Dubravka Hranilović Zavod za animalnu fiziologiju,
PMF, Zagreb
Glodavci kao modeli za istraživanje neurobiološke
podloge ponašanja
Neurobiološka podloga ponašanja
?: - regije mozga - neurotransmitorski sustavi - geni
ponašanje
Modelni organizmi
Dobar animalni model: 1) osjetljiv na lijekove koji se koriste u modelnom stanju 2) odgovor na podražaj identičan ljudskom 3) ista fiziološka osnova promatranog ponašanja
• genske i farmakološke manipulacije
• mozak ↔ tjelesna tkiva
• standardizacija uvjeta
Bihevioralni modeli
• Caenorhabditis elegans - jednostavan živčani sustav, pokazuje određene oblike ponašanja
• Drosophila melanogaster - prve bihevioralne mutante nakon tretmana mutagenom
• Danio rerio - neuroembriogeneza, utjecaj farmaka na ponašanje
• sisavci (glodavci primati)
Glodavci
Mus musculus i Rattus norvegicus
• genetički determinirana visoka emotivnost i socijalna hijerarhija
• ponašanje podložno učenju
• usporedba:
- različiti sojevi
- različite sublinije selektirane za neko svojstvo
- eksperimentalne i kontrolne životinje
Miš i štakor
• miš: poznati genom podložan manipulaciji
• štakor: ekstenzivna baza podataka ponašanja; veličina
• kratko gestacijsko vrijeme
• rano dostizanje spolne zrelosti
• veliki broj potomaka
• dostupnost velikog broja normalnih, mutantnih i srođenih sojeva
• dobar odgovor na proceduru superovulacije
Istraživanje genetičke podloge ponašanja
• pristup temeljen na genu
manipulacija specifičnim genom analiza fenotipa
• pristup temeljen na fenotipu
uočavanje interesantnog fenotipa identifikacija odgovornog gena
Pristup temeljen na genu
Geni kandidati:
- na temelju smještaja (homologne regije)
- na temelju fiziološke uloge (regulacija neurotransmisije, embrionalni razvoj mozga)
• pojačanje ekspresije gena
• prigušenje ekspresije gena
• potpuna inaktivacija gena
MIŠ
Pristup temeljen na fenotipu
• analize kvantitativnih svojstava (eng. Quantitative Trait Loci, QTL)
-polimorfizmi gena povezani s varijacijama u ponašanju između sojeva - usporedba fenotipova između različitih sojeva miševa ili štakora križanje
- analiza vezanosti (linkage analysis) u križancima korištenjem mikrosatelitnih biljega
MIŠ i štakor
• usmjerena genetička selekcija za neko svojstvo:
- bihevioralno (Tsukuba high- and low-emotional strain)
- farmakološko (Apomorphine-susceptible i non-susceptible rats; High-alcohol sensitive i Low-alcohol sensitive rats)
- biokemijsko (Wistar Zagreb 5HT-rat)
Pristup temeljen na fenotipu
miš i ŠTAKOR
• nasumična mutageneza
- nasumično stvaranje polimorfizama djelovanjem mutagena (N-etil-N-nitrozourea, ENU) točkaste mutacije u cijelom genomu
- novi aleli pojedinih gena
- potpuni ili djelomični gubitak ili dobitak funkcije, promjena razine ekspresije
- učinak najjači u spermatogonijama
Pristup temeljen na fenotipu
MIŠ
Ponašanje svojstveno svim sisavcima
1) SPONTANO - rezultat izlaganja životinje uobičajenoj okolini ili
promjenama u njoj neurološki i emotivni aspekti
2) UVJETOVANO - uvježbana reakcija na podražaj učenje i pamćenje
• regulirano neurotransmitorskim sustavima • u podlozi ekspresija (polimorfnih) gena
Spontano ponašanje - neurološko
Horizontalno i vertikalno kretanje
Ravnoteža i koordinacija
Spontano ponašanje - neurološko
Povezanost senzoričkog i motoričkog sustava
Ciklus budnost/spavanje
Spontano ponašanje - emotivno
Istraživačko ponašanje Tjeskoba Bespomoćnost
preuzeto iz Jahng et al. International Journal of Developmental Neuroscience,
30 (2012) 47-53
Spontano ponašanje - emotivno
Društvenost
preuzeto iz Crawley, Mental Retardation and Developmental Disabilities Research Reviews 10(2004)248–258
Uvjetovano ponašanje
• habituacija • klasično kondicioniranje treptaj
puhanje zvuk
nema treptaja
treptaj
zvuk puhanje
treptaj
puhanje zvuk
treptaj
preuzeto iz Krinke, G. J. (Ed.). (2000). The laboratory rat (1st ed., p. 756). London: Academic Press
• labirinti
Uvjetovano ponašanje – instrumentalno kondicioniranje
preuzeto iz Crawley, Mental Retardation and Developmental Disabilities Research Reviews 10(2004)248–258
Uvjetovano ponašanje- instrumentalno kondicioniranje
• Skinnerove kutije
preuzeto s http://www.simplypsychology.org/operant-conditioning.html
• kompleksan
• niz simptoma ENDOFENOTIPOVI
• zajednički za više bolesti, prisutni kod bliskih rođaka • svaki simptom posljedica mutacije jednog/malog broja gena • kombinacija mutacija ⇒ kombinacija simptoma ⇒ poremećaj
Poremećaj ponašanja
• SHIZOFRENIJA
• halucinacije, iskrivljena percepcija
• poremećaji: olfaktorne funkcije, pamćenja, socijalnog kontakta, senzoričke inhibicije motoričkog odgovora
MANIČNO-DEPRESIVNI POREMEĆAJ
• osjećaj krivnje, euforija
• anksioznost, bespomoćnost, promijenjena razina aktivnosti
Poremećaj ponašanja
• endofenotipovi se mogu proučavati na modelnom organizmu
• niz testova ponašanja nakon farmakološke ili genetičke manipulacije → model poremećaja ponašanja ljudi
• ispitivanje efikasnosti psihofarmaka u otklanjanju pojedinih simptoma istraživanog poremećaja
Poremećaj ponašanja