VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Механизмы действия физико-химических факторов на биологические системы

Влияние гипоксии на организацию хромосомного аппарата и когнитивные функции у дрозофилы

Е.А. Никитина1,2*, А.В. Медведева2, А.В. Реброва1, Д.Д. Сафарова1, Д.М. Каровецкая1,2, Е.В. Савватеева-Попова2

1.Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена;
2.Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН;

* 21074(at)mail.ru

Все живые организмы находятся в непрерывном взаимодействии с внешней средой, испытывая воздействие неблагоприятных факторов, вызывающих в клетке различные повреждения. Необходимость координации реакций внутри организма и в ответ на внешнее воздействие опосредовало появление механизма временной связи, которая преобразовалась в адаптивную реакцию — условный рефлекс, связующий организм и окружающую среду. Формируя условный рефлекс, организм приспосабливается не только к внешней среде, но и к экстремальным воздействиям. Гипоксия как экстремальное воздействие — один из самых распространенных повреждающих факторов. Поскольку мозг является наиболее зависимым от кислорода органом, чувствительную мишень гипоксии представляют когнитивные функции, неразрывно связанные с целостностью генетического аппарата. В связи с этим большой интерес представляет изучение уровня двухцепочечных разрывов (ДЦР) ДНК и способности к обучению и формированию памяти у дрозофилы - модельного организма, широко используемого в исследованиях молекулярных механизмов, лежащих в основе когнитивных функций у высших эукариот. Исследования проводили с привлечением линии дикого типа Canton-S Drosophila melanogaster. Для моделирования физиологического уровня гипоксии использовали барокамеру проточного типа. Частоту и профиль хромосомных перестроек определяли с помощью анафазного анализа. Способность к обучению и формированию среднесрочной памяти оценивали в парадигме условно-рефлекторного подавления ухаживания. Анализ когнитивного поведения проводили, используя различные схемы воздействия: интактный контроль, воздействие гипоксии до, после или во время тренировки. Для обработки результатов применяли двухфакторный рандомизационный анализ. Показано достоверное увеличение частоты появления мостов, являющихся результатом ошибок репарации ДЦР при межхромосомных взаимодействиях. Это позволяет предположить, что действие гипоксии приводит к формированию ДЦР. Поскольку разрывы ДНК сопутствуют интенсивным матричным процессам при нейрогенезе и являются показателем физиологической активности нейронов, возможно, ДЦР необходимы при ремоделировании хроматина и экспрессии генов, вовлеченных в процессы формирования памяти и обучения. Полученные цитогенетические данные находятся в русле положения о единых механизмах, лежащих в основе стрессорной реакции организма и обучения. По-видимому, увеличение частоты разрывов при гипоксии способствует пространственной реорганизации хромосомного аппарата в ядре. Анализ когнитивного поведения не выявил нарушений памяти ни в одном из вариантов воздействия гипоксии. Однако, гипоксическое воздействие до тренировки приводило к достоверному ухудшению обучения по сравнению с интактным контролем и другими вариантами воздействия. По-видимому, гипоксия оказывает краткосрочный эффект на обучение, но не затрагивает механизмов формирования памяти. Полученные данные позволяют говорить о том, что запуск клеточной реакции на гипоксию влечет за собой активацию каскадов, значимых для реализации когнитивных функций.

Работа выполнена при поддержке Государственной программы РФ 47 ГП «Научно-технологическое развитие Российской Федерации» (2019-2030) (тема 63.1) и гранта РФФИ (№ 20-015-00300 A).

Effects of hypoxia on chromosomal apparatus organization and cognitive function in Drosophila

E.A. Nikitina1,2*, A.V. Medvedeva2, A.V. Rebrova1, D.D. Safarova1, D.M. Karovetskaya1,2, E.V. Savvateeva-Popova2

1.Herzen University;
2.Pavlov Institute of physiology RAS;

* 21074(at)mail.ru

All living organisms are in continuous interaction with the external environment, being exposed to adverse factors that cause various injuries in the cell. The need to coordinate reactions within the body and in response to external influences mediated the emergence of a temporal communication mechanism that transformed into an adaptive reaction - a conditional reflex that binds the body and the environment. Forming a conditional reflex, the body adapts not only to the external environment, but also to extreme influences. Hypoxia as an extreme exposure is one of the most common damaging factors. Because the brain is the most oxygen-dependent organ, the sensitive target of hypoxia represents cognitive functions inextricably linked to the integrity of the genetic apparatus. In this regard, it is of great interest to study the level of double-stranded breaks (DSB) of DNA and the ability to learn and form memory in Drosophila, a model organism widely used in studies of the molecular mechanisms underlying cognitive functions in higher eukaryotes. Studies were conducted using the wild-type strain Canton-S Drosophila melanogaster. A flow-type pressure chamber was used to simulate the physiological level of hypoxia. The frequency and profile of chromosomal rearrangements were determined by anaphase analysis. The ability to learn and form medium-term memory was evaluated in the conditioned courtship suppression paradigm. Cognitive behavior analysis was performed using different exposure patterns: intact control, exposure to hypoxia before, after, or during training. A two-factor randomization analysis was used to process the results. A significant increase in the rate of appearance of bridges resulting from errors in repair of DSB during interchromosomal interactions is shown. This suggests that the action of hypoxia leads to the formation of DSB. Since DNA breaks accompany intense matrix processes in neurogenesis and are an indicator of physiological activity of neurons, it is possible that DSBs are necessary in chromatin remodeling and expression of genes involved in memory formation and learning processes. The obtained cytogenetic data are in line with the provision on uniform mechanisms underlying the body's stress response and learning. Apparently, an increase in the frequency of breaks in hypoxia contributes to the spatial reorganization of the chromosomal apparatus in the nucleus. Analysis of cognitive behavior did not reveal memory impairment in any of the options for exposure to hypoxia. However, hypoxic exposure prior to training resulted in a significant learning impairment compared to intact controls and other exposure options. Hypoxia appears to have a short-term effect on learning, but does not affect the mechanisms of memory formation. The obtained data suggest that triggering a cellular response to hypoxia entails the activation of cascades significant for the implementation of cognitive functions.

The work was carried out with the support of the State Program of the Russian Federation 47 GP "Scientific and Technological Development of the Russian Federation" (2019-2030) (topic 63.1) and a grant from the RFBR (No. 20-015-00300 A).



Докладчик: Никитина Е.А.
320
2022-10-20

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists