АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРАНСГЕННЫХ МЫШЕЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

роли генотипа в процессе обучения. Как уже упоминалось, в настоящее время разработаны экспериментальные приемы, с помощью которых в геном животного можно ввести последовательность оснований, кодирующую определенный белок. Этот ген может быть новым для вида или видоизмененным геном вида-хозяина. В последнем случае, как правило, речь идет о "выключении" какого-либо гена из процесса развития. Организм такого трансгенного животного (это как правило, мышь или дрозофила) развивается в новых условиях, когда данный ген не может экспрессироваться нормально.

Экспериментальные схемы обучения, которые используются для тестирования запоминания у лабораторных мышей и крыс, позволяют с большой надежностью разделить влияние какого-либо фактора на краткосрочную и долгосрочную память, а также на процесс собственно усвоения навыка. В основе такого навыка обычно лежит простая двигательная реакция или, наоборот, ее торможение (невыполнение). Усвоение подобного навыка происходит при единственном сочетании условного и безусловного раздражителей, что также важно для четкости оценки эффекта мутации.

Многочисленные данные об участии системы вторичных посредников в формировании следа памяти позволяют считать доказанным, что долговременная память связана с изменениями в структуре синаптических белков, причем эти изменения осуществляются в результате целого каскада событий, одним из которых является активация гена, кодирующего белок CREB. Для выяснения его роли в формировании памяти были получены мыши, у которых отсутствовал ген, кодирующий белок CREB (Bourchaladze et a]., 1994; см.: 8.4.3.6). В интервалах "работы" краткосрочной памяти (30 и 60 мин после сеанса обучения) запоминание навыка было достоверным, тогда как при тестировании в сроки, когда должна "работать" долгосрочная память (через 2 ч), воспроизведение навыка было сильно нарушено.

Было продемонстрировано также, что феномен долговременной потенциации, который многие рассматривают как гомолог условного рефлекса, формирующийся на уровне нейронных ансамблей гип-покампа, у мышей с отсутствием гена, кодирующего белок CREB, развивался аномально в тех же временных пределах. Через 2 ч после воздействия, вызывающего долговременную потенциацию в срезах мозга (гиппокампе) таких животных, все ее проявления уже отсутствуют.

Мыши с искусственной мутацией гена калмодулин-зависимой протеинкиназы II (Bach et al., 1995) нормально обучались навыку отыскания безопасного убежища при наличии сигнальных раздражителей, но не могли усвоить этот навык, когда для этого требовалось формирование пространственного представления. При этом у них наблюдалась еще одна особенность: при раздражении с частотой 5–10 в секунду (т.е. с частотой тета-ритма, как правило, присутствующего в электрограмме гиппокампа при исследовательском поведении) долговременной постсинаптической потенциации не было, в то время как при высокочастотном раздражении гиппокампа она развивалась нормально.

Таким образом, совокупность данных, полученных на животных разного уровня организации, позволяет в настоящее время считать, что экспрессия транскрипционного фактора CREB, который активирует гены, прямо связанные с формированием памяти, и ряд других генетических элементов, как правило, связанных с функцией системы вторичных посредников, являются важным этапом записи следа памяти в мозге.

8.6.4. ВЛИЯНИЕ ОДИНОЧНЫХ ГЕНОВ НА ПОВЕДЕНИЕ

В разделе 8.4.3.6 приводились примеры влияния мутаций отдельных генов на разные формы поведения дрозофилы. Эффекты отдельных генов на поведение млекопитающих (преимущественно мыши) бывают не менее иллюстративными. Оценка влияния одиночных генов на поведение требует глубоких знаний по физиологии поведения, поскольку в противном случае интерпретация результатов может быть ошибочной. Данные по роли гена "albino" в поведении лабораторных грызунов в этом отношении весьма поучительны.

8.6.4.1. ГЕН альбинизма. Альбинизм (депигментация) – это мутация локуса с, локализованного у мышей на 7-й хромосоме. Мутация рецессивна и вызывает целый ряд других аномалий, в частности в зрительной системе. Показано, например, что у альбиносов многих видов происходит практически полный перекрест волокон в хиазме, т.е. у них отсутствуют ипсилатеральные зрительные проекции.

Межлинейные сравнения. В поведении животных-альбиносов также обнаруживается ряд особенностей. Как показали сравнительные исследования частоты самораздражения мозга у мышей линий BALB/c и DBA/2, средняя частота нажатий на рычаг для раздражения зон "удовольствия" в латеральном гипоталамусе у мышей BALB/c была почти в два раза выше, чем у DBA/2. Чтобы выяснить вопрос, в какой степени эти различия связаны с отсутствием пигментации у BALB/c, был проведен классический генетический анализ. В специальных скрещиваниях были получены гибриды первого и второго поколения, а также беккроссы – потомки от скрещивания гибридов с родительскими формами. Среди поколения бек-кроссов, у которых произошло расщепление по окраске шерсти, среди мышей с высокой и низкой частотой самораздражения пигментированные животные и альбиносы были представлены с равной частотой. Таким образом, связь между частотой самораздражения и альбинизмом оказалась случайной, а не функциональной, и ассоциация исчезла при более подробном анализе признаков. Этот пример является одной из многочисленных иллюстраций общего правила необходимости анализа обнаруженных межлинейных различий в последующих экспериментах по скрещиванию и расщеплению в гибридных поколениях.

У особей-альбиносов всех видов (включая и человека) отсутствует меланин, причем не только в коже и волосах, но и в радужной оболочке глаз. Отсутствие пигментации глаз (и соответственно измененная зрительная функция) у мышей и крыс-альбиносов требовало специального внимания при проведении сравнительных исследований по генетике поведения грызунов, в частности по методу "открытого поля".

Мышей линии C57BL/6J (имеющих черную шерсть, высокий уровень активности и низкий уровень дефекации в установке "открытое поле") скрещивали с белыми мышами линии BALB/c (с низким уровнем активности и высокими показателями дефекации). От гибридов первого поколения получили гибридов второго и третьего поколений, после чего сопоставили показатели активности и эмоциональности с наличием пигментации. Оказалось, что, как и у исходных линий, у альбиносов уровень активности был ниже, а уровень дефекации выше, чем у пигментированных животных. Получив третье поколение гибридов, американский исследователь Дж.Де Фриз, приступивший к этой работе в конце 60-х годов, начал селекцию на высокий, средний и низкий уровни активности в установке "открытое поле", не обращая внимания на цвет шерсти животных. Уже к 8-му поколению в линии, селектированной на высокий уровень активности, практически не было альбиносов, тогда как в линии с низкой активностью их было 100%. В другой паре линий, также селектированных из той же популяции на разные значения признака (уровеньактивности), низкоактивная линия на 60% состояла из непигментированных мышей. Эти полученные данные нельзя было объяснить сцеплением (близким топографическим расположением на хромосоме) двух локусов – локуса альбинизма "с" и какого-то другого, влиявшего на уровень активности, – поскольку низкая активность альбиносов сохранялась и после многих поколений неинбредного разведения, когда такая ассоциация могла многократно нарушиться вследствие кроссинговера. Кроме того, в проводимых параллельно двух селекционных экспериментах (т.е. при параллельной селекции еще трех линий на низкие, средние и высокие значения признака) результаты были сходными. Важность оценки таких коррелированных ответов на отбор достаточно велика, причем для селекционных экспериментов с любыми объектами.

Другая возможность объяснения заключалась в постулировании тривиального плейотропного эффекта гена альбинизма, который заключался в том, что подавление двигательной активности альбиносов было связано с их неспособностью адаптировать зрение к яркому освещению площадки и нормально перемещаться в этих условиях. И действительно, тестирование мышей этих селектированных линий при красном свете практически нивелировало различия в уровне активности.

Метод коизогенных линий. Другим достаточно точным методом, который позволил оценить влияние гена альбинизма на поведение и был минимально связан с возможными эффектами сцепления, оказался так называемый метод коизогенных линий, т.е. инбредных линий, отличающихся друг от друга только по мутации в данном локусе. Так, например, при разведении мышей линии C57BL/6J в ней была обнаружена мутация альбинизма, и оказалось возможным сравнить поведение мышей двух линий, которые были генетически идентичны друг другу за исключением гена "с". Даже в условиях тестов, где не было подавляющего влияния яркого света, мыши-альбиносы были менее активны в открытом поле и медленнее избегали воды. При тестировании в течение 90 мин в первые минуты теста активность альбиносов была достоверно более низкой, однако к концу тестирования различия исчезли. Уровень двигательной активности у этих групп мышей при тестировании в течение 24 ч в специальных колесах был одинаковым.

Метод конгенных линий. Использование в генетике поведения метода конгенных линий также связано с локусом альбинизма "с". Метод заключается в том, чтобы путем последовательных скрещиваний ввести в генотип определенной линии участок хромосомы, несущий интересующий экспериментатора локус. После этого возможно сравнение поведения животных, имеющих "новый", мутант-ный локус, с носителями исходного генотипа. Чтобы его сохранить, в каждом поколении новой линии проводят тестирование на наличие у мышей специфического аллеля тканевой совместимости. Это достигается использованием методики трансплантации участков кожи от мыши линии-носителя изучаемого хромосомного локуса. Локусы, обеспечивающие тканевую совместимость, хорошо описаны, картированы и достаточно равномерно распределены по геному, поэтому очень многие мутантные аллели, которые переносятся путем скрещиваний в другой генотип, можно маркировать именно генами гистосовместимости, относящимися к разным группам этой системы.

Таким же способом можно маркировать и ген "с", мутация по которому вызывает альбинизм. Эксперименты по скрещиванию мышей пигментированной линии СЗН с мышами-донорами локуса "с" проводились при постоянном тестировании потомства на наличие у них локуса гистосовместимости (по отторжению или приживлению кожного трансплантата от линии-донора). Таким способом было получено несколько линий, одна из которых оказалась депиг-ментированной. Наблюдались также различия в уровне двигательной активности между исходной пигментированной линией СЗН и новой конгенной депигментированной линией. В начале тестирования альбиносы были достоверно менее активны, но к концу 90 мин теста различия исчезали.

Описанные методы применяются, разумеется, не только для выяснения роли альбинизма в поведении мышей. Они существенно важны для оценки роли генотипа в действии фармакологических агентов на поведение и на биохимические процессы. Использование метода рекомбинантных инбредных линий (см.: 8.6.6.3) делает результаты таких исследований еще более информативными (De-mant et al., 1992).

Таким образом, помимо достаточно очевидного влияния депигментации на функцию зрения носители данной мутации по ряду признаков отличаются от пигментированных животных, но причина отличий не столь очевидна. Мутация альбинизма связана с изменениями (по некоторым данным, с делецией) структурного гена фермента тирозиназы. Это означает, что при развитии данного фенотипа могут происходить сложные компенсационные изменения, затрагивающие обмен, в частности таких важных веществ, как катехола-мины. Подобные плейотропные эффекты могут быть причиной особенностей поведения животных-альбиносов. Эти вопросы еще предстоит исследовать экспериментально.

Дата добавления: 2015-11-02 | Просмотры: 584 | Нарушение авторских прав