Исследователи из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» изучают влияние длительного потребления этанола на поведение и центральную нервную систему мышей и то, как эти эффекты приема алкоголя зависят от особенностей генотипа у лабораторных животных. В будущем полученные знания можно будет применять для лечения людей. 

Склонность к потреблению алкоголя — сложный поведенческий признак, в формирование которого вносят вклад и генетические факторы, и условия среды. К последним относятся абиотические (температура содержания, шум) и биотические (калорийность и состав корма) факторы, а также экспериментальные условия, например стрессирующие воздействия.  
 
Изучение эффектов средовых факторов может быть достаточно корректным только при условии использования в эксперименте животных определенных генотипов, так как на одно и то же средовое воздействие различные в генетическом отношении особи могут реагировать по-разному. Инбредные (полученные в результате скрещивания близкородственных форм в пределах одной популяции) линии лабораторных мышей позволяют более эффективно искать местоположения определенных генов (локусы) и изучать средовые факторы, способствующие развитию алкоголизма.  
 
Ученые разных стран уже показали в своих работах, что при одинаковых условиях содержания инбредные линии значительно различаются по уровню предпочтения алкоголя: среди наиболее «пьющих» мышей можно выделить линию C57BL/6 и родственные ей (около 90 % предпочтения 10 %-го раствора этанола), а среди «малопьющих» лидерство занимает линия DBA/2 (3—5 % предпочтения 10 %-го раствора этанола).  

«Следовательно, генетические факторы играют важную роль в механизмах формирования алкогольного предпочтения. Но не стоит забывать, что в рамках одной линии животных на показатели потребления алкоголя оказывают влияние различные средовые воздействия. Уровень предпочтения этанола может меняться и в зависимости от продолжительности контакта с ним, используемой дозы», — отмечает старший научный сотрудник лаборатории нейрогеномики поведения ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Дарья Владимировна Базовкина.​
 
 
 
Лабораторные грызуны — удобная модель для изучения влияния этанола на поведение и центральную нервную систему. У крыс и мышей чувствительность к острой алкогольной интоксикации можно определить, например, по интенсивности гипотермии (снижению температуры тела) или продолжительности сна после однократной инъекции этанола. 

«Как острое (разовое), так и хроническое введение этанола сказывается на двигательной активности, уровне тревожного и депрессивноподобного поведения. Со стороны ЦНС это, конечно же, нарушение процессов взаимодействия возбуждения и торможения, обусловленное изменениями в работе медиаторов головного мозга, таких как ГАМК (гамма-аминомасляная кислота, участвующая в цикле сна и отвечающая за гашение возбуждающих сигналов), дофамин, норадреналин, серотонин. При этом эффекты алкоголя в значительной степени контролируются на уровне ключевых элементов нейромедиаторных систем: транспортеров, ферментов метаболизма и рецепторов. Нас привлекает изучение участия серотониновой системы мозга в механизмах действия этанола, поскольку, с одной стороны, серотонин регулирует проявление многих видов поведения, как в норме, так и при патологии. А с другой стороны, уже не вызывает сомнения, что дисфункции серотониновой нейромедиаторной системы могут стать причиной развития алкоголизма», — рассказывает Дарья Базовкина.​​
 
Для оценки изменений в поведении грызунов ученые применяют тесты. Уровень тревожности, как правило, исследуют в тестах «открытое поле», «темно-светлая камера», «приподнятый крестообразный лабиринт» (https://youtu.be/RDolS5kjvzM). В основе этих тестов лежит конфликт между желанием животного остаться в безопасном месте (преобладание тревожного типа поведения) или исследовать новое открытое или ярко освещенное (то есть потенциально опасное) пространство. Уровень депрессивноподобного поведения определяют в тестах «принудительное плавание» (Forced swimming test), «подвешивание за хвост» (Tail suspension test) и тесте на потребление сахарозы. В первых двух тестах фиксируется продолжительность замирания, которое исследователи ассоциируют с так называемым поведением отчаяния. Известно, что классические антидепрессанты снижают этот параметр поведения. Что касается потребления сахарозы у грызунов, то оно снижается при усилении депрессивноподобного поведения, что рассматривается как аналог ангедонии (отказ от удовольствий) при депрессивных расстройствах. Когнитивные способности и память исследуются в таких тестах, как, например, «водный лабиринт Морриса» и «распознавание нового объекта». В первом тесте животное ищет спрятанную под водой платформу на основании предыдущей памяти о ее местонахождении. Во втором тесте оценивается уровень предпочтения нового для животного объекта по сравнению с уже знакомым объектом. 
 
Пристрастие к алкоголю проверяют следующим образом: животным в течение нескольких дней или недель предоставляют для питья одновременно этанол определенной концентрации и воду. Поилки с водой и спиртом меняют местами, так как, по некоторым данным, у лабораторных грызунов может вырабатываться условный рефлекс на положение сосуда с предпочитаемой жидкостью. Предпочтение этанола, как правило, оценивают по доле выпитого этанола от общего объема потребленной жидкости (в процентах). Конечно же, для характеристики уровня предпочтения этанола у инбредных линий следует использовать так называемых интактных животных, то есть тех, которые раньше не были знакомы с алкоголем.
 
Нейромедиатор серотонин — один из наиболее важных медиаторов мозга, он участвует в регуляции многочисленных функций ЦНС, таких как способность поддержания температуры тела, секреция гормонов, реакция на стресс, аппетит и жажду. А еще серотонин контролирует выраженность многих форм и нормального поведения, и расстройств психики (депрессии, тревожности, шизофрении, алкоголизма). Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина в настоящее время являются препаратами первой линии, которые используются в качестве антидепрессантов.
 
Постепенно накапливается всё больше данных об участии 5-НТ-рецепторов серотониновой системы мозга в механизмах аффективных расстройств и алкогольной зависимости. Одним из ключевых рецепторов является 5-НТ1А-рецептор, поскольку он не только вовлечен в развитие таких нарушений психики, как депрессия, тревожность, но и регулирует функциональную активность серотониновой нейромедиаторной системы по механизму обратной связи.
 
«Длительное потребление алкоголя может привести к повышенной экспрессии гена 5-НТ1А-рецептора в области среднего мозга и, как следствие, снижению концентрации серотонина в синаптической щели (пространстве между нейронами, где происходит обмен нейромедиаторами) и развитию тревожного и депрессивного поведения», — отмечает Дарья Владимировна.  ​

Также ученые подтвердили участие других серотониновых рецепторов в эффектах алкоголя. К примеру, блокада 5-НТ3-рецепторов в мозге уменьшает у грызунов потребление этанола и снижает выраженность его действия на ЦНС. А стимуляция 5-НТ2А-рецепторов не только приводит к уменьшению предпочтения алкоголя, но и меняет выраженность депрессивноподобного поведения, обусловленного введением этанола.
 
Еще одним важным элементом серотониновой нейромедиаторной системы является триптофангидроксилаза-2. Это ключевой фермент синтеза серотонина в мозге. У лабораторных мышей был обнаружен в гене триптофангидроксилазы-2 функциональный полиморфизм С1473G, включающий замену нуклеотидов, которая приводит к двукратному снижению активности этого фермента в мозге. 
 
Линии мышей можно разделить на две группы по активности триптофангидроксилазы-2: группу с низкой активностью фермента (мыши, гомозиготные по 1473G-аллелю, например линия CC57BR) и группу с высокой активностью фермента (мыши, гомозиготные по 1473С-аллелю, например линия С57Bl/6). Примечательно, что в дикой природе мыши с 1473G-аллелем не живут.  
 
В лаборатории нейрогеномики ФИЦ ИЦиГ СО РАН были получены две конгенные линии мышей B6-1473C и B6-1473G, отличающиеся разными аллелями гена триптофангидроксилазы-2 и, соответственно, активностью фермента синтеза серотонина. Исследователи показали, что эти линии различаются по выраженности межсамцовой агрессии, депрессивноподобного поведения и устойчивости к действию некоторых антидепрессантов. Кроме этого, острое введение этанола по-разному влияло на уровень тревожного поведения у мышей этих линий.  

«Таким образом, эти результаты являются еще одним неоспоримым доказательством важной роли фермента триптофангидроксилазы-2 в регуляции поведенческих реакций и их центральных механизмов», — подчеркивает Дарья Владимировна.
 
 
 
Также для развития и нейропластичности мозга очень важен нейротрофический фактор BDNF (Вrain-derived neurotrophic factor), который тесно взаимодействует с серотониновой нейромедиаторной системой. Следует пояснить, что для ЦНС имеют большое значение оба: и зрелый BDNF, и его белок-предшественник proBDNF, однако эти белки различаются функционально. BDNF связывается преимущественно с тропомиозиновым тирозинкиназным В-рецептором (TrkB), и в результате запускаются положительные для нервной системы процессы, такие как рост и выживаемость нейронов. В то же время предшественник proBDNF обладает противоположными функциями: он связывается с р75-рецептором, что может инициировать апоптоз (гибель клеток) в мозге. В последние годы активно изучается участие сложного комплекса, включающего BDNF, proBDNF и их рецепторы, в механизмы развития алкогольной зависимости. Например, есть данные о том, что мыши с генетически обусловленным сниженным содержанием BDNF в мозге проявляют повышенное влечение к этанолу. 
 
Также на животных было показано, что при длительном потреблении этанола содержание BDNF и его рецептора TrkB в гиппокампе снижается, а рецептора p75, опосредующего действие proBDNF, напротив, повышается. Это означает, что алкоголизация приводит к активации апоптотических процессов и нейродегенерации, которые сопровождаются негативными изменениями в поведении. В лаборатории нейрогеномики поведения ФИЦ ИЦиГ СО РАН особенное внимание придается изучению роли взаимодействия BDNF и серотониновой системы мозга в регуляции эффектов алкоголя. Так, было показано, что у мышей инбредной линии C57BL/6 длительное потребление этанола привело к росту активности триптофангидроксилазы-2 и повышению уровней белков proBDNF и р75 в среднем мозге, — структуре, где, собственно, происходит основной синтез серотонина. Примечательно и то, что мыши линии B6-1473G (с пониженной активностью триптофангидроксилазы-2) оказались более чувствительны к длительному действию этанола на уровне экспрессии генов, отвечающих за нейропластичность и выживаемость нейронов, по сравнению с мышами линии B6-1473C (с нормальной активностью фермента синтеза серотонина). Эти факты красноречиво свидетельствует об участии взаимодействия серотониновой системы мозга и BDNF в механизмах действия этанола.
 
Ученые из ФИЦ ИЦиГ СО РАН показали у мышей «депрессивной» и «недепрессивной» линий различное влияние хронической алкоголизации на паттерны экспрессии белков BDNF и его предшественника proBDNF в префронтальной коре и гиппокампе, структурах мозга, которые вовлечены в развитие аффективных расстройств. У животных с генетической предрасположенностью к депрессивноподобному поведению хроническая алкоголизация приводит к повышению уровня белка proBDNF в коре, в то время как у «недепрессивных» мышей длительная алкоголизация приводит к снижению уровня BDNF в гиппокампе. Исходя из того, что известно о функциях зрелого BDNF и его белка-предшественника, можно предположить, что длительная алкоголизация запускает апоптотические и нейродегенеративные процессы в мозге у мышей с предрасположенностью к депрессивноподобному поведению и снижает интенсивность важного для нейропластичности фактора — BDNF-зависимого нейрогенеза у «недепрессивных» животных.
 
Автор: Мария Фёдорова.
 
Схема из открытых источников, фото Александры Федосеевой.

Источники

Сибирские биологи изучают негативные эффекты употребления алкоголя у грызунов
Наука в Сибири (sbras.info), 31/03/2021
Новосибирские биологи ради эксперимента напоили мышей алкоголем
Сиб.фм (sib.fm), 31/03/2021
Новосибирские ученые напоили подопытных мышей алкоголем
ГТРК Новосибирск, 31/03/2021
Генетики рассказали о перспективах появления универсальной таблетки от ожирения
Радио Комсомольская правда (radiokp.ru), 31/03/2021
Мыши-алкоголики помогут сибирским ученым лечить людей
Тайга.инфо (tayga.info), 31/03/2021
Новосибирские ученые споили лабораторных мышей
Аргументы и Факты (nsk.aif.ru), 31/03/2021
Мыши-алкоголики: новосибирские ученые напоили грызунов для эксперимента
Вести.ru, 31/03/2021
Мыши-алкоголики: новосибирские ученые напоили грызунов для эксперимента
Смотрим (smotrim.ru), 31/03/2021
Мыши-алкоголики: новосибирские ученые напоили грызунов для эксперимента
Прайм Пресс (primepress.info), 31/03/2021
Сибирские биологи изучают негативные эффекты употребления алкоголя у грызунов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 31/03/2021
Сибирские ученые спаивают мышей, чтобы лечить людей
Сиб.фм (sib.fm), 31/03/2021
Новосибирские ученые споили лабораторных мышей
Russia24.pro, 31/03/2021
Новосибирские ученые напоили подопытных мышей алкоголем
Большой Новосибирск (polit-center.org), 31/03/2021
Сибирские биологи изучают негативные эффекты употребления алкоголя у грызунов
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 31/03/2021
Сибирские биологи изучают негативные эффекты употребления алкоголя у грызунов
Искусственный интеллект ИТ новости (ai-news.ru), 03/04/2021

Похожие новости

  • 31/03/2021

    Генетики рассказали о перспективах создания таблетки от ожирения

     Новосибирские ученые установили, что пол серьезно влияет на результаты медикаментозной коррекции ожирения. Результаты исследований, проведенных на мышах, показали, что введение специального препарата воздействует на нарушенные избыточным весом функции организма только у самцов.
    392
  • 24/11/2020

    Клеточные технологии помогают в лечении трофических язв

    ​​Сахарным диабетом страдают сотни миллионов обитателей нашей планеты. И по прогнозам экспертов, их число в ближайшие десятилетия заметно вырастет. Одно из распространенных последствий развития этого заболевания - трофические язвы нижних конечностей.
    579
  • 28/06/2021

    Химики Сибирского отделения РАН создали нетоксичные контрастные реагенты для МРТ

    ​​Ученые Новосибирского института органической химии (НИОХ) СО РАН совместно с Институтом химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН разработали нетоксичные для организма контрастные реагенты для проведения МРТ-диагностики.
    322
  • 16/12/2020

    Институт цитологии и генетики СО РАН аккредитован на соответствие принципам надлежащей лабораторной практики

    ​​Доклинические испытания на международном уровне. Институт цитологии и генетики СО РАН получил статус соответствия принципам надлежащей лабораторной практики. В научном центре проверяют безопасность новых медикаментов, косметики и пищевых добавок.
    700
  • 13/01/2016

    Татьяна Толстикова: "В СО РАН есть все предпосылки, чтобы решить проблему импортозамещения лекарств"

    ​Доктор биологических наук, профессор Татьяна Генриховна Толстикова возглавляет лабораторию Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова (НИОХ) СО РАН - уникальную для России структуру.
    5123
  • 15/12/2020

    Как мы стареем: связь митохондриальной ДНК и возраста организма

    ​Почему мы стареем? Можно ли если не остановить, то хотя бы замедлить этот процесс? И с чем он связан? На протяжении многих лет ученые всего мира выдвигают и опровергают разные концепции возрастных изменений.
    1355
  • 05/03/2021

    Первый за Уралом аппарат С-дуга с возможностью 3D-визуализации поступил в Клинику института лимфологии

    ​В Институте клинической и экспериментальной лимфологии – филиале ИЦиГ СО РАН получен аппарат С-дуга Cios Spin по нацпроекту «Наука», который призван внести вклад в развитие высокотехнологичной медицинской помощи по трем направлениям: сердечно-сосудистая хирургия, травматология и ортопедия, гинекология.
    324
  • 12/02/2021

    Красноярский ученый рассказал, от чего зависит зарплата в научных институтах

    Ученый из Красноярска решил подробно рассказать, из чего складывается зарплата простых научных сотрудников. Написать пост на своей страничке в facebook Егора Задереева, кандидата биологических наук, доцента, подвиг разговор девушки-учёной из Института цитологии и генетики, в котором она пожаловалась на заниженные выплаты (25 000 рублей, правда, позже оказалось, это оклад, полная зарплата с различными надбавками составила 44 000 рублей).
    718
  • 19/12/2019

    Сибирские ученые научились делать этиловый спирт высшей очистки из мискантуса

    ​Ученые масштабировали технологию получения этилового спирта из многолетнего растения мискантус, сообщается на сайте Сибирского отделения РАН. В России ежегодно производится около 3,5 млн тонн этилена.
    2126
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    6990