ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕРВНОЙ И ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМ В РЕГУЛЯЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Представления о взаимодействии нервной и эндокринной систем
в регуляции генетических процессов на уровне целого организма сложились в 50-60-х годах в исследованиях видного отечественного генетика М.Е. Лобашева и его последователей В.В. Пономаренко и
Н.Г. Лопатиной. Согласно данным представлениям, каждый генетический процесс в организме, начиная с клетки, протекает не
изолированно, а в тесной зависимости от других сопряженных с ним
процессов. Иначе говоря, он всегда находится под контролем ряда
соподчиненных систем, начиная от генной системы клетки, в которой этот процесс происходит, и далее — систем клеток, ткани, органа и, наконец, организма.
Каждая из систем реагирует на внешние по отношению к ней
факторы как целое. В результате такого контроля протекание различных генетических процессов в разных клетках организма в пределах созданных в эволюции механизмов оказывается адаптивным по отношению к внешней среде и взаимосвязанным для разных клеток и систем организма.
Ведущую роль в установлении взаимосвязи генетических процессов на уровне целостного организма играет взаимодействие нервной
и эндокринной систем. Это взаимодействие настолько согласованно,
что иногда говорят о единой нейроэндокринной системе, подразуме-
вая объединение нервной и эндокринной систем в процессах регуля-
ции жизнедеятельности организма.
Нейроэндокринная регуляция есть результат взаимодействия нервной и эндокринной систем. Она осуществляется благодаря влиянию высшего вегетативного центра мозга — гипоталамуса — на расположенную в мозге железу — гипофиз, образно именуемую «дирижером эндокринного оркестра». Нейроны гипоталамуса выделяют нейрогормоны (рилизинг-факторы), которые, поступая в гипофиз, усиливают (либерины) или тормозят (статины) биосинтез и выделение тройных гормонов гипофиза. Тройные гормоны гипофиза, в
свою очередь, регулируют активность периферических желез внутренней секреции (щитовидной, надпочечников, половых), которые в меру своей активности изменяют состояние внутренней среды организма и оказывают влияние на поведение.
Гипотеза нейроэндокринной регуляции процесса реализации генетической информации предполагает существование на молекулярном уровне общих механизмов, обеспечивающих как регуляцию активности нервной системы, так и регуляторные воздействия на хромосомный аппарат. При этом одной из существенных функций нервной системы является регуляция активности генетического аппарата по принципу обратной связи в соответствии с текущими нуждами организма, влиянием среды и индивидуальным опытом. Другими словами, функциональная активность нервной системы может играть роль фактора, изменяющего активность генных систем.
Экспериментальные доказательства в пользу гипотезы были получены в опытах на мышах. В частности, было установлено, что изменение генной активности в клетках роговицы глаза может возникать по условно-рефлекторному принципу, т.е. в ответ на условный сенсорный стимул, ранее связанный с болевым раздражителем.
Схема эксперимента была такова. У мышей вырабатывали оборонительный условный рефлекс на световой сигнал, подкрепляемый электрическим током. Под действием электрического тока в роговице глаза уменьшается частота делений ядра клетки (митозов) и вызванных рентгеновским излучением структурных изменений (аберраций) хромосом. После выработки условного рефлекса изолированное действие условного раздражителя (светового стимула) вызывало изменения показателей, характеризующих уровень митозов в клетке и частоту хромосомных аберраций, аналогичные действию тока. Предъявление дифференцировочного раздражителя (стимула, близкого по своим параметрам к условному) не оказывало влияния ни на частоту митозов, ни на частоту хромосомных аберраций.
Регулирующую роль нервной активности в реализации генетической информации подтвердили также исследования Л.В. Крушинского с сотрудниками. Они установили, что проявление ряда генетически детерминированных поведенческих актов зависит от уровня возбуждения ЦНС. Экспериментально была выявлена отчетливая
положительная связь между общей возбудимостью животного, проявлением и степенью выраженности генетически обусловленных оборонительных рефлексов у собак. Иначе говоря, при низкой возбудимости нервной системы определенные генетически детерминированные формы поведения могут и не обнаруживаться, но они проявляются по мере повышения нервной возбудимости.
О регулирующем влиянии уровня активности мозга на процессы
реализации генетической информации свидетельствуют, кроме того,
прямые корреляции между содержанием РНК в нейронах и уровнем
возбуждения нервной системы. Во многих исследованиях было показано, что сенсорная стимуляция, обучение, двигательная тренировка и другие воздействия, повышающие возбудимость нервной системы, сопровождаются увеличением содержания РНК в нервной ткани. Установлено также, что экспрессия генов у животных может меняться в зависимости от степени информационного разнообразия окружающей среды: она тем выше, чем более обогащенной в ходе развития является среда.
Таким образом, имеются основания полагать, что нервное возбуждение, вызванное воздействиями среды, может существенно влиять на активность генов клеток, тканей, органов и организма в целом.
Главным, хотя, возможно и не единственным, звеном, осуществляющим взаимодействие между ЦНС и генетической системой, являются гормоны. Во-первых, уровень активности гормонов зависит от функционального состояния ЦНС. Как уже отмечалось, взаимодействие гипоталамуса и гипофиза обеспечивает ЦНС возможность влиять на уровень гормонов, которые производятся железами внутренней секреции (надпочечниками, щитовидной, половыми). Во-вторых, гормоны рассматриваются как специфические индукторы функциональной активности генов. Экспериментально установлена возможность гормональной регуляции экспрессии и активности генов.
Гормоны выступают в качестве посредников в регуляции транскрипции генов. Иначе говоря, гормоны, хотя, возможно, и не только они,
служат материальным связующим звеном между ЦНС (мозгом) и генной системой организма.
Особенно наглядно роль гормонов в регуляции генной активности
выступает в исследованиях влияния эмоционального стресса на генетические процессы.
Стресс представляет собой неспецифическую реакцию, обусловливающую привлечение энергетических ресурсов для адаптации организма к новым условиям. При действии стрессогенного стимула сигналы из анализаторных отделов коры поступают в гипоталамус. Гипоталамус передает сигнал гипофизу, в результате чего возрастает синтез гормонов и их выброс в кровь. Существуют три основные «эндокринные оси», участвующие в реакциях такого типа: адрено-кортикальная, соматотропная и тироидная. Они связаны с активизацией надпочечников и щитовидной железы. Показано, что эти
оси могут быть активизированы посредством многочисленных и разнообразных психологических воздействий.
В работах видного генетика Д. К. Беляева и его сотрудников установлено, что у мышей под воздействием эмоционального иммобилизационного стресса, т.е. стресса, вызванного ограничением движения, существенно изменяется способность к воспроизведению потомства. Причем, как оказалось, мыши различных генетических линий по-разному реагируют на стресс. Об этом свидетельствует тот факт, что при сравнении показателей воспроизводства в обычных условиях и при стрессе меняются ранги животных разных генотипов в отношении воспроизводительной функции. Иными словами, животные, более продуктивные в обычных условиях, становятся менее продуктивными при стрессе, и наоборот. Следовательно, стресс изменяет внутрипопуляционную генетическую изменчивость, и селективная ценность животных разных генотипов в нормальных условиях и при стрессе оказывается неодинаковой.
Установлено также, что эмоциональный стресс влияет на частоту
рекомбинационного процесса, а также на индукцию доминантных
аллелей. В прямых исследованиях продемонстрировано влияние гормонов коры надпочечников (кортикостероидного комплекса) на экспрессивность и проявляемость (пенетрантность) некоторых конкретных генов у мышей. Имеются также доказательства влияния некоторых гормонов, в первую очередь стероидов, на активность генома в мозге. Исследователи полагают, что возникшие при стрессе под влиянием гормонов изменения генной активности могут наследоваться.
По мнению Д. К. Беляева, совокупность этих данных свидетельствует о наличии прямой и обратной связи между мозгом и генами.
Ключевая роль здесь принадлежит стрессу, играющему роль внутреннего механизма регуляции наследственной изменчивости и эволюционного процесса. По отношению к организму как к целому стресс выступает в качестве фактора, изменяющего активность генома. Стрессирование модифицирует и интегрирует деятельность четырех уровней: генного, эндокринного, нервного и психического. С точки зрения Д.К. Беляева, эмоциональный стресс является важнейшим регулятором активности генов не только в индивидуальном развитии, но и в эволюции.
