ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2014, том 64, № 6, с. 686-692
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
УДК 577.25
МЕТАБОЛИЗМ СЕРОТОНИНА И ДОФАМИНА В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ МЫШЕЙ С НАСЛЕДСТВЕННЫМИ РАЗЛИЧИЯМИ ПО ВЫРАЖЕННОСТИ КАТАЛЕПСИИ
© 2014 г. Н. А. Синякова, Е. А. Куликова, А. В. Куликов
Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск, e-mail: sinyakova1985@gmail.com
Поступила в редакцию 14.04.2014 г.
Принята в печать 01.09.2014 г.
Каталепсия часто возникает в результате дисбаланса дофаминергической (ДА) и серотонинерги-ческой (5-HT) систем головного мозга. Целью работы была экспериментальная проверка гипотезы о важной роли этого дисбаланса в механизме наследственной каталепсии у мышей. Содержание ДА, 5-HT и их основных метаболитов, 5-гидроксииндолуксусной, 3,4-диоксифенилуксус-ной и гомованилиновой кислот определяли в коре, гипоталамусе, гиппокампе, стриатуме, черной субстанции и ядрах шва среднего мозга у мышей устойчивой к каталепсии линии AKR/J и каталептических линий CBA/LacJ и рекомбинантной линии AKR/J.CBA-D13Mit76 (D13), полученной переносом фрагмента хромосомы 13, содержащего главный ген каталепсии, от CBA в геном AKR/J. Не было выявлено межлинейных различий в концентрации биогенных аминов и их метаболитов ни в одной из исследуемых структур. Таким образом, была опровергнута гипотеза о том, что 5-НТ и/или ДА системы головного мозга играют существенную роль в молекулярном механизме возникновения наследственной каталепсии у мышей.
Ключевые слова: каталепсия, мозг, дофамин, серотонин, высокоэффективная жидкостная хроматография.
Serotonin and Dopamine Brain Metabolism in Mice with Different Predisposition to Catalepsy
N. A. Sinyakova, E. A. Kulikova, A. V. Kulikov
Institute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, e-mail: sinyakova1985@gmail.com
Catalepsy usually is caused by imbalance of dopamine (DA) and serotonin (5-HT) systems of brain. The aim of our work was to verify if this imbalance plays an important role in the mechanism of hereditary catalepsy in mice. Maintenance of DA, 5-HT and their main metabolites — 5-hydroxyindoleacetic acid, 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, homovanilic acid was determined in cortex, hypothalamus, hippocampus, striatum, substantia nigra and nuclei raphes in catalepsy-resistant AKR/J mice strain and catalepsy-prone CBA/LacJ mice strain and recombinant mice AKR/J.CBA-D13Mit76 (D13) strain. The latest strain was selected by transferring of a fragment of the chromosome 13 from CBA/LacJ carrying the main gene of hereditary catalepsy to AKR/J genome. There were no interstrain differences in concentration of biogenic amines and their metabolites in all brain regions. As a result of our work the hypothesis about the important role of 5-HT and/or DA systems of brain in the mechanism of hereditary catalepsy in mice was denied.
Keywords: catalepsy, brain, serotonin, dopamine, high-performance liquid chromatography. DOI: 10.7868/S0044467714060112
Каталепсия представляет собой состояние длительной неподвижности с пластическим тонусом мускулатуры, характеризующееся неспособностью изменить приданную позу. У высших позвоночных, птиц и млекопитающих, каталепсия под названием животный гипноз, мнимая смерть, тоническая неподвижность является разновидностью пассивно-оборонительной реакции замирания при появлении хищника [Dixon, 1998]. В гипертрофированной форме каталепсия и катато-ния являются синдромами таких тяжелых нарушений нервной системы как паркинсонизм и некоторые формы шизофрении [Куликов и др., 1989; Sanberg et al., 1998; Wfeder, 2008; Daniels, 2009].
Наиболее частой причиной каталепсии является нарушение функции дофаминергиче-ской системы стриатума. Антагонисты дофаминовых D2 рецепторов, галоперидол, спи-роперидол или раклоприд являются наиболее сильными каталептогенами [Klemm, 1989]. Роль серотонинергической системы в механизме каталепсии до конца не так ясна. Показано, что центральное введение серотони-на в бледный шар [Wfei, Chen, 2009], подкожное введение агониста 5-HT1A рецепторов, 8-OH-DPAT [Wadenberg, 1996], пероральное введение антагониста 5-НТ2С [Reavill et al., 1999], и внутрибрюшинное введение антагонистов 5-НТ3А и 5-НТ6 [Ohno et al., 2011] рецепторов подавляют галоперидоловую каталепсию.
У лабораторных мышей каталепсию можно вызвать с помощью щипков кожи загривка [Ornstein, Amir, 1981]. Однако "щипковая каталепсия" очень редкое явление и не наблюдается у мышей большинства линий. Исключением являются животные линии CBA/Lac. Около половины мышей этой линии предрасположены к "щипковой каталепсии" [Куликов и др., 1989; Kulikov et al., 1993; Куликов, 2005,], в то время как среди других линий мышей ни одно животное не проявляет каталепсии этого типа [Kulikov et al., 1993]. Высокая предрасположенность к щипковой каталепсии у мышей сцеплена с фрагментом 111.35—116.16 т.п.о. хромосомы 13 [Куликов, Базовкина, 2003; Куликов и др., 2003; Kulikov et al., 2008]. С помощью переноса этого фрагмента от каталептической линии CBA в геном устойчивой к каталепсии линии AKR/J была получена рекомбинантная линия AKR.CBA-D13Mit76 (D13) с высокой предрасположенностью к каталепсии, имеющая
тот же процент каталептиков, что и родительская СБА линия [КиНкоу е! а1., 2008].
Механизм "щипковой каталепсии" у мышей не ясен. Наиболее вероятной гипотетической причиной предрасположенности к наследственной каталепсии у мышей СБА и В13 может быть дисбаланс дофаминергичсе-кой и серотонинергической систем головного мозга.
Целью настоящего исследования была экспериментальная проверка данной гипотезы, включающая сравнение метаболизма дофамина и серотонина в различных структурах головного мозга мышей устойчивой (АКЯ) и чувствительных (СБА, В13) к каталепсии линий. Планировалось сравнить уровень серотонина (5-НТ) и дофамина (ДА), а также их основных метаболитов, 5-гидроксииндолук-сусной (5-ГИУК), гомованилиновой (ГВК) и 3,4-диоксифенилуксусной (ДОФУК) кислот в коре мозга, гипоталамусе, гиппокампе, стриатуме, черной субстанции и ядрах шва. Последние две структуры были выбраны потому, что там содержится основная масса до-фаминергических (черная субстанция), серо-тонинергических и норадренергических (ядра шва) нейронов.
МЕТОДИКА
Животные. Опыты проводили на половозрелых самцах (3—4 мес., весом 28 ± 0.5 г) инбредных линий АКЯД (п = 6), СБА/Ьае1 (п = 6) и рекомбинантной линии АКЯ.СБА-Б13МИ76 (Б13) (п = 6). Мыши линий АКЯД и СБА/Ьае1 поддерживаются в Институте цитологии и генетики СО РАН путем брат-сестринского инбридинга более 40 лет. Мыши линии АКЯД характеризуются устойчивостью к щипковой каталепсии. В то же время мыши линии СБА/Ьае1 в высокой степени предрасположены к каталепсии: около 50% животных линии СБА/Ьае1 замирают уже после нескольких щипков кожи загривка [КиИкоу е! а1., 1993, 2008]. Линия В13 получена в лаборатории нейрогенетики поведения Института цитологии и генетики СО РАН путем переноса фрагмента 111.35—116.16 т.п.о. хромосомы 13 от линии СБА/Ьае1 в геном АКЯД с помощью девяти последовательных возвратных скрещиваний на АКЯД [КиНкоу е! а1., 2008]. Уровень предрасположенности к каталепсии мышей рекомбинантной линии В13 сравним с СБА и составляет 50% [КиНкоу е! а1., 1993]. Линия В13 поддерживается в Институ-
Таблица 1. Содержание серотонина, нормированное на количество белка в отделах мозга мышей, различающихся по предрасположенности к наследственной каталепсии
Table 1. Serotonin level (normalized to protein level) in different brain regions in mice with different predisposition to catalepsy
Структура мозга Содержание серотонина, нормированное на количество белка ± ошибка среднего Значение дисперсионного анализа
AKR/J CBA/LacJ AKR.CBA-D13Mit76
Кора 7.22 ± 1.56 7.99 ± 1.54 5.27 ± 1.46 F(2,15) = 0.84, p > 0.05
Гиппокамп 4.53 ± 1.84 4.65 ± 0.95 4.27 ± 0.97 F(2,15) = 0.022, p > 0.05
Ядра шва 11.87 ± 1.81 10.11 ± 0.77 11.47 ± 1.06 F(2,15) = 0.51, p > 0.05
Гипоталамус 11.20 ± 1.21 12.81 ± 2.081 7.61 ± 2.204 F(2,15) = 1.99, p > 0.05
Черная субстанция 8.73 ± 1.59 9.21 ± 1.26 8.30 ± 0.73 F(2,15) = 0.13, p > 0.05
Стриатум 5.21 ± 0.98 7.65 ± 1.71 4.02 ± 1.16 F(2,15) = 1.97, p > 0.05
те цитологии и генетики СО РАН путем брат-сестринского инбридинга в течение 25-ти поколений.
В возрасте четырех недель животных отсаживали от матерей и содержали по шесть особей одного пола в клетках 50 х 30 х 25 см в стандартных условиях (при температуре 22 ± 2°С, относительной влажности около 65% и при естественном освещении). Полноценный корм и воду они получали без ограничения. За два дня до декапитации каждое животное помещали в отдельную клетку, чтобы исключить влияние социальных взаимоотношений на исследуемые признаки. Содержание и экспериментальные процедуры проводили в соответствии с правилами Совета европейского сообщества (Директива 86/309/ЕЕС от 24 ноября 1986 г). Содержание, питание, уход за животными и выведение их из опыта осуществляли в соответствии с требованиями "Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных" (Приложение к приказу МЗ СССР от 12.08.1977 № 755).
Животных декапитировали, выделяли кору, гипоталамус, гиппокамп, стриатум, черную субстанцию и средний мозг, замораживали их в жидком азоте и хранили при —70° С.
Структуры мозга гомогенизировали в 150 мкл (гипоталамус), в 200 мкл (стриатум, черная субстанция и средний мозг) или в 300 мкл (гиппокамп) 0.8 М ИСЮ4, центрифугировали 15 мин при 15000 g при +4° С. Экстракты хранили при —70°С до определения биогенных аминов и их метаболитов с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии высокого давления.
Перед хроматографией экстракт разбавляли в четыре раза мобильной фазой, содержащей 80 мМ фосфата калия, 0.1 мМ Na2EDTA, 1.4 мМ натриевой соли 1-октилсульфоновой кислоты ("Sigma", США) и 0.12% метанола. Разделение смеси проводили на колонке Luna C18 (100 х 2 мм, размер частиц 5 ц, Phe-nomenex, США), которой предшествовала направляющая колонка Nucleosil C8 (1 х 4.6 мм, 5 ц, Superco, США). Концентрацию биогенных аминов и их метаболитов определяли с помощью электрохимического детектора (50
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.