научная статья по теме ОТ НЕЙРОГЕНЕТИКИ К НЕЙРОЭПИГЕНЕТИКЕ Биология

Текст научной статьи на тему «ОТ НЕЙРОГЕНЕТИКИ К НЕЙРОЭПИГЕНЕТИКЕ»

ОБЗОРНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ

УДК 575.162

ОТ НЕЙРОГЕНЕТИКИ К НЕЙРОЭПИГЕНЕТИКЕ

© 2015 г. Е. В. Савватеева-Попова1, Е. А. Никитина12, А. В. Медведева1

Институт физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук, Санкт-Петербург 199034

e-mail: esavvateeva@mail.ru 2Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург 191186

Поступила в редакцию 29.10.2014 г.

"Генетика поведения", или "Нейрогенетика", зиждется на эволюционных идеях Т. Добжанского о развитии мозга и поведения, нисходит к "экспериментальной генетике высшей нервной деятельности" И. Павлова и использует сравнительный подход при познании наследственности и изменчивости поведенческих проявлений от простейших до человека. Изучение классического павловского условного рефлекса у мутанта дрозофилы помогло выявить основные виды памяти и их эволюционную консервативность. Дефекты долгосрочной памяти вызывают мутации тех же генов, что и при умственной отсталости у человека, когда страдают сигнальные каскады, пересекающиеся с цАМФ-за-висимым путем. Среди них и каскад ремоделирования актина. Ключевой фермент — LIM-киназа 1 — контролирует когнитивные проявления при "геномной болезни", делеционном синдроме Уильям-са. Его изучение обеспечило признание нейроэпигенетики как интерфейса между геномом и влияниями среды. Эпигенетические факторы "изменчивости" — метилирование ДНК, ацетилирование гистонов и регуляция микроРНК — меняют структуру не гена, но его проявления. Конкретные мик-роРНК уже рассматриваются и как биомаркеры нейродегенеративных болезней, и как факторы передачи между поколениями свойств поведения прародителей, испытавших стресс от неблагоприятных воздействий среды.

DOI: 10.7868/S0016675815050070

Современное понятие "нейрогенетика" — результат эволюции таких названий областей наук о мозге, как нейропсихология, нейроэтология и генетика поведения. Как исследовательская дисциплина генетика поведения получила признание в 1960 г. после выхода знаменитой книги Дж. Фул-лера и В. Томпсона [1]. На Западе первым генетиком поведения считают двоюродного брата Чарлза Дарвина, Фрэнсиса Гальтона, опубликовавшего в 1869 г. результаты изучения наследования умственных способностей в высших классах британского общества [2]. Российский эмбриолог и генетик Л.И. Корочкин первым нейрогенетиком считает Блаженного Августина, заметившего еще в IV веке, что у рыбок не только внешность, но и поведение потомков напоминает родительское [3]. В 1972 г. первым председателем Ассоциации генетики поведения в США стал Т. Добжанский, привнесший в эту область эволюционный взгляд на развитие мозга и поведения. Фуллер и Томпсон, вместе со своими коллегами при работе на собаках и мышах, уделяли много внимания сравнительному подходу, физиологическому и попу-ляционному аспектам [4, 5], наследованию умственных способностей, социальной генетике [6, 7] и концепциям школы И.П. Павлова [8]. Представители же школы Добжанского Эрман и Пар-сонс, авторы учебника по генетике поведения и

эволюции [9], ввели в практику исследования на дрозофиле.

Упоминание школы Павлова не случайно: именно он способствовал зарождению генетики поведения, назвав ее "экспериментальная генетика высшей нервной деятельности" (ВНД). Для этого, еще в 1926 г., И.П. Павлов создал биостанцию в Колтушах для селекции линий собак с разными типами ВНД. Этим он намного опередил бум исследований в данной области, создав предпосылки для использования наряду с собаками, мышами и крысами еще и дрозофилы. Так, уже в 40-е годы в Институте эволюционной физиологии и патологии ВНД им. И.П. Павлова стала работать Р.А. Мазинг, ученица генетика Ю.А. Фи-липченко. Ее работы по генетике поведения носили приоритетный характер и способствовали решению актуальных эволюционных проблем. Она провела исследования избирательной способности к яйцекладке [10], а также изменчивости и наследственности фотореакций у дрозофилы [11], предвосхитившие не только работы 1960-1970-х годов, приведенные в учебнике Эр-мана и Парсонса, но и использование фотореакции как ведущего поведенческого признака при разработке знаменитой концепции С. Бензера "От гена — к поведению" [12].

Но, говоря о выдающейся роли И.П. Павлова в создании теории условных рефлексов и представ-

лений о типах ВНД, редко упоминают о том, что сама теория возникла благодаря простоте и точности предложенных им методик. Высокая эффективность метода оценки по слюноотделению степени выработки пищевых условных рефлексов, основанного на его предыдущем опыте изучения пищеварения (Нобелевская премия), позволила И.П. Павлову перевести представления о психической деятельности мозга из области теософии в русло экспериментальной и верифицируемой науки. Предложенная И.П. Павловым классификация типов ВНД по кофеиновым пробам также оказалась провидением. Эта методика нашла применение задолго до обнаружения того, что кофеин является ингибитором фосфодиэсте-разы, фермента распада цАМФ, а сам цАМФ играет центральную роль в обучении — от его элементарных форм у простейших эукариот до условно-рефлекторной деятельности высших млекопитающих и человека [13, 14].

Созданное И.П. Павловым в Колтушах принципиально новое направление, экспериментальная генетика ВНД, нацелено на раскрытие механизмов того, что делает всех людей разными и почему врачи всегда будут сталкиваться не со 100%, а только с 60% пациентов, поддающихся медикаментозной терапии, и большим количеством больных нечувствительных или гиперчувствительных к ней. По сути это первый шаг на пути к персонифицированной и предиктивной медицине [15].

Условно-рефлекторное учение И.П. Павлова стало популярным за пределами России [16] и задало вектор развития генетики поведения, заложившей основы нейрогенетики. Американский физик Сеймур Бензер, известный своими работами по изучению тонкой структуры гена [17] и концепцией "От гена — к поведению", обратился к использованию дрозофилы как благодатного объекта для "мутационной хирургии" при соотнесении отделов нервной системы, структур мозга и определенного типа поведения [18]. На самом деле исследователи шли путем от поведения к гену, отбирая мутанты с нарушениями в ту или иную форму поведения. У мутантов анализировали в каких отделах нервной системы нарушены функции и какие нейромедиаторные системы мозга за это ответственны [19, 20].

Следующим логичным шагом стала "мутационная хирургия" обучения и памяти, т.е. классического павловского оборонительного условного рефлекса на ольфакторный раздражитель у дрозофилы [21, 22]. Это позволило выявить разные фазы памяти [23] и визуализировать то, как формируется долгосрочная память всего лишь в двух нейронах мозга дрозофилы [24].

История познания физиолого-генетических основ обучения и памяти у дрозофилы изложена в

нашем обзоре [25]. В этой связи невозможно не привести цитату [26]: "Теодор Добжанский в 1973 г. сказал, что "ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции". Эволюционная консервативность функций генов, равно как и консервативность элементов поведенческих механизмов, означает то, что наши знания, получаемые при подробном изучении какого-либо одного организма, будут способствовать пониманию процессов поведения у всех организмов, включая человека. Это позволяет генетикам поведения проводить исследования на любом организме, наиболее адекватно соответствующем поставленным задачам". Необходимо также задаться вопросом, что же составляет основу нейрогенетического расчленения условно-рефлекторного поведения — эволюция по аналогии или по гомологии [27]? Ответ на этот вопрос был получен еще в 1960 г. трудами лаборатории М.Е. Лобашева в Институте физиологии им. И.П. Павлова [28]. Гибридологический анализ и сравнительное изучение условного рефлекса у разных пород кур, видов осетровых рыб и географических рас медоносной пчелы показали, что, хотя насекомые и высшие животные разошлись в их эволюционном развитии на стадии донервного предка, возникновение и усложнение механизма временной связи происходило по принципу параллельной эволюции. На всех уровнях филогенеза многоклеточных животных, имеющих ЦНС, механизм временной связи принципиально однотипен, при этом грибовидные тела мозга насекомых выполняют ту же функцию в формировании условного рефлекса, что и головной мозг млекопитающих [28].

С момента зарождения генетики поведения всегда стоял вопрос о том, что же является определяющим в проявлении того или иного поведенческого признака — наследственность или изменчивость. Но в течение XX века терминология претерпела изменения. Так, то, что является результатом мутации, т.е. изменения структуры гена, стали относить к сфере нейрогенетики, а то, что мы привычно называем изменчивостью, т.е. изменения поведенческих проявлений без изменения структуры гена, стали относить к области нейроэпиге-нетики.

Действительно, индивидуальное развитие любого организма рассматривается с учетом взаимодействий между генотипом и средой. Предполагается, что поведенческие системы способны к адаптивной самоорганизации и самостабилизации за счет условного рефлекса, возникающего в ответ на сигналы среды [29]. Тот же факт, что наследственность и изменчивость смыкаются на уровне этих взаимодействий, т.е. между ними существует "поле эпигенетики", применительно к нейрогенетике животных и человека был детально обоснован в 1996 г. [30].

Примером эпигенетической изменчивости является прогрессивное уменьшение когнитивных дефектов у пациентов с синдромом Уильямса по мере взросления — от постановки диагноза и анализа поведенческих проявлений у детей 1.5—3-х лет, школьников и студентов. Поэтому изначальная убежденность в исключительной роли генов, напрямую определяющих пути формирования морфологии мозга и поведения, сменилась представлениями о необходимости поиска эпигенетических факторов пластичности мозга, влияющих на его развитие и функции, преломляемые в меняющемся поведении [31].

Основными факторами эпигенетических изменений, происходящих по-разному на протяжении жизни даже у однояйцевых близнецов и играющих важную роль в предрасположенности к болезням, в том числе

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.

Показать целиком