В. Влияние серотонина на пищевое и терморегуляционное поведение молоди карпа Cyprinus carpio в условиях температурной неоднородности среды // Матер. докл. V Всеросс. конф.: Поведение рыб. - Кострома: Костромской печатный дом, 2014. - С. 11-17.
4. Кузьмина В.В., Гарина Д.В. Влияние периферически введённого серотонина на пищевую и двигательную активность карпа Cyprinus carpio L. // Биология внутренних вод. - 2013. - № 1. - С. 73-81.
5. Anderson C.R., Campbell G. Immunohistochemical study of 5-HT-containing neurons in the teleost intestine: relationship to the presence of enterochromaffin cells // Cell Tissue Res. - 1988. - Vol. 254. - P. 553559.
6. Anderson C.R., Campbell G., O'Shea F., Payne M. The release of neuronal 5-HT from the intestine of a teleost fish, Platycephalus bassensis // J. Auton. Nerv. Syst. - 1991. - Vol. 33. - No. 3. - P. 239-246.
7. Balaskó M., Rostás I., Füredi N., Mikó A., Tenk J., Cséplo P., Koncsecskó-Gáspár M., Soós S. Székely M., Pétervári E. Age and nutritional state influence the effects of cholecystokinin on energy balance // Exp. Gerontol. - 2013. - Vol. 48. - No. 11. - P. 1180-1188.
8. Beinfeld M.C., Palkovits M. Distribution of cholecystokinin (CCK) in the hypothalamus and limbic system of the rat // Neuropeptides. - 1981. - Vol. 2. - P. 123-129.
9. Bicego K.C., Barros R.C.H., Branco L.G.S. Physiology of temperature regulation: comparative aspects // Comp. Biochem. Physiol. A. - 2007. - Vol. 147. - P. 616-639.
10. Caamaño-Tubío R.I., Pérez J., Ferreiro S., Aldegunde M. Peripheral serotonin dynamics in the rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) // Comp. Biochem. Physiol. - 2007. - Vol. 129. - P. 245-255.
11. Day N.C., Hall M.D., Clark C.R., Hughes J. High concentration of cholecystokinin receptor binding sites in the ventromedial hypothalamic nucleus // Neuropeptides. - 1986. - Vol. 8. - P. 1-18.
12. De Pedro N., Bjornsson B.T. Regulation of food intake by neuropeptides and hormones // In: Food intake in fish. Ch. 12. - Blackwell Science, 2001. - P. 269-296.
13. De Pedro N., Pinillos M.L., Valenciano A.I., Alonso-Bedate M., Delgado M.J. Inhibitory effect of serotonin on feeding behavior in goldfish: involvement of CRF // Peptides. - 1998. - Vol. 12. - No. 3. - P. 505511.
14. Dockray G. J. Cholecystokinin and gut-brain signalling // Reg. Peptides. - 2009. - Vol. 155. - No. 1-3. -P. 6-10.
15. Garina D.V., Smirnov A.K., Kuz'mina V.V. The long-term effect of serotonin on the thermoregulatory behavior in juvenile Cyprinidae (Cyprinuscarpio and Carassiusauratus) // Fish Physiol. Biochem. - 2013.
- Vol. 39.- No. 6.- P. 1373-1376.
16. Gélineau A., Boujard T. Oral administration of cholecystokinin receptor antagonists increase feed intake in rainbow trout // J. Fish Biol. - 2001. - Vol. 58. - No. 3.- P. 716-724.
17. Gibbs J., Young R., Smith G.P. Cholecystokinin decreases food intake in rats // J. Comp. Physiol. - 1973.
- Vol. 84. - P. 488-493.
18. Golovanov V.K., Smirnov A.K., Garina D.V. Thermoregulatory behavior as a form of the temperature adaptation in freshwater teleosts of boreal climatic zone // In: Teleosts: evolutionary development, diversity and behavioral ecology. - New York: Nova Science Publishers, 2014. - P. 153-198.
19. Hartviksen M.B., Kamasaka Y., Jordal A.-E.O., Koedijk R.M., Rannestad I. Distribution of cholecystokin-in-immunoreactive cells in the gut of developing Atlantic cod Gadusmorhua L. larvae fed zooplankton or rotifers // J. Fish Biol. - 2009. - Vol. 75. - P. 834-844.
20. Himick B.A., Peter R.E. CCK/gastrin-like immunoreactivity in brain and gut, and CCK supression of feeding in goldfish // Am. J. Physiol. - 1993. - Vol. 267. - P. 841-851.
21. Holmgren S., Nilsson S. Bombesin-, gastrin/CCK- 5-hydroxytryptamine-, neurotensin-, somatostatin-, and VIP-like immunoreactivity and catecholamine fluorescence in the gut of elasmobranch, Squalusacanthias // Cell Tissue Res. - 1983. - Vol. 234. - P. 595-618.
22. Larsson L.I., Rehfeld J.F. Localization and molecular heterogeneity of cholecystokinin in the central and peripheral nervous system // Brain Res. - 1979. - Vol. 165. - P. 210-218.
23. Murashita K., Fukada H., Hosokawa H., Masumoto T. Cholecystokinin and peptide Y in yellowtail (Seriolaquinqueradiata): molecular cloning, real-time quantitative RT-PCR, and response to feeding and fasting // Gen. Comp. Endocrinol. - 2006. - Vol. 145. - P. 287-297.
24. Murashita K., Kurokawa T., Nilsen T.O., Ronnetad I. Ghrelin, cholecystokinin, and peptide YY in Atlantic salmon (Salmosalar): molecular cloning and tissue expression // Gen. Comp. Endocrinol. - 2009. - Vol. 160. - P. 223-235.
25. Penney C.C., Volkoff H. Peripheral injections of cholecystokinin, apelin, ghrelin and orexinin cavefish (Astyanax fasciatusmexicanus): Effects on feeding and onthe brain expression levels of tyrosine hydrox-ylase, mechanistic targetof rapamycin and appetite-related hormones // Gen. Compar. Endocrinol. - 2014.
- Vol. 196. - P. 34-40.
26. Peter R.E. Neuroendocrine regulation of appetite in fish // In: The feeding behaviour of fish in culture. First workshop of the COST 827 action on voluntary food intake in fish. - Scotland, Aberdeen: Aberdeen University, 1997. - P. 33.
27. Peyon P., Saied H., Lin X., Peter R.E. Postprandial, seasonal and sexual variations in cholecystokinin gene expression in goldfish brain // Molecular. Brain Res. - 1999. - Vol. 74. - No. 1-2. - P. 190-196.
28. Piomelli D., Tota B. Different distribution of serotonin in an elasmobranch (Scyliorhinusstellaris) and in a teleost (Conger conger) fish // Comp. Biochem. Physiol. C. - 1983. - Vol. 74. - P. 139-142.
29. Rubio V.C., Sanchez-Vazquez F.J., Madrid J.A. Oral serotonin administration affects the quantity and the quality of macronutrients selection in European see bass Dicentrarchus labrax L. // Physiol. Behavior. -2006. - Vol. 87. - P. 7-15.
30. RubioV.C., Sánchez-Vázquez F.J., Madrid J.A. Role of cholecystokinin and its antagonist proglumide on macronutrient selection in European sea bass Dicentrarchuslabrax L. // Physiol. Behav. - 2008. - Vol. 93.
- No. 4-5. - P. 862-869.
31. Shiraishi T. CCK as a central satiety factor: behavioral and electrophysiological evidence // Physiol. Behav. - 1990. - Vol. 48. - P. 879-885.
32. Simansky K.J. Serotonengic control of the organization of feeding and satiety // Behav. Brain Res. - 1996.
- Vol. 73. - P. 37-42.
33. Szelényi Z., Székely M., Hummel Z., Balaskó M., Romanovsky A.A., Pétervári E. Cholecystokinin: possible mediator of fever and hypothermia // Frontiers Biosci. - 2004. - Vol. 9. - P. 301-308.
34. Thavanathan R., Volkoff H. Effects of amylin on feeding of goldfish: Interactions with CCK // Reg. Peptides. - 2006. - Vol. 133. - No. 1-3. - P. 90-96.
35. Tsai Ch.-L., Wang L.-H., Tsai Ch.-Ch.Role of serotonin, y-aminobutyric acid, and glutamate in the behavioral thermoregulation of female tilapia during prespawning phase // J. Exp. Zool. - 2002. - Vol. 293. - P. 443-449.
36. Voronezhskaya E.E., Khabarova M.Yu., Nezlin L.P., Ivashkin E.G. Delayed action of serotonin in molluscan development // Acta Biologica Hungarica. - 2012. - Vol. 63. - No. 2. - P. 210-216.
REFERENCES
1. Anderson C.R., Campbell G. Immunohistochemical study of 5-HT-containing neurons in the teleost intestine: relationship to the presence of enterochromaffin cells. Cell Tissue Res. 1988, 254: 553-559.
2. Anderson C.R., Campbell G., O'Shea F., Payne M. The release of neuronal 5-HT from the intestine of a teleost fish, Platycephalus bassensis. J. Auton. Nerv. Syst. 1991, 33(3): 239-246.
3. Balaskó M., Rostás I., Füredi N., Mikó A., Tenk J., Cséplo P., Koncsecskó-Gáspár M., Soós S., Székely M., Pétervári E. Age and nutritional state influence the effects of cholecystokinin on energy balance. Exp. Gerontol. 2013, 48(11): 1180-1188.
4. Beinfeld M.C., Palkovits M. Distribution of cholecystokinin (CCK) in the hypothalamus and limbic system of the rat. Neuropeptides. 1981, 2: 123-129.
5. Bicego K.C., Barros R.C.H., Branco L.G.S. Physiology of temperature regulation: comparative aspects. Comp. Biochem. Physiol. A. 2007, 147: 616-639.
6. Caamaño-Tubío R.I., Pérez J., Ferreiro S., Aldegunde M. Peripheral serotonin dynamics in the rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Compar. Biochem. Physiol. C. 2007, 129: 245-255.
7. Day N.C., Hall M.D., Clark C.R., Hughes J. High concentration of cholecystokinin receptor binding sites in the ventromedial hypothalamic nucleus. Neuropeptides. 1986, 8: 1-18.
8. De Pedro N., Bjornsson B.T. Regulation of food intake by neiro-peptides and hormones. In: Food intake in fish. Ch. 12. Blackwell Science, 2001, P. 269-296.
9. De Pedro N., Pinillos M.L., Valenciano A.I., Alonso-Bedate M., Delgado M.J. Inhibitory effect of serotonin on feeding behavior in goldfish: involvement of CRF. Peptides. 1998, 12(3): 505-511.
10. Dockray G.J. Cholecystokinin and gut - brain signaling. Reg. Peptides. 2009, 155(1-3): 6-10.
11. Garina D.V., Mekhtiev A.A. [Effect of serotonin-modulated anticonsolidation protein on formation of long-term memory in the learning model of active avoidance in the carp (Cyprinuscarpio)]. Zhurnal evolyutsionnoi biokhimii I fisiologii - J. Evol. Biochem. Physiol. 2014, 50(1): 44-50. (In Russian).
12. Garina D.V., Smirnov A.K. [Effects of fluoxetine, a selective reuptake inhibitor, on preferred temperature in juvenile roach Rutilus rutilus (Cyprinidae, Cypriniformes), acclimated to different temperatures]. Voprosy ikhtiologii - Journal of Ichthiology. 2012, 52(4): 508-512 (In Russian).
13. Garina D.V., Smirnov A.K., Kuz'mina V.V. The long-term effect of serotonin on the thermoregulatory behavior in juvenile Cyprinidae (Cyprinuscarpio and Carassiusauratus). Fish Physiol. Biochem. 2013, 39(6): 1373-1376.
14. Garina D.V., Smirnov A.K., Kuz'mina V.V., Rusanova P.V. [Influence of serotonin on feeding and thermoregulatory behavior of juvenile carps Cyprinus carpio in heterothermal conditions]. Povedenie ryb: Materialy dokladov V Vserossiiskoi conferentsii (Fish Behavior: Proc. 5th Russian Conference). Borok, 2014, P. 11-17. (In Russian).
15. Gelineau A., Boujard T. Oral administration of cholecystokinin receptor antagonists increase feed intake in rainbow trout. J. Fish Biol. 2001, 583: 716-724.
16. Gibbs J., Young R., Smith G.P. Cholecystokinin decreases food intake in rats. J. Comp. Physiol. 1973, 84: 488-493.
17. Golovanov V.K., Smirnov A.K., Garina D.V. Thermoregulatory behavior as a form of the temperature adaptation in freshwater teleosts of boreal climatic zone. In: Teleosts: evolutionary development, diversity and behavioral ecology. New York: Nova Science Publishers, 2014, P. 153-198.
18. Hartviksen M.B., Kamasaka Y., Jordal A.-E.O., Koedijk R.M., Rannestad I. Distribution of cholecystokin-in-immunoreactive cells in the gut of developing Atlantic cod Gadusmorhua L. larvae fed zooplankton or rotifers. J. Fish Biol. 2009, 75: 834-844.
19. Himick B.A., Peter R.E. CCK/gastrin-like immunoreactivity in brain and gut, and CCK supression of feeding in goldfish. Am. J. Physiol. 1993, 267: 841-851.
20. Holmgren S., Nilsson S. Bombesin-, gastrin/CCK- 5-hydroxytryptamine-, neurotensin-, somatostatin-, and VIP-like immunoreactivity and catecholamine fluorescence in the gut of elasmobranch, Squalusacanthias. Cell Tissue Res. 1983, 234: 595-618.
21. Kuz'mina V.V, Garina D.V. The effects of peripherally injected serotonin on feeding and locomotor activities in carps Cyprinus carpio L. Biol. Inland Waters. 2013, 6(1): 62-69.
22. Larsson L.I., Rehfeld J.F. Localization and molecular heterogeneity of cholecystokinin in the central and peripheral nervous system. Brain Res. 1979, 165: 210-218.
23. Murashita K., Fukada H., Hosokawa H., Masumoto T. Cholecystokinin and peptide Y in yellowtail (Seriolaquinqueradiata): molecular cloning, real-time quantitative RT-PCR, and response to feeding and fasting. Gen. Comp. Endocrinol. 2006, 145: 287-297.
24. Murashita K., Kurokawa T., Nilsen T.O., Ronnestad I. Ghrelin, cholecystokinin, and peptide YY in Atlantic salmon (Salmosalar): molecular cloning and tissue expression. Gen. Comp. Endocrinol. 2009, 160: 223-235.
25. Penney C.C., Volkoff H. Peripheral injections of cholecystokinin, apelin, ghrelin and orexinin cavefish (Astyanax fasciatus mexicanus): Effects on feeding and onthe brain expression levels of tyrosine hydroxylase, mechanistic target of rapamycin and appetite-related hormones. Gen. Compar. Endocrinol. 2014, 196: 34-40.
26. Peter R.E. Neuroendocrine regulation of appetite in fish. In: The feeding behaviour of fish in culture. First workshop of the COST 827 action on voluntary food intake in fish. Aberdeen: Aberdeen University, 1997, P. 33.
27. Peyon P., Saied H., Lin X., Peter R.E. Postprandial, seasonal and sexual variations in cholecystokinin gene expression in goldfish brain. Molecular. Brain Res. 1999, 74(1-2): 190-196.
28. Piomelli D., Tota B. Different distribution of serotonin in an elasmobranch (Scyliorhinus stellaris) and in a teleost (Conger conger) fish. Comp. Biochem. Physiol. C. 1983, 74: 139- 142.
29. Rubio V.C., Sanchez-Vazquez F.J., Madrid J.A. Oral serotonin administration affects the quantity and the quality of macronutrients selection in European see bass Dicentrarchus labrax L. Physiol. Behavior. 2006, 87: 7-15.
30. Rub^ V.C., Sanchez-VazquezF.J., Madrid J.A. Role of cholecystokinin and its antagonist proglumide on macronutrient selection in European sea bass Dicentrarchus labrax, L. Physiol. Behav. 2008, 93(4-5): 862-869.
31. Szelenyi Z., Szekely M., Hummel Z., Balasko M., Romanovsky A.A., Petervari E. Cholecystokinin: possible mediator of fever and hypothermia. Frontiers Biosci. 2004, 9: 301-308.
32. Shiraishi T. CCK as a central satiety factor: behavioral and electrophysiological evidence. Physiol. Behav. 1990, 48: 879-885.
33. Simansky K.J. Serotonergic control of the organization of feeding and satiety. Behav. Brain Res. 1996, 73: 37-42.
34. Thavanathan R., Volkoff H. Effects of amylin on feeding of goldfish: Interactions with CCK. Reg. Peptides. 2006, 133(1-3): 90-96.
35. Tsai Ch.-L., Wang L.-H., Tsai Ch.-Ch. Role of serotonin, y-aminobutyric acid, and glutamate in the behavioral thermoregulation of female tilapia during prespawning phase. J. Exp. Zool. 2002, 293: 443-449.
36. Voronezhskaya E.E., Khabarova M.Yu., Nezlin L.P., Ivashkin E.G. Delayed action of serotonin in molluscan development. Acta Biologica Hungarica. 2012, 63(2): 210-216.
Effect of cholecystokinin on feeding and thermoregulatory behavior in goldfish Carassius auratus
Kuz'mina V.V., Garina D.V., Smirnov A.K., Men'shakova P.V.
Papanin Institute for Biology of Inland Waters, 152742, Borok Yaroslavl oblast, Russian Federation
ABSTRACT. The effect of an intracerebroventricular microinjection of cholecystokinin (CCK33, Sigma Aldrich, 1 ng/g BW) on feeding and thermoregulatory behavior in goldfish Carassius auratus was investigated. It was shown that average daily selected temperatures (ST) increased significantly under the influence of CCK during two days of the experiment (up to 28.1±0.1°С), and further relative stabilization of ST value was observed until the end of the experiment. During all period of the observation, ST value in the fish of the experimental group was significantly lower than that in the fish of the control one. The maximal decreasing of ST was observed at the 8th day of experiment. CCK did not change locomotor feeding reactions, but significantly reduced the food intake in fish. After 1 h of the intracerebroventricular injection of CCK, the ration was reduced by 44% compared with the control. Under the influence of the intraperitoneal injection of CCK, the ration was reduced compared to the control fish after 5 h of the injection only, and compared to the intact fish - after 1 and 5 h (by 46.3 and 77.5% respectively). That is, CCK reduces the magnitude of ST and does not exert influence on fish locomotor feeding reaction, but significantly reduces food intake. The nature and effect of CCK and serotonin (5-HT) on thermoregulatory behavior and locomotor feeding reactions are different, and that of diet are similar. The data obtained suggest that these two neurotransmitters involve different systems in the regulation of feeding behavior of fish and their behavior in a thermally inhomogeneous medium.
Keywords: goldfish, cholecystokinin, thermoregulatory behavior, feeding behavior, locomotor reactions
Problemy biologii productivnykh zhivotnykh - Problems of Productive Animal Biology, 2015, 4: 82-92
Поступило в редакцию: 11.06.2015 Получено после доработки: 27.08.2015
Кузьмина Виктория Вадимовна, д.б.н., проф., т. (485)472-45-26, дом. (485)472-42-07, vkuzmina@ibiw.yaroslavl.ru;
Гарина Дарина Владимировна, к.б.н., с.н.с., т. (485)472-41-11, д. (485)472-47-31, garinadv@mail. ru;
Смирнов Алексей Константинович, к.б.н., с.н.с., т. (485)472-45-26; smirnov@ibiw.yaroslavl.ru;
Меньшакова Полина Владимировна, м.н.с., т. (485)472-45-26, polyarus@mail.ru
