Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ОСОБЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КРЫС, ИМЕЮЩИХ РАЗЛИЧИЯ В ЭКСПРЕССИИ ИЗОФОРМ Д2-РЕЦЕПТОРА

Леушкина Н.Ф. 1 Ахмадеев А.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет» Минобрнауки РФ
Целью исследования явился сравнительный анализ двигательной активности и исследовательской деятельности крыс, имеющих различия в экспрессии изоформ Д2-рецептора, ассоциированные с полиморфными вариантами локуса Taq 1A гена рецептора дофамина второго типа.. Результаты показали, что крысы с генотипом А1/А1 по локусу Taq 1A гена рецептора дофамина второго типа (DRD2), определяющим снижение экспрессии короткой изоформы Д2-рецептора, при тестировании поведения в установке «открытое поле» показывают высокую двигательную активность и более выраженную исследовательскую деятельность по сравнению с крысами – носителями генотипа А2/А2. Полученные результаты свидетельствуют о том, что крысы с генотипом А1/А1 DRD2 демонстрируют активную, а крысы с генотипом А2/А2 DRD2 – пассивную стратегию ориентировочно-исследовательского поведения.
поведение
изоформы дофаминового рецептора второго типа
локус Taq 1 A DRD2
дофамин
1. Калимуллина Л., Ахмадеев А., Бикбаев А., Галеева А., Хуснутдинова Э., Чепурнов С., Чепурнова Н. // Медицинская генетика. – 2005. – № 5. – C. 198–199.
2. Минасян А. Временная стабильность исследовательского поведения мышей в условиях новизны в различных тестах открытого поля. Нейроэтология. – 2007. – Т. 9. № 1. – С. 32–36.
3. Шабанов П.Д. Структура и функции рецепторов дофамина. Обзоры по клин. фармакол. и лек. терапии. – 2002. – № 1. – С. 2–18.
4. Beaulieu J.M., Gainetdinov R.R. The physiology, signaling, and pharmacology of dopamine receptors. Pharmacol. – 2011. – Rev. 63. – P. 182–217. doi: 10.1124/pr.110.002642.
5. Bertolino A., Fazio L., Caforio G., Blasi G., Rampino A., Romano R., Giorgio A., Taurisano P., Papp A., Pinsonneault J., Wang D., Nardini M., Popolizio T., Sadee W. Brain. – 2009. – Vol. 132. № 2. – P. 417–425.
6. Eubanks J.H., Djabali M., Selleri L., Grandy DK, Civelli O, McElligott DL, Evans GA. Genomics. 1992. – Vol. 14. – P. 1010–1018.
7. Grace A.A., Floresco S.B., Goto Y., Lodge D.J. Regulation of firing of dopaminergic neurons and control of goal-directed behaviors. Trends Neurosci. 2007. – Vol. 30. – P. 220–227. doi: 10.1016/j.tins.2007.03.003.
8. Jocham G., Klein T.A., Neumann J., von Cramon D.Y., Reuter M., Ullsperger M.J. Neurosci. – 2009. – Vol. 29. – № 12. – P. 3695–3704.
9. Jonathan M., Sagvolden T. Sequence analysis of DRD2, DRD4, and DAT in SHR and WKY rat strains. Behav and Brain Function. – 2005. – Vol.1. – № 24. – P. 112–117.
10. Moyer R.A., Wang D., Papp A.C., Smith R.M., Duque L., Mash D.C., Sadee W. Neuropsychopharmacology. – 2011. – Vol. 36. – P. 753–762; doi:10.1038/npp.2010.208.
11. Tritsch N.X., Sabatini B.L. Dopaminergic modulation of synaptic transmission in cortex and striatum. Neuron. – 2012. – Vol. 76. – P. 33–50. doi: 10.1016/j.neuron.2012.09.023.
12. Usiello A., Baik J.H., Rougé-Pont F., Picetti R., Dierich A., LeMeur M., Piazza P.V., Borrelli E. Nature. 2000. – Vol. 408, № 6809. – P. 199–203.
13. Van-Ham I.I., Banihashemi B., Wilson A.M., Jacobsen K.X., Czesak M., Albert P.R. J. Neurochem. – 2007. – Vol. 102. – № 6. – P. 1796–1804.
14.Wang Y., Xu R., Sasaoka T., Tonegawa S., Kung M.P., Sankoorikal E.B. J Neurosci. – 2000. – Vol. 20. – № 22. – P. 8305–8320.
15. Zhang Y., Bertolino A., Fazio L., Blasi G., Rampino A., Romano R., Mei-Ling Lee T., Tao Xiao, Papp A., Wang D., Sadee W. Journal The Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2007. – Vol. 104, № 51. – P. 20552–20557.

В настоящее время установлено, что существует не менее пяти типов дофаминовых рецепторов. Их принято объединять в два семейства – семейство рецептора Д1 (Д1и Д5) и семейство рецептора Д2 (Д2, Д3, Д4) [3]. Количество и распространение Д1- и Д2-рецепторов в ткани мозга выше, чем Д3 и Д4. Это предопределяет, что именно Д1 и Д2-рецепторы играют ведущую роль в реализации различных функций и в развитии патологии нервной системы.

Д1 и Д2-рецепторы имеют разную аффинность по отношению к дофамину. Афинность Д2-рецепторов от 10 до 100 раз больше аффинности Д1-рецепторов [11]. Эти различия предполагают разную роль этих рецепторов в выделении дофамина. Выделившийся дофамин достигает постсинаптического компонента, приводя к формированию и реализации целенаправленного поведения [7].

Выделено две изоформы м-РНК Д2-рецептора, которые получили названия длинной (D2L) и короткой (D2S). Они образуются в результате альтернативного сплайсинга гетероядерной РНК, синтезируемой на шестом экзоне гена этого рецептора [6]. Короткая изоформа рецептора отличается от длинной тем, что у нее отсутствует 29 аминокислот, входящих в состав третьей цитоплазматической петли рецептора [3].

Показано, что изоформы имеют различную локализацию на компонентах синапсов. Длинная изоформа (D2L) локализуется на постсинаптическом компоненте синапсов, в то время как D2S располагается пресинаптически и выполняет функции ауторецептора [12]. Основная роль ауторецепторов сводится к торможению синтеза и выделения дофамина. Результаты исследований Zhang et al. [15] и Moyer et al. [10] показали, что наличие аллеля А1 в локусе Taq 1 A DRD2 приводит к снижению экспрессии короткой изоформы рецептора, вследствие чего повышается синтез и выделение дофамина из пресинаптического компонента.

Целью исследования явился сравнительный анализ двигательной активности и исследовательской деятельности крыс, имеющих различия в экспрессии изоформ Д2-рецептора, ассоциированные с полиморфными вариантами локуса Taq 1 DRD2.

Материал и методы исследования

Исследования проведены на двух группах (в каждой группе было по 66 крыс, равное количество самцов и самок) половозрелых гомозиготных крыс линии WAG/Rij с генотипами А1/А1 и А2/А2 по локусу Taq 1A гена рецептора дофамина второго типа (DRD2) с массой тела 250–320 г. Две субпопуляции крыс линии WAG/Rij впервые получены на кафедре МФЧЖ БашГУ путем скрещивания гомозиготных особей, выявленных генетическим анализом указанного локуса в исходной популяции этих крыс (Калимуллина и др., 2005). Генетический анализ полиморфного локуса Taq 1 A DRD2 у крыс линии WAG/Rij был выполнен под руководством заведующего отделом геномики человека Института биохимии и генетики УНЦ РАН профессора Э.К. Хуснутдиновой.

Всех использованных в работе половозрелых крыс содержали в стандартных условиях вивария, характеризующихся постоянством комнатной температуры (20–22 °С) и уровнем влажности. Пищу и питьё животные получали ad libitum, продолжительность светового дня составляла 12–14 часов. Все процедуры с животными выполняли с соблюдением международных правил и норм (Eropean Communities Council Directives,1986).

Ориентировочно-исследовательское поведение крыс в условиях новизны обстановки изучали в установке «открытое поле». Оно представляло собой квадратную освещенную в центре (лампой 40 Вт) арену площадью 100 см2, разделенную на 16 равных частей. Регистрировали показатели горизонтальной и вертикальной активности, определяли количество эпизодов и время, затрачиваемое крысой на груминг (чесательный рефлекс), пребывание в состоянии неподвижности и латентный период до пересечения первого квадрата (амбуляции). Вегетативные реакции крыс регистрировали на основании учета числа уринаций и болюсов. В данной статье проведен анализ двигательной активности и исследовательской деятельности.

Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Statistica 6.0. Сравнение вариационных рядов осуществляли с помощью параметрического критерия Стьюдента и непараметрического критерия U-критерий Манна – Уитни. Различия считали статистически значимыми при p < 0,05.

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты, полученные при регистрации поведения двух групп экспериментальных крыс, имеющих генотипы А1/А1 и А2/А2 по локусу Taq 1 A DRD2, приведены в таблице.

Показатели поведения в тесте «открытое поле» крыс линии WAG/Rij с генотипами А1/А1 и А2/А2 локуса Taq1A DRD2 (M ± m)

Параметры поведения

Генотип

t-value

p

А1/А1

А2/А2

Количество пересеченных квадратов в центре поля

7,82 ± 0,53

3,05 ± 0,32

7,11

< 0,001

Количество пересеченных квадратов на периферии поля

74,70 ± 2,72

43,68 ± 2,49

8,01

< 0,001

Общая двигательная активность

82,70 ± 3,09

46,73 ± 2,75

8,26

< 0,001

Количество совершенных стоек в центре поля

1,42 ± 0,14

0,53 ± 0,09

4,80

< 0,001

Количество совершенных стоек на периферии поля

19,21 ± 0,95

8,35 ± 0,84

7,92

< 0,001

Общее количество совершенных стоек

20,63 ± 1,04

8,88 ± 0,88

7,95

< 0,001

Неподвижность (с)

1,12 ± 0,26

9,80 ± 3,17

3,08

< 0,01

Данные таблицы показывают, что по числу пересеченных квадратов в центре поля у крыс с генотипами А1/А1 и А2/А2 существуют высоко значимые различия. Средние значения, приведенные по данному параметру, указывают на сниженную в два раза посещаемость центра открытого поля животными с генотипом А2/А2. Сравнение среднего количества пройденных квадратов на периферии поля крысами с генотипом А2/А2 также достоверно меньше, чем у крыс с генотипом А1/А1, что показывает, что локомоторная активность у крыс с генотипом А2/А2 снижена. По общей двигательной активности (числу амбуляций), которую мы определяли как совокупность числа пересеченных квадратов в центре и на периферии поля, нами установлено значимое различие между крысами двух изученных групп. Горизонтальная активность достоверно выше у крыс с генотипом А1/А1 по сравнению с крысами с генотипом А2/А2.

При выявлении различий в поведении двух групп крыс оказался статистически значим параметр неподвижности. Он в десять раз выше у крыс с генотипом А2/А2, что проявлялось в их заторможенном состоянии и низкой исследовательской активности.

Анализ исследовательской деятельности показал, что количество стоек, совершенных в среднем за все дни тестирования крысами с генотипом А1/А1 в центре «открытого поля» в три раза больше аналогичного показателя у крыс с генотипом А2/А2 (p < 0,001). На периферии «открытого поля» крысы с генотипом А1/А1 в среднем за все дни тестирования совершили в два раза больше стоек по сравнению с крысами с генотипом А2/А2 (p < 0,001). Естественно, что при наличии различий исследовательской деятельности в центре и на периферии поля сравнение показателей общей исследовательской деятельности также выявило статистически достоверные различия (p < 0,001).

Итак, выполненный анализ поведения позволил выявить значимые различия в поведении двух изучаемых групп крыс. У крыс с генотипом А2/А2 при тестировании в «открытом поле» мы наблюдали частые замирания, при этом животные находились в состоянии пассивного бодрствования, но у них отсутствовали любые локомоторные акты. Крысы с генотипом А1/А1 подобного состояния практически не проявляли, они стремились исследовать как можно больше незнакомого пространства, демонстрируя высокую горизонтальную и вертикальную активность.

Методика изучения поведения грызунов в «открытом поле» является одним из самых популярных тестов в нейробиологии поведения и широко используется в нейрогенетике поведенческого фенотипирования разных линий, а также трансгенных и мутантных животных [2].

Исследование ориентировочно-исследовательского поведения двух групп крыс линии WAG/Rij с генотипами А1/А1 и А2/А2 показало, что популяция крыс (самцы + самки) с генотипом А1/А1 DRD2 характеризуется большей двигательной активностью и более интенсивной исследовательской деятельностью по сравнению с крысами с генотипом А2/А2.

Полученные результаты выявили ассоциацию генотипа А1/А1 по локусу Taq 1 A DRD2 с гиперактивностью в «открытом поле», в то время как генотип А2/А2 по этому локусу проявлял себя противоположными нейрофенотипическими характеристиками – меньшей двигательной активностью и менее интенсивной исследовательской деятельностью.

Обнаруженные различия хорошо объяснимы на основании результатов исследований по молекулярной генетике. Показано, что аллель А1 локуса Taq 1 A DRD2 находится в неравновесии по сцеплению (D’ = 0,855) с минорными аллелями (Т) двух фланкирующих 6 экзон интронных локусов (rs 2283265 и rs 1076560) этого гена, снижающими экспрессию короткой изоформы рецептора (D2S). Приведенные данные Zhang et al. [15] подтверждены и Jocham et al. [8], показавшими наличие неравновесия по сцеплению между локусами rs 1800497 and rs 2283265 (D’ = 0,78). Так как DRD2 у крысы на 95 % гомологичен с этим геном человека [9], можно полагать, что выявленная закономерность имеет место и у крыс. Известно, что снижение экспрессии короткой изоформы D2 и изменение в силу этого соотношения длинной и короткой изоформ приводит к повышению синтеза и выделения дофамина, что предопределяет повышение его содержания в тканях мозга [5, 12 и др.].

Выяснено, что активация D2S нарушает синтез и выделение дофамина, ограничивая эти процессы, и приводит к снижению двигательной активности, в то время как активация D2L повышает локомоторную активность [4]. Показано, что сигнал-трансдукторные пути, реализующие влияние D2S и D2L на функциональное состояние нейронов путем воздействия на транскрипционные факторы, имеют специфические особенности, объясняющие различия вызываемых ими эффектов [13].

Приведенные сведения литературы объясняют особенности поведения крыс с генотипами А1/А1 и А2/А2. У крыс с генотипом А1/А1 снижение экспрессии D2S ведет к повышению синтеза и выделения дофамина из пресинаптической терминали дофаминергического синапса, проявлением чего является гиперактивность этих животных. У крыс с генотипом А2/А2, исходя из выявленных особенностей ориентировочно-исследовательского поведения, можно предполагать изменение экспрессии D2L в пользу D2S, что и является основой их гиподинамии и сниженного содержания дофамина.

Высказанное предположение подтверждается результатами работы Wang et al. [14], которые исследовали поведение D2L-/- мышей, у которых с помощью генетических технологий (gene-targeting technology) было выполнено удаление участка гена, ответственного за экспрессию длинной изоформы рецептора. Авторы показали, что D2L-/- мыши (у которых сохранялась экспрессия только D2S, и она была повышена) по сравнению с контролем демонстрировали в установке «открытое поле» снижение двигательной активности и исследовательской деятельности.

Выводы

1. Крысы с генотипом А1/А1 по локусу Taq 1 A DRD2, определяющим снижение экспрессии короткой изоформы Д2-рецептора, при тестировании поведения в установке «открытое поле» показывают высокую двигательную активность по сравнению с крысами – носителями генотипа А2/А2.

2. Крысы с генотипом А1/А1 по локусу Taq 1 A DRD2, определяющим снижение экспрессии короткой изоформы Д2-рецептора, при тестировании поведения в установке «открытое поле» показывают более выраженную исследовательскую деятельность по сравнению с крысами – носителями генотипа А2/А2.

3. Полученные результаты свидетельствуют о том, что крысы с генотипом А1/А1 DRD2 демонстрируют активную, а крысы с генотипом А2/А2 DRD2 – пассивную стратегию ориентировочно-исследовательского поведения.

Работа выполнена при финансовой поддержке базовой части Госзадания Минобрнауки РФ, тема № 301–14.

Рецензенты:

Муфазалова Н.А., д.м.н., профессор кафедры фармакологии № 1 с курсом клинической фармакологии, Башкирский государственный медицинский университет, г. Уфа;

Мурзабаев Х.Х., д.м.н., профессор, зав. кафедрой гистологии, Башкирский государственный медицинский университет, г. Уфа.

Работа поступила в редакцию 15.09.2014.


Библиографическая ссылка

Леушкина Н.Ф., Ахмадеев А.В. ОСОБЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КРЫС, ИМЕЮЩИХ РАЗЛИЧИЯ В ЭКСПРЕССИИ ИЗОФОРМ Д2-РЕЦЕПТОРА // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-11. – С. 2465-2468;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35381 (дата обращения: 25.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252