Взаимодействие нервной и эндокринной систем в регуляции генетических процессов

1. Тема 4. Взаимодействие нервной и эндокринной систем в регуляции генетических процессов

Психогенетика
Тема 4. Взаимодействие нервной и
эндокринной систем в регуляции
генетических процессов

2. Пути нейроэндокринной регуляции взаимосвязи генетических процессов на уровне целостного организма

В 50-60 г.г. в исследованиях М.Е. Лобашева и его
последователей В.В. Пономаренко и Н.Г. Лопатиной
сложились первые представления о взаимодействии
нервной и эндокринной систем в регуляции
генетических процессов. Был сделан вывод о том, что
каждый генетический процесс протекает в организме не
изолированно, а в тесной зависимости с другими,
сопряженными с ним процессами. Было показано, что
нейроэндокринной регуляции принадлежит ведущая
роль в установлении взаимосвязи генетических
процессов на уровне целостного организма.

3. Процесс нейроэндокринной регуляции

ГИПОТАЛАМУС
НЕЙРОГОРМОНЫ (РИЛИЗИНГ-ФАКТОРЫ)
ЛИБЕРИНЫ (УСИЛИВАЮТ РАБОТУ ГИПОФИЗА) И СТАТИНЫ
(ТОРМОЗЯТ)
ГИПОФИЗ
ТРОПНЫЕ ГОРМОНЫ ГИПОФИЗА
Деятельность желез внутренней секреции
ИЗМЕНЕНИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА
ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ

4.

• Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса
реализации генетической информации предполагает
существование на молекулярном уровне общих
механизмов, обеспечивающих как регуляцию
активности нервной системы, так и регуляторные
воздействия на хромосомный аппарат.
• Одна из существенных функций нервной системы –
регулирование активности генетического аппарата по
принципу обратной связи в соответствии с текущими
нуждами организма, влиянием среды и
индивидуальным опытом.

5. Исследования В.В. Пономаренко и Н.Г. Лопатиной в опытах на мышах

• Было показано, что изменение генной
активности (частоты митозов и
хромосомных аберраций) в клетках
роговицы глаза может возникать по
условно-рефлекторному принципу, т.е. в
ответ на сенсорный стимул (свет),
ранее связанный с болевым
раздражителем (электрическим током).

6. Исследования, выполненные Л.В. Крушинским и соавторами

• В 60 г.г. 20 века было установлено, что появление
ряда генетически детерминированных поведенческих
актов зависит от уровня возбуждения ЦНС. Показана
отчетливая положительная связь между общей
возбудимостью животного, а также проявлением и
степенью выраженности генетически обусловленных
оборонительных рефлексов у собак.
• Также были обнаружены прямые корреляции между
уровнем РНК в нейронах и уровнем возбуждения
ЦНС, т.е. сенсорная стимуляция, обучение и другие
воздействия, повышающие возбудимость нервной
системы, сопровождаются увеличением содержания
РНК в нервной ткани.

7. Исследования Л.В. Витвицкой, 1991г.

• Было показано, что экспрессия генов у
животных может изменяться в
зависимости от степени
информационного разнообразия
окружающей среды: чем более
обогащена среда, тем выше экспрессия
генов.

8. Исследования Л.В. Витвицкой, 1991г.

• Связующим звеном между ЦНС и
генной системой являются гормоны.
Роль гормонов в регуляции генной
активности выступает в исследованиях
влияния эмоционального стресса на
генетические процессы. Стресс –
неспецифическая системная реакция,
обусловливающая привлечение
энергетических ресурсов для адаптации
организма к новым условиям.

9. Что характеризует стресс:

• Стресс возникает в ответ на угрозу
целостности организма, в том числе и
нематериализовавшуюся.
• Стресс является защитноадаптационной реакцией.

10. Что характеризует стресс:

• Стресс характеризуется стадийностью:
- начало стресса – фаза тревоги. Энергозатратная
фаза, характеризуется напряжением всех функций, в
том числе и психических.
- вторая фаза – резистентность. Происходит
мобилизация оставшихся энергетических ресурсов,
усиление всех процессов, при этом сохраняется
относительно высокий функциональный уровень.
- третья фаза стресса – истощение. Подавление
психических и висцеральных функций.

11. Природа стресса

В основе стресса лежит принцип
редукции
физиологических
и
нейрохимических
механизмов.
При
стрессе наблюдается значительное
снижение сенсорных порогов (в том
числе и болевых) и минимизации
дисперсии вегетативных параметров.

12. Три базовые системы защиты при стрессе:

•стресс-реализующая (САС – симпатоадреналовая система)- выходит на пик
активности непосредственно вслед за стресссигналом, обеспечивая реализацию первой
фазы
стресса.
Продолжительность
ее
невелика
(минуты,
часы),
после
чего
наблюдается истощение нейрохимических
механизмов САС. Этот нейроэндокринный
комплекс
обеспечивает
активацию
висцеральных систем.

13. Три базовые системы защиты при стрессе:

• Норадреналин
и
адреналин
(гормоны
мозгового
вещества
надпочечников)
обспечивают
комплект
реакций
гиперэргического
типа
–
увеличение
катаболизма в тканях, усиление вентиляции
легких,
активизацию
сердечной
деятельности,
перераспределение
кровотёока в пользу скелетной мускулатуры,
сердца и мозга. Задача – обеспечить борьбу
или бегство.

14. Три базовые системы защиты при стрессе:

•стресс-потенцирующая
(ГГАС
–
гипоталамогипофизарно-адреналовая система)- нейроэндокринная
ось, которая запускается адренергическим сигналом и
обеспечивает
устойчивость
2
фазы
стресса,
поддерживая
сравнительно
высокий
уровень
энергетики
и
работоспособность
организма.
Большинство компонентов этой системы –пептиды,
обладающие
медиаторной
и
гормональной
активностью.
Так,
кортиколиберин
активирует
двигательную
и
поисковую
активность,
АКТГ
(адренокортикотропный гормон) стимулирует кору
надпочечников
и
стимулирует
запоминание.
Кортикостероиды ( в данной оси ) стимулируют
катаболизм.

15. Три базовые системы защиты при стрессе:

•стресс-лимитирующая (ЭОС – эндогенная опиоидная
система и система ГАМК) проявляет свою активность с
первых минут защитной реакции, ограничивая
избыточные эффекты двух первых систем. После того,
как они исчерпают свои возможности, ЭОС начинает
доминировать, предопределяя течение завершающей
стадии стресса. При этом наступает гипобиотическое
состояние,
которое
позволяет
экономить
энергетические ресурсы. Комплект морфиноподобных
пептидов (эндорфины, энкефалины, динорфины и др.)
с выраженным тормозным действием на большинство
систем организма, реализующимся через опиатные
рецепторы (в основном, пресинаптическое торможение)

16. Синдром Марфана

• Избыток адреналина в организме у человека
может привести к редкому заболеванию –
синдрому Марфана. Данный синдром,
помимо необычного внешнего вида (очень
длинные и тонкие конечности, короткое тело
при высоком росте) может обусловливать и
высокий уровень развития умственной
одаренности. Например, Авраам Линкольн,
Г.Х. Андерсен., К.И. Чуковский.

17. Исследования Д.К. Беляева

•Д.К. Беляев показал, что у мыши под
влиянием
эмоционального
иммобилизационного
стресса
существенно изменяется способность к
воспроизведению потомства.

18. Исследования Д.К. Беляева

• Мыши разных генетических линий по-разному
реагировали на стресс: при сравнении
показателей воспроизводства в обычных
условиях и при стрессе изменялись ранги
животных с разными генотипами в отношении
функции
воспроизводства,
т.е.
стресс
изменяет внутрипопуляционную генетическую
изменчивость
и
селективная
ценность
животных разных генотипов в нормальных
условиях и при стрессе оказывается
неодинаковой.

19. Исследования Д.К. Беляева

• Эмоциональный стресс влияет на частоту
рекомбинационного процесса, а также на
индукцию доминантных аллелей. Показано
влияние гормонов коры надпочечников
(кортикостероидного
комплекса)
на
экспрессивность
и
проявляемость
(пенетрантность) некоторых конкретных генов
у мышей. Имеются данные о влиянии
гормонов (стероидов) на проявления генома в
головном мозге.

20. Исследования Д.К. Беляева

• По-мнению Д.К. Беляева эти данные
свидетельствуют о наличии прямой и
обратной связи между мозгом и генами.
Ключевая роль в этом процессе
принадлежит стрессу, играющему роль
внутреннего
механизма
регуляции
наследственной
изменчивости
и
эволюционного
процесса.
Стресс
изменяет активность генома.

21.

• В
генетических
исследованиях
используются эксперименты с очень
удобным объектом – инфузориейтуфелькой. Используются вещества,
которые включают и выключают гены,
контролирующие
натриевый
и
кальциевый
обмен.
Чтобы
был
пейсмекер, необходим кальций (в
мембране должна работать кальциевая
проводимость).

22.

• При воздействии ацетилхолина включается
пейсмекер, который работает 1 час (это
означает,
что
нейрон
«задумался»).
Подобные исследования напоминают охоту –
исследователь ожидает, пока инфузория
наестся и ляжет отдыхать, в этот момент он
подкрадывается к отдыхающему животному с
микроэлектродом и … дальше можно
использовать
биологически
активные
вещества в сверхмалых дозах, которые и
контролируют кальциевую проводимость.

23. Выводы:

1.Стресс модифицирует и интегрирует деятельность
четырех уровней:
- генного;
- эндокринного;
- нервного;
- психического.
2. Эмоциональный стресс, т.о., является регулятором
активности генов в индивидуальном развитии и в
эволюции.

24. Литература:

1. Александров А.А. Психогенетика. С.-Пб.: Питер, 2004.
192 с.
2. Атраментова Л.А., Филипцова О.В. Введение в
психогенетику. М.: Флинта, 2004. 472 с.
3. Беляев Д.К., Бородин П.М. Влияние стресса на
наследственнность и изменчивость и его роль в
эволюции // Эволюционная генетика.- Л., 1982.- С.3559.
4. Беляев Д.К. Генетика, общество, личность// Фролов
И.Т. (отв. ред.) Человек в системе наук.- М., 1989.- С.
155-164.
5. Витвицкая Л.В. Сравнительный анализ функций
генома в клетках мозга при формировании
адаптивного поведения у животных разного уровня
онто- и филогенеза.- Автореф. дисс. докт. биол. Н.,
1991.
6. Крушинский Л.В. Формирование поведения животных
в норме и патологии.- М., 1960.

25. Литература:

7. Лопатина Н.Г., Пономаренко В.В. Исследование
генетических основ высшей нервной деятельности
// Физиология поведения. Нейробиологические
закономерности. Руководство по физиологии / Под
ред. А.С. Батуева,-Л., 1987.- С. 9-59.
8. Малых С.Б., Егорова М.С., Мешкова Т.А. Основы
психогенетики.- уч. пособие.- М.: «Епидавр», 1998,
742с.
9. Мертвецов Н.П. Гормональная регуляция экспрессии
генов. М., 1986. 207 с.
10. Парин С.Б., Полевая С.А. Особенности
преобразования информации при стрессе и шоке //
Нейроинформатика 2006. Восьмая всероссийская
научно-техническая конференция. Сборник
научных трудов. М., 2006 С. 165-171.
11. Эфроимсон В.П. Генетика гениальности. М.: Тайдекс
Ко, 2004. 376 с.