Избыток серотонина в организме мышей сделал их потомство любопытным

Российские ученые в составе международной команды изучили действие серотонина («гормона счастья») на формирование надпочечников у позвоночных животных, а именно грызунов. Оказалось, что при повышении его уровня в определенный период беременности у детенышей в надпочечниках формируется меньше клеток, вырабатывающих адреналин и норадреналин. Это изменение сделало 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 ее желез являются надпочечники — парные органы, которые располагаются 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 этих хромаффинных клеток 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 ученые, выяснил это.

Исследователи вводили беременным грызунам предшественник серотонина, который в организме матери и в плаценте преобразовывался в серотонин. Делали это на определенном этапе развития эмбриона, а именно — 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 проводили эксперименты с генетически модифицированными линиями животных, неспособными вырабатывать серотонин, и при помощи фармакологических препаратов изменяли активность соответствующих рецепторов. Наконец, авторы изучили, как изменилось поведение у детенышей самок с повышенным содержанием «гормона счастья» в организме, и исследовали пробы надпочечников у диких полевок 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, сохраняется у потомка 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 авторов, в диких популяциях полевок 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» еще не родившемуся потомку об условиях, с которыми он встретится после рождения: вокруг много сородичей, конкуренция велика и уже его поколению придется 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 детенышам. 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, старший научный сотрудник ИБР РАН.

«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 определенных типов злокачественных опухолей», — отмечает одна из авторов статьи и руководитель проекта по гранту РНФ Елена Воронежская, доктор биологических наук, руководитель лаборатории сравнительной физиологии развития ИБР РАН.

Исследование проведено сотрудниками Института биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН (Москва) вместе с российскими 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) в коллаборации с коллективами Каролинского института (Швеция), Медицинского университета Вены (Австрия) и международных научных институтов Германии, Чехии, Италии и Франции.