Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проект «Эффекты формирования мозга в ювенильный период на поведение во взрослом состоянии: исследование на ручных и агрессивных крысах и лисицах» ведётся биологами из новосибирского Института цитологии и генетики СО РАН. Исследование посвящено изучению связи между развитием мозга в детстве и агрессивным или дружелюбным поведением взрослых. В качестве модели взяты выведенные в институте крысы и лисицы, генетически ручные и генетически агрессивные. Это животные, которые были получены исключительно путём отбора по отношению к человеку. Много десятилетий их поведение передаётся по наследству – потомство появляется на свет уже ручным или агрессивным, соответственно. Исследование сфокусировано на процессах формирования нейронов (нейрогенезе) в гиппокампе – структуре мозга, участвующей в регуляции эмоций и формировании социальной и пространственной памяти. Кроме того, гиппокамп – это основная структура, в которой у взрослых продолжают образовываться новые нейроны. Исследователи предположили, что отбор на дружелюбное поведение должен был затронуть ферментативную систему ретиноевой кислоты, которая образуется из витамина А, и является сигналом к началу нейрогенеза. Основанием послужили данные о полногеномном анализе лисиц и начальные исследования ферментативной системы ретиноевой кислоты. Для проверки гипотезы в первый год работы проекта был поставлен эксперимент по изменению уровня нейрогенеза у ручных и агрессивных крыс. Требовалось установить, действительно ли при этом изменится поведение. Специально в рамках эксперимента были получены 3 группы ручных и 3 группы агрессивных крыс, которые ещё с грудным молоком с первых дней жизни и до 42-го дня получали нормальную, обогащённую и обеднённую диету по витамину А. Все три диеты были составлены из чистых компонентов, не содержащих бесконтрольные источники витамина А, которые содержит обычный корм из натуральных компонентов для лабораторных и сельскохозяйственных животных. Кроме того, в диете в качестве наполнителя использовали новый экономичный источник целлюлозы, мискантус «Сорановский» - злак, выведенный в Институте цитологии и генетики СО РАН. Взрослых крыс из всех шести групп животных протестировали на социальность и пространственное обучение. Оказалось, что обогащённая витамином А диета повысила социальность агрессивных крыс, они охотно общались с новыми животными. Тогда как на ручных крыс она почти не подействовала. Однако у ручных повысился интерес к любому новому объекту, не зависимо от того живой он или неживой. В пространственном обучении агрессивные крысы после диеты, обогащённой витамином А, быстрее находили убежище, тогда как на ручных витамин А не действовал – они независимо от диеты обучались лучше контрольных агрессивных крыс. Интересный эффект диеты, обеднённой витамином А, был замечен у агрессивных крыс. При тестировании долговременной памяти они совершали меньше ошибок (как ручные), чем другие агрессивные сородичи. Исследование экспрессии генов позволило предположить, что на фоне отсутствия витамина А ферменты начинают работать особенно сильно, нарабатывая недостающую ретиноевую кислоту. Также в первый год работы были проведены молекулярные исследования ферментативной системы метаболизма ретиноевой кислоты у крыс и лисиц. Полученные результаты вместе с данными поведенческих экспериментов подтвердили на текущем этапе проекта гипотезу о важной роли системы ретиноевой кислоты в формировании дружелюбного поведения. На следующих этапах эксперимента запланировано изучение эффекта изменения нейрогенеза на поведение лисиц при помощи витамина А.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проект «Эффекты формирования мозга в ювенильный период на поведение во взрослом состоянии: исследование на ручных и агрессивных крысах и лисицах» ведётся биологами из новосибирского Института цитологии и генетики СО РАН. Исследование посвящено изучению связи между развитием мозга в детстве и агрессивным или дружелюбным поведением взрослых. В качестве модели взяты выведенные в институте крысы и лисицы, генетически ручные и генетически агрессивные. Это животные, которые были получены исключительно путём отбора по отношению к человеку. Много десятилетий их поведение передаётся по наследству – потомство появляется на свет уже ручным или агрессивным, соответственно. Исследование сфокусировано на процессах формирования нейронов (нейрогенезе) в гиппокампе – структуре мозга, участвующей в регуляции эмоций и формировании социальной и пространственной памяти. Кроме того, гиппокамп – это основная структура, в которой у взрослых продолжают образовываться новые нейроны. Исследователи предположили, что отбор на дружелюбное поведение должен был затронуть ферментативную систему ретиноевой кислоты, которая образуется из витамина А, и является сигналом к началу нейрогенеза. Основанием послужили данные о полногеномном анализе лисиц и начальные исследования ферментативной системы ретиноевой кислоты. Для проверки гипотезы в первый год работы проекта был поставлен эксперимент по изменению уровня нейрогенеза у ручных и агрессивных крыс. Требовалось установить, действительно ли при этом изменится поведение. Специально в рамках эксперимента были получены 3 группы ручных и 3 группы агрессивных крыс, которые ещё с грудным молоком с первых дней жизни и до 42-го дня получали нормальную, обогащённую и обеднённую диету по витамину А. Все три диеты были составлены из чистых компонентов, не содержащих бесконтрольные источники витамина А, которые содержит обычный корм из натуральных компонентов для лабораторных и сельскохозяйственных животных. Исследования показали, что диета с изменённым содержанием витамина А действительно оказала влияние на нейрогенез в гиппокампе, а также имела отдалённый эффект на экспрессию гена SynDIG1, регулирующего развитие возбуждающих синапсов глутаматергической системы, главной системы-кандидата в регуляции ручного и агрессивного поведения при доместикации. Поэтому можно предположить, что обнаруженные эффекты гиппокамп-зависимого пространственного поведения у крыс связаны с обоими эффектами ретиноевой кислоты – влиянием на нейрогенез и нейрональную пластичность. Исследованные с помощью МРТ-сканирования объёмы мозга и гиппокампа показали уменьшение общего объёма у ручных лисиц, что соответствует исследованиям проведённым на многих видах домашних животных. Вместе с тем уменьшение объёма гиппокампа у ручных лисиц параллельно подобному же изменению у агрессивных по сравнению с неселекционированной группой лисиц. Кроме того, в сторону увеличения изменяется объём нижней (вентральной) части гиппокампа как у ручных, так и у агрессивных. Отбор и на ручное поведение и на агрессивное – это отбор на повышенную эмоциональность, хотя и с разным знаком по отношению к человеку, такое увеличение объёма может быть связано с тем, что эта часть гиппокампа ассоциирована во многом с регуляцией эмоциональности. Подобные же параллели ранее обнаружены и по другим морфофизиологическим признакам, что указывает на одинаковые эффекты отбора по поведению, независимо от его направления, и позволяет по-новому взглянуть на понятие доместикационного синдрома, включающего в себя скоррелированные последствия одомашнивания (например, изменение скелета и черепа, закрученные хвосты и т.д.). Широкое исследование экспрессии генов система ретиноевой кислоты в вентральном и дорзальном (верхней части) гиппокампе и его оболочке, в которой большей частью образуется ретиноевая кислота, позволили сформулировать гипотезу, согласно которой механизм изменения нейрогенеза в гиппокампе у взрослых ручных лисиц заключается в первую очередь в повышении пролиферации в субгранулярной зоне зубчатой извилины гиппокампа, а за счёт этого происходит увеличение количества зрелых нейронов. В противоположную сторону, изменение нейрогенеза у агрессивных происходит за счёт повышения дифференцировки, но уменьшения пролиферации по сравнению с ручными лисицами. Это, в итоге, должно приводит у агрессивных к меньшему уровню нейрогенеза, чем у ручных лисиц. У ювенильных ручных лисиц система ретиноевой кислоты, по-видимому, изменена в ту же сторону, что и у взрослых, но особенности её регуляции требуют дополнительных исследований. Кроме того, предложена пространственно-диффузионная гипотеза снабжения гиппокампа ретиноевой кислотой. Основная часть ретиноевой кислоты образуется в оболочке вентральной части гиппокампа, которая проникая в гиппокамп, снабжает дорзальную его часть по снижающемуся (в дорзальную сторону) градиенту концентрации. Этот градиент поддерживается ферментом деградации ретиноевой кислоты CYP26B1, который имеет свой обратный градиент – со снижением от дорзальной части к вентральной. Именно это (а также дополнительные внутригиппокампальные источники ретиноевой кислоты) позволяют осуществляться нейрогенезу равномерно по всей протяжённости дорзо-вентральной оси. Таким образом, система ретиноевой кислоты существенно изменена как у лисиц, так и у крыс, селекционируемых по эмоциональному поведению, и её экспериментальное изменение, как показано на крысах, приводит к изменению гиппокамп-зависимого поведения.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Проект «Эффекты формирования мозга в ювенильный период на поведение во взрослом состоянии: исследование на ручных и агрессивных крысах и лисицах» ведётся биологами из новосибирского Института цитологии и генетики СО РАН. Исследование посвящено изучению влияния особенностей развития мозга в детском возрасте на социальное (агрессивное или дружелюбное) поведение взрослых. В качестве модели использованы выведенные в институте крысы и лисицы, генетически ручные и генетически агрессивные. Это животные, которые были получены исключительно путём отбора по поведению, адресованному человеку. Много десятилетий их поведение передаётся по наследству – потомство появляется на свет уже ручным или агрессивным, соответственно. Исследование было сфокусировано на проведении экспериментов по содержанию лисиц на диете с повышенным содержанием витамина А и последующем анализе их поведения. Целью поведенческих экспериментов было установить, будет ли диета положительно влиять на социальное поведение, за счёт вероятного повышения нейрогенеза в ювенильный период, а также попытаться выявить влияние этих изменений в ювенильный период на гиппокамп-зависимое поведение, пространственную память, как это было показано у грызунов. Для выявления эффективности диеты был проведён анализ содержания витамина А тканях лисиц: было показано, что витамин А накапливается в печени, почках, и дорзальной части гиппокампа. Эксперименты по поведению по отношению к человеку в вольере, а также к другому самцу в тройной клетке выявили достоверные и однонаправленные изменения паттернов поведения – уменьшение количества и времени паттернов дружелюбного поведения, увеличение латентного периода первой регистрации аффилиативного поведения или отсутствия страха. В целом, по анализу видеозаписей поведения лисиц в тестах, можно сделать вывод, что, в отличие от крыс, обогащённая витамином А диета привела к противоположным ожидаемым результатам – к снижению аффилиативного поведения у ручных животных и повышению агрессивного и тревожного у агрессивных и неселекционированных. Запланированный эксперимент в Т-образном лабиринте на пространственную память показал, что лисицы в таком типе лабиринтов, в отличие от литературных данных на лемурах, не используют пространственных ориентиров, что вероятно может отражать их естественное поведение в норе, где отсутствуют источники освещения. Дальнейший анализ МРТ-изображений мозга взрослых лисиц и полученных в этот отчётный период МРТ-изображений ювенильных лисиц показал неравномерные изменения структур мозга. У взрослых ручных лисиц общий объём мозга, его длина, объём гиппокампа и миндалины меньше, чем у неселекционированных. Тогда как у агрессивных лисиц, объём вентральной части гиппокампа и его длины больше, чем у неселекционированных, а объём миндалины – меньше, также как у ручных. Таким образом, изменения мозга ручных лисиц в сторону уменьшения в целом соответствуют общим тенденциям у разных видов доместицированных животных. Тогда как снижение объёма миндалины у агрессивных животных, вероятно, может указывать на меньшую задействованность миндалины в агрессивных реакциях у агрессивных лисиц и, возможно, использование других центров агрессии, таких, например, как центр агрессии в гипоталамусе. Проведённое за отчётный период исследование метилирования ДНК участка на 3’-конце гена CYP26B1 в дорзальном гиппокампе лисицы подтвердил низкий уровень метилирования этого участка у ручных животных и высокий – у агрессивных и неселекционированных, что поддерживает предложенную ранее схему регуляции CYP26B1 через транскрипционный фактор С/Ebpβ, участвующий в нейрогенезе и консолидации долговременной памяти. Была исследована экспрессия генов, связанных с нейрогенезом, у ручных и агрессивных крыс 35-дневного возраста в гиппокампе. Проведенный анализ выявил существенные различия между шестью исследованными группами – агрессивными и ручными крысами, содержавшимися на контрольной, обеднённой и обогащённой диете по содержанию витамина А. Показано, что основной вклад в различия между ручными и агрессивными группами, делает экспрессия в гиппокампе генов Ascl3 и Spint1. Однако влияние диеты на эти дифференциально экспрессирующиеся гены не обнаружено. По-видимому, они не связаны с системой ретиноевой кислоты. В то же время, вклад в отличие контроля от групп с диетой, обогащенной витамином А, вносит увеличение экспрессии генов Cyp26b1 в гиппокампе. Таким образом, повышение концентрации витамин А в диете эффективно в ювенильный период развития и приводит к повышению экспрессии фермента деградации ретиноевой кислоты Cyp26b1. Показано, что диета, обогащенная витамином А, существенно изменяет систему нейрогенеза в ювенильный период развития, в отличие от обеднённой диеты. Таким образом, изменение нейрогенеза через систему ретиноевой кислоты в ювенильный период оказывает существенное влияние на когнитивное и социальное поведение у модельных животных, повышая социальность и когнитивные способности у агрессивных и тревожных животных. Однако высокая дозировка витамина А в этот период может оказывать противоположное действие как на агрессивных, так и на менее агрессивных или ручных животных.