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