Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
С. Петранек
«Как мы будем жить на Марсе». Глава из книги


М. Кронгауз
«Русский язык на грани нервного срыва. 3D». Главы из книги


Б. Штерн
Ближайшие пригодные для жизни экзопланеты: где они, как их можно наблюдать и как их достичь


Р. Фишман
Истории мутантов: гомеозисные гены


С. Мац
Искривленное зеркало


Л. Полищук
Почему вымерли мамонты и гибнут сайгаки: история о вкладах


В. Кузык
Нос на батарейках


Д. Мамонтов
Взглянуть инопланетянам в глаза


А. Бердников
Машинная точность


Р. Фишман
Великий уравнитель







Главная / Новости науки версия для печати

Половое поведение и обучение у C. elegans регулируется пептидом, похожим на окситоцин


Нервная система C. elegans. Нейроны помечены зеленым флуоресцирующим белком

Нервная система C. elegans. Нейроны помечены зеленым флуоресцирующим белком. Изображение с сайта www.sfu.ca

У млекопитающих важную роль в регуляции поведения (особенно полового и социального) играют нейропептиды окситоцин и вазопрессин. У многих других животных обнаружены родственные пептиды со сходными функциями. Два исследовательских коллектива, европейский и американский, независимо друг от друга идентифицировали аналогичный пептид, названный нематоцином, у важнейшего модельного объекта — круглого червя Caenorhabditis elegans. Показана роль нематоцина в обучении, а также в мотивации и координации полового поведения у самцов C. elegans. По-видимому, регуляция поведения при помощи окситоциноподобных пептидов появилась у животных свыше 700 млн лет назад — еще до разделения на первично- и вторичноротых.

«Элементы» не раз писали о роли нейропептидов окситоцина, вазопрессина и их аналогов в регуляции социального и репродуктивного поведения у животных (см. ссылки внизу). Лучше всего изучено их действие у позвоночных, особенно у людей и грызунов, однако родственные пептиды с аналогичными функциями задействованы в системах нейро-гормональной регуляции поведения (а также водно-солевого баланса) у многих других животных, включая кольчатых червей, моллюсков и насекомых (см.: Гены управляют поведением, а поведение — генами, «Элементы», 12.11.2008).

В недавнем выпуске журнала Science сразу две команды ученых — одна из Бельгии и Нидерландов, другая из США — сообщили об открытии похожего пептида, а также рецепторов, реагирующих на него, в нервной системе важнейшего модельного объекта — нематоды C. elegans.

Нервная система C. elegans устроена проще, чем у большинства других двусторонне-симметричных животных, и изучена в мельчайших подробностях (см. C. elegans nervous system). Она состоит из 294 нейронов, общих для обоих полов (самцов и гермафродитов; см.: Чтобы превратить самок в гермафродитов, достаточно двух мутаций, «Элементы», 16.11.2009), к которым добавляется 8 «полоспецифичных» нейронов у гермафродитов и 89 — у самцов. Число синапсов тоже подсчитано: около 5000 химических синапсов, 500 электрических и 2000 нервно-мышечных. Каждый нейрон имеет фиксированную форму и расположение и выполняет строго определенную функцию. Отростки нервных клеток почти не ветвятся и часто даже не делятся однозначно на «входные» дендриты и «выходные» аксоны, совмещая функции приема и передачи сигналов. При всей своей простоте нервная система C. elegans обеспечивает довольно сложное поведение и даже способна к обучению (выработке условных рефлексов). Понятно, что обнаружение в нервной системе у такого животного фундаментальных свойств, характерных для более сложных организмов, открывает перед исследователями уникальные возможности.

Обе команды исследователей идентифицировали в геноме C. elegans ген ntc-1, кодирующий белок-предшественник, из которого затем производится нейропептид. Белок этот очень похож на белки-предшественники окситоцина и вазопрессина. Нейропептид, который из него образуется, получил название «нематоцин». Он, правда, состоит из 11 аминокислот, а не из 9 (как окситоцин и вазопрессин), но имеет похожую структуру. Во всех случаях это кольцо из шести аминокислотных остатков с цистеином в позициях 1 и 6, замкнутое при помощи дисульфидного мостика. К кольцу приделан короткий линейный «хвост», начинающийся с пролина и состоящий у нематоцина из 5 аминокислот, у окситоцина и вазопрессина — из трех.

Нашлись в геноме C. elegans и два гена белков-рецепторов, похожих на рецепторы окситоцина и вазопрессина: ntr-1 и ntr-2. Эксперименты с культурами клеток, в которые были вставлены эти гены, подтвердили, что рецептор NTR-1 (в одиночку или в комплексе с NTR-2) избирательно реагирует на нематоцин.

Изучение трансгенных червей, у которых гены нематоцина и его рецепторов были соединены с генами флюоресцирующих белков, позволило выяснить, в каких клетках экспрессируются (работают) эти гены. Оказалось, что рецепторы нематоцина производятся в основном в сенсорных (чувствительных) нейронах, в том числе — во «вкусовом» нейроне ASEL и хемосенсорных нейронах ASH и ADF, а у самцов также в нейронах, имеющихся только у этого пола, которые контролируют мужское брачное поведение. Сам нематоцин производится в термосенсорных нейронах AFD, нейросекреторных нейронах NSM, вставочных нейронах AVK, глоточном нейроне M5, механосенсорном нейроне DVA и в имеющихся только у самцов моторных нейронах CP, которые управляют специфическими движениями во время спаривания.

Для выявления функций новооткрытой регуляторной системы оба исследовательских коллектива изготовили генно-модифицированных червей с отключенными генами нематоцина и его рецепторов. Такие черви оказались жизнеспособными, но специальные тесты выявили в их поведении любопытные отклонения от нормы (то же самое, кстати, можно сказать и о мышах с отключенной окситоциновой системой).

Бельгийско-голландский коллектив изучил хемотаксис червей. Нормальных C. elegans привлекает поваренная соль в небольшой концентрации, а в высокой — отпугивает. Отвечают за данное поведение нейроны ASEL, ADF и ASH, в которых активны гены рецепторов нематоцина. У червей с отключенной нематоциновой системой врожденная реакция на соль не изменилась, однако они утратили способность менять эту реакцию на основе приобретенного опыта. Если нормального червя подержать 15 минут в слабом растворе соли, но без пищи, то слабый вкус соли перестает привлекать червя и даже начинает отпугивать. Черви с отключенной нематоциновой системой оказались почти неспособны к такому обучению. Для восстановления обучаемости достаточно включить экспрессию ntr-1 (рецептора) во «вкусовом» нейроне ASEL, а ntc-1 (нематоцина) — во вставочных нейронах AVK.

Интересно, что у млекопитающих вазопрессин участвует в поддержании водно-солевого баланса (другое название вазопрессина — «антидиуретический гормон»), а окситоцин необходим для некоторых видов обучения. Например, мыши с отключенной окситоциновой системой страдают от «социальной амнезии»: они не запоминают сородичей и не узнают их по запаху, что, конечно, плохо сказывается на их социальной адаптации.

Нормальное половое поведение самца C. elegans. Слева направо: реакция на контакт, движение вдоль тела гермафродита к его хвосту, поворот, поиск вульвы и передача спермы

Нормальное половое поведение самца C. elegans. Слева направо: реакция на контакт, движение вдоль тела гермафродита к его хвосту, поворот, поиск вульвы и передача спермы. Изображение из обсуждаемой статьи Garrison et al.

Американская команда сосредоточилась на половом поведении червей-мутантов. Оказалось, что гермафродиты с отключенной нематоциновой системой не отличаются от нормальных ни по своему половому поведению, ни по репродуктивному успеху (плодовитости). Однако у самцов отключение этой системы резко снижает репродуктивный успех. Такие самцы реагируют на потенциальных половых партнеров (то есть гермафродитов, которые при спаривании выступают в роли самок) гораздо менее энергично. Нормальный самец пытается спариться с первым же гермафродитом, к которому случайно прикоснется его хвост (см. рисунок). Самцы-мутанты предпринимали первые вялые попытки «ухаживания» лишь после двух-трех таких прикосновений. Кроме того, эти попытки были на редкость неуклюжими и часто заканчивались неудачей. Авторы разделили стандартное брачное поведение самца на пять последовательных элементов (см. рисунок) и показали, что на каждом из этих этапов самцы-мутанты чаще ошибаются, сбиваются и реже переходят к следующему этапу, чем нормальные самцы.

В поведении мутантных самцов был выявлен еще один дефект. Нормальные самцы, если дать им много еды, но не дать половых партнеров, довольно быстро покидают изобильное место и уползают на поиски любовных приключений. Самцы с отключенной нематоциновой системой в такой ситуации остаются у «кормушки» в 3-4 раза дольше. Авторы заключают, что нематоцин усиливает сексуальную мотивацию самцов и координирует их половое поведение.

По-видимому, в работе нематоциновой системы важную роль играет обратная связь. Вставочные нейроны, экспрессирующие ntc-1, получают сигналы о событиях в окружающем мире от сенсорных нейронов, экспрессирующих нематоциновые рецепторы. В ответ на определенные сигналы вставочные нейроны начинают выделять нематоцин. Нейропептид модулирует работу сенсорных нейронов, каким-то образом меняя их «настройки», что, в свою очередь, активирует программу полового поведения или способствует выработке рефлексов.

Полученные результаты согласуются с гипотезой, согласно которой регуляторная система, основанная на окситоцино- и вазопрессиноподобных нейропептидах и отвечающая за координацию полового поведения, водно-солевой баланс и некоторые виды обучения, сложилась более 700 млн лет назад у древнейших билатерально-симметричных животных, которые в те времена еще не успели подразделиться на первичноротых (к которым относится C. elegans, насекомые, моллюски и кольчатые черви) и вторичноротых, к которым относятся позвоночные.

Источники:
1) Jennifer L. Garrison, Evan Z. Macosko, Samantha Bernstein, Navin Pokala, Dirk R. Albrecht, and Cornelia I. Bargmann. Oxytocin/Vasopressin-Related Peptides Have an Ancient Role in Reproductive Behavior // Science. 2012. V. 338. P. 540–543.
2) Isabel Beets, Tom Janssen, Ellen Meelkop, Liesbet Temmerman, Nick Suetens, Suzanne Rademakers, Gert Jansen, and Liliane Schoofs. Vasopressin/Oxytocin-Related Signaling Regulates Gustatory Associative Learning in C. elegans // Science. 2012. V. 338. P. 543–545.
3) Scott W. Emmons. The Mood of a Worm // Science. 2012. V. 338. P. 475–476.

См. также:
1) Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно, «Элементы», 14.06.2012.
2) Гены управляют поведением, а поведение — генами, «Элементы», 12.11.2008.
3) Окситоцин делает людей более чуткими к добрым словам, «Элементы», 17.12.2008.
4) Самцы после спаривания становятся спокойнее и смелее, «Элементы», 16.10.2007.
5) Найден ген, влияющий на склонность к добрым поступкам, «Элементы», 21.05.2009.
6) Биохимические основы любви закладываются в младенчестве, «Элементы», 02.12.2005.
7) Окситоцин усиливает любовь к «своим», но не улучшает отношения к чужакам, «Элементы», 17.06.2010.
8) Голос и объятия одинаково важны, «Элементы», 18.05.2010.


Комментарии (14)



Последние новости: Молекулярная биологияГенетикаНейробиологияАлександр Марков

26.08
Расшифрована структура комплекса I дыхательной цепи митохондрий быка
2.08
Гибридизация однодомных и двудомных растений увеличивает разнообразие половых фенотипов
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост
28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
7.06
Индийская община Бней-Исраэль не может быть одним из десяти потерянных колен

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия