Взаимодействие нервной и эндокринной систем в регуляции генетических процессов

Представления о взаимодействии нервной и эндокринной систем в регуляции генетических процессов на уровне целого организма сло­жились в 50—60-х годах в исследованиях видного отечественного ге­нетика М.Е. Лобашева и его последователей В.В. Пономаренко и Н.Г. Лопатиной [98]. Согласно данным представлениям, каждый ге­нетический 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 кото­рой этот процесс происходит, и далее — систем клеток, ткани, орга­на и, наконец, организма.

Каждая из систем реагирует на внешние по отношению к ней факторы как целое. В результате такого контроля протекание различ­ных генетических процессов в разных клетках организма в пределах созданных в эволюции механизмов оказывается адаптивным по отно­шению к внешней среде и взаимосвязанным для разных клеток и си­стем организма.

Ведущую роль в установлении взаимосвязи генетических процес­сов на уровне целостного организма играет взаимодействие нервной и эндокринной систем. Это взаимодействие настолько согласованно, что иногда говорят о единой нейроэндокринной системе, подразуме­вая объединение нервной и эндокринной систем в процессах регуля­ции жизнедеятельности организма.

Нейроэндокринная регуляция есть результат взаимодействия нервной и эндокринной систем. Она осуществляется благодаря влиянию высшего веге­тативного центра мозга — гипоталамуса — на расположенную в мозге желе­зу — гипофиз, образно именуемую «дирижером эндокринного оркестра». Ней­роны гипоталамуса выделяют нейрогормоны (рилизинг-факторы), которые, поступая в гипофиз, усиливают (либерины) или тормозят (статины) биосин­тез и выделение тропных гормонов гипофиза. Тропные гормоны гипофиза, в свою очередь, регулируют активность периферических желез внутренней сек­реции (щитовидной, надпочечников, половых), которые в меру своей активно­сти изменяют состояние внутренней среды организма и оказывают влияние на поведение.

Конец страницы №276

Начало страницы №277

Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации ге­нетической информации предполагает существование на молекуляр­ном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию ак­тивности нервной системы, так и регуляторные воздействия на хро­мосомный аппарат. При этом одной из существенных функций нервной системы является регуляция активности генетического аппарата по принципу обратной связи в соответствии с текущими нуждами орга­низма, влиянием среды и индивидуальным опытом. Другими слова­ми, 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 ак­тивности в клетках роговицы глаза может возникать по условно-рефлектор­ному принципу, т.е. в ответ на условный сенсорный стимул, ранее связанный с болевым раздражителем.

Схема эксперимента была такова. У мышей вырабатывали оборонитель­ный условный рефлекс на световой сигнал, подкрепляемый электрическим током. Под действием электрического тока в роговице глаза уменьшается частота делений ядра клетки (митозов) и вызванных рентгеновским излуче­нием структурных изменений (аберраций) хромосом. После выработки ус­ловного рефлекса изолированное действие условного раздражителя (свето­вого 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 ми­тозов, ни на частоту хромосомных аберраций [98].

Регулирующую роль нервной активности в реализации генети­ческой информации подтвердили также исследования Л.В. Крушинс-кого с сотрудниками [87]. Они установили, что проявление ряда ге­нетически детерминированных поведенческих актов зависит от уров­ня возбуждения ЦНС. Экспериментально была выявлена отчетливая положительная связь между общей возбудимостью животного, про­явлением и степенью выраженности генетически обусловленных обо­ронительных рефлексов у собак. Иначе говоря, при низкой возбуди­мости нервной системы определенные генетически детерминирован­ные 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 пока­зано, что сенсорная стимуляция, обучение, двигательная тренировка и другие воздействия, повышающие возбудимость нервной системы, сопровождаются увеличением содержания РНК в нервной ткани. Ус­тановлено также, что экспрессия генов у животных может меняться в зависимости от степени информационного разнообразия окружаю-

Конец страницы №277

Начало страницы №278

щей среды: она тем выше, чем более обогащенной в ходе развития является среда [28].

Таким образом, имеются основания полагать, что нервное воз­буждение, вызванное воздействиями среды, может существенно вли­ять на активность генов клеток, тканей, органов и организма в целом.

Главным, хотя, возможно и не единственным, звеном, осуществ­ляющим взаимодействие между ЦНС и генетической системой, явля­ются гормоны. Во-первых, уровень активности гормонов зависит от функционального состояния ЦНС. Как уже отмечалось, взаимодей­ствие гипоталамуса и гипофиза обеспечивает ЦНС возможность вли­ять на уровень гормонов, которые производятся железами внутренней секреции (надпочечниками, щитовидной, половыми). Во-вторых, гор­моны рассматриваются как специфические индукторы функциональ­ной активности генов [34, 105]. Экспериментально установлена воз­можность гормональной регуляции экспрессии и активности генов. Гормоны выступают в качестве посредников в регуляции транскрип­ции генов. Иначе говоря, гормоны, хотя, возможно, и не только они, служат материальным связующим звеном между ЦНС (мозгом) и ген­ной системой организма.

Особенно наглядно роль гормонов в регуляции генной активности выступает в исследованиях влияния эмоционального стресса на гене­тические процессы.

Стресс представляет собой неспецифическую реакцию, обусловливаю­щую привлечение энергетических ресурсов для адаптации организма к но­вым условиям. При действии стрессогенного стимула сигналы из анализа­торных отделов коры поступают в гипоталамус. Гипоталамус передает сиг­нал гипофизу, в результате чего возрастает синтез гормонов и их выброс в кровь. Существуют три основные «эндокринные оси», участвующие в реакци­ях такого типа: адрено-кортикальная, соматотропная и тироидная. Они связа­ны с активизацией надпочечников и щитовидной железы. Показано, что эти оси могут быть активизированы посредством многочисленных и разнообраз­ных 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 дви­жения, существенно изменяется способность к воспроизведению по­томства. Причем, как оказалось, мыши различных генетических ли­ний 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 отноше­нии воспроизводительной функции. Иными словами, животные, бо­лее продуктивные в обычных условиях, становятся менее продуктив­ными при стрессе, и наоборот. Следовательно, стресс изменяет внут-рипопуляционную генетическую изменчивость, и селективная ценность

Конец страницы №278

Начало страницы №279

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 гор­монов коры надпочечников (кортикостероидного комплекса) на экс­прессивность и проявляемость (пенетрантность) некоторых конкрет­ных генов у мышей. Имеются также доказательства влияния некото­рых гормонов, в первую очередь стероидов, на активность генома в мозге. Исследователи полагают, что возникшие при стрессе под влия­нием гормонов изменения генной активности могут наследоваться.

По мнению Д.К. Беляева, совокупность этих данных свидетель­ствует о наличии прямой и обратной связи между мозгом и генами. Ключевая роль здесь принадлежит стрессу, играющему роль внутрен­него механизма регуляции наследственной изменчивости и эволюци­онного процесса. По отношению к организму как к целому стресс выступает в качестве фактора, изменяющего активность генома. Стрес-сирование модифицирует и интегрирует деятельность четырех уров­ней: генного, эндокринного, нервного и психического. С точки зре­ния Д.К. Беляева, эмоциональный стресс является важнейшим регу­лятором активности генов не только в индивидуальном развитии, но и в эволюции.