Введение к работе
Актуальность темы. Изучением механизмов обучения и памяти занимаются многие науки, генетика поведения вносит свой вклад, выявляя отдельные гены и соответствующие им макромолекулы, играющие существенную роль в механизмах обучения и памяти. Исследования на модельном объекте - дрозофиле (Drosophila melanogaster) - имеют здесь первостепенное значение, т.к. подготавливают базу для молекулярно-генетических исследований на млекошггающйх и человеке (Banfi et al., 1996). В настоящее время у дрозофилы уже выделено и в той или иной мере охарактеризовано 24 гена, нарушение функции которых вызывает дефекты памяти, однако поиск ранее неизвестных генов остается актуальной задачей генетики поведения (Dubnau, Tully, 1998).
Одно из наиболее перспективных направлений в изучении механизмов обучения и памяти состоит в использовании естественных, встречающихся в природе, форм обучения. Такой формой обучения у дрозофилы является условнорефлекторное подавление ухаживания, которое в последнее время широко применяется для исследования механизмов обучения и памяти (Капе et al, 1997; Sawateeva et al., 1999; Min, Benzer, 1997).
В лаборатории сравнительной генетики Института физиологии им.И.ГШавлова РАН были выделены 4 мутантных линии, проявляющих дефекты памяти при выработке условнорефлекторного подавления ухаживания (Илиада, 1996; Камышев и др., 1999). Локализация мутаций не совпадает с локализацией уже известных генов, контролирующих процессы обучения. Это предполагает, что были обнаружены новые гены с ранее неизвестной функцией. Дальнейшее изучение этих мутантов позволит выявить новые молекулярные компоненты механизмов обучения и памяти.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлась физиолого-генетическая характеристика четырех Р-инсерционных мутантов с дефектами памяти при выработке условнорефлекторного подавления ухаживания, выделенных в лаборатории сравнительной генетики поведения Института физиологии им. И. П. Павлова РАН. В ходе работы были поставлены следующие задачи:
1. Используя два функционально различных теста, определяющих
сохранение в памяти разных условных связей, формирующихся при выработке
условнорефлекторного подавления ухаживания, изучить динамику проявления
условного рефлекса у Р-инсерционных мутантов и сопоставить полученные
данные с соответствующими показателями контрольной линии дикого типа
Canton-S и уже известных мутантов с дефектами памяти;
2. Определить характер наследования поведенческого дефекта у разных
Р-инсерционных линий;
3. Провести функциональный тест на аллелизм между имеющими
близкую цитологическую локализацию Р-инсерционными мутациями во вто-
рой хромосоме и мутацией latheo для выявления возможной принадлежности к одному гену;
4. Провести функциональный тест на аллелизм между всеми четырьмя
Р-инсерционными линиями для выявления возможной обусловленности по
веденческого фенотипа общей для всех Р-инсерционных линий мутацией,
предсуществовавшей в одной из родительских линий, используемых при Р-
инсерционном мутагенезе;
-
Для получения доказательств, что наблюдаемый поведенческий дефект обусловлен именно действием Р-инсерционной мутации, а не связан с другими генотипическими особенностями линий: а) проанализировать поведение гибридов Р-инсерционных мутантов с делециями, перекрывающими место цитологической локализации инсерции Р-элемента; б) провести замену генотипического фона у мутантов и изучить динамику сохранения условного рефлекса у конгенных мутантных и контрольных Р-инсерционных линий;
-
В случае, если делеционный анализ не даст однозначных доказательств того, что поведенческий дефект обусловлен именно Р-инсерционной мутацией, получить коллекцию линий с индуцированными эксцизиями Р-элемента и провести поиск линий, у которых после вырезания Р-элемента произошло восстановление нормальной динамики проявления условного рефлекса. Обнаружение таких линий будет доказательством того, что дефект памяти обусловлен именно инсерцией Р-элемента.
Основные результаты исследования и их новизна. Получено экспериментальное подтверждение рабочей модели выработки условно-рефлекторного подавления ухаживания по механизму контробусловливания. Впервые выделены мутации, нарушающие оба типа условных связей, предсказанных в рамках модели - связи между условным стимулом (УС) и безусловным стимулом (БС) и связи между УС и аверсивной моти-вационной системой. Впервые выделены мутанты, у которых предполагается нарушение аверсивной мотивационной системы. Впервые показано, что при нарушении функционирования аверсивной системы (что делает невозможным обучение по типу контробусловливания) происходит выработка обычного классического условного рефлекса.
Определен характер наследования поведенческого дефекта у новых Р-инсерционных мутантов. Показано, что у двух линий (Р124 и Р171) наследование происходит по рецессивному типу, у линий Р153 и Р95 поведенческий дефект наследуется по типу матроклинии.
Для всех четырех изучаемых линий получено подтверждение, а для мутанта Р153 и однозначное доказательство обусловленности дефекта памяти действием именно Р-инсерционной мутации.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость работы определяется тем, что она создает предпосылки для выяснения роли новых макромолекул в механизмах обучения и памяти и для дальнейшего генетического расчленения различных форм и фаз памяти. Характеристика новых Р-инсерционных мутантов, проявляющих дефекты памяти после выработки условнорефлекторного подавления ухаживания: а) явилась необходимым этапом для их дальнейшего молекулярно-генетического изучения (клонирования); б) позволила углубить понимание процессов, вовлеченных в механизмы условнорефлекторного подавления ухаживания.
Изучение молекулярных основ обучения и памяти представляет несомненное практическое значение для медицины. Апробированные в работе поведенческие тесты могут применяться как для фундаментальных исследований в области генетики поведения, так и для практических целей - экспресс-оценки вредоносности различных факторов окружающей среды на жгонедеятельность организма.
Апробация работы. Материалы исследований были представлены на 1(Х1) Международном Совещании по эволюционной физиологии (С.Петербург, 1996), на сателлитном симпозиуме XXXIII Международного Конгресса по физиологическим наукам "Молекулярные и генетические основы адаптивного поведения" (Колтуши, 1997), на XVII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998), на 16-й Европейской Конференции по исследованиям на дрозофиле (Цюрих, Швейцария, 1999), на Международном Симпозиуме, посвященном 150-летию со дня рождения И.П.Павлова "Механизмы адаптивного поведения" (С.-Петербург, 1999).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на страницах