Рыбки обкурились асимметрично

Ученые выяснили, как мозг привыкает к никотину. Оказалось, что гены чувствительных к никотину рецепторов в левом и правом полушариях активируются по-разному. Исследователи выяснили это, изучая рыбок, но уверены, что у человека все происходит так же и определенно влияет на поведение.

Есть в головном мозге млекопитающих структуры, которые очень надежно укрыты от исследователей не только прочным черепом, но и «нагромождением» других нейронов. Такова, например, лимбическая система – эволюционно самая древняя его часть. Именно здесь, в глубинах головного мозга, сосредоточены центры «переработки» вкусовой и обонятельной информации. Тут происходит ее «осмысление», формирование подсознательных чувств, мотиваций, настроения, эмоций.

Хабенулярные ядра как часть лимбической системы участвуют в регуляции обучения и привыкания с помощью нейромедиаторов — дофамина и серотонина. Нейроны хабенулярных ядер у млекопитающих производят также в больших количествах и ацетилхолин, активирующий те же рецепторы, которые связывают никотин.

Постигнув механизм формирования зависимости, можно с ней бороться. Но изучение этих структур у млекопитающих сопряжено с определенными трудностями.

Зебровая рыбка Danio rerio, успешно перекочевавшая из водоемов Юго-Восточной Азии в аквариумы по всему миру, стала одним из популярнейших модельных объектов для биологических исследований: эмбриональное развитие у Danio проходит достаточно быстро, а сами мальки прозрачны и крупны. На ранних этапах эмбриогенеза рыба почти не меняется в размерах. На сегодняшний день ученым известна полная последовательность ее ДНК, получены трансгенные штаммы, способные производить светящиеся белки, выведены линии с абсолютно прозрачными кожными покровами. И, конечно, нейробиологи сочли ее привлекательным объектом для изучения «труднодоступных» отделов мозга. Только вот необходимо было ответить на вопрос, сохраняются ли общие закономерности в функционировании основных структур мозга у рыб и млекопитающих.

Международная группа ученых под руководством Марни Халперн из Института Карнеги (США) выяснила, что путь передачи нейронного сигнала на совсем небольшом, но очень важном с точки зрения понимания процесса формирования никотиновой зависимости отрезке — от хабенулярного ядра к межножковому ядру среднего мозга у Danio — так же, как и у человека, регулируется ацетилхолином.

Но на рыбе изучить этот процесс значительно проще.

И ученые провели обстоятельное исследование, результаты которого опубликовали в PNAS . Чтобы выяснить влияние никотина на рыбий мозг, они добавляли никотин в воду аквариума с рыбками, держали их в растворе никотина три часа, а затем извлекали мозг и проанализировали.

Совершенно неожиданным оказалось то, что внешне абсолютно симметричные структуры мозга проявили ярко выраженную функциональную асимметрию под воздействием никотина.

Эта асимметрия выражалась в следующем: левые и правые ядра отличались по активности самых разнообразных генов, кодирующих белки субъединиц никотиновых ацетилхолиновых рецепторов (nAChR). Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы — разновидность рецепторов ацетилхолина, которые, помимо этого нейромедиатора, способны взаимодействовать и с никотином. Они были открыты в начале XX века.

Никотиновый холинорецептор (nACh-рецептор) состоит из пяти белков. Эти белки биохимики условно делят на четыре группы — α,β, γ и δ. В каждой из них, в свою очередь, есть подгруппы: например, на сегодняшний день известно семь разновидностей альфа-субъединицы и четыре разновидности бета. Таким образом, комбинируя, природа создает огромное множество nACh-рецепторов. В головном мозге человека обнаружено как минимум пять вариантов — никотин действует на все, но с разной интенсивностью. Самая высокая чувствительность к никотину у рецептора, состоящего из трех α4 и двух β2 субъединиц.

Асимметрия в экспрессии генов nAChR, которую обнаружили исследователи, в свою очередь приводила к существенным различиям в активности нейронов левого и правого полушарий.

Пока ученые не могут объяснить, почему возникает такая асимметрия, но они знают точно: она, безусловно, влияет на поведение подвергшихся воздействию никотина рыб.

Возможно, дальнейшие исследования прольют свет на механизмы, лежащие в основе такой избирательности.

«В этой области в последнее время достигнут колоссальный прогресс благодаря установлению пространственных структур, выяснению последующих стадий сигнальных путей и новой информации о вовлеченности того или иного подтипа холинорецептора в различных патологиях, — пояснил Виктор Цетлин, член-корреспондент РАН, заведующий отделом молекулярных основ нейросигнализации ИБХ РАН. — Новые пути к лечению заболеваний открываются и благодаря выявлению соответствующих генных кластеров, полногеномному анализу и обнаружению SNP (однонуклеотидных замен), ассоциированных с определенными заболеваниями. Следует отметить, что вовлеченность холинергической передачи в развитие «правый-левый» раньше практически не обсуждалась, что в значительной степени и обусловливает новизну работы».