Избыток «гормона счастья» у беременных грызунов делает их детёнышей любознательными исследователями
Российские учёные в составе международной команды изучили действие серотонина на формирование надпочечников у грызунов. Оказалось, что при повышении его уровня в определённый период беременности у детёнышей в надпочечниках формируется меньше клеток, вырабатывающих адреналин и норадреналин. Это изменение делает грызунов менее агрессивными и тревожными, но более дружелюбными и любознательными — именно такие особи обеспечивают расширение ареала и миграцию в дикой природе. Аналогичный механизм регуляции размеров надпочечников выявлен и в развитии человека. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nature Communications.
Поведение позвоночных животных, включая человека, определяется не только активностью мозга: для быстрого принятия решений в критических ситуациях большое значение имеет также работа эндокринной системы. Одной из её желёз служат надпочечники — парные органы над верхней частью почек. В ответ на стрессовые факторы, например опасность или физическую нагрузку, клетки их внутреннего — так называемого мозгового — вещества выбрасывают в кровь адреналин и норадреналин. Именно от активности хромаффинных клеток мозгового вещества надпочечников зависит возможность организма быстро ориентироваться в ситуации и реализовывать защитную стратегию «бей или беги». В процессе дифференцировки из своих предшественников хромаффинные клетки формируют на поверхности белки-рецепторы к «гормону счастья» серотонину, однако до сих пор оставалось загадкой, что следует за активацией этих рецепторов. Международный коллектив, в который вошли российские учёные, выяснил это.
Исследователи вводили беременным грызунам предшественник серотонина, который в организме матери и в плаценте преобразовывался в серотонин. Делали они это на этапе развития эмбриона, когда происходит дифференцировка хромаффинных клеток. Затем авторы изучали ткани надпочечников потомства. В этом им помогли самые современные методы транскриптомики отдельных клеток, то есть исследования активности (экспрессии) генов, и различные биохимические и гистологические подходы. Также исследователи проводили эксперименты с генетически модифицированными линиями животных, неспособными вырабатывать серотонин, и при помощи фармакологических препаратов изменяли активность соответствующих рецепторов. Наконец, авторы изучили поведение детёнышей самок с повышенным содержанием «гормона счастья» в организме и исследовали пробы надпочечников диких полёвок Сибири, для которых характерны волны миграции.
Оказалось, что повышение уровня серотонина в критический период беременности и активация рецепторов у предшественников хромаффинных клеток приводит к уменьшению размера всего мозгового вещества надпочечников. В норме такой механизм отрицательной обратной связи не позволяет молодым клеткам избыточно делиться, и защищает организм от возникновения ряда злокачественных опухолей.
Размер мозгового вещества надпочечников, закладывающийся во время развития эмбриона, сохраняется у грызуна на всю последующую жизнь, а меньшее количество клеток секретирует меньшее количества гормонов, что существенным образом сказывается на поведении. Животные с малым размером мозгового вещества менее агрессивны и тревожны, зато более любознательны и дружелюбны. Как показали исследования, в диких популяциях полёвок именно такие животные обеспечивают миграцию вида, смену его ареала и освоение новых территорий.
Уровень серотонина в плаценте очень изменчив и чутко реагирует на внешние условия, в которых находится беременная мать. Физическая нагрузка, умеренный стресс, вызванный социальными контактами или недостатком пищи, приводят к его повышению, таким образом «сигнализируя» ещё не родившемуся потомку об условиях, с которыми он встретится после рождения: вокруг много сородичей, конкуренция велика и уже его поколению придётся осваивать новые места.
«Обнаруженный нами серотонин-опосредованный механизм, который регулирует число хромаффинных клеток надпочечников, раскрывает один из возможных путей эпигенетической, то есть обусловленной внешними факторами, передачи информации от матери к детёнышам. Он обеспечивает своего рода пренатальное программирование долгосрочных изменений в поведении потомков, что объясняет возникновение в процессе развития различных типов реакции на стресс», — говорит одна из соавторов исследования Виктория Мельникова.
«Дальнейшие исследования установят, каков вклад эпигенетического эффекта серотонина в изменчивость хромаффинных органов у диких и одомашненных животных по сравнению с генетическими факторами. Обнаружение рецепторов к серотонину на клетках-предшественниках позволит в перспективе разрабатывать новые стратегии лекарственной терапии определённых типов злокачественных опухолей», — отмечает одна из авторов статьи и руководитель проекта по гранту РНФ Елена Воронежская.
Исследование проведено сотрудниками Института биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН (Москва) вместе с коллегами из Национального медицинского исследовательского центра эндокринологии Минздрава России (Москва), Научно-исследовательского института фармакологии имени В.В. Закусова (Москва), Института цитологии РАН (Санкт-Петербург), Института трансляционной биомедицины (Санкт-Петербург), Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова (Москва), Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН (Москва), Каролинского института (Швеция), Медицинского университета Вены (Австрия) и международных научных институтов Германии, Чехии, Италии и Франции.