Мыши, запрограммированные на то, чтобы убегать от хищника или сражаться с соперником по спариванию в ответ на запах мочи, используют оптимизированную систему, которая посылает сенсорные сигналы в нейронные центры мозга, которым требуется всего несколько синапсов для быстрого запуска инстинктивного поведения. Для сравнения: визуальная система, на которую люди полагаются, чтобы почувствовать угрозу, должна обрабатывать гораздо больше переменных, обнаруживая края, цвета и контраст этого надвигающегося тигра, которого они видят, вместо того, чтобы вдыхать запах кошки — острый только для животных — прежде чем уйти прочь.У мышей социальное поведение также определяется этими химическими сигналами, называемыми феромонами. Ученые наблюдали различия в том, как мыши взаимодействуют со взрослыми, молодыми или новорожденными мышами, но они не знали, какие сенсорные сигналы позволяют мышам различать по возрасту.
В поисках новых феромонов, которые могут контролировать различное инстинктивное поведение мышей, исследователи во главе со Стивеном Либерлесом, доцентом кафедры клеточной биологии HMS, обнаружили феромон, обнаруживаемый только в слезах молодых мышей. Их эксперименты показали, что эта молекула, пептид экзокринной железы под названием ESP22, защищает препубертатных мышей от активности спаривания взрослых мышей-самцов. Исследование, опубликованное 2 октября в Nature, представляет собой первый шаг к детальному пониманию того, как сенсорная система может регулировать социальное поведение.
«Идентифицируя определенные феромоны и рецепторы, которые они активируют, вы получаете контроль над нейронными цепями, которые контролируют это инстинктивное поведение», — сказал Либерлес. «Идея состоит в том, чтобы создать набор различных феромонов, которые управляют различным поведением. Затем вы можете проанализировать, как обонятельная система избирательно направляет эти входные данные для реализации соответствующих поведенческих реакций».Исследователи изучили геномы мышей, чтобы определить гены, кодирующие феромоны. Они изучали, были ли включены гены феромонов у самцов и самок мышей разного возраста и физиологического состояния.
У взрослых мышей половые феромоны, производимые самцами, влияют на сексуальное поведение взрослых самок и агрессию самцов, но о феромонах молодых мышей известно меньше.Скрининг экспрессии генов обнаружил Esp22 не у новорожденных мышей, а в слезах молодых мышей. Ранее о ювенильных феромонах не сообщалось, и слезам уделялось гораздо меньше внимания, чем моче, которую намного легче собрать.
«Это сформировало то, как мы думали о том, что может делать ESP22», — сказал Либерлес.Чтобы лучше понять путь реакции, активируемый этой молекулой, ученые проследили его до сенсорных нейронов вомероназального органа (VNO), обонятельной структуры, которой нет у людей.
Ученые отметили, что взрослые мыши, у которых наблюдается дефицит сигналов в этом органе, демонстрируют повышенное сексуальное поведение по отношению к молодым мышам.Ученые также наблюдали, как взрослые мыши проявляют одинаковое поведение по отношению к двум линиям молодых мышей, которые не производят ESP22.
Но когда ESP22 был нанесен на этих молодых мышей, сексуальное поведение взрослых самцов существенно снизилось, что свидетельствует о том, что ESP22 является защитным феромоном.Дальнейшее отслеживание показало, что ESP22 активирует нейроны лимбической системы — области мозга, контролирующей инстинктивные побуждения: сексуальное поведение, агрессию и самозащиту. По словам Либерлеса, гораздо больше остается в неведении.«Мы хотели бы знать, что это за нейроны, как они сравниваются с другими нейронами лимбической системы и как они могут опосредовать реакции на другие типы феромонов и запахи хищников», — сказал он. «Мы также хотели бы найти рецептор, который улавливает эту реплику».
Мыши являются важными моделями для понимания человеческого поведения — конечной цели этой исследовательской программы, — но между ними есть важные различия. У людей нет ювенильного феромона, подобного ESP22. У них нет такого органа, как ВНО.
Они также не распознают запахи хищников, как мышь. Но люди действительно проявляют страх, агрессию и сексуальное поведение.«Многие из них похожи», — сказал Либерлес. «Мы используем мышь как модель для понимания человеческого поведения.
Эта работа позволяет изучить механизмы, лежащие в основе поведения».Лиза Стоуэрс, доцент молекулярной и клеточной нейробиологии в Исследовательском институте Скриппса в Сан-Диего, назвала исследование «убедительным и полным».
Хотя она возглавляет лабораторию, которая исследует аналогичные вопросы в полевых условиях, она не принимала участия в исследовании.«Это очень важная молекула для изучения схем мозга», — сказала она. «У нас нет особой обонятельной системы, которая есть у мышей, и у нас нет запахов, которые запускают поведение, но они запускают одно и то же место в мозге на протяжении всей эволюции».
Стоуэрс осторожно подходил к выводам о мышах в дикой природе по сравнению с мышами в лабораторных клетках, не говоря уже о том, чтобы прыгать от одного вида к другому. Что делает самец мыши, когда, например, его привлекает самка и в то же время он нюхает кошку?
«Имея эти сигналы, мы можем начать обнаруживать нейроны, которые они активируют, и спрашивать, что происходит в этом балансе между совокуплением и страхом», — сказала она. «Мы можем спросить, как модулируется это поведение, а в случае дисфункции — как оно не модулируется».По ее словам, ESP22 и другие молекулы, обнаруженные Либерлесом, предоставляют мощные инструменты для понимания того, как врожденное поведение формируется в мозге.
«Тридцать процентов людей принимают наркотики, чтобы управлять стрессом, тревогой и агрессией», — сказал Стоуэрс. Несмотря на то, насколько важно такое поведение, «мы не знаем, как оно вырабатывается в мозгу любого животного — ни червей, ни мух, ни мышей, ни людей. Это первый шаг, открывающий совершенно новые способы их изучения. . "