Влияние перестроек кариотипа на поведение мышей.
Еще одна категория мутационных изменений – хромосомные аберрации – также могут влиять на функции ЦНС. Из млекопитающих наиболее изученными в этом отношении оказались мыши.
Как известно, существует целый ряд хромосомных аномалий, возникновение которых в той или иной степени нарушает баланс физиологических процессов в организме. Наиболее известный и яркий пример трагического следствия подобного дисбаланса – так называемый синдром Дауна (см.: 8.6.5.6). В кариотипе мыши описаны практически все известные типы аномалий хромосом, достаточно подробно проанализировано их влияние на эмбриогенез (см.: Дыбан, Баранов, 1977), однако исследование поведения таких мутантов проводилось лишь в отдельных случаях.
В кариотипе мыши описано большое число хромосомных транслокаций*. Линии мышей, носителей мутаций этой категории, поддерживаются в лабораториях и питомниках, как например в Джексо-новской лаборатории, наряду с другими инбредными мутантными линиями (см.: 8.1.1).
Влияние хромосомных аномалий на функцию ЦНС и поведение мышей одним из первых предложил исследовать отечественный эмбриолог проф. А.П. Дыбан (1976). На основании данных по специфическому влиянию такого рода аномалий на ход эмбриогенеза мыши он предположил, что характер влияния хромосомных перестроек на поведение может зависеть от типа хромосомной перестройки. Первой работой в этой области был анализ способности к обучению реакции активного избегания у мышей-трисомиков по маркерной хромосоме 715, возникшей в результате транслокации – изменения строения хромосом 13 и 14 (Федоров и др., 1973). Мыши-трисомики, исследованные этими авторами, достоверно отставали в скорости приобретения навыка.
Далее, в совместной работе А.П. Дыбана и B.C. Баранова с Л.В. Кру-шинским и его сотрудниками было проанализировано поведение мышей-носителей так называемых робертсоновских транслокаций". Мыши-носители таких хромосомных перестроек заметно не отличаются ни по физическому развитию, ни по плодовитости. В лабораторных условиях их разводят так же, как животных обычных лабораторных линий.
Для анализа возможных особенностей поведения мышей с роберт-соновскими транслокациями был использован тест на способность
Транслокация – разрыв одной или двух хромосом, вследствие чего участок одной хромосомы переносится на другую и/или образуется отдельная дополнительная хромосома
"Робертсоновская транслокация – это слияние двух акроцентрических (т е палочковидных) хромосом с образованием одной мета- или субметацентрической Цитогенетические исследования показывают, что количество генетического материала при этих транслокациях заметно не изменяется (хотя область околоцентромерного гетерохроматина, по некоторым данным, оказывается измененной) к экстраполяции направления движения раздражителя, предложенный ранее Л.В. Крушинским (1986) для сравнения элементарной рассудочной деятельности животных разных видов, в частности крыс разного генотипа.
Суть методики заключалась в следующем: через небольшое отверстие в стенке камеры предварительно лишенное пищи животное начинало пить молоко. Кормушка с молоком, расположенная за этим отверстием, могла свободно перемещаться вправо или влево от мыши, причем ей был виден только начальный участок этой траектории. Иными словами, мышь получала информацию об исчезновении пищи и о направлении, в котором она исчезла. Задача заключалась в том, чтобы подойти к той стороне стенки, в направлении которой переместилась кормушка. Если доля правильных решений задачи (от всего числа предъявлений теста) достоверно отличалась от 50%-го (случайного) уровня, можно было делать вывод о неслучайном выборе "правильного" направления поиска. Следует сразу отметить, что подавляющее большинство тестированных мышей инбредных линий и аутбредных стоков давали в среднем именно 50%-й (т.е. случайный) уровень решения этого теста.
Способность к экстраполяции была проанализирована у значительного числа мышей, имевших в кариотипе робертсоновские транслокации разных хромосом. У животных Rb(6,15)1 Aid, Rb(9,14)6Bnr, Rb(16.17)7Bnr, Rb(5,19) 1 Wh (в скобках указаны номера хромосом, вовлеченных в слияние) доля правильных решений этого теста также не отличалась от 50%-го случайного уровня. В то же время при слиянии хромосом 8 и 17 (это были транслокации Rb(8,17)llem и Rb(8,17)6Sic, возникшие совершенно независимо и найденные в разных лабораториях) мыши были способны к экстраполяции (Крушинский и др., 1986). Они отличались и по способности к пространственной ориентации в лабиринте Морриса (см.: 8.6.7.2), но в данном тесте их показатели были достоверно хуже, чем у мышей с нормальным кариотипом (Leitingei ct al., 1994). Специальные эксперименты показали, что такие отклонения поведения связаны с наличием в кариотипе именно данной робертсоновской транслокации, поскольку они встречались у мышей с разным генетическим фоном (Крушинский и др., 1986). Эта хромосомная мутация – слияние хромосом 8 и 17 – вызывает также изменения в содержании мозговых моноаминов, что, несомненно, свидетельствуют о ее влиянии на фунцкию ЦНС. По-видимому, феномен отражает так называемый эффект положения – изменение функции генетических элементов в зависимости от местоположения их в геноме. Нельзя исключить, что слияние хромосом изменяет их пространственное расположение в интерфазном ядре, а это, в свою очередь, может повлиять на процессы экспрессии некоторых генов.
8.6.4.3. ВЛИЯНИЕ НА ПОВЕДЕНИЕ МУТАЦИЙ ГЕНОВ, ВЫЗЫВАЮЩИХ НЕВРОЛОГИЧЕСКИЕ отклонения. Выше (см.: 8.5.4), при рассмотрении способов выявления первичного эффекта действия гена, мы касались проблемы нейрогенеза при неврологических мутациях. Вместе с тем, неврологические мутации интересны для генетики поведения и по ряду других причин. Генетические особенности поведения ин-бредных и селектированных линий мышей и крыс, а также мутант-ных линий и стоков с мутациями, затрагивающими отдельные звенья метаболизма, как правило, выражаются в виде слабых, хотя и достоверных отклонений. В то же время моногенные неврологические мутации, выявление которых стало возможным в условиях массового разведения мышей в питомниках, вызывают заметные отклонения в поведении. Эти мутации сопровождаются снижением жизнеспособности животных, у них сильно выражены отклонения в двигательной сфере, а морфология мозга или отдельных его структур в значительной степени изменена.
Все неврологические мутации – это моногенные нарушения. Наблюдения за мутантными животными позволяют составить "реестр" нарушений в двигательной и сенсорной сферах, а также нарушений поведения.
Поскольку одновременно проводится исследование первичных причин этих неврологических мутаций (см.: 8.5.4), сопоставление всего набора плейотропных эффектов первичного генетического дефекта с нарушением синтеза структурных или регуляторных белков на определенных стадиях развития поможет создать более полное представление о формировании, по крайней мере, самых простых функций мозга. В этом отношении неврологические мутации представляют собой потенциально мощный источник будущих знаний о мозге млекопитающих.
Внешне неврологические мутации проявляются в первую очередь в виде аномальной походки, трудностей в поддержании позы, нарушении способности к плаванию, исследовательскому поведению, в развитии судорожных состояний разной степени тяжести (Полетаева, Романова, 1990).
Первоначально эти дефекты связывали с нарушениями строения мозжечка и/или внутреннего уха, а также (у другой группы мутаций) с демиелинизацией мозга. Более подробные исследования позволили установить, что у таких мутантов нарушено строение продолговатого, среднего и переднего мозга, в том числе и гиппокампа.
Ниже приведен краткий и по этой причине неполный перечень аномалий поведения при неврологических мутациях мыши. Поскольку почти все неврологические мутации рецессивны, а гомозиготные по ним особи мало жизнеспособны (у них укорочена продолжительность жизни и резко снижена способность к размножению) мутантные линии поддерживают путем скрещивания между собой гетерозиготных мышей. При этом в потомстве обнаруживаются как гомо- и гетерозиготы, так и нормальные особи, которые обычно служат контролем при проведении исследований поведения мутантов.
Судорожные состояния.Судороги сопровождают мутации демие-линизации (например, quacking), а также -weaver, Lurcher и tottering. Судороги в ответ на действие сильного звука (так называемая аудио-генная эпилепсия) обнаружены у мышей линии 10J/HY, у которых мутация локализована в локусе, отвечающем за репарацию ДНК.
При мутации tottering (tg – ген локализован в 8-й хромосоме) наблюдается целый ряд аномальных фенотипических признаков. К их числу относятся повышенное содержание в мозге норадреналина и увеличение числа норадренергических терминалей нейронов голубого пятна (locus coeruleus – ядро продолговатого мозга). В другой мощной норадренергической системе мозга – в латеральных отделах покрышки (tegmentum) изменений не обнаружено. У гомозиготных особей tg/tg увеличено число адренергических аксонных терминалей нейронов голубого пятна на клетках новой коры, латерального коленчатого тела, гиппокампа, коры мозжечка, кохлеарного ядра. Ни размеры мозга, ни структура клеток, ни число норадренергических нейронов голубого пятна не отклоняются от нормы. В то же время у мутантов tg/tg периодически возникают эпилептиформные разряды в ЭЭГ, так называемые комплексы "пик-волна", а также судорожные припадки.
Более подробный анализ показал, что этот судорожный синдром, по-видимому, относится к категории типичных вторичных эффектов. Полагают, что повышенный уровень норадреналина в мозге этих мутантов вызывает компенсаторные изменения – снижение числа адренорецепторов на нейронах, что может повлечь за собой снижение чувствительности к норадреналину и далее – развитие судорог (см. также: 8.6.5.1).
Гнездостроительное и материнское поведение.Мышь-самка с мутацией staggerer (sg, 9-я хромосома, гибель почти 75% клеток Пурки-нье и почти всех клеток-зерен) не поедает плаценту и не слизывает амниотические оболочки новорожденных мышат, не собирает детенышей в гнездо, а, наоборот, разбрасывает их. Она даже не перекусывает пуповину. Тем не менееА если собственный помет такой самки на несколько дней забрать от матери и подложить для выкармливания нормальной приемной матери, а самой мутантной самке подложить более старших по возрасту 4-дневных детенышей, то впоследствии у нее может проявиться материнское поведение. Для этого самку с детенышами следует поместить в очень тесную клетку, в которой она не может "раскидать" детенышей и поэтому оказывается в состоянии вырастить большую часть помета. При этом помимо кормления молоком самка способна вылизывать детенышей, однако ни строить гнездо, ни подтаскивать их к нему она не может. Было также показано, что при мутации sg изменены уровни лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов в плазме крови (Guastavino et al., 1992).
Плавание.При некоторых неврологических мутациях, затрагивающих внутреннее ухо и органы равновесия, эта способность полностью отсутствует, тогда как у мозжечковых мутантов плавание нарушено меньше, чем ходьба. Возможно, что этот тип локомоции, как более древний и более примитивный, базируется на более простых, а следовательно, менее затронутых анатомическими аномалиями сетях нейронов.
Исследовательское поведение.При мутации nervous (nv), повреждающей клетки Пуркинье мозжечка и его центральные ядра, исследовательское поведение изменяется незначительно. Число норковых реакций (заглядываний в отверстия, проделанные в полу камеры) не отличается от нормы. В то же время nv и другие мутанты характеризуются персеверацией реакций, т.е. повторным обследованием одних и тех участков пространства (отверстий-норок). По сравнению с нормальными животными у мутантов резко ослаблен процесс привыкания исследовательского поведения, иными словами, у них нарушен один из наиболее универсальных процессов адаптации к внешним условиям. Следует, однако, помнить, что причиной сильных аномалий исследовательского поведения этих мутантов может быть, по крайней мере частично, измененная моторика.
Реакция чередования.Попеременное перемещение то вправо, то влево при обследовании пространства, при поисковом поведении, при помещении в достаточно знакомую обстановку – характерная черта лабораторных мышей и крыс. У мутантов sg эта способность полностью отсутствует.
Аналогичный дефект отмечен у мутантов rl, wv и при мутации purkinje cell degeneration (pcd). Полагают, что данное нарушение есть следствие аномалий в анатомии и/или нейрохимии гиппокампа.
Обучение в лабиринте; пространственная память.Аномальное строение гиппокампа с нарушением расположения слоев при мутации Hippocampal lamination defect (Hid), свойственное линии BALB/с, выявляется только гистологически, а специфических изменений поведения, характерных для данной мутации, не описано. При мутации rl нарушаются некоторые виды поведения. При мутации НШ обучение реакции пассивного избегания не страдает, но оно резко изменено у rl, у которой были нарушены даже начальные этапы формирования навыка поиска пищи в радиальном лабиринте. Несмотря на фенотипическое сходство особенностей поведения мутантов rl и sg, аномалии поведения в радиальном лабиринте и в водном лабиринте Морриса были более сильными у rl.
8.6.4.4. ТРАНСГЕННЫЕ МЫШИ. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ МЫШЕЙ-"НОКАУТОВ".
Развитие генной инженерии и молекулярной биологии сделало возможным получение так называемых трансгенных животных, упоминавшихся в разделах 8.5.3.2 и 8.6.3.3. Напомним, что в геном животного (в настоящее время используются почти исключительно мыши) вводится новый генетический материал – это может быть или участок ДНК, кодирующий измененный ген, уже имеющийся у реципиента, или ген от животного другого вида, например крысы. Выделенный фрагмент ДНК вводится в геном реципиента (точнее, в его зародыш) разными способами. Во-первых, можно произвести прямую инъекцию ДНК в оплодотворенную яйцеклетку. Во-вторых, используя вектор ретровируса, можно ввести ДНК в развивающийся эмбрион, причем наиболее эффективно введение на стадии морулы. Третий способ – это введение в бластоцисту стволовых эмбриональных клеток (с измененным геномом).
Специальные молекулярно-биологические методы обеспечивают достаточно надежную экспрессию новой ДНК в геноме реципиента, иначе введенный в геном фрагмент может сохраняться в латентном виде, не обнаруживая себя (Crenshow et al., 1992).
Как и при работе с химерными животными, для успешного исследования трансгенного организма необходимо уметь четко идентифицировать, у кого именно из мышей данного помета генотип имеет новый, необычный ген. Для этого важно найти надежные маркеры – либо биохимические, либо молекулярно-биологические. Иногда носители такого нового гена внешне отличаются от нормальных собратьев.
Эксперименты по введению фрагмента ДНК с делецией по гену, кодирующему белок CREB, были упомянуты выше (см.: 8.6.3.3).
Интересные результаты дали исследования мышей с мутантным, т.е. дефектным геном, кодирующим дофаминовый рецептор D-1. Животные с таким дефектом развиваются с задержкой и погибают, когда прекращается материнское вскармливание. Однако они успешно выживают, если их перевести на искусственное вскармливание жидкой пищей. У этих животных вполне нормальная координация движений, хотя при исследовательском поведении у них меньше "стоек", чем у нормальных животных тех же пометов. В нейронах стриатума у них нет связывания веществ-лигандов, специфичных для D-1 рецепторов, хотя нейроны, на которых такие рецепторы находятся в норме, у мышей-нокаутов есть и сохраняются вплоть до взрослого состояния.
Размер мозга у мышей-нокаутов был несколько меньше, однако общее анатомическое строение мозга не менялось. Особенности были отмечены в цитоархитектонике и нейрохимии стриатума, а также в некоторых физиологических реакциях. Каждый из двух структурных компонентов полосатого тела – стриосомы и матрикс (см.: Groves, 1983; White, 1989) – у мутантных мышей имел свои, отличные от нормы особенности. В матриксе наиболее заметным признаком было резкое снижение числа клеток, иммунореактивных к динорфину. В системе стриосом снижалось специфическое окрашивание, которое свидетельствовало об изменениях в содержании опиоидных пептидов. Наиболее интересной особенностью поведения мышей, лишенных рецепторов класса D-1, было отсутствие активирующего эффекта введения кокаина. Можно ожидать, что этот объект станет перспективной моделью для выяснения механизмов влияния наркотических веществ на мозг.
Анализ работы мозга и особенностей поведения трансгенных животных ставит перед исследователями вопрос, уже не раз подни-мавшйся в связи с анализом эффекта мутаций. Мутация данного гена может влиять на мозг и поведение не только в связи с выключением его специфической функции, но и потому, что собственно формирование структуры мозга (в данном примере – стриатума) в процессе нейрогенеза у таких мышей также может происходить аномально. Возвращаясь к терминологии классической генетики, мы пока не знаем, в чем заключаются плейотропные эффекты "трансгенной" мутации.
Тем не менее, метод создания трансгенных животных дает ценнейшие данные о специфических функциях тех или иных генов, например в процессе развития мозга, поэтому список линий мышей с измененными генами, а также мышей-нокаутов быстро пополняется. В ряде случаев создание подобных моделей необходимо для практических целей, например для создания мышей без нуклеотид-ной последовательности, кодирующей так называемый прионный белок. Как известно, молекулы этого белка считаются инфекционным началом особой группы нейродегенеративных заболеваний, в том числе болезни овец – скрэпи, от которой ежегодно погибают тысячи животных. В связи с этим практическая задача состоит в создании овец-нокаутов. В качестве первого этапа этого исследования были получены мыши-нокауты по гену прионного белка. Они вполне жизнеспособны и внешне не отличаются от обычных. В пределах нормы сохраняется также обучение пространственному навыку – ориентации в водном лабиринте Морриса.
Были также получены мыши с полностью выключенной функцией гена Dvll (одного из трех генов мыши, гомологичных гену полярности сегментов дрозофилы). Животные оказались жизнеспособными, фертильными, у них не было морфологических отклонений в мозге, но отмечались некоторые особенности поведения и физиологии. Во-первых, это была аномалия организации сенсорного притока (gating) в слуховом и тактильном анализаторе. Во-вторых, неожиданно выяснилось, что для них было характерно снижение социальных контактов. Это произошло следующим образом.
Отличительная особенность поведения мышей линии 129/SvSv – это "подстригание усов (вибрисс)" соседям по клетке, так что по достижении взрослого состояния значительный процент животных оказывается лишенным вибрисс (такое поведение описано у самцов и самок нескольких инбредных линий мышей). Гомозиготные мыши-нокауты по упомянутому гену сохраняли свои усы в целости, что было причинно связано с резким уменьшением социальных контактов между этими животными. У них было нарушено и гнез-достроительное поведение.
Особенности поведения (а также нейрохимической и морфологической организации мозга) мышей разных инбредных линий следует учитывать при оценке эффектов искусственных "генноинженер-ных" мутаций. Целый ряд досадных ошибок в выборе "фоновой" линии заставил специалистов, работающих в этой области, провести подробный анализ данных и выработать рекомендации по предпочтительному, наиболее информативному использованию той или иной линии при мутационном вмешательстве в какую-либо из систем мозга.
8.6.5. ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ. МОДЕЛИ БОЛЕЗНЕЙ ЧЕЛОВЕКА
СУДОРОЖНЫЕ СОСТОЯНИЯ.
Аудиогенная эпилепсия.Судороги, развивающиеся при действии сильного звука у лабораторных мышей и крыс, рассматриваются как модель эпилепсии человека и интенсивно исследуются в плане оценки роли генотипа в генезе этого явления.
У мышей чувствительность к звуку была впервые отмечена д-ром Студенцовым, работавшим в лаборатории И.П. Павлова. Серьезное изучение этого феномена у мышей началось только с 1947 г., когда у мышей линии DBA/2 в определенный возрастной период (примерно с 15-го по 25-й дни жизни) обнаружили аудиогенные судороги, нередко с летальным исходом, связанным с остановкой дыхания.
В середине 40-х годов Л.В. Крушинский и Л.Н. Молодкина в МГУ путем селекции вывели линию белых лабораторных крыс, которые на сильный звук (около 100 децибелл над порогом слышимости человека) реагировали сначала мощным двигательным возбуждением, а затем клонико-тоническими и тоническими судорогами. Чувствительность к звуку имеют и беспородные крысы, и животные других линий (например, Wag, August), а также крысы популяции Вистар, однако среди них и двигательное возбуждение, и судороги встречаются, как правило, у небольшого процента животных. Крысы линии КМ, за редкими исключениями, обладают высокой чувствительностью к звуку. Известны также две другие линии чувствительных к звуку крыс: GERP (genetic epilepcy response prone), выведенные в Аризонском университете (США), которые различаются между собой по уровню этой чувствительности (Riegel et al., 1986).
Указанные линии крыс и мышей интенсивно исследуются как нейрохимиками, так и фармакологами. Установлено, что у чувствительных к звуку животных показатели состояния и ГАМК-ерги-ческой системы, и моноаминергических систем достоверно отличаются от нечувствительных. В эту патологию вовлечена также и хо-линергическая система мозга.
Данные литературных источников о генетическом определении чувствительности к звуку у мышей несколько различаются. В одной из наиболее известных работ американских исследователей Дж. ФуллераиР. Коллинза (Collins, Fuller, 1968) по скрещиванию чувствительной и нечувствительной к звуку линий – DBA/2 и C57BL/6J соответственно – было показано, что этот признак определяется одним геном, локализованным на 12-й хромосоме и получившим название asp (audiogenic seizure prone). В настоящее время он называется asp-1. Вместе с тем данные, полученные на батарее рекомбинантных инбредных линий (см.: 8.6.6.3) с использованием чувствительной и нечувствительной родительских линий, показали, что признак детерминирован более чем одним геном. Второй ген, ответственный за этот признак, – asp-2 – был локализован на 4-й хромосоме.
Изучение характера наследования повышенной чувствительности к звуку у крыс методом диаллельного скрещивания, который описан в разделе 8.6.6.2, показало, что данный признак имеет полигенную природу, действие генов аддитивно и гены, детерминирующие нечувствительность к звуку, доминируют. Чувствительность к звуку, характерная для крыс линии КМ, является почти полностью рецессивным признаком (Романова и др., 1975). В природных популяциях и в лабораторных линиях практически не встречаются животные, столь чувствительные к звуку, как крысы линии КМ. Вопрос о биологической роли аномальной чувствительности к звуку, точнее о его эволюционном генезе, не только не исследован, но практически никогда не поднимается.
У крыс и мышей, предрасположенных к аудиогенным припадкам, найдены также эндокринные расстройства, нарушения водно-солевого обмена и метаболизма пиридоксина (Loscher, 1992). Показано, что у линии GERP- 9 (см. выше) повышено количество ГАМК-ерги-ческих нейронов заднего двухолмия, причем, в отличие от резистентных к звуку животных, у чувствительных увеличено число мелких нейронов, а их средние размеры также меньше, чем у нечувствительных крыс. Эти нейроны аномальны по строению сомы и отростков, а количество их положительно коррелирует с тяжестью аудио-генного приступа (Daily et al., 1989).
Молекулярно-генетические исследования у грызунов с аудиоген-ными припадками немногочисленны. Недавно было показано, что у крыс линии КМ отсутствуют определенные гипервариабельные фрагменты ДНК (маркеры, свойственные резистентым лабораторным животным), которые, вероятно, отражают структурные изменения в геноме и связаны с проявлением аудиогенного приступа. Кроме того, у крыс этой линии сразу после припадка подавлена экспрессия быстрых генов раннего действия.
Аудиогенной чувствительности у мышей и крыс разных генотипов сопутствуют нарушения связывания и измененный синтез как возбуждающих аминокислот и ГАМК, так и изменение содержания (как правило, снижение) катехоламинов мозга (Loscher, 1992). У таких животных изменены мембранные процессы в нейронах и/или в глиальных клетках, у них имеются также региональные особенности морфологии мозга. Характер генетической архитектуры признака также неодинаков у разных линий (см. выше).
Признак "чувствительность к звуку" используется для исследования механизма развития судорожных состояний. Линии мышей и крыс, обладающие аудиогенной чувствительностью, служат моделями эпилепсии человека. Аудиогенная эпилепсия относится к категории патологических состояний, которые провоцируются внешней стимуляцией, иначе говоря рефлекторно. К этой группе патологии относится также так называемая "фотоэпилепсия" человека и некоторых животных и ряд других состояний (см. ниже). У человека практически не бывает аудиогенных судорог в том виде, в каком они обнаруживаются у грызунов. Описаны, однако, эпилептические припадки человека, которые провоцируются музыкой (Wieser et al., 1997). Это означает, что аудиогенная эпилепсия грызунов как модель заболевания человека имеет определенные недостатки. В тоже время легкость провокации судорог, четкость и воспроизводимость феномена, а также возможность проведения межлинейных сравнений на физиологическом, биохимическом и молекулярном уровнях делают исследование этого признака чрезвычайно популярным.
Другие виды рефлекторной эпилепсии.Генетически детерминированные судороги, возникающие в ответ на те или иные сенсорные воздействия, т.е. рефлекторно, описаны и у других видов животных.
Одна из сенегальских популяций павианов (Papio papio) насчитывает значительное число особей, у которых мелькающий свет провоцирует миоклонические судороги. Эти животные представляют собой единственную генетическую модель эпилепсии на приматах, поэтому ее значение трудно переоценить (Loscher, 1992).
У кур описана аутосомная рецессивная мутация, при которой различные сенсорные стимулы вызывают тонико-клонические судороги. Наиболее четко этот феномен проявляется при использовании мелькающего света. Интересно отметить, что у кур, как и у мышей и крыс, часть рефлекторного судорожного приступа заключается в интенсивной локомоции. Этот феномен специфичен для данных видов животных и для данного типа судорог, поскольку практически не встречается при химически вызванных судорогах и при судорогах, развивающихся в ответ на электрошок.
У монгольских песчанок (Meriones unguiculatus), содержавшихся в университете штата Техас, были обнаружены животные (примерно 27%), у которых судороги развивались в ответ на новую обстановку. В дальнейшем оказалось, что судороги развиваются в ответ на такие воздействия, как включение света и звука, потряхивание клетки и даже при взятии зверьков в руки. Частота их возникновения была выше у животных, полученных в результате специальной селекции, однако, как и при аудиогенной эпилепсии крыс и мышей, внешние воздействия могли сильно изменять их проявление. В настоящее время разработана методика провокации таких судорог дозированной струей воздуха, направленной на голову животного. Это позволило добиться достаточно стабильного проявления судорог и успешно использовать модель для тестирования антиэпилептических препаратов (Loscher, 1992).
Спонтанно возникающие судороги.Эпилепсия собак как хроническое заболевание, проявляющееся в частых спонтанных судорогах, напоминает аналогичную болезнь человека и поэтому привлекает значительное внимание исследователей. Спонтанные эпилепти-формные судороги чаще встречаются у миниатюрных шнауцеров, бассетов, колли и коккер-спаниелей. Однако наиболее подвержены эпилепсии бигли, которые в связи с этим нередко используются в лабораториях. Этому способствует сходство и в развитии припадков у человека и собаки, и в характере влияния на них известных проти-восудорожных препаратов. В ряде случаев, однако, судороги, развивающиеся у собак, нельзя назвать спонтанными, поскольку они чаще всего случаются в состоянии сильного эмоционального возбуждения. Только у собак обнаружены так называемые "большие припадки" с клонально-тоническими судорогами, сходные с таковыми человека, что делает данную модель особенно ценной.
В одной из лабораторий города Страсбурга (Франция) было обнаружено, что у 30% крыс из популяции Вистар, получившей название Wag/Rii, возникали спонтанные судорожные состояния, более всего напоминавшие малые припадки, характерные для эпилепсии человека. Электрофизиологическое исследование подтвердило, что эти приступы действительно имеют эпилептическую природу (так называемые "абсансы"). Они остаются практически неохарактеризованными генетически, видимо, вследствие той же особенности признака – чрезвычайной зависимости от внешних условий, которая определяет их высокую вариабельность (Loscher, 1992).
Как говорилось выше, мыши с неврологической мутацией tottering, локализованной в 8-й хромосоме, также характеризуются спонтанно возникающими судорогами и типичными для эпилепсии изменениями ЭЭГ. Для этой мутации характерны изменения в норадренергической иннервации ряда отделов мозга. Это моногенный дефект, при котором теоретически возможно проследить генез мозговых аномалий, вызывающих судороги. Участие норадренергичес-кой системы в генезе патологической картины при этой мутации, возможно, опосредовано системой гликогенолиза. Вследствие нарушения обмена углеводов у мышей этой линии формируется избыточное число мозговых глюкорецепторов, вслед за чем изменяется и число адренорецепторов.
Нарколепсия.Это заболевание проявляется у человека (с частотой 0,02–0,09% в большинстве обследованных популяций) в виде аномальной сонливости в дневные часы, нарушений фазы ночного сна с быстрыми движениями глаз (БДГ-сон) и катаплексии (резкого падения мышечного тонуса в ответ на средовые стимулы).
В начале 70-х годов две группы исследователей независимо описали подобную аномалию у собак – пуделей и биглей. В их потомстве, однако, заболевание не проявлялось. Позднее этот же признак, четко передающийся генетически, был описан у доберман-пинчеров и лабрадоров. Такие линии собак в настоящее время поддерживаются и исследуются как модель заболевания человека. В указанных линиях собак нарколепсия передается как аутосомный рецессивный признак с полной пенетрантностью (Mignot et al., 1992).
Электроэнцефалографические обследования собак-нарколептиков выявили у них нарушения характерной для сна электрической активности, которые свойственны нарколепсии человека. Для мутантных особей наиболее характерными были приступы катаплексии, причем они провоцировались главным образом эмоционально положительными стимулами – перспективой игры, получением пищи, половым возбуждением. Приступ представляет собой быстро развивающуюся потерю тонуса мускулатуры, поддерживающей позу, при полном выключении моно- и полисинаптических спинномозговых рефлексов. Помимо катаплексии у собак этих линий иногда наступали короткие эпизоды дневного сна, также индуцированные предъявлением пищи.
Несмотря на значительную индивидуальную изменчивость тяжести симптомов, возраста начала заболевания, его течения, в картине нарколепсии выявляются и межпородные различия . У пуделей она начинается в более позднем возрасте и протекает тяжелее, чем у доберманов и лабрадоров. Авторы полагают, что разнообразие клинических проявлений нарколепсии собак определяется сложным характером нарушений, лежащих в ее основе.
Нейрофизиологическое исследование мозга собак с нарколепсией показало, что в регуляции катаплексических приступов участвует по меньшей мере две мозговые системы – холинергаческая система моста (интерпедункулярное ядро – ретикулярные ядра моста) и система нейронов голубого пятна, проецирующихся на нейроны моста и миндалевидного комплекса. Нейроны миндалины в свою этом обнаруживается генетическая изменчивость поведения и физиологических реакций.
Практически все экспериментальные исследования поведения в связи со стресс-реактивностью – это работы, в которых анализируется достаточно быстрая физиологическая реакция организма на изменение внешней обстановки (помещение в "открытое поле") и/или на болевое воздействие.
Обычно предполагается, что такие воздействия бывают "умеренно стрессирующими". Более сильные воздействия – это иммобилизация, эфирный наркоз, удары тока, в особенности повторяющиеся, избежать которых животное не может. Временная шкала, в которой развиваются подобные ответные реакции, – это десятки секунд или минуты. Такие реакции представляют собой "нормальный" физиологический процесс, в отличие от классического адаптационного синдрома в том виде, в каком он был описан его первооткрывателем Г. Селье (1960; 1972). В связи с этим вопрос о возможном параллелизме в закономерностях развития физиологически нормальной или "естественной" стресс-реакции и патологического процесса "стресса" с его фазами активации, стабилизации и истощения еще надлежит внимательно проанализировать. Очевидно, что "физиологический" стресс встречается у животных в обычных условиях, тогда как "патологический" стресс – порождение физиологического эксперимента, в котором исследователь стремится воспроизвести на животных условия, воздействующие на человека в его часто аномальной среде обитания. Некоторой аналогией стресса в понимании Селье, по нашему мнению, являются аномальные состояния, которые развиваются у крыс при содержании их в замкнутом пространстве при неограниченном размножении и перенаселении (знаменитая работа Дж. Колхауна, Calhoun, 1962; см: 5.5.1). Следует подчеркнуть, что эти явления характерны не для естественной, а для искусственной среды обитания.
Первым и наиболее важным физиологическим ответом на действие стрессирующего фактора является активация оси "гипоталамус–гипофиз–надпочечники". На основании современных знаний представляется следующий путь такой активации: неблагоприятные для организма стимулы ведут к активации паравентрикулярных ядер гипоталамуса, вследствие чего нейроны этой структуры выделяют кортикотропин-рилизинг-фактор – кортиколиберин. Кортиколи-берин попадает в воротную сосудистую систему, орошающую переднюю долю гипофиза. Ответом передней доли гипофиза является секреция бета-эндорфинов и АКТГ, причем последний запускает в коре надпочечников реакцию секреции глюкокортикоидов. Глкжо-кортикоиды (это кортикостерон у мыши и крысы, кортизол – у человека, обезьян и собаки), помимо выполнения своих основных физиологических функций, участвуют также в регуляции уровня АКТГ в крови, воздействуя по механизму отрицательной обратной связи на гипофиз, а также на структуры гипоталамического уровня (и структуры, лежащие более "высоко"), т.е. на функцию всех участков оси "гипоталамус-гипофиз-надпочечники". Воздействие на организм стрессового фактора активирует, к тому же, и симпатическую нервную систему, в результате чего и в ЦНС, и на периферии выделяются адреналин и норадреналин.
Исследование процессов, сопровождающих активацию данной "оси", можно проводить на метаболическом уровне, а также на уровне поведения животного. Рост уровня глюкокортикоидов усиливает использование глюкозы, липолиз, глюконеогенез и снижает уровень белкового синтеза.
Рост концентрации катехоламинов увеличивает частоту биения сердца и повышает давление крови, что сп