Стрессорные воздействия и когнитивная деятельность: поиск мишеней и общих механизмов с использованием мутантов дрозофилы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

По современным представлениям биохимические каскады, активируемые в ответ на стрессорное воздействие, вносят вклад и в когнитивные функции – обучение и формирование памяти. Рассматривая условный рефлекс как адаптацию к внешней среде, можно предположить его возникновение как реакцию на внешние вызовы, которые при подкреплении способствуют формированию условной связи, а при отсутствии вызывают развитие стрессорной реакции. Метаболическая активность организма неразрывно связана с циркадными ритмами, которые определяют суточные колебания освещенности, температуры, содержания кислорода и магнитного поля. Интеграция перечисленных таймеров осуществляется белком семейства криптохромов (CRY), выполняющим функции рецептора голубого света и известного как репрессор главного циркадного транскрипционного комплекса CLOCK/BMAL1. В целях разработки способов неинвазивной коррекции патологий нервной системы на модельном объекте генетики – дрозофиле с использованием мутантных линий изучается взаимосвязь адаптивных механизмов формирования условной связи и развития стрессорной реакции на ослабление магнитного поля, гипоксическое и температурное воздействие. Данные обсуждаются в свете роли системы CRY/CLOCK/BMAL1 как связующего звена магниторецепции, гипоксии, регуляции циркадного ритма, когнитивных функций и двухцепочечных разрывов ДНК в нервных ганглиях (показателя физиологической активности нейронов).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. М. Каровецкая

Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена; Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

Email: 21074@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

А. В. Медведева

Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

Email: 21074@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. В. Токмачева

Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

Email: 21074@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

С. А. Васильева

Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена; Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

Email: 21074@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

А. В. Реброва

Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена

Email: 21074@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. А. Никитина

Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена; Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: 21074@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Б. Ф. Щеголев

Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

Email: 21074@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. В. Савватеева-Попова

Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

Email: 21074@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Лобашев М.Е., Савватеев В.Б. Физиология суточного ритма животных. М., Л.: Изд-во АН СССР, 1959. 259 с.
  2. Zatsepina O.G., Nikitina E.A., Shilova V.Y., Chuvakova L.N., Sorokina S., Vorontsova Yu.E., Tokmacheva E.V., Funikov S. Yu., Rezvykh A.P., Evgeniev M.B.// Cell Stress and Chaperones. 2021. V. 26. № 3. P. 575–594.
  3. Damulewicz M., Mazzotta G.M. // Front Physiol. 2020. V. 11. Art. 99.
  4. Agrawal P., Houl J.H., Gunawardhana K.L., Liu T., Zhou J., Zoran M.J., Hardin P.E. // Сurr Biol. 2017. V. 16. P. 2431–2441.
  5. Karki N., Vergish S., Zoltovski B.D. // Protein Science. 2021. V. 30. № 8. P. 1521–1534.
  6. Cusumano P., Damulewicz M., Carbognin E., Caccin L., Puricella V., Specchia M., Bozzetti P., Costa R., Mazzotta G.M. // Front Physiol. 2019. V. 10. Art. 133.
  7. Helfrich-Förster C. // Genes Brain Behav. 2005. V. 4. P. 65–76.
  8. Hermann-Luibl C., Helfrich-Förster C. // Curr. Opin. Insect Sci. 2015. V. 7. P. 65–70.
  9. Yoshii T., Ahmad M., Helfrich-Förster C. // PLoS Biol. 2009. V. 7. Art. 1000086.
  10. Shang Y., Haynes P., Pírez N., Harrington K.I., Guo F., Pollack J., Hong P., Griffith L.C., Rosbash M. // Nat Neurosci. 2011. V. 14. № 7. P. 889–895.
  11. Yamamoto Sh., Seto E.S. // Exp Anim. 2014. V. 63. № 2. P. 107–119.
  12. Tabuch M., Coates K.E., Bautista O.B., Zukowski L.H. // Front Neurol. 2021. V. 12. Art. 625369.
  13. Sitaraman D., Aso Y., Jin X. // Сurr Biol. 2015. V. 25. № 22. P. 2915–2927.
  14. Flyer-Adams J., Rivera-Rodriguez E.J., Yu J. Junwei Yu, Jacob D. Mardovin, Martha L. Reed, Leslie C. Griffith // J Neurosci. 2020. V. 40. P. 9066–9077.
  15. Fogle K., Parson K.G., Dahm N.A., Holmes T.C. // Science. 2011. V. 331. P. 1409–1413.
  16. Sitaraman D., Aso Y., Jin X. Rubin G.M.,Nitabach M.N. // Сurr Biol. 2015. V. 25. P. 2915–2927.
  17. Pokorny R., Klar T., Hennecke U., Carell T. // Proc Natl Acad Sci. 2008. V. 105. № 52. P. 21023–21027.
  18. Romero-Franco A., Checa-Rodríguez C., Maikel Castellano-Pozo M., Miras H., Wals A., Huertas P. // 22.01.2023 on bioRxiv preprint.
  19. Boutros S.W., Krenik D., Holden S., Vivek K. Unni, Raber J. // Oncotarget. 2022. V. 13. Р. 198–213.
  20. Никитина Е.А., Васильева С.А., Щеголев Б.Ф., Савватеева-Попова Е.В. // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2022. Т. 72. № 6. С. 783–799.
  21. Eichwald C., Walleczek J. // Biophysical Journal. 1996. V. 71. № 2. P. 623–631.
  22. Izmaylov A.F., Tully J.C., Frisch M.J. // Journal of Physical Chemistry A. 2009. V. 113. № 44. P. 12276–12284.
  23. Rodgers C.T., Hore P.J. // Proceedings of the National Academy of Sciences of USA. 2009. V. 106. № 2. P. 353–360.
  24. Kaushik R., Nawathean P., Busza A., Murad A., Emery P., Rosbash M. // PLoS Biology. 2007. V. 5. № 6. P. 1257–1266.
  25. Solov’yov I.A., Schulten K. // Biophys. J. 2009. V. 96. № 12. P. 4804–4813.
  26. Nikitina E.A., Medvedeva A.V., Gerasimenko M.S., Pronikov V.S., Surma S.V., Shchegolev B.F., Savvateeva-Popova E.V. // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2018. V. 48. № 7. P. 796–803.
  27. Nikitina E.A., Medvedeva A.V., Zakharov G.A., Savvateeva-Popova E.V. // Acta Naturae. 2014. V. 6. № 2. P. 53–61.
  28. Borovac J., Bosch M., Okamoto K. // Mol Cell Neurosci. 2018. V. 91. P. 122–130.
  29. Misu S., Takebayashi M., Kei M. // Frontiers in Genetics. 2017. V. 8. Art. 27.
  30. Kamyshev N.G., Iliadi K.G., Bragina J.V. // Learning & Memory. 1999. V. 6. № 1. P. 1–20.
  31. Vasilieva S.A., Tokmacheva E.V., Medvedeva A.V., Ermilova A.A., Nikitina E.A., Shchegolev B.F., Surma S.V., Savvateeva-Popova E.V. // Cell and Tissue Biology. 2020. V. 14. № 3. P. 178–189.
  32. Mehta N., Cheng H.Y.M. // J. Mol. Biol. 2012. V. 425. № 19. P. 3609–3624.
  33. Savvateeva-Popova E.V., Zhuravlev A.V., Brázda V., Zakharov G.A., Kaminskaya A.N., Medvedeva A.V., Nikitina E.A., Tokmatcheva E.V., Dolgaya J.F., Kulikova D.A., Zatsepina O.G., Funikov S.Y., Ryazansky S.S., Evgen’ev M.B.// Front. Genet. 2017. V. 8. Art. 123.
  34. Sempere L.F., Sokol N.S., Dubrovsky E.B., Berger EM, Ambros V. // Dev. Biol. 2003. V. 259. № 1. P. 9–18.
  35. Weng R., Chin J.S.R, Yew J.Y. // eLife. 2013. V. 2. Art. e00640.
  36. Xue Y., Zhang Y. // BMC Neurosci. 2018. V. 19. № 1. https://doi.org/10.1186/s12868–018–0401–8
  37. Медведева А.В., Реброва А.В., Заломаева Е.С. // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2022. T. 58. № 1. C. 34–42.
  38. Adel M., Griffith L.C. // Neuroscience Bulletin. 2021. V. 37. № 6. P. 831–852.
  39. Davis R.L., Zhong Y. // Neuron. 2017. V. 95. P. 490–503.
  40. Kasture A.S., Hummel T., Sucic S., Freissmuth M. // International Journal of Molecular Sciences. 2018. V. 19. Art. 1788.
  41. Suberbielle E., Sanchez P.E., Kravitz A.V. // Nature Neuroscience. 2013. V. 16. № 5. P. 613–621.
  42. Verheijen B.M., Vermulst M., van Leeuwen F.W. // Acta Neuropathologica. 2018. V. 135. № 6. P. 811–826.
  43. Ishikawa T., Matsumoto A., Kato T. Jr., Togashi S., Ryo H., Ikenaga M., Todo T., Ueda R., Tanimura T. // Genes Cells. 1999. V. 4. № 1. P. 57–65.
  44. Smith K.D., Fu M.A., Brown E.J. // Journal of Cell Biology. 2009. V. 187. № 1. P. 15–23.
  45. Thöni V., Oliva R., Mauracher D., Egg M. // Chronobiology International. 2021. V. 38. № 8. P. 1120–1134.
  46. Bozek K., Kiełbasa S.M., Kramer A., Herzel H. // Genomics & Informatics. 2007. V. 18. P. 65–74.
  47. Peek C., Levine D.C., Cedernaes J., Taguchi A., Kobayashi Y., Tsai S.J., Bonar N.A., McNulty M.R., Ramsey K.M., Bass J. // Cell Metab. 2017. V. 25. № 1. P. 86–92.
  48. Elhalel G., Price C., Fixler D., Shainberg A. // Scientific Reports. 2019. V. 9. № 1. Art. 1645.
  49. Vaughan M.E., Wallace M., Handzlik M.K. // Science. 2020. V. 23. № 7. Art. 101338.
  50. Hernansanz-Agustín P., Enríquez J.A. // Antioxidants. 2021. V. 10. № 3. Art. 415.
  51. Бучаченко А.Л. // Усп. химии. 2014. Т. 83. № 1. С. 1–12.
  52. Srinivas U.S., Tan B.W.Q., Vellayappan B.A., Jeyasekharan A.D. // Redox Biology. 2019. V. 25. Art. 101084.
  53. Caldecott K.W., Ward M.E., Nussenzweig A. // Nature Genetics. 2022. V. 54. P. 115–120.
  54. Caridi C.P., Plessner М., Grosse R., Chiolo I. // Nat Cell Biol. 2019. V. 21. № 9. P. 1068–1077.
  55. Xu Q., Huff L., Fujii M., Griendling K. // Free Radic Biol Med. 2017. V. 109. P. 84–107.
  56. Медведева А.В., Токмачева Е.В., Никитина Е.А., Васильева С.А., Заломаева Е.С., Савватеева-Попова Е.В. // Медицинский академический журнал. 2020. T. 20. № 4. C. 45–54.
  57. Movafagh Sh., Crooc S., Vo K. // J Cell Biochem. 2015. V. 116. № 5. P. 696–703.
  58. Wozny A.-S., Gauthier A., Alphonse G. // Cancers. 2021. V. 13. № 15. Art. 3833.
  59. Cheng L., Yu H., Yan N., Lai K., Xiang M. // Front. Cell. Neurosci. 2017. V. 11. Art. 20.
  60. Bellemer A. // Temperature (Austin). 2015. V. 16. P. 2227–2243.
  61. Gentile C., Sehodova H., Chen Ch., Stanewsky R. // Сurr Biol. 2013. V. 23. P. 185–195.
  62. Yoshii T., Hermann Ch., Helfrich-Forster Ch. // J Biol Rhithms. 2010. V. 25. № 6. P. 387–398.
  63. D’Amico-Damião V., Carvalho R F. // Front. Plant Sci. 2018. V. 9. Art. 1897.
  64. Kidd P B., Young M V., Siggia E D. // PNAS. 2015. V. 112. № 46. Р. 6284–6292.
  65. Москалев А.А., Малышева О.А. // Экологическая генетика. 2010. Т. 8. С. 67–80.
  66. Никитина Е.А., Комарова А.В., Голубкова Е.В. // Генетика. 2003. Т. 39. № 3. С. 341–348.
  67. Nikitina E.A., Kaminskaya A.N., Molotkov D.A., Popov A.V., Savvateeva-Popova E.V. // Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 2014. V. 50. № 2. P. 154–166.
  68. Никитина Е.А., Медведева А.В., Долгая Ю.Ф. // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2012. Т. 48. № 6. С. 588–596.
  69. Doshi B., Hightower L.E., Lee J. // Cell Stress Chaperones. 2009. V. 14. P. 445–457.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Роль CRY в переключении молекулярных часов. Стрелки отражают влияние на процессы, описание которых изложено в тексте (адаптировано по Damulewicz, Mazzotta, 2020).

Скачать (201KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Система циркадных осцилляторных нейронов мозга дрозофилы: АД – антеннальные доли; ФГ – фасеточные глаза; Л – ламина; М – медула; ГТ – грибовидное тело; ЦК – центральный комплекс; ОЦ – оцелли; к-ВЛН – короткие вентро-латеральные нейроны; д-ВЛН – длинные вентро-латеральные нейроны; ДЛН – дорзо-латеральные нейроны; ДН – дорсальные нейроны; ЗЛН – задне-латеральные нейроны (адаптировано по Helfrich-Förster, 2005).

Скачать (161KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема влияния магнитного поля на радикальные пары, формирующиеся между FADH (восстановленный флавинадениндинуклеотид) и триптофаном в активном сайте молекулы CRY: S1 и S2 – неспаренные электронные спины, которые прецессируют в локальном магнитном поле, образованном наложением внешнего магнитного поля на собственные магнитные поля I1 и I2 ядерных спинов. Обратный перенос электронов от триптофана на FADH гасит активное состояние криптохрома при условии нахождения электронных спинов в синглетном состоянии (адаптировано по Solov’yov, Schulten, 2009).

Скачать (94KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Иммунохимический анализ ДЦР в нервных ганглиях личинок дрозофилы с помощью антител к Ser137-фосфо-H2Av: a – ядра DopLIMK- (подавление гена limk1 в допаминовых нейронах) в н. у.; б – ядра DopLIMK- после воздействия ОСМП; в – ядра DopLIMK + (ген limk1 функционирует); г – ядра DopLIMK + после воздействия ОСМП (по Медведева и др., 2022).

Скачать (396KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Гипотетическая схема влияния магнитного поля через магнитосенсор CRY. Стрелки отражают влияние на процессы, описание которых изложено в тексте.

Скачать (237KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схематичное изображение взаимовлияния систем циркадного ритма и стрессорного ответа на гипоксию: АФК – активные формы кислорода, ДЦР – двухцепочечные разрывы. Стрелки отражают влияние на процессы, описание которых изложено в тексте.

Скачать (234KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Схема взаимосвязи системы циркадных ритмов и стрессорного ответа на температурный шок. БТШ – белки теплового шока. Стрелки отражают влияние на процессы, описание которых изложено в тексте.

Скачать (132KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Гипотетическая схема роли CRY: БТШ – белки теплового шока; АФК – активные формы кислорода; ДЦР – двухцепочечные разрывы; ГТ – грибовидные тела; ЦК – центральный комплекс. Стрелки отражают влияние на процессы, описание которых изложено в тексте.

Скачать (229KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».