Введение к работе
Актуальность темы. Изучение механизмов обучения и памяти является (інтенсивно разрабатываемой междисциплинарной проблемой. Вклад генетики поведения состоит в выявлении и изучении генов, определяющих способность животных к обучению, формирование и свойства различных фаз памяти. Это необходимо для того, чтобы определить, насколько полными являются известные схемы молекулярных механизмов обучения и памяти и, обнаружив новые макромолекулы, играющие в этих механизмах существенную роль, заполнить имеющиеся пробелы. Исследования на дрозофиле, в силу наилучшей изученности этого модельного объекта среди других многоклеточных и наибольшего развития методов генетического манипулирования, прокладывают дорогу молекулярно-генетическим исследованиям обучения и памяти на млекопитающих и человеке.
Хотя наибольшее число мутаций по обучению и памяти получено именно у дрозофилы (Dudai, 1988; Heisenberg, 1989), было бы наивным полагать, что весь спектр возможных молекулярных дефектов уже исчерпан. В силу исторического развития методов искусственного мутагенеза и отбора поведенческих мутантов наиболее насыщенной мутациями по обучению оказалась Х-хромосома дрозофилы. Известен лишь один пример целенаправленного поиска аутосомных мутаций, нарушающих способность к ассоциативному обучению у дрозофилы, увенчавшийся обнаружением двух таких мутаций - latheo и linotte (Boynton.Tully, 1992; Dura et al., 1993). Поэтому дальнейшие попытки выявления новых аутосомных мутантов, дефектных по обучению и памяти весьма актуальны.
Цель и задачи исследования. Цель исследования состояла в выявлении новых аутосомных генов, определяющих обучение и память у дрозофилы. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-
Найти или разработать надежный тест на ассоциативную память с тем, чтобы его использование позволило отобрать мутантов как по самому процессу обучения, так и по различным фазам памяти.
-
Охарактеризовать фазы формирования памяти, которая определяется в данном тесте.
-
Охарактеризовать поведение в данном тесте уже известных мутантов по обучению и памяти - dunce (dnc), rutabaga (rut) и amnesiac (amn) с тем, чтобы далее сравнить его с поведением выделенных мутантов.
-
Используя Р-инсерционный мутагенез в системе с единственным Р-элементом, получить коллекцию мутантов, несущих Р-элемент в гомозиготном состоянии в одной из аутосом.
-
Провести скрининг коллекции Р-инсерционных мутантов на дефекты обучения и памяти.
6. Охарактеризовать более подробно выделенных предполагаемых мутантов по обучению или памяти: а) проследив динамику формирования памяти (или динамику обучения, если мутация затрагивает сам процесс обучения); б) изучив способность мутантов к оперантному обучению.
Основные результаты исследования и их новизна. На основе умовнорефлекторного подавления ухаживания разработан надежный тест на ассоциативную Память, который можно применять в сроки, существенно большие (до 8 часов после обучения), чем это возможно по исходному методу (Siegel, Hall, 1979).
Впервые при исследовании обучения на дрозофиле использован метод напоминания, что позволило доказать правомерность применения используемого теста как теста на ассоциативную память.
Охарактеризованы фазы формирования ассоциативной памяти, образуемой при условнорефлекторном подавлении ухаживания. Впервые показана зависимость образования следа консолидированной памяти от синтеза белка у Drosophila melanogaster для форм обучения, не связанных с повторением сеансов тренировки через достаточно большие интервалы.
Проведен скрининг коллекции Р-инсерционных мутантов, несущих ин-серцию Р[1ас\у*]-вектора в гомозиготном состоянии в одной из аутосом.
Выделены три новых мутанта, у которых возможно выработать как классический, так и инструментальный условные рефлексы, но отличающихся от мух дикого типа динамикой памяти. У двух из них последняя обнаруживает сходство с динамикой памяти у известного мутанта по краткосрочной памяти - rut. Третий мутант нуждается в более подробном изучении, для выяснения вопроса о том, какую из фаз памяти затрагивает мутация. Четвертый выделенный мутант оказался неспособным ни к одной из двух использованных форм обучения. У него выявлены отклонения в структуре ритуала ухаживания и дефект ольфакторного восприятия.
Теоретическая значимость работы определяется тем, что она создает предпосылки для выяснения роли новых макромолекул в механизмах обучения и памяти, для дальнейшего генетического расчленения различных форм и фаз памяти. Кроме того, имеющиеся данные о существенной гомологии генов, зкспрессирующихся в мозге человека и нервной системе дрозофилы, позволяют надеяться, что результаты подобных исследований внесут свой вклад в выяснение молекулярных механизмов обучения и у высших животных, включая человека, что определяет практическую значимость работы. К последней следует также отнести разработку надежного теста на ассоциативную память у дрозофилы, который уже широко используется в лаборатории сравнительной генетики поведения Института Физио-
логии им. И.П. Павлова РАН и в лаборатории М. Гейзенберга (Вюрцбург,
Германия). _ .,.! ,, . . v .
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доло
жены на региональной конференции международного общества нейробио-
логии беспозвоночных "Простые нервные системы" в 1994 году (Пущино);
на заседании лаборатории генетики животных кафедры генетики и селек
ции СПбГУ .в 1995 г.; на заседании секций генетики, зоологии и физиологии
человека и животных годичной научной конференции профессорско-
преподавательского состава Приднестровского Государственно-Корпора
тивного Университета в 1996 году (Тирасполь); на 1(Х1) Международном
совещании и школе по эволюционной физиологии в 1996 году (Санкт-
Петербург). ,,;..-
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из следующих разделов: введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой, литературы (137 наименований). Работа изложена на 116 страницах машинописного текста и содержит 12 таблиц и 17 рисунков.