Институт физиологии им. И.П. Павлова
Российской Академии Наук

 

ЛАБОРАТОРИЯ ГЕНЕТИКИ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

(Зав. – д. б. н. Н.А. Дюжикова)

Лаборатория экспериментальной генетики высшей нервной деятельности была создана в 1933 году по инициативе И.П.Павлова на базе научно-опытной биологической станции (Биостанции) в Колтушах. Лабораторией руководили: до 1949 года –  проф. Е. А. Ганике , с середины 50-х гг. –  проф. В. К. Красуский,  с 1962 г . –  проф. В. К. Федоров , с 1973 г .–  проф. Н. Г. Лопатина , с 2000 г . -   д.б.н. А. И. Вайдо.  С 2016 года лабораторию возглавляет д.б.н. Н.А. Дюжикова.

Основное направление исследований лаборатории оставалось неизменным и заключалось в изучении генетических детерминант и влияния среды (воспитания) на формирование высшей нервной деятельности (поведение). Задачи решались на разных этапах по-разному- от констатации факта наследования условных рефлексов (Е.А.Ганике), до генетического анализа основных свойств нервных процессов,- возбудительного (В.К.Красуский) и подвижности (В.К.Федоров). Начиная с 70-х годов прошлого столетия перешли к изучению роли конкретных генов и путей их влияния на функции нервной системы и поведение, обучение и память. Внимание лаборатории было сосредоточено на изучении действия гомологичных генов, контролирующих этапы кинуренинового пути обмена триптофана (КПОТ) и свойства возбудимости нервной системы у животных различного филогенетического уровня развития. Для решения этой проблемы были использованы мутанты КПОТ (медоносная пчела) и селектированы линии крыс, различающиеся по порогам нервно-мышечной возбудимости.

Исследования выявили мощный плейотропный эффект мутаций, блокирующих разные этапы КПОТ, на проявление комплекса признаков, характеризующих функциональные возможности нервной системы, ее анатомические особенности, поведенческую активность. Изучена роль рецепторов L -глутамата- одного из возможных биохимических каналов, опосредующих влияние генов КПОТ на функции нервной системы и поведение (обучение и память) (Лопатина и др., 2004, 2007). Данные способствуют пониманию механизмов участия кинуренинов в этиопатогенезе нейрологических и психических заболеваний человека.

Исследования показали, что гены, контролирующие нервно-мышечную возбудимость однонаправленно влияют на пороги возбудимости центральных отделов нервной системы и оказывают плейотропное действие на функционирование мозга и поведение, работу разных звеньев гормональной регуляции, метаболизма нейромедиаторов, структурно-функциональные особенности нервных клеток, ионных каналов (Лопатина, Пономаренко, 1987; Вайдо, 2000). Совокупность этих признаков составляет матрицу индивидуальных особенностей нервных процессов, определяющих и степень чувствительности к стрессорным воздействиям. Селектированные линии с контрастным уровнем возбудимости нервной системы представляют собой уникальную модель для исследования как адаптивных состояний, так и постстрессорной патологии высшей нервной деятельности (посттравматического стрессового и компульсивного расстройств человека), разработки методов предиктивного прогнозирования их развития, дифференциальной диагностики, профилактики и медикаментозной коррекции.

Следующий этап исследований лаборатории посвящен изучению механизмов регуляции экспрессии генов возбудимости , прежде всего, эпигенетических механизмов у крыс. Показана дивергенция линий крыс, различающихся по генетически-детерминированным порогам возбудимости, по цитогенетическим и молекулярным характеристикам развивающегося и зрелого мозга (Вайдо и др., 2007) и определены параметры предрасположенности к развитию постстрессорных состояний.

В настоящее время основное внимание сосредоточено на изучении генетических и эпигенетических механизмов долговременной памяти при обучении (пчела) и действии стресса (крыса). Выявлено, что долгосрочные эффекты стресса связаны с дифференциальными изменениями количества нейронов и структурно-функциональной организации хроматина в клетках разных структур мозга (префронтальная и сенсомоторная кора, гиппокамп, амигдала), определяемыми эпигенетическими модификациями ДНК и гистонов (метилирование ДНК, ацетилирование, метилирование и фосфорилирование Н3 и Н4 гистонов) (Дюжикова и др., 2016). У пчел в условиях ассоциативного обучения выявлено асимметричное вовлечение процессов метилирования и фосфорилирования гистонов в структурах головного ганглия (грибовидные тела- аналог гиппокампа млекопитающих) в формирование долговременной памяти (Лопатина, Зачепило, 2015).

Перспективы работы лаборатории связаны с продолжением исследований генетических и эпигенетических механизмов формирования адаптивных и патологических состояний мозга, обучения и памяти при экстремальных воздействиях (психоэмоциональный стресс, электромагнитное излучение, отравляющие вещества). Разрабатываются подходы к оценке экспрессии генов стрессового ответа и механизмов ее регуляции за счет метилирования ДНК , роли транспозонов, а также к анализу дестабилизации генома (двойные разрывы ДНК) под влиянием внешних воздействий непосредственно в клетках мозга.

Методическая база лаборатории включает набор этологических, гистологических, цитогенетических, иммуноцитохимических, молекулярно-генетических методов, световую микроскопию, используются также ресурсы центров общего пользования Института. Применяются подходы биоинформатики к анализу нуклеотидных последовательностей.

Лаборатория осуществляет совместные исследования в рамках договоров о творческом содружестве с Институтом токсикологии Федерального медико-биологического агентства и Фондом исследования генома человека «Айрэс», СПбГУ, поддерживает творческие связи с учеными Израиля и Финляндии.

  << Назад