Особенности экспрессии транскрипционного фактора с-Fos на разных этапах развития зрительной коры мышей

НИИ НФ им. П.К. Анохина РАМН, г. Москва, Россия

МФТИ, г. Долгопрудный, Россия

Критическим периодом называют временной промежуток в онтогенезе, во время которого развитие той или иной функции находится в зависимости от факторов внешней среды. Ключевым свойством критического периода является высокая пластичность структур мозга, вовлеченных в развивающуюся функцию. Этот процесс сопровождается модификацией активности целого набора генов [4]. Хорошо установленным фактом является вовлечение немедленных ранних генов, в частности c-fos и egr-1 ( zif268 ), в регуляцию пластических изменений во взрослом мозге [1]. Тем не менее, вопрос о роли этих генов в механизмах пластичности развивающейся нервной системы до сих пор остается открытым [3].

Зрительная кора является классическим объектом для исследования свойств критического периода. У мышей высокая пластичность зрительной коры, зависимая от визуального опыта, наблюдается с 21 по 35 сутки постнатального развития (ПД) [2]. Ранее было показано, что механизмы активации рCREB, транскрипционного фактора, запускающего экспрессию ранних генов, отличается во время и после критического периода развития зрительной коры [5]. Поскольку такого сравнения ранее не проводилось для самих ранних генов, целью настоящей работы было исследовать базальный и индуцируемый уровни экспрессии транскрипционного фактора cFos на разных этапах развития зрительной коры.

В работе использовали мышей линии C57BL/6 обоих полов в возрасте 11 ПД (n=17), 25 ПД (n=18) и 50 ПД (n=19) на момент начала эксперимента. Животных группы пассивного контроля (ПК) содержали при стандартных условиях до момента извлечения мозга. Животных группы активного контроля (АК) и опытной группы (ОП) подвергали процедуре депривации. Для этого домашние клетки с мышами помещали в изолированную от звука и света камеру размером 55х39х46,5 см. Световую депривацию проводили в течение 5 суток. На 16 ПД, 30 ПД или 55 ПД производили декапитацию и извлечение мозга у животных, либо изъятых непосредственно из домашней клетки (ПК, АК), либо после 90-минутной засветки ярким светом. Экспрессию c-Fos выявляли на свежезамороженных срезах мозга толщиной 20 мкм методом ImmPRESS-пероксидазной иммуногистохимии. Съёмку изображений осуществляли под микроскопом Olympus VS110 при 10x увеличении. Количественный подсчет с-Fos-положительных клеток осуществляли в программе ImagePro Plus v.3.0 («Media Cybernetics»). Оценивали значения плотности клеток (отношение числа клеток к площади структуры). Статистическую обработку осуществляли в программе Statistica v.8.0. (StatSoft).

До открытия критического периода, на 16 ПД, у мышей обеих контрольных групп наблюдали полное отсутствие экспрессии c-Fos в бинокулярной области первичной зрительной коры, тогда как световое воздействие после 5-дневной депривации вызывало ее достоверную индукцию (51,9±7,9 клеток/мм2, здесь и далее указаны среднее и стандартное отклонение). На 30 ПД в группах ПК и АК также наблюдали низкий уровень экспрессии cFos (1,5±1,0 и 2,9±3,5, соответственно). Однако, световая засветка животных, находящихся в состоянии критического периода развития зрительной коры, вызывала примерно 500-кратное увеличение экспрессии c-Fos по сравнению с контрольными группами (535,2±107,9). На 55 ПД, то есть после закрытия критического периода, наблюдали схожую с 30 ПД картину экспрессии с-Fos, однако индуцированный уровень экспрессии в зрительной коре на 55 ПД был достоверно ниже, чем на 30 ПД (166,7±78,3).

Таким образом, во всех исследованных возрастах наблюдался одинаково низкий базальный уровень экспрессии c-Fos. При этом световая депривация никак не оказывала на этот уровень влияния. Световое воздействие после депривации вызывало достоверно значимую индукцию экспрессии c-Fos в бинокулярной области первичной зрительной коры во всех исследованных возрастах. Однако при этом наблюдалось возрастное увеличение амплитуды индуцированной экспрессии (51,9±7,9 до открытия критического периода и 166,7±78,3 после его закрытия). Максимальная индукция экспрессии транскрипционного фактора c-Fos в зрительной коре наблюдалась во время ее критического периода (535,2±107,9), что согласуется с данными о высокой степени пластичности этой области коры в период с 21 по 35 ПД. Сходное временное увеличение амплитуды индукции во время критического периода было показано ранее для транскрипционного фактора pCREB, запускающего экспрессию ранних генов, в том числе c-fos [5]. Таким образом, наблюдаемая во время критических периодов повышенная пластичность структур мозга может быть обусловлена временными изменениями в механизмах регуляции каскада активации немедленно ранних генов, в частности cfos .