ВОЗМОЖНАЯ РОЛЬ РЕЦЕПТОРОВ ДОФАМИНА DOP-1, DOP-2 И DOP-3 В МОДУЛЯЦИИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ Caenorhabditis elegans К ТОКСИЧЕСКОМУ ДЕЙСТВИЮ ИОНОВ СВИНЦА
Authors: Егорова Анастасия Васильевна , Гатиятуллина Алсу Фоатовна , Калинникова Татьяна Борисовна 
Published: May 2023

Проведено изучение возможной роли рецепторов дофамина DOP-1, DOP-2 и DOP-3 в модуляции чувствительности почвенной нематоды Caenorhabditis elegans к токсическому действию нитрата свинца. Эксперименты проводили с нематодами четырех линий: линия дикого типа N2 и мутантные линии LX636 (dop-1(vs101)X), LX702 (dop-2(vs105)V), LX703 (dop-3(vs106)X) с нуль-мутациями одного из генов рецепторов дофамина (dop-1, dop-2 и dop-3 соответственно). Нуль-мутации генов рецепторов дофамина DOP-2 и DOP-3 не вызывали достоверных изменений устойчивости поведения C. elegans к действию Pb(NO3)2 в концентрации 0.25–1.0 мМ. Нуль-мутация гена рецептора DOP-1 повышала чувствительность поведения C. elegans к ионам Pb2+ в течение 30–120-минутной экспозиции к токсиканту. Введение в среду инкубации дофамина в концентрации 8 мМ не оказывало существенного влияния на поведение C. elegans, но снижало чувствительность нематод линий с мутациями генов dop-1 и dop-3 к  Pb(NO3)2. Дофамин в концентрации 4 мМ не оказывал достоверного влияния на локомоцию C. elegans всех четырех линий как сам по себе, так и при добавлении в среду с нитратом свинца. Нарушения моторной программы плавания у dop-1 мутантов могут быть следствием пониженного содержания эндогенного ацетилхолина в моторных нейронах в результате недостаточной DOP-1 дофаминергической трансмиссии. Снижение чувствительности dop-1 и dop-3 мутантов к Pb(NO3)2 при введении в среду инкубации 8мМ дофамина свидетельствует о том, что у C. elegans этих линий чувствительность к дофамину сохраняется.

Список литературы

Егорова А.В., Гатиятуллина А.Ф., Калинникова Т.Б. Токсическое действие нитрата свинца на дофаминергическую систему Caenorhabditis elegans линий N2 и CB1112 // Тенденции развития науки и образования. 2022. №91, ч. 6. С. 148–154. doi: 10.18411/trnio-11-2022-318.

Калинникова Т.Б., Колсанова Р.Р., Белова Е.Б., Хакимова Д.М., Гайнутдинов М.Х., Шагидуллин Р.Р. О возможной роли рецепторов дофамина DOP-1 и DOP-3 в регуляции теплоустойчивости поведения Caenorhabditis elegans Maupas // Самарский научный вестник. 2018. Т. 7, № 2. С. 63–68. doi:10.17816/snv201872112.

Akinyemi A J., Miah M.R., Ijomone O.M., Tsatsakisc A., Soares F.A.A., Tinkov A.A., Skalny A.V., Venkataramani V., Aschner M. Lead (Pb) exposure induced neurotoxicity in Caenorhabditis elegans: involvement of the dopamine transporter // Toxicology reports. 2019. Vol. 6. P. 833–840. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2019.08.001.

Brenner S. The genetics of Caenorhabditis elegans // Genetics. 1974. Vol. 77. P. 71–94. https://doi.org/10.1093/genetics/77.1.71.

Chase D.L., Pepper J.S., Koelle M.R. Mechanism of extrasynaptic dopamine signaling in Caenorhabditis elegans // Nature Neuroscience. 2004. Vol. 7. P. 1096–1103. doi: 10.1038/nn1316.

Chen P., Martinez-Finley E.J., Bomhorst J., Chakraborty S., Aschner M. Metal-induced neurodegeneration in C. elegans // Frontiers in aging neuroscience. 2013. Vol. 5. P. 1–11. https://doi.org/10.3389/fnagi.2013.00018.

Han B., Bellemer A., Koelle M.R. An evolutionary conserved switch in response to GABA affects development and behavior of the locomotor circuit of Caenorhabditis elegans // Genetics. 2015. V. 199. P. 1159–1172. https://doi.org/10.1534/genetics.114.173963.

Jaishankar M., Tseten T., Anbalagan N., Mathew B.B., Beeregowda K.N. Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals // Interdisciplinary toxicology. 2014. Vol. 7. P. 60–72. doi: 10.2478/intox-2014-0009.

Jospin M., Qi Y.B., Stawicki T.M., Boulin T., Schuske K R., Horvitz H.R., Bessereau J.-L., Jorgensen E.M., Jin Y. A neuronal acetylcholine receptor regulates the balance of muscle excitation and inhibition in Caenorhabditis elegans // PLoS Biology. 2009. Vol. 7. P. e1000265. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000265.

Kimura K.D., Fujita K., Katsura I. Enhancement of odor avoidance regulated by dopamine signaling in Caenorhabditis elegans // The Journal of neuroscience. 2010. Vol. 30. P. 16365–16375. doi:10.1523/JNEUROSCI.6023-09.2010.

Lidsky T.I., Schneider J.S. Lead neurotoxicity in children: basic mechanisms and clinical correlates // Brain. 2003. Vol. 126. P. 5–19. doi: 10.1093/brain/awg014.

Osuna-Luque J., Rodríguez-Ramos Á., Gámez-del-Estal M. del Mar, Ruiz-Rubio M. Behavioral mechanisms that depend on dopamine and serotonin in Caenorhabditis elegans interact with the antipsychotics risperidone and aripiprazole // Journal of experimental neuroscience. 2018. Vol. 12. P. 1–11. doi: 10.1177/1179069518798628.

Pandey P., Harbinder S. The Caenorhabditis elegans D2-like dopamine receptor DOP-2 physically interacts with GPA-14, a Gαi subunit // Journal of molecular signaling. 2012. Vol. 7. P. 1–10. doi: 10.1186/1750-2187-7-3.

Pandey P., Mersha M.D., Dhillon H.S. A synergistic approach towards understanding the functional significance of dopamine receptor interactions // Journal of molecular signaling. 2012. V. 7. P. 1–8. doi: 10.1186/1750-2187-8-13.

Sabbar M., Delaville C., De Deurwaerdère P., Lakhdar-Ghazal N., Benazzouz A. Lead-induced atypical Parkinsonism in rats: behavioral, electrophysiological, and neurochemical evidence for a role of noradrenaline depletion // Frontiers in neuroscience. 2018. Vol. 12. Article 173. doi: 10.3389/fnins.2018.00173.

Sanders T., Liu Y., Buchner V., Tchounwou P.B. Neurotoxic effects and biomarkers of lead exposure: A review // Reviews on environmental health. 2009. Vol. 24. P. 15–45. https://doi.org/10.1515/reveh.2009.24.1.15.

Sawin E.R., Ranganathan, R., Horvitz. H.R. C.elegans locomotory rate is modulated by the environment through a dopaminergic pathway and by experience through a serotonergic pathway // Neuron. 2000. Vol. 26. P. 619–631. doi: 10.1016/s0896-6273(00)81199-x.

Schafer W.R., Kenyon S. A calcium-channel homologue required for adaptation to dopamine and serotonin in Caenorhabditis elegans // Nature. 1995. Vol. 375. P. 73–78. doi: 10.1038/375073a0.

Suo S., Ishiura S. Dopamine modulates acetylcholine release via octopamine and CREB signaling in Caenorhabditis elegans // PLoS ONE. 2013. Vol. 8. P. e72578. doi: 10.1371/journal.pone.0072578.

Valko M., Morris H., Cronin M.T.D. Metals, toxicity and oxidative stress // Current medicinal chemistry. 2005. Vol. 12. P. 1161–1208. https://doi.org/10.2174/0929867053764635.

Vidal-Gadea A.G., Pierce-Shimomura J.T. Conserved role of dopamine in the modulation of behavior // Communicative & integrative biology. 2012. Vol. 5. P. 440–447. doi: 10.4161/cib.20978

Wang D., Xing X. Assessment of locomotion behavioral defects induced by acute toxicity from heavy metal exposure in nematode Caenorhabditis elegans // Journal of environmental sciences. 2008. Vol. 20. P. 1132–1137. doi: 10.1016/s1001-0742(08)62160-9.

Wang D., Yu Y., Li Y., Wang Y., Wang D. Dopamine receptors antagonistically regulate behavioral choice between conflicting alternatives in C. elegans // PLoS ONE. 2014. Vol. 9. P. e115985. doi: 10.1371/journal.pone.0115985.

Xu Y., Zhang L., Liu Y., Topalidou I., Hassinan C., Ailion M., Zhao Z, Wang T., Chen Z., Bai J. Dopamine receptor DOP-1 engages a sleep pathway to modulate swimming in C. elegans // iScience. 2021. Vol. 24. P. 102247. doi: 10.1016/j.isci.2021.102247.

Zhang Y., Ye B., Wang D. Effects of metal exposure on associative learning behavior in nematode Caenorhabditis elegans // Archives of environmental contamination and toxicology. 2010. Vol. 59. P. 129–136. https://doi.org/10.1007/s00244-009-9456-y.