АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

СУДОРОЖНЫЕ СОСТОЯНИЯ.

Аудиогенная эпилепсия. Судороги, развивающиеся при действии сильного звука у лабораторных мышей и крыс, рассматриваются как модель эпилепсии человека и интенсивно исследуются в плане оценки роли генотипа в генезе этого явления.

У мышей чувствительность к звуку была впервые отмечена д-ром Студенцовым, работавшим в лаборатории И.П. Павлова. Серьезное изучение этого феномена у мышей началось только с 1947 г., когда у мышей линии DBA/2 в определенный возрастной период (примерно с 15-го по 25-й дни жизни) обнаружили аудиогенные судороги, нередко с летальным исходом, связанным с остановкой дыхания.

В середине 40-х годов Л.В. Крушинский и Л.Н. Молодкина в МГУ путем селекции вывели линию белых лабораторных крыс, которые на сильный звук (около 100 децибелл над порогом слышимости человека) реагировали сначала мощным двигательным возбуждением, а затем клонико-тоническими и тоническими судорогами. Чувствительность к звуку имеют и беспородные крысы, и животные других линий (например, Wag, August), а также крысы популяции Вистар, однако среди них и двигательное возбуждение, и судороги встречаются, как правило, у небольшого процента животных. Крысы линии КМ, за редкими исключениями, обладают высокой чувствительностью к звуку. Известны также две другие линии чувствительных к звуку крыс: GERP (genetic epilepcy response prone), выведенные в Аризонском университете (США), которые различаются между собой по уровню этой чувствительности (Riegel et al., 1986).

Указанные линии крыс и мышей интенсивно исследуются как нейрохимиками, так и фармакологами. Установлено, что у чувствительных к звуку животных показатели состояния и ГАМК-ерги-ческой системы, и моноаминергических систем достоверно отличаются от нечувствительных. В эту патологию вовлечена также и хо-линергическая система мозга.

Данные литературных источников о генетическом определении чувствительности к звуку у мышей несколько различаются. В одной из наиболее известных работ американских исследователей Дж. ФуллераиР. Коллинза (Collins, Fuller, 1968) по скрещиванию чувствительной и нечувствительной к звуку линий – DBA/2 и C57BL/6J соответственно – было показано, что этот признак определяется одним геном, локализованным на 12-й хромосоме и получившим название asp (audiogenic seizure prone). В настоящее время он называется asp-1. Вместе с тем данные, полученные на батарее рекомбинантных инбредных линий (см.: 8.6.6.3) с использованием чувствительной и нечувствительной родительских линий, показали, что признак детерминирован более чем одним геном. Второй ген, ответственный за этот признак, – asp-2 – был локализован на 4-й хромосоме.

Изучение характера наследования повышенной чувствительности к звуку у крыс методом диаллельного скрещивания, который описан в разделе 8.6.6.2, показало, что данный признак имеет полигенную природу, действие генов аддитивно и гены, детерминирующие нечувствительность к звуку, доминируют. Чувствительность к звуку, характерная для крыс линии КМ, является почти полностью рецессивным признаком (Романова и др., 1975). В природных популяциях и в лабораторных линиях практически не встречаются животные, столь чувствительные к звуку, как крысы линии КМ. Вопрос о биологической роли аномальной чувствительности к звуку, точнее о его эволюционном генезе, не только не исследован, но практически никогда не поднимается.

У крыс и мышей, предрасположенных к аудиогенным припадкам, найдены также эндокринные расстройства, нарушения водно-солевого обмена и метаболизма пиридоксина (Loscher, 1992). Показано, что у линии GERP- 9 (см. выше) повышено количество ГАМК-ерги-ческих нейронов заднего двухолмия, причем, в отличие от резистентных к звуку животных, у чувствительных увеличено число мелких нейронов, а их средние размеры также меньше, чем у нечувствительных крыс. Эти нейроны аномальны по строению сомы и отростков, а количество их положительно коррелирует с тяжестью аудио-генного приступа (Daily et al., 1989).

Молекулярно-генетические исследования у грызунов с аудиоген-ными припадками немногочисленны. Недавно было показано, что у крыс линии КМ отсутствуют определенные гипервариабельные фрагменты ДНК (маркеры, свойственные резистентым лабораторным животным), которые, вероятно, отражают структурные изменения в геноме и связаны с проявлением аудиогенного приступа. Кроме того, у крыс этой линии сразу после припадка подавлена экспрессия быстрых генов раннего действия.

Аудиогенной чувствительности у мышей и крыс разных генотипов сопутствуют нарушения связывания и измененный синтез как возбуждающих аминокислот и ГАМК, так и изменение содержания (как правило, снижение) катехоламинов мозга (Loscher, 1992). У таких животных изменены мембранные процессы в нейронах и/или в глиальных клетках, у них имеются также региональные особенности морфологии мозга. Характер генетической архитектуры признака также неодинаков у разных линий (см. выше).

Признак "чувствительность к звуку" используется для исследования механизма развития судорожных состояний. Линии мышей и крыс, обладающие аудиогенной чувствительностью, служат моделями эпилепсии человека. Аудиогенная эпилепсия относится к категории патологических состояний, которые провоцируются внешней стимуляцией, иначе говоря рефлекторно. К этой группе патологии относится также так называемая "фотоэпилепсия" человека и некоторых животных и ряд других состояний (см. ниже). У человека практически не бывает аудиогенных судорог в том виде, в каком они обнаруживаются у грызунов. Описаны, однако, эпилептические припадки человека, которые провоцируются музыкой (Wieser et al., 1997). Это означает, что аудиогенная эпилепсия грызунов как модель заболевания человека имеет определенные недостатки. В тоже время легкость провокации судорог, четкость и воспроизводимость феномена, а также возможность проведения межлинейных сравнений на физиологическом, биохимическом и молекулярном уровнях делают исследование этого признака чрезвычайно популярным.

Другие виды рефлекторной эпилепсии. Генетически детерминированные судороги, возникающие в ответ на те или иные сенсорные воздействия, т.е. рефлекторно, описаны и у других видов животных.

Одна из сенегальских популяций павианов (Papio papio) насчитывает значительное число особей, у которых мелькающий свет провоцирует миоклонические судороги. Эти животные представляют собой единственную генетическую модель эпилепсии на приматах, поэтому ее значение трудно переоценить (Loscher, 1992).

У кур описана аутосомная рецессивная мутация, при которой различные сенсорные стимулы вызывают тонико-клонические судороги. Наиболее четко этот феномен проявляется при использовании мелькающего света. Интересно отметить, что у кур, как и у мышей и крыс, часть рефлекторного судорожного приступа заключается в интенсивной локомоции. Этот феномен специфичен для данных видов животных и для данного типа судорог, поскольку практически не встречается при химически вызванных судорогах и при судорогах, развивающихся в ответ на электрошок.

У монгольских песчанок (Meriones unguiculatus), содержавшихся в университете штата Техас, были обнаружены животные (примерно 27%), у которых судороги развивались в ответ на новую обстановку. В дальнейшем оказалось, что судороги развиваются в ответ на такие воздействия, как включение света и звука, потряхивание клетки и даже при взятии зверьков в руки. Частота их возникновения была выше у животных, полученных в результате специальной селекции, однако, как и при аудиогенной эпилепсии крыс и мышей, внешние воздействия могли сильно изменять их проявление. В настоящее время разработана методика провокации таких судорог дозированной струей воздуха, направленной на голову животного. Это позволило добиться достаточно стабильного проявления судорог и успешно использовать модель для тестирования антиэпилептических препаратов (Loscher, 1992).

Спонтанно возникающие судороги. Эпилепсия собак как хроническое заболевание, проявляющееся в частых спонтанных судорогах, напоминает аналогичную болезнь человека и поэтому привлекает значительное внимание исследователей. Спонтанные эпилепти-формные судороги чаще встречаются у миниатюрных шнауцеров, бассетов, колли и коккер-спаниелей. Однако наиболее подвержены эпилепсии бигли, которые в связи с этим нередко используются в лабораториях. Этому способствует сходство и в развитии припадков у человека и собаки, и в характере влияния на них известных проти-восудорожных препаратов. В ряде случаев, однако, судороги, развивающиеся у собак, нельзя назвать спонтанными, поскольку они чаще всего случаются в состоянии сильного эмоционального возбуждения. Только у собак обнаружены так называемые "большие припадки" с клонально-тоническими судорогами, сходные с таковыми человека, что делает данную модель особенно ценной.

В одной из лабораторий города Страсбурга (Франция) было обнаружено, что у 30% крыс из популяции Вистар, получившей название Wag/Rii, возникали спонтанные судорожные состояния, более всего напоминавшие малые припадки, характерные для эпилепсии человека. Электрофизиологическое исследование подтвердило, что эти приступы действительно имеют эпилептическую природу (так называемые "абсансы"). Они остаются практически неохарактеризованными генетически, видимо, вследствие той же особенности признака – чрезвычайной зависимости от внешних условий, которая определяет их высокую вариабельность (Loscher, 1992).

Как говорилось выше, мыши с неврологической мутацией tottering, локализованной в 8-й хромосоме, также характеризуются спонтанно возникающими судорогами и типичными для эпилепсии изменениями ЭЭГ. Для этой мутации характерны изменения в норадренергической иннервации ряда отделов мозга. Это моногенный дефект, при котором теоретически возможно проследить генез мозговых аномалий, вызывающих судороги. Участие норадренергичес-кой системы в генезе патологической картины при этой мутации, возможно, опосредовано системой гликогенолиза. Вследствие нарушения обмена углеводов у мышей этой линии формируется избыточное число мозговых глюкорецепторов, вслед за чем изменяется и число адренорецепторов.

Нарколепсия. Это заболевание проявляется у человека (с частотой 0,02–0,09% в большинстве обследованных популяций) в виде аномальной сонливости в дневные часы, нарушений фазы ночного сна с быстрыми движениями глаз (БДГ-сон) и катаплексии (резкого падения мышечного тонуса в ответ на средовые стимулы).

В начале 70-х годов две группы исследователей независимо описали подобную аномалию у собак – пуделей и биглей. В их потомстве, однако, заболевание не проявлялось. Позднее этот же признак, четко передающийся генетически, был описан у доберман-пинчеров и лабрадоров. Такие линии собак в настоящее время поддерживаются и исследуются как модель заболевания человека. В указанных линиях собак нарколепсия передается как аутосомный рецессивный признак с полной пенетрантностью (Mignot et al., 1992).

Электроэнцефалографические обследования собак-нарколептиков выявили у них нарушения характерной для сна электрической активности, которые свойственны нарколепсии человека. Для мутантных особей наиболее характерными были приступы катаплексии, причем они провоцировались главным образом эмоционально положительными стимулами – перспективой игры, получением пищи, половым возбуждением. Приступ представляет собой быстро развивающуюся потерю тонуса мускулатуры, поддерживающей позу, при полном выключении моно- и полисинаптических спинномозговых рефлексов. Помимо катаплексии у собак этих линий иногда наступали короткие эпизоды дневного сна, также индуцированные предъявлением пищи.

Несмотря на значительную индивидуальную изменчивость тяжести симптомов, возраста начала заболевания, его течения, в картине нарколепсии выявляются и межпородные различия. У пуделей она начинается в более позднем возрасте и протекает тяжелее, чем у доберманов и лабрадоров. Авторы полагают, что разнообразие клинических проявлений нарколепсии собак определяется сложным характером нарушений, лежащих в ее основе.

Нейрофизиологическое исследование мозга собак с нарколепсией показало, что в регуляции катаплексических приступов участвует по меньшей мере две мозговые системы – холинергаческая система моста (интерпедункулярное ядро – ретикулярные ядра моста) и система нейронов голубого пятна, проецирующихся на нейроны моста и миндалевидного комплекса. Нейроны миндалины в свою этом обнаруживается генетическая изменчивость поведения и физиологических реакций.

Практически все экспериментальные исследования поведения в связи со стресс-реактивностью – это работы, в которых анализируется достаточно быстрая физиологическая реакция организма на изменение внешней обстановки (помещение в "открытое поле") и/или на болевое воздействие.

Обычно предполагается, что такие воздействия бывают "умеренно стрессирующими". Более сильные воздействия – это иммобилизация, эфирный наркоз, удары тока, в особенности повторяющиеся, избежать которых животное не может. Временная шкала, в которой развиваются подобные ответные реакции, – это десятки секунд или минуты. Такие реакции представляют собой "нормальный" физиологический процесс, в отличие от классического адаптационного синдрома в том виде, в каком он был описан его первооткрывателем Г. Селье (1960; 1972). В связи с этим вопрос о возможном параллелизме в закономерностях развития физиологически нормальной или "естественной" стресс-реакции и патологического процесса "стресса" с его фазами активации, стабилизации и истощения еще надлежит внимательно проанализировать. Очевидно, что "физиологический" стресс встречается у животных в обычных условиях, тогда как "патологический" стресс – порождение физиологического эксперимента, в котором исследователь стремится воспроизвести на животных условия, воздействующие на человека в его часто аномальной среде обитания. Некоторой аналогией стресса в понимании Селье, по нашему мнению, являются аномальные состояния, которые развиваются у крыс при содержании их в замкнутом пространстве при неограниченном размножении и перенаселении (знаменитая работа Дж. Колхауна, Calhoun, 1962; см: 5.5.1). Следует подчеркнуть, что эти явления характерны не для естественной, а для искусственной среды обитания.

Первым и наиболее важным физиологическим ответом на действие стрессирующего фактора является активация оси "гипоталамус–гипофиз–надпочечники". На основании современных знаний представляется следующий путь такой активации: неблагоприятные для организма стимулы ведут к активации паравентрикулярных ядер гипоталамуса, вследствие чего нейроны этой структуры выделяют кортикотропин-рилизинг-фактор – кортиколиберин. Кортиколи-берин попадает в воротную сосудистую систему, орошающую переднюю долю гипофиза. Ответом передней доли гипофиза является секреция бета-эндорфинов и АКТГ, причем последний запускает в коре надпочечников реакцию секреции глюкокортикоидов. Глкжо-кортикоиды (это кортикостерон у мыши и крысы, кортизол – у человека, обезьян и собаки), помимо выполнения своих основных физиологических функций, участвуют также в регуляции уровня АКТГ в крови, воздействуя по механизму отрицательной обратной связи на гипофиз, а также на структуры гипоталамического уровня (и структуры, лежащие более "высоко"), т.е. на функцию всех участков оси "гипоталамус-гипофиз-надпочечники". Воздействие на организм стрессового фактора активирует, к тому же, и симпатическую нервную систему, в результате чего и в ЦНС, и на периферии выделяются адреналин и норадреналин.

Исследование процессов, сопровождающих активацию данной "оси", можно проводить на метаболическом уровне, а также на уровне поведения животного. Рост уровня глюкокортикоидов усиливает использование глюкозы, липолиз, глюконеогенез и снижает уровень белкового синтеза.

Рост концентрации катехоламинов увеличивает частоту биения сердца и повышает давление крови, что способствует улучшению питания тканей и снабжения их кислородом. Физиологический ответ на стрессор выражается и в общей активации поведения. При этом можно наблюдать одну из трех видов реакций: драку, бегство или реакцию застывания или затаивания (freezing).

Считается, что каждое из этих состояний связано с преимущественным вовлечением разных нервных структур, а также разных гормональных систем.

Физиологические, эндокринные и нейрохимические особенности реакций на умеренные по силе стрессоры и их генетический контроль достаточно успешно исследуются в опытах на селектированных и инбредных линиях лабораторных грызунов (см.: Gray, 1987; Полетаева, Романова, 1990; Driscoll, 1992; см. также: 8.6.3.2).

В генетических исследованиях поведения считается очень продуктивным анализ и эмоциональной реактивности животных.

В первой работе, связанной с применением генетического подхода к исследованию эмоциональной реактивности животных, английский исследователь П. Бродхерст(1975) показал, что этот признак в большой части случаев находится в обратной зависимости от уровня двигательной активности животных, однако это соотношение далеко не всегда выполняется (в частности, в связи с тем, что у некоторых животных состояние страха вызывает не подавление активности, а бегство). Более того, физиологические исследования показали, что количество реакций дефекации (а значит, и эмоциональная реактивность) более четко коррелирует с повышением уровня корти-костерона в плазме крови (т.е. с показателями стресс-реакции), чем уровень двигательной активности.

Римские линии крыс (RHA, RL4). Как упоминалось выше (см.: 8.6.3.2), эти линии были селектированы на быстрое и медленное формирование реакции активного избегания болевого стимула – удара электрического тока через пол в челночной камере. В физиологических показателях и поведении крыс RHA и RLA были обнаружены многочисленные различия.

Напомним, что данные этологического анализа реакции активного избегания позволяют предполагать, что линия RLA отвечает на болевой стимул реакцией застывания (что делает их "плохо избегающими"), a RHA – хорошо избегают удара тока, так как для них характерна реакция на боль в виде бегства.

Вызванное состоянием умеренного стресса повышение в плазме крови уровней кортикостерона, АКТГ и пролактина, а также количества актов дефекации были выше у линии RLA со слабой способностью к избеганию тока. В то же время при действии сильных стрессоров, таких как эфирный наркоз, удар тока и иммобилизация, межлинейные различия у "римских" крыс были выражены слабо.

У линии RLA фоновый уровень АКТГ был ниже, а кортикостерона выше, чем у RHA.

Таким образом, по крайней мере частично межлинейные различия в поведении можно объяснить различиями в гормональной активности оси гипофиз-надпочечники, возникшими как ответ на отбор. Интересно отметить, что детеныши крыс этих линий не различаются по гормональному фону и реакциям на стрессоры вплоть до прекращения материнского вскармливания, т.е. до возраста 21 fleHb(Walkei et al., 1992).

Maudsley Reactive (MR), Maudsley Nonreactive (MNR) линии крыс (см. также: 8.6.3.2), селектированные на высокий и низкий уровни эмоциональности, мало изучены в аспекте развития у них реакций на стрессоры. Известно, однако, что у MR фоновый уровень давления крови и частоты сердечных сокращений выше, чем у MNR, а в ответ на зрительные и слуховые стимулы у крыс MR учащение пульса сильнее, чем у MNR.

У сиракузских линий крыс (SHA и SLA) (см.: 8.6.3.2), которые, различаясь по скорости формирования реакции избегания, не различаются по уровню двигательной активности, эмоциональная реактивность в "открытом поле" была выше у SLA, т.е. у плохо обучающихся крыс. У этой же линии был ниже, чем у SHA, уровень глюкокортикоидов в плазме и выше вес надпочечников. Таким образом, у римских и сиракузских пар линий, селектированных на разный уровень реакции избегания тока, а косвенно – на разный тип реакции на боль, корреляции с другими признаками поведения – двигательной активностью и эмоциональной реактивностью – оказались разными. Это заставляет относиться к данным по корреляции признаков поведения с большой осторожностью.

Исследование стресс-реактивности линий КНА и KLA (см.: 8.6.3.2), также созданных путем искусственного отбора на высокую и низкую способность к обучению реакции активного избегания, позволило выявить принципиально разные способы реагирования (две стратегии поведения) этих животных на стрессор (Жуков, 1997).

Генетические исследования социального стресса на мышах. Популяции диких мышей состоят из замкнутых "демов" – небольших групп особей, в состав которых входят доминант, несколько самок и подчиненных самцов. Попадание на территорию дема чужака вызывает агрессивную реакцию доминанта (см.: 5.5.1).

Роль генотипа в формировании социального доминирования была впервые исследована в работе Дж. Маклерна и Дж. Дефриза в 1972 г. (см.: McClearn, DeFries, 1972). Их опыты по созданию искусственных популяций лабораторных мышей разных генотипов показали, что и доминантное положение самца, и его последующий успех в размножении четко зависят от генотипа (см.: Эрман и Пар-сонс, 1984). Самцы линий А и BALB/c чаще занимали доминирующее положение, линия C57BL/6J – промежуточное, а самцы DBA/2J наиболее часто были подчиненными особями. Доминантный самец оказывался отцом 90% всех потомков.

Сходные данные были получены в работах Е.В. Науменко и его сотрудниками в Институте цитологии и генетики СОАН СССР в Новосибирске, проанализировавших состояние оси "гипоталамус-гипофиз–надпочечники" при объединении самцов-мышей разных линий в искусственные группы-популяции. Помимо того что способность к победе в агрессивных столкновениях оказалась различной у самцов исследованных линий, она была разной и в ходе установления доминантно-субординантных отношений. Когда они начинают активно формироваться, то у самцов, которые в дальнейшем будут доминантами, эта активность бывает повышенной. Сустановлением иерархии более высокая активность системы бывает у подчиненных особей (Науменко и др., 1983; Серова, Науменко, 1990). Изменения уровня кортикостерона в условиях хронического стресса у мышей, потерпевших поражения в столкновениях, также зависели от генотипа. На основании анализа межлинейных различий и особенностей показателей гормонального статуса у мышей-гибридов можно предполагать, что системы генетического контроля содержания кортикостерона в плазме в условиях физиологической нормы и при стрессе независимы друг от друга.

Данные Е.В. Науменко и его коллег получены на мышах-самцах, которые содержались в искусственных группах-популяциях. Встает вопрос, в какой степени процессы, выявленные в таких условиях у лабораторных мышей, помогают пониманию роли генотипа в особенностях социального поведения дикой формы домовой мыши? Считается, что численность грызунов в природе регулируется рядом факторов, причем важная роль при этом принадлежит внутрипопу-ляционным отношениям (Дэвис, Кристиан, 1977; Шилов, 1977; см. также: Дьюсбери, 1981; Эрман, Парсонс, 1984). Они, в свою очередь, очевидным образом связаны с плотностью популяции. Как следует из вышеизложенного, генотип относится к одному из факторов, определяющих особенности стресс-реакции на перенаселение.

сятся ко 2-му типу, характеризуются высоким стремлением к новизне, решительностью и оптимизмом. Больные 1-го типа более восприимчивы к попыткам психотерапевтического воздействия, а индивидуумы 2-го типа демонстрируют навязчиво-устойчивую алкогольную мотивацию. Для лечения больных алкоголизмом 1 -го типа в целом эффективно использование транквилизаторов и антидепрессантов, тогда как для больных 2-го типа эти вещества малоэффективны.

Подробные исследования нескольких пар линий крыс, селектированных на предпочтение растворов этанола, показали, что характер потребления спирта крысами линий HAD1 и HAD2, выведенными на основе стока N/Ni, в большой степени напоминают особенности алкоголиков 1-го типа. От "парных" им линий LAD1 и LAD2 их отличают не только достоверно большие количества потребляемого спирта, но и некоторые особенности поведения, иные, чем у крыс других "алкогольных" линий. Сходство с алкоголизмом 1-го типа заключается в том, что потребление алкоголя у таких животных изначально невысокое и нестабильное, их поведение характеризуется осторожностью, а в тесте "вынужденного плавания" – пассивностью.

Линии Р и АА (контрастные линиям NP и ANA), выведенные на основе популяции Вистар, особенностями потребления спирта в большей степени напоминают алкоголиков 2-го типа. Их характеризует высокий и очень устойчивый начальный уровень потребления спирта, они более активны в тесте "вынужденного плавания" и тревожность выражена незначительно. В тестах на исследовательское поведение и на способность активно избегать опасность крысы АА и Р, в сопоставлении с линиями HAD1 и HAD2, отличались не только от "парных" им не пьющих спирт линий, но и друг от друга.

Таким образом, с большой долей уверенности можно говорить и о существовании различной генетической основы двух основных вариантов течения алкоголизма у человека.

Экспериментальное исследование отдельных симптомов алкоголизма. Другим подходом к экспериментальному исследованию генетических основ алкоголизма является подробное сравнение селектированных линий по особым чертам их поведения и последующий генетический анализ таких различий. В первой работе такого рода (см.: MacClern, DeFries, 1972) были установлены достоверные межлинейные различия в предпочтении растворов этанола мышами линий C57BL/6J и DBA/2J. Это послужило основанием для проведения дальнейших селекционных экспериментов.

В совокупности было создано более двадцати пар линий мышей и крыс, контрастных по поведению, связанному с потреблением алкоголя или с реакциями на его введение. Имеющиеся инбредные и селектированные линии позволяют исследовать отдельные группы признаков или симптомы алкоголизма. Таким образом, сложная картина симптомов алкоголизма в ряде генетических моделей может быть "расчленена" на более простые единицы. Это дает возможность оценивать роль фармакологических агентов в коррекции отдельных аномалий, связанных с приемом алкоголя.

Попытки селекции линий мышей и крыс, достоверно различающихся по степени предпочтения алкоголя, были в большинстве случаев успешными. Существование генетической основы в предрасположенности к развитию алкоголизма можно было считать доказанным. Следующей задачей стало выявление и картирование генетических элементов, определяющих сложный комплекс аномального поведения при алкоголизме: влечение, абстиненция, токсические реакции.

Ниже мы охарактеризуем некоторые из наиболее популярных генетических моделей, использующихся для исследования разных симптомов алкоголизма и для картирования ответственных за них генов.

Потребление больших количеств этанола, чувствительность к нему, и предпочтение алкоголя. Различия в предпочтении этанола инбред-ными линиями мышей C57BL/6Jvi /Щ/2/были обнаружены в 1959 году в работе Дж. Маклерна и его коллег (см.: McClern, DeFries, 1972). Эти линии были использованы для создания рекомбинант-ных инбредных линий (см.: 8.6.6.3), т.е. группы линий, в которых аллели C57BL и DBA были перекомбинированы. Их изучение в соединении с методом картирования QTL (локусов количественных признаков, см.: 8.6.6.4) позволило в настоящее время картировать три гена, которые участвуют соответственно в формировании толерантности к этанолу (хромосома 12), его предпочтении безалкогольным растворам (хромосома 1) и в развитии гипногенного эффекта этанола (хромосома 7).

Толерантность этанола и его токсические эффекты. Эти физиологические признаки также исследуются на специфических генетических моделях. В качестве показателей токсичности этанола используют, например, длительность его гипногенного эффекта, т.е. сна после приема определенной дозы этанола. В лаборатории американского исследователя Дж. Крэба были выведены линии мышей LS (long sleep} и SS (short sleep) (Crabbe et al., 1993; 1996), используемые в решении множественных проблем алкоголизма. С помощью метода QTL исследуется батарея рекомбинантных инбредных линий, полученных на основе скрещивания LSvi SS. Это позволяет локализовать гены, связанные с физиологическими различиями в реакции на этанол у мышей данных линий. Показано, что, по крайней мере частично, эти различия связаны с нейротензинерги-ческой системой мозга.

Мыши двух пар селектированных линий (FAST и SLOW), созданных путем отбора на различия в токсических эффектах этанола, т.е. на высокий и низкий уровни локомошш после его приема, отличались друг от друга и по уровню алкогольной мотивации, тестированной разными методами. Устойчивость и чувствительность к гипотермическому эффекту

после инъекции этанола также послужили контрастными признаками для селекции мышей. Выведенные линии НОТ и COLD достоверно различались по реакции на спирты с разной длиной молекулы и по чувствительности к большому спектру седативных препаратов (Crabbe et al., 1996).

Синдром отмены (приема алкоголя). Если животных, содержавшихся в атмосфере с высокой концентрацией паров этанола, помещали в обычные условия, когда попадание в организм этанола резко сокращалось, это вызывало различные патологические состояния, в частности вело к появлению судорог. В двух последовательно проведенных селекционных экспериментах было выведено по 2 пары линий мышей (Withdrawal Seizure Prone – WSP, и Resistant – WSR). В обоих случаях у мышей WSP отмена алкоголя вызывала появление судорог при взятии в руки. Мыши другой линии были устойчивы к отмене алкоголя. Генетический анализ этого феномена у межлинейных гибридов показал доминирование признака устойчивости к отмене алкоголя (Crabbe, Phillips, 1993).

Признаки, по которым можно было судить о чувствительности мышей указанных линий к этанолу и о толерантности к нему, у рекомбинантных линий распределялись по разному. Это означает, что явления, возникающие при отмене приема алкоголя, как и при его прямом влиянии на организм, связаны с разными системами генов.

При исследовании линий мышей и крыс, селектированных на разные признаки, связанные с действием алкоголя на организм, используются как гибридологический анализ и рекомбинантные ин-бредные линии, так и современные молекулярнобиологические подходы (метод картирования QTL).

Физиологическое изучение особенностей животных линий, контрастных по приверженности к приему спирта, по выраженности его токсических эффектов и синдрома отмены, дает импульс к поиску соответствующей патологии у человека. Поскольку существует возможность прямого картирования хотя бы части генов мыши, связанных с симптомами алкоголизма, это дает основание проводить прямое сопоставление с человеком. Как известно, в строении генома человека и мыши существует известный параллелизм (так называемая синтения), поэтому исследование генетических моделей алкоголизма на животных является залогом успехов в изучении предрасположенности человека к алкоголизму, а также его успешной профилактики и лечения.

8.6.5.5. болезнь АЛЬЦГЕЙМЕРА. Болезнь Альцгеймера – одна из наиболее распространенных форм старческого слабоумия, сопровождающаяся специфической картиной нейродегенеративных явлений.

Заболевание характеризуется отложением так называемого амилоидного белка в виде бляшек на аксонах нервных клеток и на стенках кровеносных сосудов. Определенные изменения происходят также в строении нейрофиламентов центральных нейронов.

Несмотря на огромное число исследований этого заболевания и несомненный прогресс в установлении детальной картины патологических изменений, последовательность развития событий при этом заболевании, точнее, причинно-следственные отношения между установленными симптомами, по-прежнему остаются неясными. Наряду с выраженными явлениями слабоумия и характерной потерей памяти у таких больных находят четкие патологические изменения строения мозговой ткани в ядрах основания переднего мозга – в гигантоклеточном ядре и ядре Мейнерта, откуда идут мощные холинергические проекции в новую кору.

Достаточно убедительно показано, что болезнь Альцгеймера имеет генетическую природу, о чем говорят, в частности, данные семейных исследований, а также молекулярнобиологические исследования последних лет (см. ниже). Белок АРР (amyloid precursor protein) – нормальный компонент нервной системы, синтезирующийся в астроцитах. Ген, кодирующий его, локализован в 21-й хромосоме человека ив 16-й хромосоме мыши. Бета-амилоидный белок, из которого состоят бляшки, характерные для болезни Альцгеймера, есть результат аномального протеолиза /lW-белка.

Экспериментальными генетическими моделями, в которых частично воспроизводится картина нейродегенеративных изменений, характерных для этого заболевания, являются мыши-трисомики по 16-й хромосоме, а также трансгенные мыши с введенным в геном участком ДНК, кодирующим ген АРР (см.: следующий раздел).

8.6.5.6. ТРИСОМИЯ ПО 21-Й ХРОМОСОМЕ (СИНДРОМ ДАУНА). ОДНОЙ ИЗ

очень распространенных наследственных болезней человека является так называемый синдром Дауна, как правило связанный с трисо-мией по 21-й хромосоме. Эта хромосома относится к группе самых мелких аутосом. Синдром Дауна встречается в среднем у одного из нескольких сот новорожденных. Заболевание характеризуется задержкой роста, умственной отсталостью, широким, плоским лицом, "монголоидным" разрезом глаз, рядом аномалий скелета, часто врожденным пороком сердца и предрасположенностью к лейкозам. Мозг больных меньше по размеру, в коре уменьшено число нейронов, а ветвление дендритов более слабое. С возрастом наблюдается ускоренное течение нейродегенеративных процессов в нейро-медиаторных системах коры и гиппокомпа, в холинергических проекциях ядер основания мозга, в соматостатинергических нейронах коры и в нейронах голубого пятна. У них сокращена продолжительность жизни: чаще умирают в возрасте до трех лет, смертность по-

участка 21-й хромосомы человека. К концу 1994 г. были получены трансгенные мыши, несущие дополнительные "дозы" гена суперок-сщщисмутазы (SOD- 1), белка S-IQQB, гена АРРтл ряда других, локализованных в критическом для синдрома Дауна участке 21-й хромосомы человека. У части таких трансгенных мышей были обнаружены четкие симптомы, сходные с теми, которые проявляются при болезни Дауна.

Таким образом, болезнь Дауна как сложнейший симптомоком-плекс, затрагивающий формирование многих органов и тканей человека, в том числе и мозга, можно в определенной степени воспроизвести на генетических моделях. Приведенный последним пример "генных" мутаций показывает, что можно добиться даже своеобразного "расчленения" этого синдрома на более простые компоненты.

8.6.5.7. ломкая лг-хромосома. Это заболевание связано с аномалией А'-хромосомы. Оно было обнаружено, когда медики обратили внимание, что в психиатрических больницах число пациентов-мужчин с отставанием умственного развития на 30–50% превышает число женщин с подобной симптоматикой. Анализ родословных выявил, что в этих случаях, как правило, речь идет не о мутации одиночного гена, локализованного на А"-хромосоме (наподобие, например, гемофилии), а о принципиально другом явлении. В кариотипе большого числа таких больных-мужчин была обнаружена так называемая "ломкая А"-хромосома" (fragile ЛГ-chroraosorae). На цитологических препаратах это выглядело как сужение или перетяжка на дис-тальном конце длинного плеча А'-хромосомы, причем здесь часто имели место разрывы А'-хромосомы. Как только медицинские генетики научились отслеживать этот хромосомный дефект, стало ясно, что данное заболевание распространено очень широко: по частоте встречаемости оно оказалось вторым после трисомии 21 (синдрома Дауна).

В настоящее время неизвестны генетические аналоги этой болезни у животных. Однако нам представляется важным описать ее недавно обнаруженные особенности, поскольку они, по-видимому, достаточно универсальны и могут объяснить сложную картину наследования ряда психических болезней человека.

Очевидно, что больной-мужчина получает ломкую А'-хромосому от матери. Несмотря на то, что в части тканей матери аномальная по структуре А"-хромосома бывает активной (феномен Лайон, см.: Айала, Кайгер, 1988). Однако ни у матерей больных, ни у их родственниц (носителей такой А'-хромосомы) заметных отклонений в общем уровне умственного развития поначалу не видели. Однако при более тщательном обследовании большого числа семей с ломкой А"-хромосомой были установлены сложные и достаточно уникальные отклонения.

При анализе родословных семей с синдромом ломкой ^-хромосомы, у некоторых лиц мужского пола были обнаружены цитогенети-ческие признаки заболевания (в строении А'-хромосомы), передава-шиеся их дочерям, хотя у них самих признаков психической патологии не было.

Сходные отклонения в "обязательности" передачи по наследству этой патологии свойственны и женщинам. Подобное явление обычно описывается как низкий уровень "пенетрантности" патологического признака (см.: 8.2.6). Забегая вперед, скажем, что в настоящее время оно получает объяснение как феномен предмутационного (потенциального) изменения ДНК*.

Прогресс в понимании патогенеза данного заболевания стал возможен с применением методов молекулярной генетики (Warren, Ashley, 1995). С помощью генетического и физического картирования, а также генетики соматических клеток в 1991 г. было определено положение данного локуса на А'-хромосоме и идентифицирована мутация, ответственная за данный синдром. Ген, получивший название fragile X mental retardation 1 (FMR1), вариабелен по длине: у разных индивидуумов последовательность этого гена включала разное число пар нуклеотидов. Нестабильность размера этого гена определялась вариабельностью длины только одного его участка, который относился не к структурной, а, видимо, к регуляторной части гена. Этот вариабельный участок гена FMR1 состоял из необычно длинной последовательности повторов, состоящих из комбинации (триплета) CGG (цитозин–гуанин–гуанин). Число таких триплетов в обычной популяции человека обычно варьирует от б до 54 (в среднем – 30). Далее было показано, что в семьях, где есть больные с синдромом ломкой Х-хромосомы у мужчин-носителей и у их дочерей (у последних не отмечалось присущих этой болезни отклонений психики), число повторов триплета CGG, в гене FMR1 варьирует в пределах 54–200, а у больных их число превышает 200, иногда достигая 1000 и более.

Таким образом, молекулярно-генетическое исследование синдрома ломкой А'-хромосомы обнаружило тесную ассоциацию тяжести клинических проявлений болезни и числа повторов триплета CGG. Другое проявление аномалии на молекулярном уровне – это измененный характер метилирования определенного участка данного гена, причем интенсивность нарушения также зависела от тяжести клинической симптоматики. Полагают, что данное нарушение ме тилирования впрямую связано с изменением (снижением) транскрипции гена FMR1 (Warren, Ashley, 1995).

* Премугация, или предмугационное (потенциальное) изменение – генетический феномен, связанный с тем. что лишь небольшая часть повреждений генома превращается затем в мутационные изменения. Большая часть их устраняется в процессе генетической репарации (см.: Фогель, Мотульский, 1990). Наиболее подробно изучены предмутационные изменения при воздействии на геном мутагенных факторов разной природы (Дубинин, 1978; Инге-Вечомов, 1989)

Итак, существуют какие-то механизмы, посредством которых происходит превращение нормального гена, имеющего малое число повторов специфического триплета, в ген, который еще нормален по своим функциям, но уже легко может стать аномальным. Такая аномалия встречается у лиц-носителей без признаков болезни. Эта измененная последовательность затем преобразуется в такую, которая уже провоцирует функциональные нарушения и может считаться мутантной формой гена.

Итак, исследование синдрома ломкой Х-хромосомы позволило получить конкретную информацию о том, как может происходить превращение премутаций в истинные мутационные события.

8.6.5.8. ВЗГЛЯДЫ С.Н. ДАВИДЕНКОВА И СОВРЕМЕННАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПРЕМУТАЦИЙ. Изложенные в предыдущем разделе сведения о молекулярном механизме сложного генетического дефекта – синдрома ломкой А'-хромосомы, были первыми в целой серии экспериментальных открытий молекулярных дефектов при наследственных болезнях человека.

Помимо синдрома ломкой Jf-хромосомы такие типы наследственной патологии, как спинальная или бульварная мышечная атрофия, миотоническая дистрофия, болезнь Гентингтона, спинальная и мозжечковая атаксия 1-го типа и денто-рубральная паллидо-льюисова атрофия также связаны с увеличением числа тринуклеотидных повторов. В настоящее время существует мнение о сходном молекулярном механизме проявлений маниакально-депрессивного психоза и шизофрении.

Причины сходства механизмов возникновения патологии при разных заболеваниях нервной системы пока не получили своего объяснения.

Открытие подобных молекулярно-генетических механизмов генеза патологии ЦНСзаставляет вспомнить представления отечественного невролога и психиатра С.Н. Давиденкова (см.: 2.5) об особенностях генетически детерминированной патологии человека.

Базируясь исключительно на данных клинических наблюдений, он пришел к выводу, что в широчайшем спектре психических аномалий человека следует различать две принципиально разные категории. Первая из них – это различающиеся по выраженности "вариации нормы", т.е. отклонения, которые могут считаться патологическими, но не обнаруживают признаков глубокого нарушения психики.

Принципиально иной оказывается другая категория – "истинно" патологические состояния, которые характеризуются яркой симптоматикой и не имеют реальной связи с вариациями нормальных черт поведения человека. Тонкий наблюдатель и блестящий клиницист, С.Н. Давиденков смог обратить внимание на принципиальное различие патологий этих двух типов. Нетрудно видеть, что его подразделение аномалий психики человека оказывается аналогичным описанным выше явлениям – существованию "уже аномальных" генотипов, в которых мутация не получила полного развития, и действительно мутантных генотипов, в которых дефект можно зафиксировать и на уровне фенотипа, и на молекулярногенетическом уровне.

8.6.6. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ В ГЕНЕТИКЕ ПОВЕДЕНИЯ

8.6.6.1. некоторые общие положения. Как уже упоминалось, огромное большинство признаков поведения характеризуется непрерывной изменчивостью, и подобные ряды нельзя подразделить на фенотипически дискретные классы. Такой характер фенотипичес-кой изменчивости можно объяснить одновременным действием большого числа генов в сочетании с фенотипическими отклонениями, которые вызываются влиянием средовых факторов.

В разделе, посвященном проблемам нейрогенеза (см.: 8.5.1), говорилось о компонентном составе фенотипической изменчивости в применении к проблеме относительной роли генотипа и среды при формировании признака. При оценке количественных признаков сформированного организма выступают сходные по структуре, но несколько иные по природе закономерности. Ниже будет дан их анализ.

Вклад генетической изменчивости в фенотипическую подразделяется на три части: аддитивные генетические эффекты, отклонения доминирования и эпистатические взаимодействия. Основная модель количественной генетики представлена на рис. 8.24.

Если мы возьмем инбредную линию, гомозиготную практически по всем локусам, поскольку она прошла много поколений братско-сестринских скрещиваний, то фенотипический признак, определяющийся большим числом генов, можно обозначить как т + (d+) + (d-); где (</+) – суммарный эффект генов, представленных в данном фенотипе усиливающими аллелями; (d-) – то же для ослабляющих аллелей; параметр т – постоянная, которая отражает средние средовые эффекты, общие у двух сравниваемых линий, а также генетические эффекты для локу-сов, в которых сравниваемые линии имеют одинаковые аллели.

Различия в величине признака для двух инбредных линий будут выражаться как 2[(d+) + (</-)]; эту величину мы будем обозначать для краткости как 2[d]. Точно также величина признака у гибрида первого поколения выразится как т + (А+) + (А-), далее обозначается как т +[А].

Отметим, что А – это суммарное, связанное с доминированием, отклонение для многих генов. Если эффекты этих генов противоположны по направлению, то [А] будет малым или равным нулю, даже если доминирование имеет место. То же относится и к [и?]: даже когда у двух инбредных линий, несущих разные аллели в существенных для признака локусах, фенотип определяется аддитивными генетическими эффектами, межлинейные различия необязательно будут заметными. С другой стороны, у гибридов может возникнуть ситуация, когда две родительские линии имеют доминантные аллели, равно распределенные между ними. Тогда в случае направленного доминирования (т.е. когда все отклонения доминирования имеют одно направление) все гибриды будут обладать крайними значениями признака. Из-за этого фактическая величина [А] может оказаться больше, чем [d]. Это явление называется гетерозис.

Сложнее описать участие генотипа в определении изменчивости признака при эпистатических (т.е. межлокусных, или неаллельных) взаимодействиях. Этими терминами обозначают явления, когда эффекты разных генов не суммируются простым образом, а феноти-пический эффект аллелей одного локуса зависит от генотипа другого локуса. Наиболее простой и известный пример эпистатического взаимодействия – это взаимодействие локусов, влияющих на окраску шерсти у мышей. Например, локус b определяет черный или коричневый цвет шерсти. Однако, если мыши гомозиготны по ло-кусу альбинизма с, то пигмент просто не образуется и никакие ал-лельные замены в локусе Ь ничего изменить не смогут. Эпистати-ческие взаимодействия элементов полигенной системы настолько сложны, что ее точное описание невозможно. Для простоты описания обычно постулируется отсутствие значимых межаллельных взаимодействий. Более подробное знакомство с методами генетики количественных признаков помогает в оценке результатов генетических исследований признаков поведения и позволяет построить модели, которые описывают достаточно сложные генетические феномены, такие как, например, плейотропия.

Важным понятием в генетике количественных признаков является также наследуемость "в узком" и " в широком" смысле. Наследуемость в узком смысле определяют как долю всей фенотипической дисперсии, которая определяется генами с аддитивными эффектами. Наследуемость в широком смысле – это доля всей генетической изменчивости в фенотипической.

Из этих определений следует, что величина наследуемости зависит от генетических особенностей особей изучаемой популяции, от сре-довых условий, а также от степени точности, с которой определяется фенотип.

Можно кратко проанализировать случай, когда необходимо оценить корреляцию между двумя признаками, каждый из которых находится частично под контролем общих генов. Иными словами, в данном случае нас больше интересует ковариация между признаками, чем просто их изменчивость.

Фенотипическая коварианса двух признаков имеет генетическую и средовую составляющие. В свою очередь генетическая составляющая может быть подразделена на компоненты, связанные с аддитивным эффектом и с эффектом доминирования.

Если мы определили величины генетических коварианс и дисперсий (варианс), то вслед за этим можно вычислить генетическую корреляцию между признаками. Отметим, что подобные расчеты проводятся на основе математических моделей со значительным числом допущений (например, об отсутствии неравновесия при сцеплении см.: Айала, 1988). Если фенотипические корреляции между признаками могут оказаться следствием целого ряда случайностей и/или побочных эффектов, то генетические корреляции отражают реальное существование "общего пути" в формировании двух признаков, иными словами, реальное существование общих генов, которые детерминируют интересующие нас признаки.

Фенотипическая изменчивость есть не только сумма эффектов изменчивости генотипа и среды, она включает в себя также величину, связанную со взаимодействием этих факторов. На основе этого соотношения были разработаны методы оценки наследуемости, степени доминирования аллелей, а также так называемые многопараметрические статистические методы в применении к генетике количественных признаков (см.: Мазер, Джинкс, 1985; Crusio, 1992).

Для популяционной генетики, этологии и общей биологии генетика количественных признаков важна как способ оценки так называемой "генетической архитектуры признака". При анализе поведения животных исследователь, как говорилось выше, руководствуется одним из четырех основных вопросов, которые в наиболее четкой форме были сформулированы Тинбергеном (Tinbergen, 1963).

Два из них относятся к "непосредственным причинам" наличия данного признака в репертуаре поведения, т.е. к его нейрофизиологическим механизмам и/или его развитию в онтогенезе, два других касаются: один – функциональной значимости признака в настоящий момент, т.е. его адаптивной роли, а другой – его роли в процессе эволюции вида, т.е. в филогенетическом аспекте. Два вопроса "функциональной" группы часто называют анализом причин (causation) данного поведения в филогенетическом и феногенети-ческом аспектах. Генетическую архитектуру признака поведения также можно рассмотреть с этих позиций.

Филогенетический аспект. Как правило, для подобного анализа необходима информация о составе генетической изменчивости. В соответствии с генетической теорией естественного отбора (Fisher, 1958; Айала, 1988) отбор на высокие величины какого-либо признака имеет результатом низкий уровень его аддитивной генетической изменчивости и большую величину генетической изменчивости, связанной с доминированием. Для подобных признаков величина наследуемости в узком смысле бывает невысокой, в отличие от значительной наследуемости (в широком смысле).

В случае стабилизирующего отбора, т.е. отбора на средние значения признака, его генетическая архитектура будет характеризоваться большой величиной аддитивного компонента изменчивости (дисперсии) и либо отсутствием доминирования, либо двусторонним доминированием. Наследуемость в узком смысле будет в таких случаях высокой, а доминирование – относительно малым.

Оценка признака поведения в условиях лабораторных тестов зависит, как правило, от многих переменных (не имеющих, разумеется, экологической ценности). Они могут дать некую величину аддитивной изменчивости, что, однако, ни в какой мере не может быть индикатором какой бы то ни было адаптивной значимости признака (как это принято считать для "естественных" нелабораторных признаков).

В этом отношении интересны данные американского исследователя Н. Хендерсона (Henderson, 1978). Уровень двигательной активности 12-дневных мышат разных генотипов он оценивал в двух ситуациях: при помещении мышонка в установку "открытое поле", т.е. в типичном лабораторном тесте, и при "возвращении" вынутого из гнезда детеныша назад, в привычные комфортные условия. Оказалось, что аддитивная компонента дисперсии признака "уровень двигательной активности", т.е. быстроты перемешения животного, была высокой в первом, и низкой – во втором случае. Двигательная активность животного в разных условиях контролируется разными физиологическими механизмами. Возвращение мышонка в гнездо – реакция с четкой адаптивной функцией. Низкие величины аддитивного компонента дисперсии этого признака свидетельствуют о том, что формирование его в ходе эволюции происходило с отбором на крайние значения (большую скорость перемещения). В то же время "активность в открытом поле" (т.е. выполнение практически тех же движений, но, видимо, с иным мотивационным фоном) имеет другую генетическую архитектуру с большой величиной аддитивной компоненты дисперсии. Возможно, что последние результаты связаны с неадекватным характером теста "открытое поле" для детенышей столь раннего возраста.

В этом контексте следует упомянуть еще об одном понятии, которое часто используется при обсуждении адаптивной и/или функциональной роли признака – о так называемой приспособленности организма, т.е. о его способности выжить и оставить способное к размножению потомство.

Признаки, имеющие высокую величину компоненты доминирования в величине общей генетической дисперсии, связаны с приспособленностью.

Естественный отбор благоприятствовал сохранению особей с наибольшими величинами такого признака. В то же время затруднительно делать подобные выводы о признаках с двусторонним доминированием, т.е. о тех, у которых предположительно был отбор на средние значения. В таких случаях наиболее благоприятными для выживания могли оказаться средние значения признака. Очевидно, что разделение признаков, влияющих и не влияющих на приспособленность, достаточно условно, поскольку базируется на результатах вычислений с целым рядом допущений.

Феногенетический аспект. Этот подход мы обозначили выше как путь "от гена к признаку". В его рамках проводятся исследования корреляций между поведением и физиологическими, нейроанато-мическими и нейрохимическими переменными, которые могут пролить свет на происхождение этих связей (см.: 8.6.7.2).

Метод выявления генетических корреляций позволяет обнаружить совместное варьирование генетических эффектов. Такие корреляции выражают либо плейотропные эффекты (см.: 8.2.2), либо так называемое неравновесие, или неравновесность, по сцеплению" (linkage disequilibria; см.: Айала, Кайгер. 1988). Если для анализа генетических корреляций выбирать неродственные между собой группы, например инбредные линии разного происхождения, то вероятность неравновесности по сцеплению будет невелика, поскольку, если у них и существуют "коадаптированные локусы", у гибридов они не сохранятся. В этом случае генетическая корреляция, между двумя признаками будет свидетельствовать о том, что, по меньшей мере, часть пути "от гена к признаку" для этих двух признаков оказывается общей.

Это делает достаточно высокой вероятность существования между ними функциональной связи. Напомним, что наличие фенотипической корреляции между признаками еще не может быть указанием на общность их генетической детерминации (см.: 8.6.1). Корреляционные решетки, полученные для величин генетических корреляций, можно далее анализировать с использованием стандартных многопараметрических методов, например факторного анализа.

* Термином "неравновесие по сцеплению" называют явление, когда какое-то сочетание аллелей двух разных локусов дает более "приспособленный" фенотип, чем сочетание других аллелей этих же локусов. На практике это может означать неслучайную ассоциацию признаков в данном генотипе, причем это не связано с общими физиологическими механизмами их реализации.

Конкретные методы оценки состава генетической изменчивости и величин наследуемости достаточно многочисленны, и рассмотреть их здесь не представляется возможным (см.: Эрман и Парсонс, 1984; Мазер, Джинкс, 198S). Наряду с определением регрессии родители–потомки, а также селекции линий на разные величины признака, в генетике поведения большое распространение получили методы анализа инбредных линий. Один из таких методов – так называемое диаллельное скрещивание.

8.б.б.2. метод диаллельного скрещивания. Это один из наиболее употребительных приемов генетического анализа при исследовании генетической детерминации признаков поведения. Суть его заключается в оценке средних величин признака и их дисперсии у животных нескольких (минимум трех) инбредных линий, а также гибридов всех возможных сочетаний. В результате такого скрещивания получается р² групп, различающихся по генотипам, где р – число исходных линий. На животных в соответствующем возрасте измеряют интересующие нас признаки. Очевидно, что условия содержания таких животных должны быть идентичными. Кроме того, непременное условие диаллельных экспериментов – это применение методов рандомизированных блоков: каждый вариант скрещивания должен быть осуществлен как минимум дважды.

Диаллельный анализ – это вариант дисперсионного анализа, правила которого изложены в специальных руководствах (см.: Heyman, 1954; Турбин и др., 1974). В зависимости от задачи, стоящей перед исследователями, для диаллельного анализа можно применять разные теоретические модели. В любом случае результатом проведения подобного исследования бывает получение величин компонент дисперсии, а также величин, характеризующих уровни ковариации признаков у разных генетических групп, участвующих в эксперименте.

Первое исследование такого рода провели при скрещивании шести инбредных линий крыс, проанализировав уровни дефекации и двигательной активности в "открытом поле". Для уровня дефекации наследуемость в узком смысле (см.: 8.6.6.1) оказалась равной 0,62, а для уровня двигательной активности (оценивалась по числу пересеченных квадратов) – 0,59. Это означает, что в условиях лабораторного тестирования в установке "открытое поле" аддитивная компонента дисперсии для этих признаков достаточно велика (Бродхерст, 1975).

Ряд примеров использования данного метода в работах по генетике поведения дрозофилы можно найти в книге Эрман и Парсонса (1984).

Метод диаллельного скрещивания имеет ряд преимуществ по сравнению с классическим генетическим анализом. Первое из них состоит в том, что проведение такого эксперимента занимает меньше времени, поскольку можно ограничиться исследованием признака у первого поколения гибридов. Группа (популяция) исследуемых животных позволяет измерять нужный признак и у родительских генотипов – инбредных линий, и у их потомков-гибридов, что бывает очень важно при исследовании признаков поведения, которые зависят от сезона, температуры, особенностей питания и других факторов. Третье преимущество заключается в том, что потомки диаллельного скрещивания представляют собой популяцию с известным генетическим составом, которая может служить для оценки генетических (и микроэволюционных) эффектов тех или иных экологических факторов. П.М. Бородин (1981) дал краткое описание статистических методов анализа диаллельных экспериментов, а также интерпретировал его результаты.

Помимо данных о характере генетической изменчивости признака поведения, результаты диаллельного эксперимента иногда дают информацию, существенную для понимания физиологических процессов, лежащих в основе этого признака. Обратимся вновь к психофизиологическим особенностям условной реакции избегания у крыс и мышей в челночной камере, когда животные вынуждены возвращаться в отсек, где они только что получили болевое раздражение (см.: 8.6.3.2). По данным диаллельного скрещивания, проведенного Дж. Вилкоком и Д. Фалкером, т.е. при сопоставлении генетической изменчивости показателей обучения у родительских линий и соответствующих гибридных животных, картина оказалась сложной. Низкий уровень выполнения реакции избегания на первых этапах эксперимента имел доминантное наследование (см.: Вилкок, 1975). Иными словами, аллели, определяющие замедленную двигательную реакцию животного в ответ на боль в первые дни обучения, были доминантными. На более поздних этапах выработки условной реакции доминантное наследование обнаруживается у аллелей, определяющих высокую частоту выполнения навыка. В то же время следует отметить, что у животных некоторых исследованных генотипов имелись аллели, определявшие быструю реакцию уже в первые дни обучения.

Итак, казалось бы, внешне (фенотипически) один и тот же признак поведения – выполнение реакции избегания в челночной камере – на разных стадиях обучения находится под генетическим контролем разных систем, или, другими словами, на разных этапах выработки этой реакции задействованы разные физиологические процессы. Именно этот вывод и сделали авторы, предположив существование двух физиологических систем, влияющих на признак в начальной и конечной стадии формирования реакции избегания, генетический контроль которых осуществляется независимо.

Авторы этого исследования полагали, что генетическое разнообразие в частоте выполнения реакции на первой стадии обучения, по-видимому, связано с изменчивостью порогов реакций животных на болевую стимуляцию (затаивания или бегства), где доминантной была тенденция к затаиванию. По мере формирования ассоциативной связи в ходе повторения сочетаний условного и безусловного раздражителей ситуация меняется, и генетическое разнообразие по измеряемому признаку теперь уже связано с изменчивостью в скорости формирования условной связи и/или в выполнении навыка (т.е., видимо, с изменчивостью собственно способности к обучению).

8.6.6.3. метод РЕКОМБИНАнтных инвРЕДНых линий. Исследование генетических закономерностей наследования количественных признаков в селекционных экспериментах и при сравнении инбредных линий обеспечивает как бы базис для оценки наследования сложных признаков поведения. Эти методы не могут ответить на вопрос о числе генов, обеспечивающих генетическую изменчивость по данному признаку и, тем более, об их локализации.

Метод рекомбинантных инбредных линий (РИЛ), разработанный Н. Бейли еще в 70-е годы (ВаИу, 1971), в целом ряде случаев позволяет выявить участие небольшого числа "главных" генов (т.е. генов, которые обеспечивают наибольший вклад в изменчивость данного полигенного признака), а также дать информацию об их локализации на хромосоме.

Рекомбинантные инбредные линии не следует путать с линиями коизогенными (идентичными по генотипу, за исключением некоего локуса, в котором произошла мутация) и линиями конгенными (идентичными по генотипу за исключением некоего локуса с геном-маркером, введенным в генотип специальными скрещиваниями), которые были кратко описаны выше (см.: 8.6.4.1).

РИЛ получают на основе популяции гибридов второго поколения, в свою очередь полученных от скрещивания гибридов первого поколения двух инбредных линий, контрастных по изучаемому признаку. Инбредные линии, как известно, гомозиготны по всем локу-сам. Гибриды первого поколения двух неродственных между собой инбредных линий гетерозиготны по всем аллелям, а все особи генетически идентичны друг другу. У гибридов второго поколения происходит расщепление (1:2:1) по каждому гену. Путем инбридинга (братско-сестринского скрещивания), начатого с особей-гибридов второго поколения и осуществляющегося в течение обычно 10–12 поколений, получают серию новых инбредных линий, гомозиготных по всем локусам. Это и есть рекомбинантные инбредные линии. Каждая из них представляет собой "зафиксированный" в гомозиготном состоянии один из вариантов расщепления признаков, т.е. результат серии событий расщепления и рекомбинации при формировании гибридов второго поколения.

Если про обычные инбредные линии можно сказать, что каждая из них представляет собой некий гомозиготный генотип, повторенный неограниченное число раз, то каждая из РИЛ данной серии – это также воспроизведенный многократно и зафиксированный в гомозиготной форме вариант перекомбинации аллелей двух линий в том виде, как это произошло у гибридов второго поколения. При этом, поскольку внутри каждой линии все животные идентичны друг другу генетически, линии можно сравнивать как между собой, так и с родительскими линиями.

Дата добавления: 2015-11-02 | Просмотры: 563 | Нарушение авторских прав