Обучение и забывание у Drosophila melanogaster при полиморфизме по гену limk1
DOI:
https://doi.org/10.33910/2687-1270-2021-2-3-318-327Ключевые слова:
limk1, память, обучение, ремоделирование актина, цитоскелет, дрозофилаАннотация
В настоящее время нейродегенеративные заболевания (НДЗ) имеют весьма широкое распространение. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 2015 году деменция затронула 47 млн человек во всем мире, и, по прогнозам, эта цифра к 2030 году достигнет 75 млн, а к 2050 году — 132 млн. Нейрофизиологи во всем мире стремятся познать этиологию и патогенез НДЗ. Известно, что одной из причин возникновения нейрокогнитивных патологий является нарушение экспрессии гена limk1. Кроме того, согласно современным представлениям, основу интеллектуальных проблем при нейрологических повреждениях мозга составляет активное забывание, регулируемое сигнальным каскадом ремоделирования актина, ключевым звеном которого является фермент LIMK1. В работе проведен анализ формирования и динамики изменения краткосрочной и среднесрочной памяти у линий Drosophila melanogaster, полиморфных по гену limk1 (Canton-S, Oregon-R и agnts3). Полиморфизм по гену limk1 дрозофилы сказывается на содержании его продукта (мутант agnts3 характеризуется 2,5-кратным повышением содержания LIMK1 по сравнению с CS) и приводит к нарушениям поведения ухаживания и обучения. Результаты настоящего исследования двух линий дикого типа и мутанта agnts3 с измененной структурой гена limk1 показывают, что нарушения структуры данного гена могут являться причиной нарушения процессов обучения и забывания.
Библиографические ссылки
Asok, A., Leroy, F., Rayman, J. B., Kandel, E. R. (2019) Molecular mechanisms of the memory trace. Trends in Neurosciences, vol. 42, no. 1, pp. 14–22. https://www.doi.org/10.1016/j.tins.2018.10.005 (In English)
Brown, R. E. (2020) Donald O. Hebb and the organization of behavior: 17 years in the writing. Molecular Brain, vol. 13, no. 1, article 55. https://www.doi.org/10.1186/s13041-020-00567-8 (In English)
Cervantes-Sandoval, I., Chakraborty, M., MacMullen, C., Davic, R. L. (2016) Scribble scaffolds a signalosome for active forgetting. Neuron, vol. 90, no. 6, pp. 1230–1242. https://www.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.05.010 (In English)
Davis, R. L., Zhong, Y. (2017) The biology of forgetting — a perspective. Neuron, vol. 95, no. 3, pp. 490–503. https://www.doi.org/10.1016/j.neuron.2017.05.039 (In English)
Gao, T.-T., Wang, Y., Liu, L. et al. (2020) LIMK1/2 in the mPFC plays a role in chronic stress-induced depressive-like effects in mice. The International Journal of Neuropsychopharmacology, vol. 23, no. 12, pp. 821–836. https://www.doi.org/10.1093/ijnp/pyaa067 (In English)
Griffith, L. C., Ejima, A. (2009) Courtship learning in Drosophila melanogaster: Diverse plasticity of a reproductive behavior. Learning & Memory, vol. 16, no. 12, pp. 743–750. https://www.doi.org/10.1101/lm.956309 (In English)
Gu, J., Lee, C. W., Fan, Y. et al. (2010) ADF/cofilin-mediated actin dynamics regulate AMPA receptor trafficking during synaptic plasticity. Nature Neuroscience, vol. 13, no. 10, pp. 1208–1215. https://www.doi.org/10.1038/nn.2634 (In English)
Honjo, K., Furukubo-Tokunaga, K. (2005) Induction of cAMP response element-binding protein-dependent medium-term memory by appetitive gustatory reinforcement in Drosophila larvae. The Journal of Neuroscience, vol. 25, no. 35, pp. 7905–7913. https://www.doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2135-05.2005 (In English)
Huang, J., Sun, W., Ren, J. et al. (2020) Genome-Wide Identification and characterization of actin-depolymerizing factor (ADF) family genes and expression analysis of responses to various stresses in Zea Mays L. International Journal of Molecular Sciences, vol. 21, no. 5, article 1751. https://www.doi.org/10.3390/ijms21051751 (In English)
Jonides, J., Lewis, R. L., Nee, D. E. et al. (2008) The mind and brain of short-term memory. Annual Review of Psychology, vol. 59, pp. 193–224. https://www.doi.org/10.1146/annurev.psych.59.103006.093615 (In English)
Kaminskaya, A. N., Nikitina, E. A., Payalina, T. L. et al. (2012) Effect of the LIM kinase 1 isoform ratio on Drosophila melanogaster courtship behavior: A complex approach. Russian Journal of Genetics: Applied Research, vol. 2, no. 5, pp. 367–377. https://www.doi.org/10.1134/S2079059712050024 (In English)
Kaminskaya, A. N., Nikitina, E. A., Medvedeva, А. V. et al. (2015) The influence of gene limk1 polymorphism on learning and memory and distribution pCREB and aggregates formation in neuromuscular junctions of Drosophila melanogaster. Russian Journal of Genetics, vol. 51, no. 6, pp. 582–590. https://www.doi.org/10.1134/S1022795415060071 (In English)
Kamyshev, N. G., Iliadi, K. G., Bragina, J. V. (1999) Drosophila conditioned courtship: Two ways of testing memory. Learning & Memory, vol. 6, no. 1, pp. 1–20. PMID: 10355520. (In English)
Masse, N. Y., Rosen, M. C., Freedman, D. J. (2020) Reevaluating the role of persistent neural activity in short-term memory. Trends in Cognitive Sciences, vol. 24, no. 3, pp. 242–258. https://www.doi.org/10.1016/j.tics.2019.12.014 (In English)
Medina, J. H. (2018) Neural, cellular and molecular mechanisms of active forgetting. Frontiers in Systems Neuroscience, vol. 12, article 3. https://www.doi.org/10.3389/fnsys.2018.00003 (In English)
Medvedeva, A. V., Molotkov, D. A., Nikitina, E. A. et al. (2008) Systemic regulation of genetic and cytogenetic processes by a signal cascade of actin remodeling: Locus agnostic in Drosophila. Russian Journal of Genetics, vol. 44, no. 6, pp. 669–681. https://www.doi.org/10.1134/S1022795408060069 (In English)
Nikitina, E. A., Kaminskaya, A. N., Molotkov, D. A. et al. (2014) Effect of heat shock on courtship behavior, sound production, and learning in comparison with the brain content of limk1 in Drosophila melanogaster males with altered structure of the limk1 gene. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, vol. 50, no. 2, pp. 154–166. https://www.doi.org/10.1134/S0022093014020082 (In English)
Nikitina, E. A., Medvedeva, A. V., Gerasimenko, M. S. et al. (2017) Oslablennoe magnitnoe pole Zemli: vliyanie na transkriptsionnuyu aktivnost’ genoma, obuchenie i pamyat’ u Dr. melanogaster [Weakened geomagnetic field: Effects on genomic transcriptional activity, learning, and memory in Drosophila melanogaster]. Zhurnal vysshej nervnoj deyatelnosti im. I. P. Pavlova — I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity, vol. 67, no. 2, pp. 246–256. https://www.doi.org/10.7868/S0044467717020101 (In Russian)
Reiter, L. T., Potocki, L., Chien, S. et al. (2001) A systematic analysis of human disease-associated gene sequences in Drosophila melanogaster. Genome Research, vol. 11, no. 6, pp. 1114–1125. https://www.doi.org/10.1101/gr.169101 (In English)
Savvateeva-Popova, E. V., Zhuravlev, A. V., Brázda, V. et al. (2017) Drosophila model for the analysis of genesis of LIM-kinase 1-Dependent Williams-Beuren syndrome cognitive phenotypes: INDELs, transposable elements of the Tc1/Mariner superfamily and microRNAs. Frontiers in Genetics, vol. 8, article 123. https://www.doi.org/10.3389/fgene.2017.00123 (In English)
Siegel, R. W., Hall, J. C. (1979) Conditioned responses in courtship behavior of normal and mutant Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 76, no. 7, pp. 3430–3434. https://www.doi.org/10.1073/pnas.76.7.3430 (In English)
Smirnov, V. M. (2000) Nejrofiziologiya i vysshaya nervnaya deyatel’nost’ detej i podrostkov [Neurophysiology and higher nervous activity of children and adolescents]. Moscow: Academia Publ., 400 p. (In Russian)
Tully, T. (1996) Discovery of genes involved with learning and memory: An experimental synthesis of Hirschian and Benzerian perspectives. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 93, no. 24, pp. 13460–13467. https://doi.org/10.1073/pnas.93.24.13460 (In English)
Zamboni, F., Vieira, S., Reis, R. L. et al. (2018) The potential of hyaluronic acid in immunoprotection and immunomodulation: Chemistry, processing and function. Progress in Materials Science, vol. 97, pp. 97–122. https://www.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.04.003 (In English)
Zefirov, T. L., Ziyatdinova, N. I., Kyptsova, A. M. (2015) Fiziologicheskie osnovy pamyati. Razvitie pamyati u detej i podrostkov [Physiological bases of memory. Memory development in children and adolescents]. Kazan: Kazan Federal University, 40 p. (In Russian)
Zhuravlev, A. V., Nikitina, E. A., Savvateeva-Popova, E. V. (2015) Obuchenie i pamyat’ u drozofily: fiziologo-geneticheskie osnovy [Education and memory in drosophila: Physiological and genetic bases]. Uspekhi fiziologicheskikh nauk, vol. 46, no. 1, pp. 76–92. (In Russian)
Zhuravlev, A. V., Nikitina, E. A., Savvateeva-Popova, E. V. (2020) Rol’ kinureninov v regulyatsii povedeniya i protsessov pamyati u drozofily [Role of kynurenines in regulation of behavior and memory processes in Drosophila]. Integrativnaya fiziologiya — Integrative Physiology, vol. 1, no. 1, pp. 40–50. https://www.doi.org/10.33910/2687-1270-2020-1-1-40-50 (In Russian)
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2021 Екатерина Сергеевна Заломаева, Варвара Сергеевна Фалина, Анна Владимировна Медведева, Екатерина Александровна Никитина, Елена Владимировна Савватеева-Попова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.
Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.
