ГЕНЕТИКА, 2014, том 50, № 6, с. 709-714
ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ =
УДК 575.224.464:575.224.6:631.528.1
АНТИМУТАГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ ХЕМОСИГНАЛОВ САМОК НА ПОЛОВЫЕ КЛЕТКИ САМЦОВ У ДОМОВОЙ МЫШИ
(Mus musculus L.) © 2014 г. Е. В. Даев, Ю. А. Безручко, А. В. Дукельская
Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии,
Санкт-Петербург 199034 e-mail: mouse_gene@mail.ru Поступила в редакцию 20.11.2013 г.
Исследовано влияние хемосигналов половозрелых самок-одиночек линии СВА на уровень спонтанных и радиоиндуцированных нарушений мейоза в сперматоцитах I самцов мышей той же линии. Показано, что после 24-часовой экспозиции самцов с подстилкой, содержащей хемосигналы самок-одиночек, частота хромосомных аберраций и других мейотических нарушений, выявляемых ана-телофазным методом в сперматоцитах I, достоверно ниже, чем у самцов на чистой подстилке. Такой же эффект хемосигналов самок выявлен на половых клетках облученных самцов (4 Гр). Обсуждаются механизмы и значение выявленного антимутагенного эффекта хемосигналов самок в половых клетках самцов домовой мыши и в процессах размножения.
DOI: 10.7868/S0016675814060022
Домовая мышь (Mus musculus L.) является удобным модельным объектом, позволяющим решать многие фундаментальные проблемы биологии человека. В частности, линии лабораторных мышей широко используют для изучения вопросов гормонального контроля гаметогенеза, взаимодействия соматических и половых клеток, генетических механизмов регуляции фертильно-сти и проблем бесплодия у человека [1]. В относительно мало исследованной области влияния хе-мокоммуникационных взаимоотношений на репродуктивную функцию организма домовую мышь уже давно успешно используют для изучения влияния летучих хемосигналов на различные физиологические, морфологические, поведенческие характеристики реципиентного организма, связанные с размножением [2, 3].
В исследованиях на домовой мыши показано, что некоторые феромоны могут играть роль стресс-факторов. Так, хемосигнал "неблагополучия" — 2,5-диметилпиразин (ДМП) — продуцируется и выделяется самками мышей только в условиях переуплотненного содержания [4]. Он подавляет половое созревание молодых самцов и самок, тормозит наступление эструса у взрослых самок, вызывает иммуносупрессию и повышает уровень доминантных леталей в потомстве стрес-сированных им самцов. У самцов, нюхавших ДМП, активируется экспрессия с-fos в обонятельных луковицах, а в нервных окончаниях слизистых выстилок носа и семенников исчезает нор-адреналин [5, 6]. Показано также повышение уровня хромосомных аберраций в клетках кост-
ного мозга и снижение количества антителообра-зующих клеток в селезенке после экспозиции самцов мышей с ДМП [7]. Как самцы, так и самки избегают запаха ДМП в Т-лабиринте [8]. Изменения в поведении, иммуносупрессия, угнетение полового созревания молодых особей и подавление репродукции у взрослых особей после экспозиции животных с ДМП указывают на стрессор-ный характер действия этого феромона у мышей.
Получены данные о том, что феромон 2,5-ДМП индуцирует повышение частоты аномальных спермиев в эпидидимисах половозрелых самцов-реципиентов и частоты доминантных леталей в их потомстве [6]. Феромональные воздействия могут нарушать целостность генома в клетках костного мозга самцов и самок домовой мыши, а также индуцируют нарушения мейоза в половых клетках [6, 9]. Таким образом, воздействие феромонами способно негативно влиять на целостность генома не только соматических, но и половых клеток животных [6]. По-видимому, некоторые феромоны способны опосредованно через гипоталамо-гипофиз-надпочечниковую систему модулировать мутационный процесс в клетках-мишенях. Подобные данные подтверждают гипотезы о возможности нейроэндокринной регуляции мутационного процесса у животных [10—12]. Однако ни эта возможность, ни тем более "ольфакторный" путь модуляции мутагенеза в клетках жизненно важных органов животных остаются почти неизученными [13, 14].
Имеются сообщения и о позитивном полоспе-цифическом влиянии феромонов на различные
Таблица 1. Общая частота сперматоцитов I с хромосомными нарушениями в мейозе у самцов мышей линии СВА после различных экспериментальных воздействий
Вариант опыта N п Число клеток с НМ Общая частота НМ, % Достоверные отличия
Контроль 7 1703 262 15.4 I
ХС 6 1353 155 11.5 1 I
R 5 1421 429 30.2
R + ХС 8 2140 540 25.2 1
Примечание. N — число животных; п — общее число проанализированных клеток; Контроль — экспозиция на чистой подстилке; ХС — экспозиция на подстилке, содержащей хемосигналы самок-одиночек; Я — действие рентгеновского облучения и последующая экспозиция на чистой подстилке; Я + ХС —действие рентгеновского облучения и последующая экспозиция на подстилке, содержащей хемосигналы самок-одиночек. НМ — нарушения мейоза. Концы вертикальных линий указывают на достоверно различающиеся величины (критерий х2, Р ^ 0.002).
физиологические показатели у грызунов, в случае если донор и реципиент хемосигнала принадлежат разному полу [15, 16]. Эти данные позволили предположить, что некоторые экскретируемые животными хемосигналы могут обладать антимутагенным действием. Предположение подтвердилось, когда было показано, что уровень цитогене-тически выявляемых нарушений в митотически делящихся клетках костного мозга самцов мышей линии СВА снижается после 24-часового содержания животных на подстилке с экскреторными продуктами самок-одиночек той же линии [17, 18].
Целью данной работы явилась проверка предположения, что хемосигналы самок-одиночек могут снижать уровень хромосомных аберраций и других нарушений мейоза в сперматоцитах самцов домовой мыши, т.е. выступать в роли антимутагенов для половых клеток.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалом для работы служили полученные из питомника "Рапполово" лабораторные мыши линии СВА возраста 3—5 мес.: 1) половозрелые самки-одиночки — доноры хемосигналов; 2) группы половозрелых самцов мышей (по 5—6 животных в группе).
Изучение антимутагенного действия хемосиг-налов самок-одиночек проводили на фоне рентгеновского облучения и без него.
Действующими факторами являлись: 1) тотальное облучение самцов мышей рентгеновскими лучами (аппарат РУМ-11, фильтр (0.5Си + 1А1), мощность дозы 0.269 Гр/мин, доза 4 Гр, вариант "Я"); 2) тотальное облучение самцов мышей рентгеновскими лучами с последующим 24-часовым содержанием животных на подстилке с хемосигна-лами самок-одиночек (вариант "Я + ХС"). С этой целью сразу после облучения в клетках с экспериментальными животными заменяли их собственную подстилку на равную по объему смесь подстилок от десяти половозрелых самок-одиночек.
Таким образом, подстилка, используемая в качестве действующего на самцов фактора, содержала накопленную за несколько дней многокомпонентную смесь веществ, экскретируемых самками-одиночками. В группе с облученными самцами (вариант "R") проводили аналогичную замену подстилки на чистую.
Еще в двух группах необлученных самцов по такой же схеме проводили замену подстилки на "грязную" (т.е. содержащую хемосигналы самок-одиночек) или чистую (варианты "ХС" и "Контроль" соответственно).
По окончании экспериментальных воздействий по стандартной методике фиксировали и анализировали сперматоциты первого порядка ана-телофазным методом.
Учитывали нарушения мейотических делений, включающие в себя хромосомные аберрации разных типов (мосты и фрагменты), а также нарушения синхронности расхождения хромосом (отставшие хромосомы) [19].
Статистическую обработку проводили с помощью пакета программ GraphPad Prism 4.00 (GraphPad Software, Inc.). Гомогенность материала и достоверность различий между вариантами проверяли методом многопольного х2 [20].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Внутригрупповая гомогенность материала позволила объединить данные по животным внутри групп и считать единицей варьирования половую клетку — сперматоцит I на стадии ана-телофазы.
Показано, что облучение примерно в 2 раза увеличивает частоту мейотических нарушений, выявляемых на стадии ана-телофазы первого деления (критерий х2, P < 0.002; табл. 1). Хемосигналы подстилки самок-одиночек линии СВА достоверно снижают спонтанный уровень мейоти-ческих нарушений на 25.3% от величины в контроле. Сходным образом радиоиндуцирован-
ныи уровень меиотических нарушении в сперматоцитах самцов-реципиентов тоИ же линии после экспозиции с хемосигналами самок снижается на 16.6% от соответствующей величины у животных варианта "R" (табл. 1).
Анализ основных типов анализируемых нарушений показывает, что снижение спонтанного уровня перестроек в сперматоцитах хемосигналами самок-одиночек происходит в первую очередь за счет достоверного уменьшения частоты фрагментов и множественных перестроек (табл. 2). Радиопротекторный эффект действия хемосигналов определяется достоверным снижением частоты мостов и тенденцией к снижению всех остальных типов анализируемых нарушений (табл. 2).
Сравнительный анализ спектров анализируемых нарушений первого мейотического деления не выявил каких-либо изменений, вызываемых хемосигналами самок-одиночек. В то же время рентгеновское облучение достоверно снижает долю фрагментов и увеличивает долю мостов в сперматоцитах животных вариантов "R" и "R + ХС" по сравнению со спектрами аберраций у необлучен-ных животных (рисунок).
Таблица 2. Частота сперматоцитов I с различными типами хромосомных нарушений в мейозе у самцов мышей линии СВА после различных экспериментальных воздействий (%)
Вариант
Типы нарушений
опыта ОХ М Ф МнП
Контроль 0.82 0.53 11.39 I 2.70
ХС 1.26 0.44 I 8.28 1 ■ 1.48 ■
R 3.73 7.88 I 11.89 1 6.68 1
R + ХС 3.18 5.33 1 11.07 5.62
Примечание. ОХ — отставшая хромосома; М — мост; Ф — фрагмент; МнП — множественные перестройки (две и более). Концы вертикальных линий указывают на достоверно различающиеся величины (критерий х2, Р ^ 0.029). Остальные обозначения те же, что и для табл. 1.
ОБСУЖДЕНИЕ
О модулирующем влиянии нейроэндокринной системы на генетические процессы, в том числе мутационный, стали говорить еще в 70-80-е гг. прошлого века [10—12]. Особый интерес, на наш взгляд, представляют данные, по
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.