Введение к работе
Актуальность темы. Тестостерон (Т) является главным андрогеном семенника. Он синтезируется в клетках Лейдига и принимает участие в формировании и поддержании мужской репродуктивной функции (Saez, 1994; Johnson, Everett, 1995; MacLusky et al., 1997; Hiort, Holterhus, 2000; Nef, Parada, 2000; Eacker et al., 2008). В клетках Лейдига отсутствуют сколько-нибудь значительные запасы Т, но они способны быстро повысить его биосинтез за счет увеличения экспрессии генов ферментов стероидогенеза (Нишлаг, Бере, 2005). Мобилизация гормональных ресурсов клеток Лейдига происходит, в частности, при размножении или социальной конкуренции (Mazur, Booth, 1998; Trainor et al., 2003; Amstislavskaya, Popova, 2004; Oyegbilie, Marler, 2005; Осадчук и др., 2007).
Продукция Т в клетках Лейдига находится под контролем лютеинизирующего гормона (ЛГ) гипофиза (Saez, 1994; Johnson, Everett, 1995; Eacker et al., 2008). Хорионический гонадотропин (ХГ) является функциональным аналогом ЛГ и широко применяется в медицине (Depenbusch, 2002; Bhasin, 2007; Chudnovsky, 2007; Oldereid, Tanbo, 2008; Valdes-Socin et al., 2009) и животноводстве (Geary et al., 2001; Browne et al., 2006; Sahoo et al., 2009) для стимуляции тестикулярной функции. Таким образом, изучение факторов, регулирующих гормональную реакцию семенников на стимуляцию ХГ, является актуальной биологической и медицинской проблемой. Характеристика резервных возможностей семенников продуцировать Т называется гормональным потенциалом. Уровень андрогенной активности семенников в условиях физиологического «покоя», как правило, не предсказывает резервных возможностей эндокринной функции семенников (Осадчук, Свечников, 1995; Marchlewska-Koj, 1997; Нишлаг, Бере, 2005). Поэтому о гормональном потенциале семенников можно судить по реакции семенников на введение ХГ in vivo, либо инкубируя ткань семенников или выделенные клетки Лейдига с определенными дозами ХГ in vitro.
Индивидуальный фармакологический ответ на лекарственное средство зависит от пола, возраста, сопутствующих заболеваний, совместно применяемых лекарственных препаратов, вредных привычек, фотопериода, социальных условий (Hipkin, 1972; Нишлаг, Бере, 2005). Еще одним важным фактором, влияющим на эффективность лекарственных препаратов, является генетический потенциал - наследственные особенности, определяющие
индивидуальную реакцию организма на лекарство. Генетическая вариабельность в реакции семенников на введение ХГ и ее физиологическая основа остается малоизученной проблемой фармакогенетики. У самцов лабораторных мышей установлены генотипические различия в продукции Т при инкубации изолированных клеток Лейдига in vitro в ответ на стимуляцию ХГ (Осадчук, Науменко, 1981; Stalvey, Payne, 1984; Осадчук, Свечников, 1994, 1995; Бусыгина, Осадчук, 2001; Ахмерова и др., 2002). Однако использование методов in vitro при изучении гормонального ответа на действие ХГ имеет ряд ограничений. Во-первых, эндокринная функция клеток Лейдига регулируется не только гормонами гипофиза, но и паракринными механизмами (Verhoeven, 1991; Bilinska et al., 2006), поэтому стимуляция ХГ гормональной функции клеток Лейдига in vitro не включает одну из важнейших регуляторных компонент - паракринную. Во-вторых, количество клеток Лейдига в семенниках может отличаться у разных генотипов. Воздействие ХГ in vivo позволяет оценить гормональный потенциал семенников в целостном организме, при функционировании всех звеньев гипоталамо-гипофизарно-семенниковой оси. Однако остается неизвестным, сохраняются ли в условиях целостного организма генотипические различия в реакции семенников на введение ХГ, и совпадает ли гормональная реакция на действие ХГ in vivo и in vitro.
Выяснение физиологических механизмов регуляции
тестикулярной функции должно включать изучение эффектов
социальных отношений, которые складываются между особями в
сообществах животных. Социальное доминирование - широко
распространенная структура поведенческих отношений,
проявляющаяся в конкуренции за лимитированные экологические
ресурсы, когда доминантные особи декларируют право первенства
за доступ к ним. Формирование социальной иерархии происходит
главным образом в результате агрессивных столкновений между
животными за тот или иной ограниченный экологический ресурс, а
сложившиеся доминантно-субординантные отношения
сохраняются, как правило, в течение длительного периода времени (Осадчук, Науменко, 1981).
Доминантно-субординантные отношения особей в сообществе являются важными модуляторами репродуктивной функции (Mackintosh 1981; Осадчук, Науменко, 1981; Науменко и др., 1983; Wysocki, Lepri, 1991; Gore et al., 2000; Koyama, 2004; James et al.,
2006; Осадчук и др., 2007, 2010). У животных, живущих в социальной группе, эндокринная функция семенников может быть снижена (Науменко, Осадчук и др., 1983; Marchlewska-Koj, 1997). В некоторых случаях показано, что у мышей субординантов по сравнению с доминантными особями понижается уровень гонадотропных гормонов и Т в крови (McKinney, Desjardins, 1973; Bronson, 1973). Однако другие авторы не выявили прямой зависимости между уровнем Т и социальным рангом особи и не обнаружили ранговой асимметрии по ряду других репродуктивных параметров, например, по характеристикам полового поведения (Осадчук и др., 2007, 2010). Кроме того, формирование доминантно-субординантных отношений может сопровождаться стрессом, который ослабляет репродуктивную ось как у доминантов, так и у подчиненных особей (Осадчук, 1990; Rivier, Rivest, 1991; Tamashiro et al., 2005). Таким образом, у особей, живущих в социальных группах, складываются сложные взаимоотношения между социальным статусом и состоянием гипоталамо-гипофизарно-тестикулярной оси.
С одной стороны данные литературы предполагают, что установление социальной иерархии в сообществе животных может модифицировать эндокринную функцию семенников, с другой стороны известно, что генотип оказывает влияние на гормональную функцию семенников, но взаимосвязь генетических и социальных факторов в регуляции эндокринной функции семенников изучена слабо. Остается не ясным, какова взаимосвязь между генотипом особи, ее социальным рангом и гормональным потенциалом семенников. Таким образом, представляет интерес изучение эффектов социальной иерархии на гормональную реакцию семенников на введение ХГ с учетом генетически-детерминированных особенностей тестикулярного стероидогенеза.
Взаимоотношения между особями противоположного пола -другой важнейший вид социальных отношений. У самцов млекопитающих присутствие самки оказывает активирующее влияние на андрогенную функцию семенников, которое индуцируется феромонами самки и опосредуется вомероназальной системой самца (Wysocki, Lepri, 1991; Gore et al., 2000; Амстиславская, Храпова, 2002; Amstislavskaya, Popova, 2004; Koyama, 2004; James et al, 2006; Осадчук и др., 2008). Стимулирующий эффект самки на эндокринную функцию семенников наблюдается в течение короткого периода времени.
з;
Например, у самцов мышей через 20 минут после предъявления самки наблюдалось повышение уровня Т в крови, но к 60-ой минуте он уже не отличался от контрольных значений (Amstislavskaya, Popova, 2004). Если самцы мышей находились с самкой в течение недели, то уровень Т в крови также не отличался от контроля (Macrides et al., 1975; Bartke, Dalterio, 1975). Активация эндокринной функции семенников в ответ на кратковременное помещение самки зависит от генотипа животного (Осадчук, 1990; Amstislavskaya, Khrapova, 2002; James et al., 2006; Осадчук и др. 2008). В то же время не проводилось исследований, проясняющих эффекты длительного содержания самцов с самками на резервные возможности гормональной функции семенников. Поэтому представляло интерес, используя инбредные линии мышей, изучить у самцов различных генотипов влияние длительного содержания с самками на реакцию семенников к действию ХГ.
Для исследования генетических и физиологических аспектов
социального доминирования предложены различные
экспериментальные этологические модели. В нашем институте было разработано несколько моделей с использованием инбредных линий мышей (Осадчук, Науменко, 1981; Науменко, Осадчук и др., 1983; Брагин и др., 2006). Например, изменение уровня Т в крови при формировании и поддержании доминантно-субординантных отношений изучалось на генетически гетерогенных микропопуляциях, состоящих из 6 самцов мышей разных генотипов (Осадчук, Науменко, 1981; Науменко, Осадчук и др., 1983). Широко используется модель социальной иерархии, состоящая из 4-5 самцов и 2 самок крыс, содержащихся в условиях, приближенных к естественным (Blanchard et al., 1995; Tamashiro et al., 2005). Недостатком таких моделей является большое количество животных в социальной группе, что затрудняет мониторинг поведения и четкое определение социального ранга каждой особи, или делает невозможным анализ генетических эффектов. Наиболее простой и перспективной моделью для изучения эффектов генотипа и социального статуса на эндокринную функцию семенников у лабораторных мышей представляется генетически гетерогенная этологическая модель социальной иерархии, состоящая из 3-х особей: 2-х самцов и самки. Модель имитирует основную социальную ячейку сообщества мышей, которая как минимум имеет разнополый состав, с другой стороны генетическая гетерогенность самцов дает возможность изучить эффект генотипа.
Цель исследования. Исследовать взаимосвязь генетических и социальных факторов в модуляции гормонального потенциала семенников в условиях in vivo у лабораторных мышей.
Задачи исследования.
-
Провести оценку гормональной реакции семенников на действие ХГ in vivo у мышей 8 инбредных линий A/Sn, CBA/Lac, С57В1, CC57Br, DBA, GR, РТ и YT.
-
Изучить особенности формирования гормональной реакции семенников на введение ХГ in vivo самцам мышей инбредных линий РТ и CBA/Lac в зависимости от дозы препарата, времени, прошедшего после его введения и генотипа животных.
-
Исследовать генотип-зависимые изменения тестикулярного ответа на действие ХГ у самцов мышей инбредных линий CBA/Lac и РТ при длительном (5 дней) содержании с самкой.
-
Изучить влияние социальной иерархии на реакцию семенников к действию ХГ in vivo у мышей инбредных линий CBA/Lac и РТ в зависимости от генотипа.
Положения, выносимые на защиту.
-
Введение ХГ in vivo самцам мышей инбредных линий выявляет генотипические различия в гормональном потенциале семенников и указывает на генетическую предрасположенность к индивидуальной реакции на данный стимулятор тестикулярного стероидогенеза.
-
Особенности формирования гормональной реакции семенников на введение ХГ in vivo зависят от генотипа. Выраженная ХГ-зависимая активация тестикулярного стероидогенеза у мышей инбредных линий, выявляющая межлинейные различия в гормональном потенциале семенников, наблюдается при введении 10 ME ХГ спустя 120 мин после введения препарата.
-
У самцов мышей инбредных линий РТ и CBA/Lac при длительном (5 дней) содержании с самкой происходит повышение гормональной реакции семенников на введение ХГ в зависимости от генотипа самца.
-
Условия социальной иерархии модифицируют гормональную функцию семенников. У самцов мышей инбредных линии РТ и CBA/Lac наблюдается снижение реакции семенников на введение ХГ. Направленность и выраженность изменений базальных гормональных параметров зависят от генотипа и социального статуса самца.
Научная новизна. Используя набор инбредных линий мышей, впервые показано, что при введении ХГ in vivo гормональная реакция семенников на этот препарат зависит от генотипа. У самцов мышей 8 инбредных линий показаны генотипические различия в реакции семенников на действие ХГ in vivo.
Впервые показано, что у самцов мышей инбредных линий РТ и CBA/Lac, не отличающихся по базальному уровню Т в крови и его содержанию в семенниках, генотипические различия по гормональной реакции семенников на введение ХГ обусловлены особенностями формирования гормонального ответа семенников. Максимальные уровень Т в крови и его содержание в семенниках у самцов линии CBA/Lac наблюдались при введении меньшей дозы ХГ и через более короткий промежуток времени по сравнению с РТ. Реакция семенников на введение одной и той же дозы препарата различалась - у самцов линии РТ она существенно превосходила таковую у CBA/Lac. У самцов мышей инбредных линий РТ и CBA/Lac введение XT in vivo в дозах 10 ME и выше через 120-240 мин вызывало активацию тестикулярного стероидогенеза, приводящую к выявлению межлинейных различий по гормональному потенциалу семенников.
Впервые установлено, что у самцов мышей инбредных линий РТ и CBA/Lac длительное (5 дней) содержание самца с самкой усиливает реакцию семенников к действию ХГ только у линии РТ, но не CBA/Lac, не изменяя при этом базальный уровень Т в крови и его содержание в семенниках.
С применением оригинальной экспериментальной модели социальной иерархии впервые установлено снижение стимулированного ХГ уровня Т в крови и его содержания в семенниках у самцов мышей инбредных линий РТ и CBA/Lac вне зависимости от социального ранга. Однако приобретение доминантного ранга у самцов линии РТ оказывало стимулирующее влияние на базальный уровень Т в крови и его содержание в семенниках.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическое значение работы состоит в получении новых фундаментальных знаний о гормональном ответе организма на классический стимулятор тестикулярного стероидогенеза - ХГ. Принципиальную теоретическую значимость имеет установление роли генотипа, а также взаимодействий между особями в
сообществе в формировании индивидуального фармакологического ответа на ХГ.
Выявленный генотип-зависимый эффект ХГ на тестикулярный стероидогенез может быть рекомендован к дальнейшему использованию в клинической и ветеринарной практике для прогнозирования фармакологического ответа на ХГ и разработки индивидуальных способов коррекции тестостерондефицитных состояний, что позволит повысить эффективность и безопасность его применения. Следует так же учитывать, что эффект ХГ на тестикулярный стероидогенез может быть модифицирован социальными условиями.
Результаты исследования используются в курсе лекций по
репродуктивной физиологии на кафедре физиологии, анатомии и
безопасности жизнедеятельности Новосибирского
государственного педагогического университета и могут быть использованы в других университетах биологического и медицинского профиля.
Апробация работы. Представленные в работе данные обсуждались на VI Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008), XLVII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2009), V Съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров (Москва, 2009), 12-th Rodens et Spatium The International Conference on Rodent Biology (Zonguldak, Turkey, 2010), XXI Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов работы, обсуждения, выводов, списка литературы, включающего 112 источников, в том числе 86 на английском языке, а также списка используемых в работе сокращений. Материал изложен на 90 страницах, содержит 13 рисунков и 3 таблицы.
