 |
Генетика высшей нервной деятельности и ее механизмы
|
|
|
|
Генетику высшей нервной деятельности человека и животных по всей видимости легче изучать с процесса становления нервной системы. Дифференцировка нервных клеток эмбриона - это сложный и относительно мало изученный процесс, находящийся под жестким контролем генетических и средовых факторов. Так, например, формирование межнейронных контактов зависит от целого ряда белков (факторов роста и молекул распознавания), регулирующих рост отростков в определенном направлении. Нарушение работы любого из генов, продуцирующих такие белки, обычно ведет к нарушению нормальной структуры мозга и аномальному поведению. Отклонения в работе синапсов, связанные с нарушением синтеза нейромедиаторов, их транспортировки или рецепции, также часто связаны с определенными вариантами «мутантных» белков, плохо контролирующих эти процессы (Табл.6).
Короткие белки, контролирующие работу нейроэндокриноиммунной системы и ее центральных отделов, называют нейропептиды. Некоторые белки являются гормонами (нейрогормонами). Их наличие особенно ярко демонстрирует участие генов в формировании поведенческих признаков, включая характеристики психической активности мозга человека. Так, широко изучается роль нейропептидов галанина и NPY, а также белка лептина в регуляции пищевого поведения. Формирование материнского поведения у самок крыс регулируется изменением содержания нейропептида тахикинина в вентромедиальном ядре гипоталамуса. Кортикотропин-рилизинг фактор гипоталамуса определяет эмоциональность в реакциях животных на новизну. Гормон гипофиза вазопрессин, как и его аналог AVT (аргинин-вазопрессин) у птиц, влияет на территориальное поведение животных.
|
|
|
| Табл. 6. Некоторые белковые молекулы, контролирующие процессы роста нейронов, узнавания нейронами друг друга и синаптической передачи | ||
| Нейротрофные факторы | Молекулы распознавания | Пре- и постсинаптические молекулы |
| NGF, р75, Trk A, GDNF, BDNF, NT 3, 4 и 5 CNTF, ILGF I и II FGF EGF и др. | PSA-NCAM NCAM (H-CAM, G-CAM, VCAM-1 и др.) APP, Интегрин Ламинин, Кадгерин Тенцин, протеогликаны и др. | ά-GDI, Rab3A RIM, Munc13 Синаптотагмин Олигофренин G-белок PAK-3 и др. |
Следует понимать, что на формирование нервной системы могут негативно влиять и нарушения в генах, работающих в клетках других тканей. Косвенно эти нарушения могут отражаться на работе нейроэндокриноиммунной системы. Чем раньше в процессе становления нервной системы проявляется дефект какого-либо гена, тем сильнее это сказывается на развитии организма и его последующем поведении. Внешние стимулы также регулируют работу генов уже на ранних стадиях развития эмбриона. Показано, что действие стрессоров на пренатальных стадиях развития у лабораторных крыс сказывается на структуре хроматина ядер их нервных клеток. Это отражается на режиме работы генов в клетках-мишенях. Измененная структура хроматина сохраняется в нервных клетках уже родившихся животных. Впоследствии, спустя даже длительный период времени, их поведение отличается от нормального.
Определение:
Хроматин – специфически окрашиваемые области ядра клетки, в которых расположена ДНК и связанные с ней белковые компоненты.
Скорость проведения нервного импульса также контролируется генетически, что подтверждается выведением линий крыс с низким и высоким значением этого признака. Этот показатель часто коррелирует с общей возбудимостью животных. Если же проведение сигналов нарушено, возникают тяжелые последствия, в том числе и на поведенческом уровне. Так, например, у человека генетически обусловленные отклонения в процессе миелинизации нервных волокон, связанные с работой гена PLP (синдром Мерцбахера и спастическая параплегия 2-го типа), приводят к развитию целого комплекса нарушений, обычно приводящих к гибели в течение первых 10-ти лет. При этом наблюдают умственную отсталость разной степени выраженности, нистагмы, судороги, атаксию, паралич, другие нарушения психомоторных функций. Показано, что отрицательные эффекты гиперэкспрессии PLP (хромосома Х, район q22) связаны с нарушенной миелинизацией нервных волокон, гибелью олигодендроцитов и резко выраженными проявлениями болезни. В то же время гипофункция гена PLP характеризуется относительно более мягкими нарушениями и связана, скорее всего, с нарушением взаимодействия между олигодендроцитами и аксонами (Trends in Genetics, 1999). Изучение этих заболеваний стало возможно, когда на мышах были получены линии с лишними аутосомными копиями или с мутантной аллелью PLP гена. У «нокаутных» мышей миелинизация поначалу идет нормально, функции центральной и периферической систем не нарушены, но с 6-8 недели начинается опухание отдельных аксонов. Их дегенерация начинается в возрасте около года. Наличие нормальной аллели PLP препятствует развитию заболевания. Модель данного нейродегенеративного заболевания на линиях лабораторных мышей позволила лучше понять роль белков PLPи DM20 во время миелинизации нервных волокон (Trends in Genetics, 1999).
|
|
|
Изучению генетического контроля других тяжелых заболеваний человека способствует наличие таких животных моделей, как «shaking pup dog» (у собак), «myelin-deficient rat» (у крыс), «paralytic tremor rabbit» (у кроликов). На мышах были изучены мутации jimpy, msd, rumpshaker, получены трансгенные животные.
Определение:
Трансгенные животные – животные, в геном которых была встроена чужеродная (т.е. не принадлежащая данному животному) ДНК.
Говоря о различных свойствах человеческой психики (будь то темперамент, интеллект, экстра-интроверсия и т.д.) большинство современных исследователей признают их (свойств) зависимость от физиологических, эндокринных и биохимических детерминант (Малых и др., 1998). Остается сделать еще один шаг и сказать, что все вышеперечисленные биологические детерминанты в той или иной степени контролируются генетически. Т.о., одной из задач современной психогенетики является поиск генетических механизмов контроля этих детерминант, т.е. фактически генетического контроля психики. При этом речь идет не только о генетической зависимости типовых психических особенностей высокоразвитых животных и человека, но и о конкретных индивидуальных различиях.
|
|
|
На современном этапе продолжается активное проникновение нейрофизиологии и нейрогенетики в психологию. Изучаются физиолого-генетические механизмы реализации психологического фенотипа. Отталкиваясь от работ И.П. Павлова о типах высшей нервной деятельности, а также от представлений В. Вундта, Г. Айзенка и других, исследователи развивают генетические представления о наследуемости свойств нервной системы. Изучаются гены, влияющие на эмоциональность, социабильность, заторможенность и активность. Анализируется роль нейропептидов в регуляции сложно организованных форм поведения, ведется поиск генов, участвующих в синтезе нейромедиаторов и нейрогормонов. Совершенствуются представления о сети генов единой нейроэндокриноиммунной системы (НЭИС) высших животных как механизма, обеспечивающего максимально быстрый адаптивно значимый ответ организма на любое изменение в окружающей среде. Перспективными моделями в этой связи представляются изучение генетического контроля стресс-реакции организма, а также анализ формирования НЭИС в развитии организма и определение чувствительных стадий развития. Генетика нейрофизиологических признаков организма лежит в основе понимания закономерностей становления психогенетических признаков животных и психической активности человека как высшей формы адаптивного поведения.
Задания для самоконтроля:
1. Расскажите о генетическом контроле процесса становления нервной системы в онтогенезе.
2. Расскажите о «сегментном» строении нервной системы и генах, которые контролируют такое строение?
3. Что такое нейротрофные факторы и молекулы «узнавания»? Какова их роль в центральной неврной системе?
|
|
|
4. Расскажите о применении трансгенных животных в изучении функционирования центральной нервной системы.
5. Почему возник термин «нейроэндокриноиммунная» система? Как это связано с работой генов?
6. Что такое нейропептиды? Приведите конкретные примеры их наследственной обусловленности и действия в центральной неврной системе.
Семинар 1.
Тема: « Генетический контроль формирования рефлекторной дуги.Современные направления исследований механизмов памяти и научения».
Учебные вопросы:
1. Требования к модельным объектам.
2. Современные молекулярно-генетические методы исследования Ц.Н.С.
3. Механизмы формирования кратковременной и долговременной памяти.
Темы докладов:
- Взгляды Рамон-и-Кахаля на природу индивидуальности человека и их развитие в современных молекулярно-генетическиех исследованиях.
- Современные представления о процессах запоминания.
Вопросы для дискуссии:
- Как соотносятся память и научение?
- Какую роль в формировании памяти играют каскады сигнальной трансдукции?
- Какую роль играют гены раннего ответа в процессе научения?
- Какую рольиграют нейротрофные факторы и молекулы «узнавания» в процессах формирования Ц.Н.С. в онтогенезе?
|
|
|
