Американские исследователи отредактировали ген окситоцинового рецептора моногамных степных полевок с помощью CRISPR. Нечувствительные к гормону грызуны не перестали привязываться к партнеру и заботиться о потомстве, но лактация самок ухудшилась.
Это противоречит предыдущим исследованиям, в которых фармакологическое блокирование рецепторов окситоцина нарушало способность полевок привязываться. Статья опубликована в Neuron.
Степные или желтобрюхие полевки (Microtus ochrogaster) моногамны, что не так часто встречается среди млекопитающих. Обычно после спаривания они образуют пару на всю жизнь, проводят друг с другом время, разделяют родительские обязанности и активно отвергают других представителей противоположного пола. Даже в ловушки, которые ставят ученые, чтобы отловить грызунов для поведенческих исследований, Microtus ochrogaster нередко попадают вместе со своим партнером, тогда как немоногамные виды полевок попадают в них поодиночке.
Считается, что подобная долгосрочная привязанность не развивается без сигналов окситоцина или его ортологов. У моногамных и немоногамных видов различается экспрессия окситоциновых рецепторов в областях мозга, важных для социальной привязанности. Кроме того, окситоцин контролирует также родительское поведение и лактацию. Исследования, в которых связывание окситоцина с его рецептором блокировали фармакологически, показали, что степные полевки перестают образовывать прочные пары, когда рецепторы окситоцина не работают.
Нейробиолог Нирао Шах (Nirao Shah) из Стэндфордского университета с коллегами решил проверить, действительно ли способность степных полевок образовывать пары зависит от работы окситоциновых рецепторов. С помощью молекулярных ножниц CRISPR они создали три разных мутантных линии полевок, у которых нет работающих рецепторов окситоцина.
Ученые сконструировали 8 малых направляющих РНК на основе консервативных последовательностей в экзоне 1 локуса рецептора окситоцина Oxtr. Две из этих направляющих РНК индуцировали нужные мутации — их ученые ввели их в виде рибонуклеопротеиновых комплексов Cas9 в одноклеточные эмбрионы. Эта стратегия дала 3 различных мутантных аллеля Oxtr, которые должны генерировать нефункциональный рецептор окситоцина, — Oxtr1, Oxtr4 и Oxtr5. Затем эти эмбрионы культивировали до стадии бластоцисты и переносили самкам полевок. Каждая самка родила одного или двух мутантных детенышей через 16 дней после переноса эмбрионов. С помощью меченого агониста к рецептору окситоцина ученые убедились, что рецептор у мутантных полевок действительно не работает.
Однако нечувствительные к окситоцину полевки все равно смогли образовывать пары. Ученые размещали вместе разнополых гомозиготных мутантных полевок и полевок дикого типа на семь дней — этого времени обычно достаточно для спаривания и формирования пары. После спаривания исследователи провели поведенческие тесты, в которых предлагали мутантным полевкам выбрать своего партнера по спариванию или другого незнакомого представителя противоположного пола. Оказалось, что все мутантные гомозиготный особи — и самцы и самки — проводят со своими партнерами значительно больше времени, чем с незнакомыми полевками, и даже проявляют к другим агрессию — то есть они так же сильно привязаны к своим партнерам, как и обычные полевки. Их поведение в этом смысле не отличалось от поведения полевок дикого типа, которых ученые тоже протестировали. Только самцы с мутантным аллелем Oxtr1 агрессировали в равной степени и на своих партнерш, и на других самок.
Кроме этого, мутантные полевки смогли не только выносить и родить потомство, но и выходить его: и самцы и самки демонстрировали обычное родительское поведение: прижимались к детенышам, вылизывали их и занимались грумингом, а самки — выкармливали. Исследователи ни разу не видели, чтобы детеныши находились в клетке вне родительского гнезда: это означает, что полевки возвращали отползших куда-то детенышей на место. Как показали более ранние исследования, мыши с нерабочими окситоциновыми рецепторами родительского поведения, напротив, не проявляют.
А вот на лактацию нечувствительность к окситоцину повлияла: выделение молока у мутантных полевок было ниже, чем у обычных. Из-за этого не все детеныши дожили до отлучения от груди, а те, кто выжил, были меньше обычных. То, что полевки вообще смогли выкармливать потомство, само по себе удивительно: в предыдущих исследованиях на мышах отключение рецептора окситоцина полностью блокировало лактацию. Возможно, это просто иллюстрирует межвидовые различия. Также авторы предполагают, что это может быть связано с большей генетической гетерогенностью полевок по сравнению с лабораторными мышами. Из-за инбридинга — близкородственного скрещивания — мыши могли стать более зависимыми от окситоцинового сигналинга.
Ученые пришли к выводу, что формирование социальной привязанности у степных полевок может происходить и без окситоцина. Но остается неясным, почему в предыдущих исследованиях, где рецепторы окситоцина блокировали медикаментозно, способность к социальным взаимодействиям у полевок нарушалась. Авторы предполагают, что фармакология не так точна, как генетическое редактирование: препараты могут связываться с несколькими рецепторами и нарушать работу не только окситоцина. Кроме того, в других исследованиях работу рецепторов подавляют уже у взрослых животных, а здесь авторы отключили ген у эмбрионов. По словам руководителя исследования, может быть, дефицит привязанности, лактации и родительского поведения маскируется у таких полевок с помощью каких-то компенсаторный путей.
Автор: Катерина Петрова