КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-76-10042

НазваниеИзучение роли кисспептина в регуляции репродуктивной функции Bos Taurus

РуководительШиряев Геннадий Владимирович, Кандидат сельскохозяйственных наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр животноводства - ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста», г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2024 

Конкурс№61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-204 - Животноводство

Ключевые словаГормональный профиль, кисспептин, кровь, коровы, воспроизводство, ферменты

Код ГРНТИ62.00.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на решение одной из фундаментальных проблем современной биологии, связанной с эндогенной гормональной регуляцией репродукции животных. Подобное углубленное исследование роли кисспептина в качестве одного из основных регуляторов репродуктивной функции коров (Bos Taurus), с учетом влияния других гормонов и генетической изменчивостью животных, будет проводится впервые. В настоящее время не вызывает сомнений, что в процессах активации, реактивации и поддержания функциональной активности репродуктивной функции животных важнейшим элементом является гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ), секретируемый нейронами гипоталамуса. Изменение уровня секреции ГнРГ, определяется совокупностью влияний ЦНС, характером питания животных, их генетикой, действием по принципу прямой-обратной связи различных гормонов и др. Среди этих факторов сравнительно недавно установлено прямое влияние гидрофобного белка кисспептина, который через стимуляцию гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы (ГГГС), изменяет активность половых желез посредством активации ГнРГ. Кисспептин, относящийся к семейству RF-аминопептидов, кодируется геном KISS1. Исследования показали, что кисспептин усиливает секрецию лютеинизирующего (ЛГ) и фолликулостимулирующего (ФСГ) гормонов. При этом, несмотря на доказанную значимость на других видах животных, практически нет научных работ с определением кисспептина и его влиянием на репродуктивную функцию коров. Поэтому, учитывая перспективу клинического применения, важно уточнить роль данного гормона в регулировании репродуктивной функции животных, находящихся на различных стадиях полового цикла. Центральное звено регуляции ГГГС представлено на гипоталамическом (ГнРГ) и гипофизарном уровне (ЛГ, ФСГ, пролактин). Периферическое звено – стероидпродуцирующими железами (гонады, надпочечники), которые синтезируют и секретируют тестостерон, эстрогены, прогестерон и кортизол, а также рядом других органов и тканей, продуцирующих ряд важнейших для регуляции репродуктивной функции гормонов (дофамин, лептин, инсулин, грелин и др.). Поэтому в рамках изучения кисспептина, в качестве одного из главных факторов регуляции воспроизводительной функции, важно уточнить влияние гормонов, оказывающих прямое и опосредованное воздействие на синтез ГнРГ, а также ФСГ и ЛГ. Задачами проекта будут детальный анализ динамики компонентов гормональных систем, влияющих на репродуктивную функцию коров (Bos Taurus) в предотельный и послеотельный периоды. В рамках проекта также будут проведены комплексные исследования, по выявлению ассоциаций вариантов генетического полиморфизма гена KISS1 (SNP, инсерции, делеции, гаплотипы) c показателями эндогенной гормональной регуляции и репродуктивными показателями коров. В результате будет предложена дополненная модель эндогенной гормональной регуляции репродуктивной системы коров с учетом влияния кисспептина. В настоящее время эта задача никем не реализована. Основным итогом работ данного проекта станет также идентификация новых биомаркеров для направленной селекции для улучшения воспроизводительных качеств коров.

Ожидаемые результаты
Проект ориентирован на внедрение передовых биохимических, генетических, репродуктивных и клинико-диагностических методов эффективного размножения высокопродуктивных коров. В результате выполнения проекта будут получены следующие результаты: 1. В ходе выполнения данного проекта будет получена новая информация о динамике кисспептина, как одного из основных гормонов, регулирующих репродуктивную функцию коров в зависимости от уровня воспроизводства и продуктивности животных. 2. Охарактеризованы эндокринные регуляторные системы, оказывающих прямое и опосредованное влияние на репродуктивную функцию коров: гипоталамо-гипофизарно-гонадная и гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальная оси, рассмотрены тиреоидная и соматотропные составляющие. Уточнено функциональное значение ряда гормонов и их соотношений (гонадотропин-рилизинг гормон, прогестерон, тестостерон, эстрадиол, ФСГ, ЛГ, пролактин и др.). Гормональное профилирование будет проведено методом иммуноферментного анализа (ИФА). 3. Установлены ассоциации вариантов генетического полиморфизма (SNP, инсерции, делеции, гаплотипы) с эндокринологическими и биохимическими показателями. 4. Предложена концепция в качестве основы для разработки новых методов гормональной регуляции животных для стимуляции половой охоты. Экспериментальные данные и результаты, полученные в ходе реализации проекта, будут использованы как в России, так и за рубежом, для последующего более глобального изучения эндокринной системы коров и практического внедрения биохимических и генетических методов для создания высокопродуктивных стад в области молочного скотоводства. Ожидаемые результаты обширного исследования взаимосвязи геномного и гормонального профиля станут одними из первых в мире для исследований подобного рода. Полученные данные и освоенные методы могут быть использованы исследователями для изучения других пород и видов животных. Практическая значимость проекта заключается в существенном увеличении уровня знаний о влиянии кисспептина и подконтрольных ему гормонов для создания новых воспроизводственных технологий, связанных с гормональной регуляцией.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В рамках реализации проекта в 2021-2022 гг. проведена исследовательская работа с получением первых данных в рамках 3 опытов. В первом опыте впервые исследована динамика кисспептина в рамках полового цикла у коров-первотелок и коров 2-3 лактации. Установлено, что на протяжении полового цикла у коров-первотелок и коров 2-3 лактации отмечена в целом схожая динамика по кисспептину. За 4 дня до овуляции происходило повышение концентрации кисспептина с последующим снижением к овуляции, практически до одного минимального уровня с последующим постепенным повышением к 4 дню после овуляции. Затем происходит снижение к 6 дню и повышение к 12 дню. В дальнейшем наблюдались отличия: в группе коров-первотелок происходило повышение с 6 дня до максимального значения на 16 день 254,00±75,34 пг/мл, в группе коров 2-3 лактации максимальное значение зафиксировано на 12 день после овуляции – 203,76±28,26 с последующим постепенным снижением концентрации кисспептина. Анализируя графики по кисспептину и эстрадиолу можно отметить обратную зависимость – чем выше уровень эстрадиола, тем ниже концентрация кисспептина. В случае кисспептина привлекли внимание 4 точки взятия крови: 2 день до овуляции; 4 и 12 день после овуляции. В эти дни, как у коров-первотелок, так и у коров 2-3 года отела зарегистрированы высокие уровни концентрации гормона (-2 день: 235,16±56,47 пг/мл и 188,36±18,94 пг/мл; 4 день: 221,05±27,55 пг/мл и 197,23±31,00 пг/мл; 12 день 224,69±66,90 пг/мл и 203,76±28,26 пг/мл, соответственно). На 16-ый день в группе коров 2-3 лактации отмечено снижение концентрации кисспептина с пиком гормона в группе коров-первотелок. Эта разница зафиксирована достоверной (P≤0,05). Во 2-ом опыте, впервые изучена динамика кисспептина за 33 дня (10 дней до отела и 23 дня после отела). Можно отметить, что у коров-первотелок уровень гормона до отела был ниже в сравнении с коровами 2-3 лактации. У данных животных максимальное значение зафиксировано за 11 дней до отела – 511,24±87,18 пг/мл. Обращает на себя внимание снижение уровня кисспептина в обоих группах в предотельные дни. После отела динамика в целом была схожей с более высокими значениями у коров 2-3 лактации. Обращает на себя внимание то, что коровы-первотелки раньше пришли в охоту в сравнении с коровами 2-3 лактации у которых восстановление цикличности происходило дольше. В качестве важных точек взятия образцов крови согласно данным можно ориентироваться на 13 день после отела, т.к. в этот день зарегистрировано повышение уровня эстрадиола у коров-первотелок и изменения в концентрации кисспептина и 21 день, в который у коров-первотелок произошло резкое повышение концентрации эстрадиола 308,34±305,39 пг/мл с одновременным снижением кисспептина 169,28±7,07 пг/мл. В 3-ьем опыте рассматривая результаты опыта по влиянию уровня кисспептина на репродуктивные показатели, можно отметить более высокую концентрацию кисспептина в группе коров-первотелок с индексом осеменения 2 практически на всем протяжении полового цикла. Показатель сервис-периода очевидно вследствие изначального разделения на группы по индексу осеменения ниже в первой группе: 90±13,07 дней и выше во 2-ой – в 163,25±21,84 дня (табл. 6). Однако животные второй группы реже приходили в охоту, что определило значительное повышение сервис-периода. Период добровольного ожидания в обоих группах составил около 70 дней. Обращает на себя внимание то, что есть совпадение возможных точек для взятия крови с животными первого опыта, но с различным уровнем концентрации кисспептина. К примеру, в первом опыте на 2 день до овуляции и 4, 12 дни после регистрировались повышения уровня кисспептина с различиями в зависимости от группы. В 3-ьем опыте на 2 день до овуляции (достоверные межгрупповые различия P≤0,05) и 4 день после фиксировалось снижение концентрации кисспептина в 1-ой группе (-2 день: 175,00±9,31 пг/мл и 295,32±13,74 пг мл; 4 день 187,23±6,95 пг/мл и 254,66±39,73 пг/мл, соответственно) случае кисспептина: 2 день до овуляции; 4 и 12 день после овуляции. В эти дни, как у коров-первотелок обоих групп зарегистрированы следующие уровни концентрации гормона (-2 день: 175,00±9,31 пг/мл и 295,32±13,74 пг/мл; 2 день: 219,89±17,76 пг/мл и 257,93±42,38 пг/мл; 12 день 187,23±6,95 пг/мл и 254,66±39,73 пг/мл, соответственно). Подготовлена статья. Данные представлены на конференциях.

 

Публикации


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В рамках реализации проекта в 2021-2022 гг. проведена исследовательская работа с получением первых данных в рамках 4 опытов. В первом опыте продолжилась работа по определению динамики кисспептина у коров-первотелок и коров 2-3 лактации на протяжении полового цикла. Отмечена схожая динамика изменения концентраций. Однако у коров 2-3 года отела в целом концентрации кисспептина были ниже. За 4 дня до овуляции у коров-первотелок происходило повышение концентрации кисспептина с 201,81±35,63 пг/мл к 221,12±27,65 пг/мл с последующим снижением к овуляции до минимального уровня с последующим постепенным повышением к 4 дню после овуляции (повышение с 153,05±26,53 пг/мл к 237,84±24,66 пг/мл за 4 дня после овуляции у коров-первотелок). Затем происходило снижение к 6 дню и постепенное плавное повышение к 12 дню. У коров 2-3 года отела в день овуляции зафиксирована не самая низкая концентрация 160,02±19,12 пг/мл, на 6-й и 16-й дни после овуляции отмечены самые низкие значения по кисспептину 146,50±32,89 и 143,04±29,33 пг/мл, соответственно. По динамике после овуляции наблюдались следующие отличия: в группе коров-первотелок происходило повышение с 12 дня до максимального значения на 16 день 255,13±32,85 пг/мл, в группе коров 2-3 лактации максимальное значение зафиксировано на 12 день после овуляции – 192,98±28,7 пг/мл с последующим постепенным снижением концентрации кисспептина. Важно отметить, что усреднение значений вследствие различной продолжительности эстрального цикла не всегда позволяет идентифицировать взаимовлияние гормонов, в частности кисспептина и эстрадиола. В наших исследованиях отмечено, что в 3-4 точках эстрального периода повышение 17β-эстрадиола сопровождалось снижением кисспептина. Перед овуляцией динамика кисспептина и 17β-эстрадиола снова начинали совпадать, что особенно заметно после снижения прогестерона в конце лютеальной фазы. Во-втором опыте продолжилось определение динамики кисспептина до отела и после отела у коров. Рассматривая динамику кисспептина за 33 дня (10 дней до отела и 23 дня после отела) можно отметить, что у коров-первотелок уровень гормона до отела был ниже в сравнении с коровами 2-3 лактации. У данных животных максимальное значение зафиксировано за 11 дней до отела – 511,25±106,78 пг/мл. Обращает на себя внимание снижение уровня кисспептина в обоих группах в предотельные дни. К моменту отела происходит снижение концентрации кисспептина в обоих группах с последующим постепенным повышением. После отела динамика в целом была схожей с более высокими значениями у коров 2-3 года отела. В третьем опыте изучена взаимосвязь различных концентраций кисспептина в крови и репродуктивных показателей. У животных с индексом осеменения более 1 (1-я группа) и равным 1 (2-я группа) происходило плавное повышение и снижение концентрации прогестерона без отличий в динамике. Пик концентрации прогестерона на 12 день лютеиновой фазы практически совпадал: в 1-й группе — 8,56±0,92, во 2-й — 8,94±0,74 нг/мл. При этом наблюдалось изменение концентрации 17β-эстрадиола: в группе с индексом осеменения, равным 1, уровень его был выше. На 10 день зафиксировано достоверное различие по данному показателю (P<0,05) между 1-й и 2-й группами. Уровень кисспептина, напротив, показал противоположную динамику. В группе коров с индексом осеменения, равным 1, уровень кисспептина был ниже. На 12-й и 16-й дни зафиксированы достоверные различия (P<0,05). Полученные нами данные также показывают схожесть динамик концентраций кисспептина и 17β-эстрадиола. При этом в определенные дни лютеиновой фазы при повышении уровня 17β-эстрадиола происходило понижение концентрации кисспептина. В группе животных с индексом осеменения выше 1 это отмечено с 8-го по 12-ый день лютеиновой фазы, во второй группе — с 10-го по 14-ый день. В дальнейшем динамика вновь становится схожей. Уровень 17β-эстрадиола у коров с индексом осеменения более 1 был ниже, чем у особей с индексом осеменения, равным 1. В четвертом опыте впервые изучена динамика концентрации кисспептина в каждый триместр стельности коров. Отмечено, что самые высокие значения зафиксированы с окончания второго триместра на 182-ой день стельности (376,14±88,39 пг/мл) и в начале третьего триместра на 224-ый и 238-й дни стельности (325,94±73,18 и 313,71±7,27 пг/мл, соответственно). К окончанию стельности отмечено снижение концентрации. Дополнительно изучена концентрация кисспептина и стероидных гормонов в зависимости от наличия эмбриональной смертности к 30-му дню после осеменения. У животных с нормальным течением стельности отмечено снижение уровня кисспептина с 230,57±18,27 пг/мл на 14-й день в сравнении с 28-м днем после осеменения – 204,94±38,27 пг/мл. При этом концентрация эстрадиола повысилась с 49,66±9,68 до 70,26±14,48 пг/мл. Во-второй группе напротив уровень кисспептина и эстрадиола не изменился и в среднем остались практически на одном уровне. Уровень прогестерона в первой группе на 14-й день после осеменения в первой группе достоверно был выше по сравнению со второй группой 35,17±4,27 и 17,50±2,09 нмоль/л, соответственно. В первой группе к 28-му дню после осеменения происходило снижение данного параметра, тогда как во-второй группе наоборот происходило повышение концентрации прогестерона. На 28-й день после осеменения в первой группе уровень кортизола был достоверно выше по сравнению со второй группой – 15,32±3,23 и 9,00±0,89 нмоль/л, соответственно.

 

Публикации

1. Ширяев Г. В., Притужалова А. О., Никитин Г. С., Ширяева Н. А., Ларкина Т. А. Концентрация кисспептина, 17β-эстрадиола и прогестерона в лютеиновую фазу эстрального цикла в связи с репродуктивными показателями коровы Молочное и мясное скотоводство, № 2, С. 51-54 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.33943/MMS.2023.52.60.010

2. Ширяев Г. В., Притужалова А. О., Никитина Г. С., Ширяева Н. А., Ларкина Т. А. Концентрация кисспептина, 17β-эстрадиола, прогестерона и кортизола в первый триместр стельности коров Международный вестник ветеринарии, - (год публикации - 2023)

3. Ширяев Г. В., Притужалова А. О., Никитин Г. С., Никиткина Е. В., Мусидрай А. А., Алексеева А. Ю. Влияние различных кисспептинов на репродуктивную функцию коров Bos Taurus Сельскохозяйственная биология, - (год публикации - 2023)