Влияние серотонина на динамику бесполого размножения у планарий schmidteamediterranea

ВЛИЯНИЕ СЕРОТОНИНА НА ДИНАМИКУ БЕСПОЛОГО РАЗМНОЖЕНИЯ У ПЛАНАРИЙ SCHMIDTEA MEDITERRANEA

Крещенко Н.Д., Гребенщикова Е.В., Седельников З.В.

ФГБУ Институт биофизики клетки РАН

Введение. Планарии - свободноживущие черви, представители типа Platyhelminthes, большинство видов которого являются опасными паразитами человека и животных. Морфогенетические процессы у планарий включают регенерацию и бесполое размножение, они обеспечиваются пролиферацией тотипотентных стволовых клеток [1].

Бесполое размножение планарий осуществляется путем отделения от материнской особи хвостового участка - зооида. Процесс называют «делением». Из двух фрагментов затем образуются две особи. Механизмы запуска и регуляции бесполого размножения у планарий неизвестны. Ранее нами было установлено, что у планарий Girardia tigrina отделение хвостовых зооидов происходит, начиная с первых суток наблюдения в течение 4-8 дней после рассаживания животных поодиночке. У планарий Schmidtea mediterránea в аналогичных условиях содержания процесс бесполого размножения был сильно растянут. Обнаружено, что процесс бесполого размножения подчиняется определенным видовым и популяционным закономерностям [2], а также, вероятно, регулируется эндогенными и экзогенными факторами. Поиску таких факторов и посвящено наше исследование.

Серотонин - широко распространенная сигнальная молекула в животном царстве [3]. В организме человека и млекопитающих серотонин выполняет функцию нейрогормона и нейромедиатора, принимает участие в регуляции циркадных ритмов, гормональной секреции, пищевого и полового поведения, иммунного ответа и других важных функций [4].

Первые экспериментальные данные о механизмах действия серотонина были получены в опытах на печеночных двуустках Fasciola hepatica, паразитирующих в печени крупного и мелкого рогатого скота [5]. Воздействие серотонином вызывало у червей возрастание подвижности, а также увеличение концентрации цАМФ, обусловленное цАМФ-зависимым фосфорилированием фосфофруктокиназы. Несмотря на то, что, серотонин был выявлен иммуноцитохимически в центральных и периферических отделах нервной системы взрослых и личиночных форм паразитических плоских червей [6], его функция в организме остается мало изученной.

Материалы и методы. В работе использовали планарий Schmidtea mediterranea (Plathelminthes, Turbellaria). Животных содержали в затемненных аквариумах с водопроводной и дистиллированной водой (2:1) при 20±2°С, кормили два раза в неделю. Перед опытом животных выдерживали голодными в течение недели. В опыт отбирали особей длиной 8-9 мм, помещали группами по 40 планарий в затемненных условиях. В течение первых 7 дней животных содержали в 400 мл свежеприготовленного раствора серотонина (от 10-5 М до

206

10-7 М), контрольную группу содержали в 400 мл воды. Один раз в неделю животных кормили мотылем, после чего воду сменяли, а стаканчики просматривали, подсчитывая в них число поделившихся и не поделившихся планарий (общее число животных в стакане). Опыты проводили методом слепого контроля. Описывали динамику бесполого размножения в группах. Для статистического анализа использовали непарный t тест с коррекцией Велша (программа Prizm).

Результаты и обсуждение. С каждой концентрацией серотонина было поставлено по 5-6 повторных опытов на 200-240 животных на каждую точку. За делением планарий наблюдали в течение 6 недель. Обнаружено, что на протяжении этого времени количество животных, как в контрольных, так и в подопытных группах возрастало экспоненциально (табл.1). Наибольший прирост числа особей наблюдали первую неделю эксперимента, когда оно увеличивалось в 2-2,5 раза. За 6 недель, число планарий в группе увеличивалось 5-6 раз. Результаты демонстрируют высокую продуктивность бесполого размножения у планарий.

Таблица 1

Динамика бесполого размножения планарий Schmidtea mediterránea. Показано количество особей в отдельных группах животных

Группа, дата постановки опыта Исходное число особей Недели наблюдения

1 2 3 4 5 6

Контроль 1 15/01/15 n=40 101 124 143 175 191 199

Контроль 2 15/01/15 n=40 99 134 166 203 219 229

Контроль 3 30/01/15 n=40 86 106 140 186 220 242

Контроль 4 30/01/15 n=40 82 110 149 172 226 242

Контроль 5 10/02/15 n=40 89 102 130 158 166 174

Контроль 6 30/04/15 n=40 104 116 122 126 128 129

Серотонин в концентрации 10-5M оказал тормозящее влияние на процесс бесполого размножения у планарий S. mediterránea, его концентрации 10-6М и 10-7М проявляли слабое ингибирующее влияние. Однако практически всегда в подопытных группах наблюдали меньшее число поделившихся планарий (в сравнении с собственным контролем). Интересно, что эффект ингибирования бесполого размножения был отсрочен от начала

эксперимента и достигал уровня достоверности только к 4-й, 5-й и 6-й неделям опыта (табл.2). Довольно существенное варьирование числа поделившихся планарий в группах наблюдали, несмотря на строгое соблюдение температурного режима и кормления. Эксперименты проводили в разное время года, что могло оказывать влияние на динамику бесполого размножения. Объяснением вариабельности показателей может служить и естественная внутривидовая изменчивость физиологического состояния организма планарий при их подготовке к отделению зооида. Большие разбросы в дальнейшем могут быть нивелированы постановкой большего числа опытов.

Таблица 2

Динамика бесполого размножения планарий (суммарное число особей). В строке - среднее значение суммарного числа особей в группе ± стандартная ошибка, * - достоверные отличия при р<0.05, N число повторных опытов

Группы Недели наблюдения

1 2 3 4 5 6

Контроль, N=5 91,4±3,7 112,0±3,6 139,0±3,4 168,0±6,5 191,4±12,6 205,4±13,6

Серотонин 10-5М, N=5 90,8±5,9 107,2±5,6 126,8±5,8 149,2±6,7* 157,4±6,2* 170,4±8,6*

Серотонин 10-6М, N=6 97,83±4,2 117,2±6,1 137,3±7,2 160,2±9,1 178,3±12,7 193,3±15,8

Серотонин 10-7М, N=6 95,5±6,7 110,8±7,4 132,5±8,9 159,8±12,7 179,2±16,6 194,7±19,5

В настоящем исследовании впервые описана динамика бесполого размножения у планарий X mediterranea при продолжительном групповом содержании. Обнаружено тормозящее влияние серотонина на процесс бесполого размножения. Предположения о функции серотонина были высказаны в литературе. Так, обнаружение серотонин-иммунопозитивных нейронов или их волокон в репродуктивных структурах некоторых видов червей [6] могло указывать на важную роль нейромедиатора в процессах развития. Возбуждающее влияние серотонина на мускулатуру червей было также продемонстрировано [7]. Существуют отрывочные сведения об участии серотонина в процессе регенерации [8]. Показана роль серотонина в регуляции движения ресничек на поверхности тела планарий, которые способствуют их передвижению [9]. Работа демонстрирует возможность использования планарий в качестве модельного объекта при тестировании фармакологических агентов, регулирующих численность плоских червей.

Работа поддержана грантом РФФИ 15-04-05948а.

Литература: 1. Baguna J.// Nature. - 1981. - V. 290. - P.14-15. 2. Скавуляк А.Н., Крещенко Н.Д., и др.//Сб. мат конф. «Теория и практика борьбы с паразитарными болезнями». - 2014. - М.: ВИГИС. - Вып. 15. - C. 284-287. 3. Rapport M.M., Green A.A., Page I.H. // Science. - 1948. - V. - 108. - P. 329-330. 4. Gothert M. // Pharmacol Rep. - 2013. -V. 65. - P. 771-786. 5. Mansour T.E., Mansour J.M. //Biochem. Pharmacol. - 1979. - V. 28. - P. 1943-1946. 6. Теренина Н.Б., Густафссон М.К.С.//Функциональная морфология нервной системы паразитических плоских червей (трематоды, цестоды). - 2014. - М.: КМК. -296с. 7. Day T.A., Bennett J. L., Pax R. A.// Parasitology. - 1994. - V. 108. - P. 425-432. 8. Franquinet R. // J. Embryol. Exp. Morphol. - 1979. - V. 51. - P. 85-95. 9. Sakharov D.A., Golubev A.I., et al. // Neurobiology of invertebrates: transmitters, modulators and receptors. - Budapest. - Akademiai Kiado. - 1988. - P. 479-491.

Effects of serotonin on dynamics of asexual reproduction in planarians Schmidtea mediterranea (Plathelminthes, Turbellaria). Kreshchenko N.D., Grebenshchikova E.V., Sedelnikov Z.V. Institute of Cell Biophysics, RAS.

Summary. The investigation of the asexual reproduction was carried out on planarians S. mediterranea. The process of asexual division was traced in groups of planarians. The dynamics of tail fragments (zooids) separation was studied in control and experimental groups under serotonin treatment. The possible involvement of that neuromediator in the regulation of the process of planarian asexual reproduction was discussed.