Половые различия в поведении мышей связаны с активностью генов в мозге
Исследование под руководством учёных из Stanford Medicine выявило важные различия в мозге самцов и самок мышей. Эти различия, вероятно, существуют и в мозге мужчин и женщин.
Учёные изучили четыре крошечные структуры в мозге мышей, которые программируют поведение, связанное с оценкой, ухаживанием, спариванием и агрессией. Такое поведение (например, быстрое определение пола незнакомца у самцов, восприимчивость к спариванию у самок и материнская защита) помогает животным размножаться и выживать потомству.
Анализируя ткань этих структур, обогащённую клетками, чувствительными к половым гормонам, учёные обнаружили более 1000 генов, активность которых существенно выше в мозге одного пола по сравнению с другим. Уровень активации генов определяет функции клетки.
Результаты, описанные в статье, которая будет опубликована 21 января в журнале Cell, помогают объяснить поведенческие половые различия у млекопитающих.
«Используя эти гены как точки входа, мы определили конкретные группы клеток мозга, которые управляют специфическим полотипичным поведением», — сказал старший автор исследования Нирао Шах, профессор психиатрии и нейробиологии.
Исследователи также выявили более 600 различий в уровнях активации генов у самок на разных стадиях эстрального цикла. (У женщин это менструальный цикл; мыши не менструируют.)
«Обнаружить в этих четырёх крошечных структурах мозга несколько сотен генов, чья активность зависит только от стадии цикла самки, было совершенно неожиданно», — отметил Шах.
Изученные структуры мозга общие для всех млекопитающих, включая человека. «Мыши — не люди, — сказал Шах. — Но можно ожидать, что аналогичные типы клеток мозга играют роль в нашем полотипичном социальном поведении».
Связь с неврологическими и психическими расстройствами
Некоторые из каталогизированных генов являются установленными факторами риска расстройств мозга, которые чаще встречаются у одного из полов. Из 207 генов, известных как факторы высокого риска расстройства аутистического спектра (которое в 4 раза чаще встречается у мужчин), 39 оказались более активными в мозге одного из полов: 29 у самцов, 10 у самок. Также были идентифицированы гены, связанные с болезнью Альцгеймера и рассеянным склерозом (оба чаще поражают женщин), как более активные у самок мышей.
Исследователи предполагают, что самцам нужно, чтобы некоторые гены работали усерднее, а самкам — другие, и что мутация в гене, требующем высокой активации, может нанести больше вреда.
«Частота мигреней, эпилептических припадков и психических расстройств может меняться в течение менструального цикла, — сказал Шах. — Наши находки различий в активации генов в течение цикла предполагают биологическую основу для этой вариативности».
Половые различия в поведении
Половые социальные поведения встроены в мозг животных в ходе миллионов лет эволюции. Например, самцы мышей быстро определяют пол незнакомца на своей территории и либо атакуют другого самца, либо начинают ухаживание за самкой. Самки проявляют материнскую, а не территориальную агрессию, защищая потомство. Их готовность к спариванию сильно зависит от стадии цикла.
«Эти базовые поведения необходимы для выживания и размножения и в значительной степени инстинктивны», — подчеркнул Шах.
Предыдущие попытки найти различия в активации генов между клетками мозга самцов и самок грызунов выявляли лишь около 100 генов. Группа Шаха обнаружила примерно в 10 раз больше — около 1000, плюс 600 генов, чья активность у самок меняется в зависимости от стадии цикла. В сумме это составляет 6% генов мыши, регулируемых полом или фазой цикла.
Поиск «иголок в стоге сена»
Методы команды Шах сравнил с поиском «иголок внутри иголок в стоге сена». Клетки, критически важные для полотипичного поведения, составляют, вероятно, менее 0.0005% всех клеток мозга мыши.
Исследователи сфокусировались на редких, но ключевых клетках, чувствительных к эстрогену (клетках с рецепторами к этому гормону). Эстроген есть и у самцов, но в меньших количествах. Уровни эстрогена и прогестерона у самок колеблются, как и соответствующее поведение. У мышей овуляция и максимальная половая восприимчивость (эструс, или «течка») отмечены пиками уровней гормонов, а противоположная фаза (диэструс) — их спадом.
Очистив ткань четырёх ключевых структур мозга, учёные обогатили популяцию клеток чувствительными к эстрогену клетками — «иголками». Сравнив самцов, самок в эструсе и диэструсе, они выявили 1415 генов с разными уровнями активности.
Эти клетки не были одинаковыми. В одной структуре — ядре терминальной полоски (BNST, есть и у человека) — их можно было классифицировать на 36 отдельных типов. Всего один из этих типов клеток оказался необходим для способности самцов быстро распознавать пол незнакомой мыши и вести себя соответственно.
В другой структуре — вентромедиальном гипоталамусе (VMH, также есть у человека) — было 27 типов эстроген-чувствительных клеток. «Выключение» работы всего одного из этих типов превращало самок, обычно заинтересованных в спаривании, в отвергающих ухаживания даже в период течки.
Эти типы клеток в BNST и VMH, регулирующие распознавание пола у самцов и половую восприимчивость у самок соответственно, и были «иголками внутри иголок». Функции остальных 35 типов клеток в BNST и 26 в VMH остаются загадкой.
«Вершина айсберга»
«Это, вероятно, лишь вершина айсберга, — сказал Шах. — В этих и других структурах мозга, скорее всего, существует гораздо больше полодифференцированных особенностей, если знать, как их искать».
Офис по лицензированию технологий Стэнфорда подал заявку на патент, связанный с интеллектуальной собственностью исследования.