 |
Систем в регуляции генетических процессов
|
|
|
|
Представления о взаимодействии нервной и эндокринной систем
в регуляции генетических процессов на уровне целого организма сло-
жились в 50-60-х годах в исследованиях видного отечественного ге-
нетика М.Е. Лобашева и его последователей В.В. Пономаренко и
Н.Г. Лопатиной [98]. Согласно данным представлениям, каждый ге-
нетический процесс в организме, начиная с клетки, протекает не
изолированно, а в тесной зависимости от других сопряженных с ним
процессов. Иначе говоря, он всегда находится под контролем ряда
соподчиненных систем, начиная от генной системы клетки, в кото-
рой этот процесс происходит, и далее — систем клеток, ткани, орга-
на и, наконец, организма.
Каждая из систем реагирует на внешние по отношению к ней
факторы как целое. В результате такого контроля протекание различ-
ных генетических процессов в разных клетках организма в пределах
созданных в эволюции механизмов оказывается адаптивным по отно-
шению к внешней среде и взаимосвязанным для разных клеток и си-
стем организма.
Ведущую роль в установлении взаимосвязи генетических процес-
сов на уровне целостного организма играет взаимодействие нервной
и эндокринной систем. Это взаимодействие настолько согласованно,
что иногда говорят о единой нейроэндокринной системе, подразуме-
вая объединение нервной и эндокринной систем в процессах регуля-
ции жизнедеятельности организма.
Нейроэндокринная регуляция есть результат взаимодействия нервной и
эндокринной систем. Она осуществляется благодаря влиянию высшего веге-
тативного центра мозга — гипоталамуса — на расположенную в мозге желе-
зу — гипофиз, образно именуемую «дирижером эндокринного оркестра». Ней-
|
|
|
роны гипоталамуса выделяют нейрогормоны (рилизинг-факторы), которые,
поступая в гипофиз, усиливают (либерины) или тормозят (статины) биосин-
тез и выделение тройных гормонов гипофиза. Тройные гормоны гипофиза, в
свою очередь, регулируют активность периферических желез внутренней сек-
реции (щитовидной, надпочечников, половых), которые в меру своей активно-
сти изменяют состояние внутренней среды организма и оказывают влияние
на поведение.
Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации ге-
нетической информации предполагает существование на молекуляр-
ном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию ак-
тивности нервной системы, так и регуляторные воздействия на хро-
мосомный аппарат. При _______этом одной из существенных функций нервной
системы является регуляция активности генетического аппарата по
принципу обратной связи в соответствии с текущими нуждами орга-
низма, влиянием среды и индивидуальным опытом. Другими слова-
ми, функциональная активность нервной системы может играть роль
фактора, изменяющего активность генных систем.
Экспериментальные доказательства в пользу гипотезы были получены в
опытах на мышах. В частности, было установлено, что изменение генной ак-
тивности в клетках роговицы глаза может возникать по условно-рефлектор-
ному принципу, т.е. в ответ на условный сенсорный стимул, ранее связанный
с болевым раздражителем.
Схема эксперимента была такова. У мышей вырабатывали оборонитель-
ный условный рефлекс на световой сигнал, подкрепляемый электрическим
током. Под действием электрического тока в роговице глаза уменьшается
частота делений ядра клетки (митозов) и вызванных рентгеновским излуче-
нием структурных изменений (аберраций) хромосом. После выработки ус-
ловного рефлекса изолированное действие условного раздражителя (свето-
|
|
|
вого стимула) вызывало изменения показателей, характеризующих уровень
митозов в клетке и частоту хромосомных аберраций, аналогичные действию
тока. Предъявление дифференцировочного раздражителя (стимула, близкого
по своим параметрам к условному) не оказывало влияния ни на частоту ми-
тозов, ни на частоту хромосомных аберраций [98].
Регулирующую роль нервной активности в реализации генети-
ческой информации подтвердили также исследования Л.В. Крушинс-
кого с сотрудниками [87]. Они установили, что проявление ряда ге-
нетически детерминированных поведенческих актов зависит от уров-
ня возбуждения ЦНС. Экспериментально была выявлена отчетливая
положительная связь между общей возбудимостью животного, про-
явлением и степенью выраженности генетически обусловленных обо-
ронительных рефлексов у собак. Иначе говоря, при низкой возбуди-
мости нервной системы определенные генетически детерминирован-
ные формы поведения могут и не обнаруживаться, но они проявляются
по мере повышения нервной возбудимости.
О регулирующем влиянии уровня активности мозга на процессы
реализации генетической информации свидетельствуют, кроме того,
прямые корреляции между содержанием РНК в нейронах и уровнем
возбуждения нервной системы. Во многих исследованиях было пока-
зано, что сенсорная стимуляция, обучение, двигательная тренировка
и другие воздействия, повышающие возбудимость нервной системы,
сопровождаются увеличением содержания РНК в нервной ткани. Ус-
тановлено также, что экспрессия генов у животных может меняться в
зависимости от степени информационного разнообразия окружаю-
щей среды: она тем выше, чем более обогащенной в ходе развития
является среда (28].
Таким образом, имеются основания полагать, что нервное воз-
буждение, вызванное воздействиями среды, может существенно вли-
ять на активность генов клеток, тканей, органов и организма в целом.
Главным, хотя, возможно и не единственным, звеном, осуществ-
ляющим взаимодействие между ЦНС и генетической системой, явля-
ются гормоны. Во-первых, уровень активности гормонов зависит от
функционального состояния ЦНС. Как уже отмечалось, взаимодей-
ствие гипоталамуса и гипофиза обеспечивает ЦНС возможность вли-
|
|
|
ять на уровень гормонов, которые производятся железами внутренней
секреции (надпочечниками, щитовидной, половыми). Во-вторых, гор-
моны рассматриваются как специфические индукторы функциональ-
ной активности генов [34, 105]. Экспериментально установлена воз-
можность гормональной регуляции экспрессии и активности генов.
Гормоны выступают в качестве посредников в регуляции транскрип-
ции генов. Иначе говоря, гормоны, хотя, возможно, и не только они,
служат материальным связующим звеном между ЦНС (мозгом) и ген-
ной системой организма.
Особенно наглядно роль гормонов в регуляции генной активности
выступает в исследованиях влияния эмоционального стресса на гене-
тические процессы.
Стресс представляет собой неспецифическую реакцию, обусловливаю-
щую привлечение энергетических ресурсов для адаптации организма к но-
вым условиям. При действии стрессогенного стимула сигналы из анализа-
торных отделов коры поступают в гипоталамус. Гипоталамус передает сиг-
нал гипофизу, в результате чего возрастает синтез гормонов и их выброс в
кровь. Существуют три основные «эндокринные оси», участвующие в реакци-
ях такого типа: адрено-кортикальная, соматотропная и тироидная. Они связа-
ны с активизацией надпочечников и щитовидной железы. Показано, что эти
оси могут быть активизированы посредством многочисленных и разнообраз-
ных психологических воздействий.
В работах видного генетика Д. К. Беляева и его сотрудников [11, 12]
установлено, что у мышей под воздействием эмоционального иммо-
билизационного стресса, т.е. стресса, вызванного ограничением дви-
жения, существенно изменяется способность к воспроизведению по-
томства. Причем, как оказалось, мыши различных генетических ли-
ний по-разному реагируют на стресс. Об этом свидетельствует тот факт,
что при сравнении показателей воспроизводства в обычных условиях
и при стрессе меняются ранги животных разных генотипов в отноше-
нии воспроизводительной функции. Иными словами, животные, бо-
|
|
|
лее продуктивные в обычных условиях, становятся менее продуктив-
ными при стрессе, и наоборот. Следовательно, стресс изменяет внут-
рипопуляционную генетическую изменчивость, и селективная ценность
животных разных генотипов в нормальных условиях и при стрессе
оказывается неодинаковой.
Установлено также, что эмоциональный стресс влияет на частоту
рекомбинационного процесса, а также на индукцию доминантных
аллелей. В прямых исследованиях продемонстрировано влияние гор-
монов коры надпочечников (кортикостероидного комплекса) на экс-
прессивность и проявляемость (пенетрантность) некоторых конкрет-
ных генов у мышей. Имеются также доказательства влияния некото-
рых гормонов, в первую очередь стероидов, на активность генома в
мозге. Исследователи полагают, что возникшие при стрессе под влия-
нием гормонов изменения генной активности могут наследоваться.
По мнению Д. К. Беляева, совокупность этих данных свидетель-
ствует о наличии прямой и обратной связи между мозгом и генами.
Ключевая роль здесь принадлежит стрессу, играющему роль внутрен-
него механизма регуляции наследственной изменчивости и эволюци-
онного процесса. По отношению к организму как к целому стресс
выступает в качестве фактора, изменяющего активность генома. Стрес-
сирование модифицирует и интегрирует деятельность четырех уров-
ней: генного, эндокринного, нервного и психического. С точки зре-
ния Д.К. Беляева, эмоциональный стресс является важнейшим регу-
лятором активности генов не только в индивидуальном развитии, но
и в эволюции.
|
|
|
