научная статья по теме О РОЛИ ГЕНА РЕЦЕПТОРА СЕРОТОНИНА SER-4 В ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ПОВЕДЕНИЯ CAENORHABDITIS ELEGANS Биология

Текст научной статьи на тему «О РОЛИ ГЕНА РЕЦЕПТОРА СЕРОТОНИНА SER-4 В ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ПОВЕДЕНИЯ CAENORHABDITIS ELEGANS»

ГЕНЕТИКА, 2013, том 49, № 3, с. 415-419

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ ^

УДК 575.1/2:574.2:595.132

О РОЛИ ГЕНА РЕЦЕПТОРА СЕРОТОНИНА SER-4 В ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ПОВЕДЕНИЯ Caenorhabditis elegans

© 2013 г. Т. Б. Калинникова, Р. Р. Колсанова, Р. Р. Шагидуллин, Е. Б. Осипова, М. Х. Гайнутдинов

Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан, Казань 420087

e-mail: tbkalinnikova@gmail.com Поступила в редакцию 21.06.2012 г.

Серотонин снижает устойчивость поведения Caenorhabditis elegans линии дикого типа N2 (плавание, индуцированное механическим стимулом) к действию температуры 36°C. Чувствительность к действию серотонина на теплоустойчивость поведения сохранена у нематод линий с нуль-мутациями генов рецепторов серотонина mod-1(ok103) и ser-1(ok345) и почти полностью утрачена у нематод линии ser-4(ok512) с нуль-мутацией гена рецептора серотонина SER-4, являющегося гомологом рецептора серотонина млекопитающих 5-HTi. У нематод этой линии повышена, по сравнению с линией N2, теплоустойчивость поведения и в среде без серотонина. Эти данные свидетельствуют об участии гена ser-4 в регуляции серотонином устойчивости функций нервной системы C. elegans к гипертермии.

DOI: 10.7868/S0016675813030089

Нервная система является основной мишенью действия гипертермии на организмы человека и животных из-за высокой чувствительности большинства нейронов и синаптических связей между ними к значительному превышению физиологического оптимума температуры [1—4]. Из-за чрезвычайной сложности нервных систем млекопитающих и множественности молекулярных и клеточных мишеней действия гипертермии на нервную систему во многом остаются открытыми вопросы о физиологических и генетических механизмах влияния высокой температуры на функции целой нервной системы [2—4]. Удобной моделью для решения этих вопросов может быть простая нервная система почвенной нематоды СаепогкаЪйШз elegans, генетические механизмы многих функций которой идентифицированы [5—13]. Серотонин является одним из важнейших нейромедиаторов и нейромодуляторов в нервных системах как позвоночных, так и беспозвоночных [5—15]. В связи с участием серотонина практически во всех интегративных функциях нервной системы С. е^ат [13] вероятна и его важная роль в регуляции устойчивости поведения к тепловому стрессу. В соответствии с этим предположением экзогенный серотонин в концентрациях, подпо-роговых для изменения поведения С. е^ат при оптимальной температуре среды, снижает теплоустойчивость плавания нематоды, индуцированного механическим стимулом [4]. Регуляция функций нервной системы серотонином чрезвычайно сложна из-за множественности его рецепторов у человека и животных. Активация этих ре-

цепторов может приводить к противоположно направленным изменениям как на клеточном, так и на организменном уровнях [5—12]. Поэтому цель настоящей работы — выяснение возможной роли генов рецепторов серотонина ser-1, ser-4 и mod-1 в регуляции устойчивости нервной системы С. elegans к гипертермии. Дополнительно была исследована возможность участия в регуляции теплоустойчивости поведения С. elegans гена переносчика серотонина mod-5.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе использовали пять линий C. elegans, предоставленных Caenorhabditis Genetics Center и C.elegans Gene Knockout Project at OMRF, являющихся частью C.elegans Gene Knockout Consortium: линия дикого типа N2 и мутантные линии DA1814 (ser-1(ok345)), MT9668 (mod-1(ok103)), MT9772 (mod-5(n3314)) и RB745 (ser-4(ok512)), и стандартную среду выращивания нематод [16]. Нематод культивировали при температуре 20°C. Для кормления C. elegans использовали штамм E. coli OP50. Эксперименты по определению теплоустойчивости поведения проводили в ноябре-феврале в ультратермостате TW-2.02 с нематодами трехдневного возраста, инкубированными индивидуально в 1 мл жидкой среды, в которой отсутствовали агар, пептон и холестерин, а ионный состав соответствовал среде выращивания. Показателями нарушения поведения нематод действием постоянной высокой температуры 36°C являлись среднее время проявления ошибок мотор-

416

КАЛИННИКОВА и др.

Чувствительность теплоустойчивости поведения нематод линии дикого типа N2 и мутантных линий mod-1(ok103), ser-1(ok345) и ser-4(ok512) к действию серотонина

Линии C. elegans Среднее время потери C. elegans способности к плаванию в среде с серотонином (в % от контроля)

2 мМ серотонина 4 мМ серотонина 8 мМ серотонина

N2 mod-1(ok103) ser-1(ok345) ser-4(ok512) Экспери 71.4 ± 3.21** 73.2 ± 2.83*** 69.6 ± 3.15*** 100.5 ± 2.37 мент № 1 60.2 ± 2.14*** 62.3 ± 1.87*** 58.5 ± 1.76*** 99.7 ± 2.43 43.1 ± 0.83*** 46.3 ± 0.98*** 39.8 ± 0.94*** 97.6 ± 1.53

N2 mod-1(ok103) ser-1(ok345) ser-4(ok512) Экспери 74.8 ± 1.90** 78.1 ± 1.54*** 76.3 ± 2.19*** 100.4 ± 3.36 мент № 2 63.2 ± 2.06*** 65.7 ± 2.24*** 61.6 ± 2.27*** 98.6 ± 2.22 51.1 ± 1.18*** 55.3 ± 2.04*** 48.9 ± 1.08*** 96.5 ± 2.86

N2 mod-1(ok103) ser-1(ok345) ser-4(ok512) Экспери 73.4 ± 2.23** 75.2 ± 1.81*** 76.9 ± 2.37*** 100.6 ± 2.15 мент № 3 55.4 ± 0.91*** 57.1 ± 1.97*** 58.8 ± 2.03*** 100.9 ± 2.29 44.3 ± 0.97*** 46.7 ± 2.13*** 51.2 ± 1.87*** 97.2 ± 2.18

Примечание. Приведены результаты трех независимых экспериментов, в каждом из которых чувствительность теплоустойчивости поведения нематод линии N2 и мутантных линий измерялась одновременно. За 100% принималось среднее время потери нематодами линии дикого типа N2 и мутантных линий способности к плаванию, индуцированному механическим стимулом, при действии постоянной температуры 36°С в среде без серотонина. В каждом варианте использовано 30 нематод. ** — разница с контролем (инкубация в среде без серотонина) достоверна приp < 0.01; *** — разница с контролем (инкубация в среде без серотонина) достоверна приp < 0.001.

ной программы плавания, индуцированного механическим стимулом (встряхиванием пробирки с C. elegans), и среднее время обратимой потери способности к плаванию, индуцированному механическим стимулом. Ошибки моторной программы плавания, индуцированные гипертермией, проявлялись в нарушениях координации локомоторных мышц, необходимой для синусоидальных движений тела. Состояние нематод в условиях гипертермии оценивали через фиксированные промежутки времени в течение 7—10 с после стимула с использованием стереоскопического микроскопа SMZ-05. В работе использовали серотонин фирмы "Sigma". Статистическую обработку результатов проводили с использованием i-критерия Стьюдента [17].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Одним из подходов к выяснению функций се-ротонина в организме C. elegans является исследование влияния экзогенного серотонина на различные формы поведения нематод [5, 6, 8, 13]. Особенностями организма C. elegans и других нематод являются отсутствие проницаемости кутикулы для многих токсикантов и лекарств и чрез-

вычайно низкая скорость обмена между внутренней средой организма и окружающей средой через кишечник. Поэтому концентрации токсикантов и лекарств, эффективные для токсического действия или изменения поведения в экспериментах с C. elegans, на 3—4 порядка выше, чем в экспериментах с беспозвоночными, используемыми для биоиндикации, такими как Daphnia magna и др. Этим объясняются высокие концентрации серотонина, изменяющие поведение C. elegans (7—30 мМ) [5, 6, 13]. Изменениями, проявляющимися как при введении серотонина в среду, так и при повышении концентрации эндогенного серотонина, являются стимуляция пищевого поведения, ускорение откладки яиц и снижение двигательной активности нематод [5, 6, 9— 13]. В то же время при оптимальной температуре среды серотонин в диапазоне концентраций 2— 8 мМ не оказывает влияния на плавание C. ele-gans, индуцированное механическим стимулом, но, в соответствии с результатами нашей предыдущей работы [4], снижает устойчивость этой формы поведения к действию постоянной высокой температуры 36°C (см. таблицу). Это снижение проявляется в сокращении среднего времени потери нематодами способности к плаванию, индуциро-

О РОЛИ ГЕНА РЕЦЕПТОРА СЕРОТОНИНА

ванному механическим стимулом, при 36°C в трех независимых экспериментах на 39.8%, 36.8%, 44.6% при концентрации серотонина 4 мМ и на 56.9%, 48.9% и 55.7% при концентрации серотони-на 8 мМ.

Снижение теплоустойчивости плавания, индуцированного механическим стимулом, происходит при действии концентраций серотонина (2—4 мМ), которые ниже пороговой для снижения спонтанной двигательной активности нематод линии дикого типа N2 [9].

Для проверки предположения о том, что не только экзогенный, но и эндогенный серотонин вызывает снижение теплоустойчивости поведения C. elegans, были проведены эксперименты, в которых сравнивали теплоустойчивость нематод линии дикого типа N2 и линии mod-5(n3314) с мутацией гена белка-переносчика, осуществляющего обратный захват серотонина серотонинергиче-скими нейронами после его секреции. У нематод этой мутантной линии повышена концентрация серотонина в межнейрональном пространстве [18]. Как показано на рисунке, нуль-мутация гена mod-5 вызывает снижение теплоустойчивости поведения C. elegans. Следовательно, повышение вне-нейрональной концентрации серотонина снижает теплоустойчивость поведения C. elegans.

Основная сложность изучения функций серотонина в организме заключается в том, что серо-тонин активирует несколько типов рецепторов, таких как 5-HT1-7 у человека и SER-1, SER-4, SER-7 и MOD-1 у C. elegans, причем связывание серотонина этими рецепторами может вызывать противоположно направленные изменения функции, как на уровне клетки-мишени, так и целого организма [5—13]. Поэтому для идентификации рецепторов серотонина, необходимых для снижения теплоустойчивости C. elegans, нами были проведены эксперименты, в которых сравнивали чувствительность поведения к серотонину в условиях повышения температуры до 36°C у нематод линии дикого типа N2 и у нематод трех линий с мутациями одного из трех генов рецепторов серотонина (ser-1, ser-4и mod-1). Рецептор SER-1, сопряженный с G-белком, и ионотропный рецептор MOD-1 идентифицированы как рецепторы, необходимые как для регуляции локомоции голоданием и сенсорными стимулами, так и для прекращения

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

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»