Молекулярно-генетические основы поведения

Ada W. Yerkes “Comparison of the Behavior of Stock and Inbred Albino Rats.” Journal of Animal Behavior 6:267–296, 1916.

Кларенс Кук Литтл 1888-1971г.

Задача генетики поведения
- интеграция «организменного» и молекулярно-биологического подходов для создания полной картины роли генотипа в формировании мозга и поведения в целом, а также влияние среды на эти процессы

Генетические исследования поведения
Поход «от гена к поведению»
Подход «от поведения к гену»

1) каждый ген влияет на все признаки в организме, хотя его влияние на некоторые из них может быть исчезающее мало;
2) любой признак организма зависит от всех генов в целом, даже если зависимость от некоторых незаметна.

Плейотропия - влияние гена на многие стороны строения, функций и поведенческих реакций организма.

Снижение активности
Мутация brindled
Нарушение клеточного транспорта меди
дофамин-бета-гидроксилазы
лизилоксидазы в волосяных фолликулах
тирозиназы в меланоцитах
снижение двигательной
активности и тремор
светлая окраска шерсти
закрученные вибриссы

1951 год Дуглас Скотт Фальконер

Доменная организация белка Рилин
Кристаллическая структура двух рилиновых повторов. Nogi et al., 2006

Инверсия слоев коры головного мозга у мыши
Кортикогенез у дикой мыши. Клетки Кахаля-Ретциуса (красн.) выделяют рилин (оранж.)
Нарушенный кортикогенез у мыши-мутанта Reeler. Рилин отсутствует. Слои коры инвертированы

Олигомеры рилина
Рецептор липопротеинов очень низкой плотности
Аполипопротеин-Е рецептор 2
LIS1
Фосфорилирование тирозина DAB1
Отсутствие лиссенцефалии
Изменение плотности рецепторов альфа-3-бета-1 интегрина
Перестройка актинового цитоскелета клетки
Уменьшение силы сцепления мигрирующего нейробласта с клетками радиальной глии и их отсоединение

Схема основного сигнального каскада белка Reelin

Мутация reeler
Недостаток в организме гликопротеина релина
Нарушение процесса формирования долговременной постсинаптической потенциации
Измененное развитие волокон радиальной глии
Нарушение миграции нейробластов
Нарушение цитоархитектоники мозжечка и коры гиппокампа
Отклонения в строении ядер продолговатого мозга и базальных ганглиев
Инверсия слоев коры головного мозга (у мыши при закладке корковой пластины
13-14 д.э.р.)
Нарушение координации движения (закрученная неровная походка)

Нарушение процесса формирования долговременной постсинаптической потенциации
Нарушения строения головного мозга
Лиссенцифалия
Эпилепсия
Умственная отсталость
Шизофрения

Роберто Фернандес Галан (университет Карнеги-Меллона, США)

В мозге пчелы анализом запахов занимается антеннальная доля, состоящая из множества комочков-гломерул. Каждая гломерула состоит из множества нейронов, часть которых может реагировать на тот или иной запах. Каждому запаху соответствует уникальное распределение уровня активности гломерул: от фонового (темно-синий) до максимального (красный). На рисунках — ответы антеннальной доли на запахи различных химических веществ: октанола, гексанола, нонанола и изоамилацетата

Donald O. Hebb (1904-1985)

И.П.Павлов (1849-1936, лауреат Нобелевской премии 1904 г.)

Richard Wolfgang Semon
(August 22 (August 22, 1859 (August 22, 1859 – December 12 (August 22, 1859 – December 12, 1918)

Энграмма - яркое комплексное воспоминание, вызываемое простым стимулом (R.W.Semon).
Энграмма - гипотетическая запись в мозге, материальный носитель единичного воспоминания (бихевиористы).

ПАМЯТЬ
сенсорная память (1/4 сек.)
кратковременная память
(1-30 минут)
долговременная память (неограниченно долго)

Кратковременная память – это временная циркуляция нервного импульса по замкнутой цепочке нейронов. Если два сигнала поступили одновременно, принявшие их нейроны могут образовать общую цепочку. Процесс длится несколько минут, после чего происходит либо распадение ансамбля, либо консолидация энграммы – формирование устойчивого долговременного следа.

ПЕНФИЛД, УАЙЛДЕР ГРЕЙВС (Penfield, Wilder Graves) (1891–1976), американский невролог и нейрохирург.

Дэвид Хантер Хьюбел и Торстен Нильс Визл (лауреаты Нобелевской премии 1981 г.)

Гипотеза «молекул памяти»

Пол Грингард (лауреат Нобелевской премии 2000 года)

Механизм медленной синаптической передачи нервного импульса. Связывание дофамина с рецепторами на клеточной мембране повышает в клетке содержание "вторичного посредника" - цАМФ. Это активирует фермент протеинкиназу, которая фосфорилирует мембранные белки ионных каналов, благодаря чему осуществляется регуляция передачи нервных импульсов

Эрик Кендел (Eric Kandel)
Лауреат Нобелевской премии 2000 года
по физиологии и медицине

Aplysia californica
Аплиза как большой слизняк.
И в дождь, и в град, и так, и сяк.
Рассердишь – выпустит чернил.
Они красны, а не черны.
Она на суше не живет.
У ней нет ног, она ползет.
А рот ее такой смешной.
Она на юг ползет зимой.
Стихи Минуш ( дочь Кендела, 7 лет)

Молекулярный механизм формирования долговременной памяти.
При изучении защитного рефлекса (втягивание жабры в ответ на стимуляцию сифона) у морского зайца установлено, что нейромедиаторы, действующие на клетку, вызывают в ней каскад молекулярных реакций (показано стрелками).
В результате изменяется форма и функции синапсов, что приводит к длительным модификациям защитного рефлекса

Введение серотонина вызывает поступление из ядра сенсорного нейрона неактивной иРНК ко всем окончаниям аксона. Многократное введение серотонина в область одного из окончаний приводит к переходу прионного белка СРЕВ в доминантную, самоподдерживающуюся форму. Доминантный СРЕВ способен переводить рецессивный СPEB в доминантную форму. Доминантный СРЕВ активирует неактивную иРНК, которая управляет синтезом белков, укрепляет синаптическую связь и обеспечивает поддержание памяти

БРИТАНСКИЕ УЧЕНЫЕ ТИМ БЛИСС, ГРЭМ КОЛЛИНГРИДЖ И РИЧАРД МОРРИС ПОЛУЧИЛИ НАГРАДУ BRAIN PRIZE 1 МАРТА 2016 Г ЗА ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПОТЕНЦИАЦИИ В ГИППОКАМПЕ

Фенотипическое проявление мутации spineless-aristapedia

Эксперимент по сравнительной оценке сохранения условно-рефлекторного подавления ухаживания у самцов Drosophila melanogaster контрольная группа Canton S

Динамика выработки и сохранения условно-рефлекторного подавления ухаживания у самцов ssa40a, milkah-1 и их гибрида ssa40a milkah-1
Способность к обучению и формированию долгосрочной памяти
(метод условно-рефлекторного подавления ухаживания дрозофилы)
Тренировка
Отсроченный на сутки тест

Опыты Г.Гирсберга
Остромордая лягушка Чесночница обыкновенная

Вверху — меченые клетки дрозофилы (стрелки) в мозге крысы; в середине слева — аллотрансплантат эмбриональной нервной ткани крысы в сочетании с ксенотрансплантатом (стрелка); в середине справа — стимуляция роста кровеносных сосудов ксенотрансплантатом; внизу слева — рубцовая ткань (стрелка) на границе аллотрансплантат/ткань хозяина; внизу справа — добавление ксенотрансплантата к аллотрансплантату блокирует образование рубца
Трансплантация клеток дрозофилы в мозг крысы (ксенотрансплантация)