Генетика поведінки гризунів.

Першими дослідженнями з генетики поведінки гризунів були спроби селекції пацюків на здатність до навчання. Більшість із цих робіт має лише історичний інтерес, однак проведена С. Трайоном робота з добору пацюків на швидку й повільну навченість у складному лабіринті при харчовому підкріпленні є винятком.

Почата в середині 20-х років ХХ століття, ця робота увінчалася створенням двох ліній, що одержали назву Trayon maze-bright (TMB) та Trayon maze-dull (TMD). Обидві вони існують і зараз і підтримуються без додаткового добору.

Численими дослідженнми здатності до навчання й низки фізіологічних ознак у пацюків цих ліній було показано, що успішність навчання в лабіринті «розумної» лінії й велика кількість помилок в «дурної» специфічні тільки для лабіринтів даного типу. При інших тестах на навчання результати можуть бути іншими.

Виведення ліній, що різняться по якихось параметрах поведінки, являє собою перший етап роботи. Штучний добір проводиться на базі вихідної популяції тварин, яка завжди буває нечисленою. У цьому випадку існує досить велика ймовірність випадкової «фіксації» в особин, які відбираються за обраною ознакою, аллелей інших генів, що не мають відношення до досліджуваної ознаки поведінки. Тому кореляцію яких-небудь двох чи більш ознак у селектованих ліній не можна трактувати як свідчення спільності їх фізіологічної основи. Це - одне з основних правил у дослідженнях з генетики складних форм поведінки. Щоб довести наявність загальних причин мінливості таких скорельованих ознак, необхідно провести додаткові дослідження.

Наприклад, у роботі голландського вченого X. Ван-Абілена на основі популяції гібридів між лініями мишей C57BL/6J та DBA/2J було виведено дві лінії, контрастні за рівнем дослідницької активності в установці «відкрите поле», точніше за кількістю дослідницьких «стійок». Дані лінії були також контрастні за рівнем активності ацетилхолінестерази в корі головного мозку. Однак у гібридів другого покоління й у беккроссів такої кореляції не було, що свідчить про відсутність безпосереднього зв'язку між ознаками.

Рис.8.8. Миша лінії C57BL/6J. Це одна з найбільш широко використовуваних у лабораторних дослідженнях чистих ліній домової миші (Mus musculus). Скорочення BL означає black (чорний), тобто ці миші не альбіноси, на відміну від мишей низки інших лабораторних ліній, таких як BALB/c (де ALB означає albino).

 

При селекції мишей на велику й малу вагу мозку, проведеній в чотирьох незалежних експериментах, було виявлено, що миші з більшою вагою мозку мають вірогідно більш високу навченість навичкам різної природи. Це означає, що дійсно більша вага мозку є чинником, що сприяє навчанню в мишей.

Для гризунів характерна дослідницька поведінка, викликувана новою обстановкою й новими предметами. Вона виражається у поведінкових актах й позах, які сприяють отриманню інформації про незнайомі елементи ситуації. Як згадувалося вище, існування генетичного компонента мінливості дослідницької поведінки проілюстрував X. Ван-Абілен. У мишей двох інбредних ліній C57BL/6J і DBA/2J кількість вертикальних стійок в установці «відкрите поле» достовірне різнилося. Як показав аналіз гібридів першого й другого покоління, ця типово кількісна ознака має полігенний тип спадкування.

На основі популяції міжлінійних гібридів було розпочато селекцію мишей на високі й низькі значення ознаки - кількості стійок у ситуації «відкритого поля». У результаті цього експерименту на початку 70-х років ХХ століття були отримані лінії, що вірогідно різняться за рівнем дослідницької активності. Вони являли собою зручну фізіолого-генетичну модель для дослідження особливостей морфологічної й біохімічної організації мозку, що забезпечують відмінності в цьому виді поведінки мишей.

Інший відомий експеримент на гризунах був проведений англійським дослідником П. Бродхерстом у 1975 році з лініями пацюків (Maudsley Reactive та Maudsley Nonreactive strains), контрастними за рівнем емоційної реактивності (оцінювалася по числу актів дефекації у «відкритім полі»).

Виявилося, що різні рівні активності й різна «емоційність» виявляються як би в антагонізмі один з одним. Тобто добір на контрастні значення однієї ознаки, веде до появи протилежних за рівнем, але також досить виражених відмінностей за іншою ознакою. Високо активні тварини виявляються «мало емоційними».

Але в історії дослідження поведінки гризунів різних видів і груп, що різняться за статтю, віком й функціональним станом, є багато прикладів, коли цей антагонізм відсутній, і негативна кореляція між рівнями рухової активності й емоційної реактивності не є строго обов'язковим явищем.

Для оцінки орієнтувально-дослідницької поведінки лабораторних тварин застосовуються різні експериментальні установки й методи, що може бути причиною спостережуваних відмінностей у поведінці стандартних ліній мишей і пацюків.

При дослідженні форм поведінки ссавців і аналізі диференціальної участі в них деяких відділів мозку все більше значення починають набувати так звані фармако-генетичні дослідження. Мова йде про оцінку реакцій на відомі (або нові) фармакологічні препарати або хімічні агенти тварин різних генотипів. Ці роботи можна умовно розділити на кілька напрямків:

§ оцінка генетичної мінливості в продукції того або іншого метаболіту, що бере участь у здійсненні якоїсь реакції;

§ визначення мінливості кількості й будови молекул-рецепторів;

§ дослідження генетичних особливостей ефекторної реакції.

 

Необхідно відзначити й ще один напрямок досліджень у генетиці поведінки. Це вивчення агресивності. Термін «агресивність» стосується в цілому поведінки тварин при конфліктах. Існують різні форми конфліктів: це агресія хижака, конфлікти між самцями, материнська агресія, агресивна поведінка в ситуації, що викликає страх.

Генетичні дослідження агресії хижака виявили не тільки міжлінійні відмінності, але й домінування в мишей високого рівня агресії хижака. Дані генетичного аналізу свідчать про наявність у мишей двох головних генів, що контролюють ознаку «агресія хижака».

Агресивність стосовно людини - досить специфічний тип поведінкових реакцій, що був досліджений великим колективом учених під керівництвом академіка Д.К. Бєляєва. У тривалих селекційних експериментах, проведених в Інституті цитології й генетики СВ АН СРСР у Новосибірську отримані лінії сріблясто-чорних лисиць і сірих пацюків, які різняться за рівнем агресивності, що виникає при контакті з людиною. Виведені такі самі лінії норок.

Експерименти показали, що пацюки, агресивні відносно людини, не показують настільки ж вираженої агресії хижака. До 20-го покоління селекції пацюків на високу й низьку агресивність стосовно людині в них не відбулося змін у рівнях агресії хижака й міжсамцевої агресії. Це означає, що «агресія хижака» і «агресія до людині» мають різні фізіолого-генетичні механізми.

Нейрохімічні дослідження показали, що добір на різні рівні агресивності, адресованої людині, дозволяє одержати лінії зі зміненим гормональним статусом, специфіка якого проявляється як у стані спокою, так і в стані переляку й стресу.

Хімічна комунікація, якій належить найважливіша роль при формуванні соціальних контактів у співтовариствах гризунів перебуває під контролем генотипу.

Міжлінійні розбіжності в експресивності й пенетрантності різних показників антагоністичної поведінки носять складний характер і визначаються різними генетичними системами.

Експерименти, в яких проводили класичний менделівський генетичний аналіз ознак, пов'язаних з реакцією нападу, показали, що ціла низка її характеристик є генетично детермінованою, і їх спадкування можна описати як одно- або двофакторне.

Але на поведінку тварин (агресивних і неагресивних) можуть дуже впливати фактори зовнішнього середовища, такі як досвід попередніх конфліктів, впливи на тварину у ході онтогенезу, або зміна гормонального тла особини.

Рівні секреції гормонів, зокрема тестостерону, також перебувають під контролем генотипу.

Були проведені дослідження ролі генів, локалізованих в Y-хромосомі, при формуванні агресивного фенотипу самця миші.

В Y-хромосомі виділяють дві ділянки. Одна з них називається псевдоаутосомна. Вона може рекомбінувати в мейозі з Х-хромосомою, розташовується в теломірному районі довгого плеча Y-хромосоми й передається як дочкам, так і синам даного самця.

Інша, істинно моносомна (тобто специфічна для статевої хромосоми) ділянка, передається строго від батька до сина й називається непсевдоаутосомною. Непсевдоаутосомна ділянка містить гени, відповідальні, наприклад, за детермінування розвитку гонад у сім'яники.

Оскільки ця ділянка може передаватися тільки від батька до сина, розроблені системи схрещувань, що дозволяють визначати, чи впливають розташовані в ній гени на реакцію нападу. Можна, наприклад, порівняти реакцію нападу в самців — реципрокних гібридів першого покоління від схрещування ліній гризунів, контрастних за даною ознакою. Якщо поведінка таких самців-дітей і їх батька виявиться подібною, то це можна витлумачити як свідчення участі одного або більшої кількості генів непсевдоаутосомної ділянки у формуванні ознаки.

Дослідження показали, що мінливість агресивної поведінки самців пов'язана також із групою генів псевдоаутосомної ділянки Y-хромосоми, тобто тієї частини генома, яка рекомбінує з Х-хромосомою самки.

На гризунах проводилися генетичні дослідження умовної реакції активного уникання.

Реакція активного уникання удару електричного струму в човниковій камері — це чіткий тест на навченість у лабораторних гризунів, що легко піддається кількісному обліку. Оскільки в якості умовного подразника можна вибрати звук, то при використанні цього тесту можна включати в порівняння й тварин-альбіносів, не боючись, що низька гострота їх зору вплине на успішність виконання навичок. Човникові камери, у яких тварини навчаються поперемінно переходити з одного відсіку в іншій при пред'явленні умовного сигналу, легко автоматизувати, що сприяє одержанню даних на великій кількості тварин в уніфікованих умовах. Усе це зробило дану методику дуже популярною серед дослідників і з її допомогою виконано безліч робіт. Особливо фармакологічних і фармакогенетичних досліджень.

На початку 1960-х років на основі популяції пацюків Вістар італійський дослідник Дж. Біньямі почав селекцію на високу й низьку здатність пацюків до навчання реакції активного уникання в човниковій камері. Уже за кілька років ці лінії були сформовані. З початку 70-х років ХХ століття селекція й розведення цих пацюків проводилися незалежно у Швейцарії, Великобританії й Канаді.

Рис.8.9. Інститут Вістар (Wistar institute) у США відомий, у тому числі, і однойменною лінією пацюків. Так виглядає лінія Wistar.

Міжлінійні відмінності за селектованою ознакою були високо достовірні. Ці лінії одержали назву римських (Roman High Avoidance, RHA, Roman Low Avoidance, RLA) і інтенсивно досліджуються в багатьох лабораторіях світу.

Порівняння результатів величезної кількості робіт, отриманих на цих лініях з використанням практично всіх існуючих методик оцінки поведінки, привело дослідників до висновку, що міжлінійні відмінності RHA і RLA пов'язані з емоційністю й різним типом реакції на стресори.

У 1970-і роки були створені шляхом селекції ще дві лінії (Syracuse High Avoidance, SHA; Syracuse Low Avoidance, SLA), що різняться за здатністю до навчапння навчання реакції активного уникнення, але не виявляють, на відміну від римських ліній, відмінностей у рівні рухової активності. Вихідною популяцією для цієї селекційної роботи слугували пацюки Лонг-Іване.

Генетичні моделі здатності до навчання, якими є лінії пацюків RHA і RLA, а також SHA і SLA, використовуються в дослідженнях ролі найбільш вивчених медіаторних систем у формуванні міжлінійних відмінностей реакції на стрес, у навчанні, в організації больової чутливості.

У сучасних дослідженнях показане, що виконання поведінкових актів як самою твариною, так і по відношенню до неї може призводити до змін у нервовій системі на тканинному й клітинному рівнях, а так само до зміни експресії генів.

Відомо, що спілкування з молодими особинами стимулює прояв материнського інстинкту в багатьох тварин, наприклад, в мишей і хом'яків. У період виношування й годівлі потомства в жіночих особин гризунів стимулюється ріст нових нейронів.

Дослідники пов'язують виявлене явище з виділенням гормону пролактину (prolactin), що стимулює материнську поведінку й появу нових нейронів під час вагітності. Можливо, збільшення кількості клітин мозку допомагає матері навчитися краще виділяти своє потомство серед усіх інших молодих пацюків. Цей висновок був зроблений на тій підставі, що досліджена частина мозку — субвентрикулярна зона (subventricular region)–включає клітини, що впливають на розпізнавання запахів (у тому числі, імовірно, запахів молодняку).

Взаємини з родичами можуть призводити й до довгочасних стійких змін експресії генів у мозку, причому ці зміни можуть навіть передаватися з покоління в покоління. Дане явище засноване на епігенетичних модифікаціях ДНК, наприклад на метилуванні промоторів, що й призводить до тривалої зміни експресії генів.

Було помічене, якщо пацюк-мати дуже турботлива стосовно своїх дітей, часто їх вилизує й усіляко оберігає, то і її дочки, швидше за все, будуть такими ж турботливими матерями. Думали, що ця ознака визначена генетично й успадковується звичайним образом. Можна було ще припустити культурне спадкування — передачу поведінкової ознаки від батьків до нащадків шляхом навчання. Однак обидві ці версії виявилися невірними. У цьому випадку працює епігенетичний механізм: часті контакти з матір'ю призводять до метилування промоторів певних генів у мозку дитинчат, зокрема генів, що кодують рецептори, від яких залежить реакція нейронів на деякі гормони (статевий гормон естроген і гормони стресу — глюкокортикоїди). Правда, подібні приклади поки одиничні.