Экспрессия генов пролактина и пролактиновых рецепторов у трёхиглой колюшки G. Aculeatus L.: зависимость от пола и пресноводной адаптации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Данная работа фокусируется на половых различиях экспрессии гена пролактина (Prl1) в мозге и его рецепторов (PrlRa и PrlRb) в осморегуляторных органах (мозге, почках, жабрах и кишечнике) самок и самцов трёхиглой колюшки (Gasterosteus aculeatus L.) в ходе пресноводной адаптации. Особи морской морфы колюшки были отловлены в нерестовый период и в течение 72 ч адаптированы к условиям пресной воды. После этого экспрессия генов интереса была оценена с использованием метода РТ-ПЦР. За счёт повышения экспрессии гена Prl1 в мозге самок в условиях пресноводной адаптации проявлялись половые различия, отсутствовавшие в условиях морской воды. Экспрессия гена PrlRa в мозге была ниже у самок по сравнению с самцами в условиях морской воды, однако после перехода в пресную воду достоверно повышалась, и после пресноводной адаптации этот параметр был сопоставим у особей обоих полов. Экспрессия гена PrlRb в мозге самок достоверно повышалась в ходе пресноводной адаптации. В почках экспрессия гена PrlRa не различалась у самок и самцов в контрольной группе, и снижалась у особей обоих полов в ходе адаптации к пресной воде. Экспрессия гена PrlRb в почках не зависела от пола особей контрольной группы, а после адаптации к пресной воде достоверно повышалась у самок, но снижалась у самцов, таким образом приводя к появлению половых различий после пресноводной адаптации. В жабрах экспрессия генов PrlRa и PrlRb не зависела ни от пола особей, ни от солености среды содержания. Экспрессия гена PrlRa в кишечнике не зависела ни от пола особей, ни от солёности среды. Экспрессия гена PrlRb в кишечнике не зависела от пола и после пресноводной адаптации снижалась у самок и самцов. Таким образом, зависимость осморегуляторной функции пролактина от пола колюшек проявляется в половых различиях экспрессии самого гена пролактина в мозге и в сенсибилизации мозга и осморегуляторных органов к нему в ходе пресноводной адаптации.

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Пролактин – пептидный гормон, имеющий плейотропное действие: описано более сотни различных физиологических функций пролактина у позвоночных, включая лактацию, осморегуляцию, рост, репродукцию и иммунную функцию [1, 2]. Классически считается, что основной функцией пролактина у низших позвоночных является регуляция водно-солевого обмена. Адаптация организма эвригалинных видов рыб, таких как мозамбикская тиляпия Oreochromis mossambicus, азиатский паралихт Paralichthys olivaceus, антарктическая рогатка Harpagifer antarcticus, к пресной воде сопряжена с изменением осмолярности плазмы крови и стимуляцией пролактиновой оси, что выражается в увеличении экспрессии хотя бы одного из двух генов пролактина в мозге и повышением концентрации хотя бы одного из двух пролактинов в плазме крови [3, 4]. Это часто сопровождается изменением чувствительности к пролактину осморегуляторных органов рыб, в частности, почек, жабр и кишечника, что выражается в изменении экспрессии генов пролактиновых рецепторов. Финальным эффектом осморегуляторной функции пролактина является изменение транскрипционной активности генов ионных транспортёров, таких как NCC, NKCC1a, NHE3, CFTR, AQP3, AQP8, NKAα1a, NKAα1b [4, 5]. Примечательно, что в подобных работах выборку рыб не разделяют по полу.

Репродуктивная функция пролактина у рыб была открыта позже и изучена хуже. Однако известно, что пролактиновая ось (уровни мРНК гена пролактина) меняется при половом созревании рыб: она приобретает зависимость от пола, становясь менее активной у самок Takifugu rubripes, оставаясь без изменений у самцов [6].

Интенсивность пролактинового сигналлинга и, как следствие, эффекта, зависит не только от уровня центральной секреции гормона, но и от плотности рецепторов на тканях и органах-мишенях. Различия в локальной экспрессии генов рецепторов лежат в основе тканеспецифичной регуляции со стороны гормона.

Трёхиглая колюшка Gasterosteus aculeatus L. является эвригалинной и имеет сложное репродуктивное и родительское поведение, таким образом, обладая и высокой осморегуляторной пластичностью, и ярко выраженными половыми различиями [7]. Разными авторами была показана ключевая роль пролактина в родительском поведении у самцов колюшек, которое выражается в аэрации гнёзд с икрой плавниками [8–10]. У колюшек (без разделения по полу) гипофизарная секреция пролактина снижается при адаптации к морской воде, а изменение размеров клубочков почки в ответ на введение пролактина различалось между колюшками морской формы, адаптированными и не адаптированными к пресной воде [11, 12]. Таким образом, известно участие пролактина как в осморегуляторной, так и в репродуктивной функции колюшек, однако комплексный эффект пролактина в контексте зависимости от пола пресноводной адаптации до сих пор остается неизученным.

Ранее в нашей группе была показана неодинаковая у самок и самцов суточная динамика экспрессии генов Prl1, PrlRa и PrlRb в ткани мозга при острой 24-часовой пресноводной адаптации, а также зависимая от пола и пресноводной адаптации экспрессия генов опсинов в сетчатке глаза [13, 14]. Целью данной работы стало изучение сенсибилизации мозга и осморегуляторных органов к действию пролактина в модели хронической, 72-часовой, адаптации особей к условиям пресной воды. Выбор более долгого временного интервала эксперимента обусловлено предположением о том, что в течение трёх суток организм колюшек адаптируется к новым условиям не только на уровне экспрессии пролактина, но и на уровне изменения чувствительности к нему осморегуляторных тканей.

Нами было выдвинуто предположение о том, что в ходе пресноводной адаптации самок и самцов трёхиглой колюшки изменение экспрессии гена пролактина в мозге и генов его рецепторов в мозге, почках, жабрах и кишечнике может зависеть от пола и определенный вклад в это может вносить сам пролактин. Наша работа поможет оценить взаимосвязи механизмов пролактиновой регуляции водно-солевого обмена и репродуктивной системы. Таким образом, целью данного исследования стала оценка изменения экспрессии генов пролактина в мозге и генов пролактиновых рецепторов в мозге, жабрах, почках и кишечнике самок и самцов трёхиглой колюшки в модели пресноводной адаптации.

Поскольку у самок и самцов трёхиглой колюшки различается половое и родительское поведение, а у самцов в почках также при нересте синтезируется белок спиггин, необходимый для строительства гнезда, мы предполагаем зависимость функции этих органов от пола. Жабры и кишечник – ключевые органы осморегуляции рыб, контактирующие не только с внутренней средой организма, но и с внешней, следовательно, мы предполагаем большую независимость этих органов от факторов внутренней среды, включая эндокринные, и большую чувствительность к факторам внешней среды, таким как ее осмолярность.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальная модель. Особи морской морфы G.aculeatus L. были отловлены в Кандалакшском заливе Белого моря в июне 2021 г. в период нереста. Длина тела самок 7 ± 0.3 см, самцов – 6.6 ± 0.4 см. Далее особей разделили по полу, разбили на контрольную и опытную группы и в течение суток адаптировали к условиям содержания (аквариумы объёмом 20 л., световой и температурный режим, соответствующие естественным условиям). Затем в течение трёх суток особи контрольной группы содержались в условиях морской воды (“Control”), а особи экспериментальной группы – в условиях пресной воды (“72h FA”). n = 10 для каждой группы. По завершении эксперимента у особей хирургическим путём извлекали ткань мозга, включая гипофиз (для контроля экспрессии гена пролактина), почки, жабры (жаберные лепестки), а также кишечник; образцы фиксировали в IntactRNA (“Евроген”, Россия). Также определяли морфометрические показатели: гепатосоматический (относительная масса печени) и реносоматический (относительная масса почек) индексы. Относительные уровни экспрессии генов интереса в тканях проводили с использованием методики, описанной в наших предыдущих исследованиях [13, 14]. Последовательности праймеров к генам интереса и референсным генам приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Нуклеотидные последовательности прямого и обратного праймеров к генам интереса и референсным генам, а также длина ПЦР-продукта

Ген

Нуклеотидная последовательность прямого (for) и обратного (rev) праймеров, 5’–3’

Длина ПЦР-продукта, п.н.

Prl1

for – ACCTGGACTCGCATTTGCCTCTC

rev – AAGGTCCGACTCTGGTACTTGAAG

125

Prl2

for – TCCAATAAAGCCCTAGAGATGAG

rev – AGGCTGCTGACGGTGTTGCTTAT

113

PrlRa

for – CGGCGATCTGGGTCAACTAC

rev – GGAGGATTAGGCTGAACGATGT

112

PrlRb

for – CGACGACAGCCCTCTACTT

rev – GACGTGTACTCTGCCCACTT

132

Rpl13α

for – CACCTTGGTCAACTTGAACAGTG

rev – TCCCTCCGCCCTACGAC

178

Ubc

for – AGACGGGCATAGCACTTGC

rev – CAGGACAAGGAAGGCATCC

180

 

Статистическая обработка данных. Статистический анализ данных проводили в программе GraphPad Prism 9 с использованием двухфакторного дисперсионного анализа two-way ANOVA с поправкой Шидака. В качестве исследуемых факторов были выбраны пол и наличие или отсутствие пресноводной адаптации. На графиках для каждой группы данные представлены в виде медианы, нижней и верхней квартили, а также минимального и максимального значений.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Влияние 72-часовой пресноводной адаптации на морфометрические показатели

Гепатосоматический индекс у самок был выше, чем у самцов за счет продукции их печенью вителллогенина и дополнительно повышался при переходе в пресную воду (рис. 1а), а у самцов остался без изменений. Реносоматический индекс ни у самок, ни у самцов не зависел от условий солёности среды (рис. 1b) и был существенно выше у самцов за счет продукции почками спиггина, необходимого для постройки гнезда.

 

Рис. 1. Изменение гепатосоматического (а) и реносоматического (b) индексов в группах самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительная масса печени (а) и почек (b). По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10. Пунктирная линия указывает группы, между которыми обнаружены статистически значимые различия (** – p < 0.01; ** – p < 0.0001, two-way ANOVA)

 

Влияние 72-часовой пресноводной адаптации и пола на экспрессию генов пролактинов Prl1, Prl2 и генов пролактиновых рецепторов PrlRa, PrlRb в ткани мозга колюшек

Достоверных различий в экспрессия гена пролактина Prl1 в мозге самок и самцов контрольной группы обнаружено не было. После 72-часовой пресноводной адаптации выявлено достоверное повышение экспрессии гена Prl1 в мозге самок по сравнению с контролем (p = 0.03, рис. 2а), при отсутствии изменений данного показателя в этих условиях у самцов. В результате при пресноводной адаптации стали выявляться половые различия уровня экспрессии данного гена: у самое она была выше, чем у самцов (p = 0.002, рис. 2а).

 

Рис. 2. Экспрессия генов Prl1, PrlRa и PrlRb в ткани мозга самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительные уровни мРНК генов пролактина Prl1 (a) и пролактиновых рецепторов PrlRa (b) и PrlRb (c) в ткани мозга. По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10. Пунктирная линия указывает группы, между которыми обнаружены статистически значимые различия (* – p < 0.05; ** – p < 0.01, two-way ANOVA)

 

Уровни экспрессии мРНК гена Prl2 в ткани мозга самок и самцов в условиях морской воды, а также после 72-часовой пресноводной адаптации были обнаружены на разрешающей границе метода ПЦР в реальном времени (Cq > 32).

В мозге самцов экспрессия гена PrlRa в условиях морской воды была выше, чем у самок (p = 0.003, рис. 2b). В ткани мозга самок после 72-часовой пресноводной адаптации экспрессия гена PrlRa росла по сравнению с контрольной группой (p = 0.01, рис. 2b). В группе самцов после пресноводной адаптации не было обнаружено достоверных различий экспрессии гена PrlRa по сравнению с контрольной группой. За счет этого половые различия экспрессии гена пролактинового рецептора a PrlRa в пресной воде перестали выявляться (p > 0.1).

Экспрессия гена PrlRb в ткани мозга наблюдалась на сопоставимом уровне при сравнении самок и самцов в условиях морской воды и после пресноводной адаптации. По сравнению с контрольной группой в ткани мозга самок после 72-часовой пресноводной адаптации экспрессия гена PrlRb была на достоверно более высоком уровне (p = 0.04, рис. 2c), не достигая достоверных различий с данным показателем у самцов в этих условиях.

Влияние 72-часовой пресноводной адаптации и пола на экспрессию генов пролактиновых рецепторов PrlRa и PrlRb в ткани почек колюшек

Уровни экспрессии гена пролактинового рецептора а PrlRa в ткани почек в условиях морской воды достоверно различались между группами самок и самцов с преобладанием у самок (p < 0.0001, рис. 3a). После 72-часовой пресноводной адаптации в ткани почек наблюдались сопоставимые статистически значимые половые различия экспрессии уровня мРНК гена PrlRa (p = 0.0001, рис. 3a). Как у самцов, так и у самок, группы после 72-часовой пресноводной адаптации имели сопоставимые уровни экспрессии гена PrlRa по сравнению с контрольными группами (рис. 3a).

 

Рис. 3. Экспрессия генов PrlRa и PrlRb в ткани почек самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительные уровни мРНК генов пролактиновых рецепторов PrlRa (a) и PrlRb (b) в ткани почек. По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10. Пунктирная линия указывает группы, между которыми обнаружены статистически значимые различия (* – p < 0.05; *** – p < 0.001, **** – p < 0.0001, two-way ANOVA)

 

Уровни экспрессии гена пролактинового рецептора b PrlRb в ткани почек в условиях морской воды не различались достоверно между группами самок и самцов. После 72-часовой пресноводной адаптации экспрессия гена PrlRb в ткани почек наблюдалась на более высоком уровне в группе самок по сравнению с группой самцов (p < 0.0001, рис. 3b). Это происходило за счет того, что в ткани почек самок после 72-часовой пресноводной адаптации, наблюдались статистически значимо более высокие уровни мРНК гена PrlRb по сравнению с контрольной группой (p = 0.03, рис. 3b), а в ткани почек самцов после 72-часовой пресноводной адаптации наблюдались статистически более низкие уровни мРНК гена PrlRb по сравнению с контрольной группой (p < 0.0001, рис. 3b).

Влияние 72-часовой пресноводной адаптации и пола на экспрессию генов пролактиновых рецепторов PrlRa и PrlRb в ткани жабр колюшек

Достоверные различия в экспрессии генов пролактиновых рецепторов PrlRa и PrlRb в ткани жабр между группами самок и самцов колюшек не были обнаружены ни в условиях морской, ни в условиях пресной воды (рис. 4a, 4b).

 

Рис. 4. Экспрессия генов PrlRa и PrlRb в ткани жабр самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительные уровни мРНК генов пролактиновых рецепторов PrlRa (a) и PrlRb (b) в ткани жабр. По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10

 

Также ни для группы самок, ни для группы самцов не были обнаружены значимые различия в экспрессии генов пролактиновых рецепторов PrlRa и PrlRb после 72-часовой пресноводной адаптацией в сравнении с условиями морской воды (рис. 4a, 3b).

Влияние 72-часовой пресноводной адаптации и пола на экспрессию генов пролактиновых рецепторов PrlRa и PrlRb в ткани кишечника колюшек

Уровни экспрессии гена пролактинового рецептора а PrlRa в ткани кишечника не различались достоверно между группами самок и самцов ни в условиях морской воды, ни после пресноводной адаптации. Также ни в группе самок, ни в группе самцов не было выявлено достоверных изменений относительных количеств мРНК гена PrlRa при сравнении контрольной и опытной группы (рис. 5а).

 

Рис. 5. Экспрессия генов PrlRa и PrlRb в ткани кишечника самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительные уровни мРНК генов пролактиновых рецепторов PrlRa (a) и PrlRb (b) в ткани кишечника. По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10. Пунктирная линия указывает группы, между которыми обнаружены статистически значимые различия (* – p < 0.05, two-way ANOVA)

 

Относительные количества мРНК гена PrlRb в ткани кишечника не различались между группами самок и самцов ни в условиях морской воды, ни после пресноводной адаптации. Тем не менее, и у самок, и у самцов наблюдались достоверные различия в экспрессии гена PrlRb в кишечнике при сравнении контрольной и опытной групп (p = 0.022 для самок, p = 0.017 для самцов, рис. 5b).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Влияние пресноводной адаптации на экспрессию гена Prl1 в мозге и PrlRa и PrlRb в мозге, жабрах, почках и кишечнике самок и самцов трёхиглой колюшки

В результате пресноводной адаптации достоверно увеличилась экспрессия гена Prl1 в мозге самок, но не самцов трёхиглой колюшки (рис. 2а). Эти результаты согласуются с результатами предыдущих наших исследований, посвящённых половым различиям пролактиновой оси трёхиглой колюшки [13, 14]. Для ряда других видов рыб (Argyrosomus regius, Danio rerio, Oreochromis mossambicus, Scophthalmus maximus, Paralichthys olivaceus) также характерна стимуляция экспрессии гена пролактина в условиях пресноводной адаптации, однако стоит учитывать, что данные исследования были выполнены для общих выборок, включающих в себя особей обоих полов без разделения [3, 4, 15–18]. Таким образом, экспрессия гена Prl1 у самок колюшек, как и у других эвригалинных видов рыб, положительно зависит от гипоосмолярности внутренней среды, которая, судя по литературным данным, может напрямую влиять на экспрессионную и секреторную активность лактотрофов гипофиза [19].

Сонаправленно под действием 72-часовой пресноводной адаптации в ткани мозга самок колюшек изменяется и экспрессия генов обоих пролактиновых рецепторов (рис. 2b, 2c). На основании этих результатов можно предположить участие пролактина в регуляции транскрипции генов PrlRa и PrlRb в мозге самок трёхиглой колюшки, либо возможную сонаправленную регуляцию генов Prl1, PrlRa и PrlRb в ткани мозга. Известно, что у млекопитающих экспрессия пролактиновых рецепторов положительно зависит в том числе от самого пролактина [20]. В сравнении, у мозамбикской тилапии Oreochromis mossambicus в условиях пресной воды экспрессия гена PrlR2 в гипофизе ниже, чем в условиях морской воды, а экспрессия гена PrlR1 не зависит от солёности воды [4, 21]. Следовательно, однонаправленная регуляция экспрессии генов пролактина и его рецепторов в мозге может зависеть не только от пола особи, но и от вида рыб, и может быть связана с видоспецифическими особенностями репродукции.

В ткани почек колюшек от солёности среды зависела экспрессия гена PrlRb, достоверно повышаясь у самок, но снижаясь у самцов под влиянием пресноводной адаптации (рис. 3b). Противоположный эффект у особей разного пола может быть связан с эффектом половых стероидов. Так, для человека была показана положительная регуляция экспрессии гена пролактинового рецептора со стороны эстрадиола [20, 22, 23]. Переход в гипоосмолярную среду сопровождается выбросом кортизола и сравним с кратковременной стрессовой реакцией, следовательно, логично предположить необходимость устанавливать заново иерархию среди особей мужского пола. Это может быть сопряжено с усилением андрогеннных эффектов у самцов, классически антагонистичных эстрогенным эффектам.

В ткани жабр экспрессия обоих генов пролактиновых рецепторов достоверно не изменилась под влиянием пресноводной адаптации ни у самок, ни у самцов (рис. 4а, 4b). Схожие результаты были получены в эксперименте по изучению механизмов активной и пассивной адаптации к пресной воде на смешанной по полу выборке азиатского паралихта Paralichthys olivaceus. Вне зависимости от поведенческого типа адаптации, экспрессия рецептора пролактина в ткани жабр P. olivaceus достоверно не менялась [24]. В жабрах тилапии Oreochromis mossambicus экспрессия гена пролактинового рецептора PrlR1 наблюдалась на более высоком уровне у особей, содержавшихся в условиях пресной воды по сравнению с морским контролем, в то время как экспрессия гена PrlR2 достоверно не различалась между особями обеих групп [4]. В другом исследовании было показано, что при адаптации и O. mossambicus, и O. niloticus к морской воде, уже в первые сутки у особей обоих видов экспрессия гена второго пролактинового рецептора достоверно снижается [25]. Подобные видовые различия могут быть связаны с тем, что тилапии обычно обитают в среде с динамично меняющейся солёностью, и чувствительность их жабр к пролактину, а также экспрессия ионных транспортёров обладают большей пластичностью [26]. В жабрах Scophthalmus maximus, Paralichthys olivaceus и Acanthopagrus schlegelii в условиях пресноводной адаптации экспрессия гена единственного известного для этих видов пролактинового рецептора PrlR также повышалась [3, 18, 27]. Тем не менее, учитывая достоверное повышение экспрессии гена пролактина Prl1 в мозге у самок трёхиглой колюшки, мы предполагаем больший вклад пролактина в регуляцию ткани жабр самок в условиях пресной воды, несмотря на отсутствие изменения содержания в ткани мРНК PrlRa и PrlRb при адаптации к пресной воде.

В ткани кишечника экспрессия гена PrlRb достоверно снизилась как у самок, так и у самцов (рис. 5b). Похожие данные были получены на мозамбикской тилапии, в кишечнике которой при адаптации к морской воде достоверно растёт экспрессия гена PrlR2. Следовательно, у мозамбикской тилапии в условиях пресной воды экспрессия PrlR2 в кишечнике ниже[28, 29]. Один из эффектов пролактина в кишечнике рыб – уменьшение захвата Na+, поэтому снижение экспрессии гена PrlRb в ходе пресноводной адаптации может рассматриваться как компенсаторный механизм для повышения захвата ионов Na+ из просвета кишечника [30].

Интересно отметить, что экспрессия гена PrlRa в жабрах, почках и кишечнике не изменилась достоверно в ходе 72-часовой пресноводной адаптации ни у самок, ни у самцов (рис. 3а, 4а, 5а). Это позволяет выдвинуть предположение о том, что пролактиновый рецептор b, но не a, является ключевым в регуляции водно-солевого баланса.

Различия, связанные с полом особей трёхиглой колюшки, в условиях морской воды и пресноводной адаптации

В условиях морской воды различия, связанные с полом особей, наблюдались в экспрессии гена PrlRa в мозге и почках (рис. 2b, 3а). И мозг, и почки принимают участие в репродукции у колюшек: мозг по причине наличия у колюшек сложного репродуктивного и родительского поведения, а в почках у самцов под влиянием андрогенов синтезируется белок спиггин, который они используют для построения гнёзд. Реносоматический индекс самцов (рис. 1b) при пресноводной адаптации остался столь же высоким, как и в условиях морской воды, поскольку самцы так же остались на этапе установления иерархии. Возможно, репродуктивная функция пролактина реализуется преимущественно через пролактиновый рецептор а, однако данное предположение требует дополнительных доказательств. Так, по данным литературы, пролактин стимулирует экспрессию гена Egr-1 в гипоталамусе крыс, в то время как этот ген повышается в мозге самцов колюшек в период заботы о потомстве [31, 32].

После пресноводной адаптации различия, связанные с полом особей, наблюдались в экспрессии гена Prl1 в мозге, что подтверждает его ключевую роль для организма самок (рис. 2а). Более того, гепатосоматический индекс самок после перехода в пресную воду достоверно повысился (рис. 1а). Гепатосоматический индекс отражает продукцию печенью зависимого от эстрогенов белка вителлогенина, являющимся основным компонента желтка. Резонно предположить, что эстрогены могут стимулировать продукцию вителлогенина не только прямо, но через пролактин, являясь основными стимуляторами его продукции. Экспрессия гена Prl1 в мозге самок при пресноводной адаптации соответствует классическим представлениям о пролактине рыб как гормоне пресноводной адаптации, в то время как у самцов она может находиться под влиянием более сложных и многокопмонентных регуляторных систем [33]. Сохранились различия в экспрессии гена PrlRa в почке с преобладанием у самок по сравнению с самцами (рис. 3а). Мы предполагаем, что транскрипция гена PrlRa в ткани почек регулируется преимущественно половыми гормонами, включая половые стероиды, и в меньшей степени зависит непосредственно от пролактина и условий солёности воды. Экспрессия гена PrlRb в почках, которая в условиях морской воды у самок и самцов наблюдалась на сопоставимом уровне, после пресноводной адаптации была достоверно выше у самок (рис. 3b). Известно, что в условиях пресноводной адаптации в почках Scophthalmus maximus, Paralichthys olivaceus и Acanthopagrus schlegelii экспрессия гена единственного известного для этих видов рыб пролактинового рецептора PrlR достоверно повышалась по сравнению с контролем [3, 18, 27]. Таким образом, эффект адаптации к условиям пресной воды, оказываемый на экспрессию гена пролактинового рецептора b в почках самок колюшек согласуется с литературными данными, полученными на других видах рыб без разделения выборки по полу.

Наличие половых различий в экспрессии гена пролактина в пресной воде, предположительно, связано с эффектом половых стероидов, в первую очередь, эстрадиола. Эстрогены стимулируют секрецию пролактина не только у млекопитающих, но также у рыб как in vitro, так и in vivo на примере Oreochromis mossambicus и Clarias batrachus [20, 34, 35]. На O. niloticus было показано, что экспрессия гена пролактинового рецептора 2 PrlR2 в ткани яичников положительно регулируется эстрадиолом [36]. Эффекты андрогенов и пролактина в репродуктивном периоде рыб противопоставляются: андрогены принимают участие в опосредовании фазы конкуренции между самцами и ухаживания за самками, а пролактин – последующую заботу о потомстве у таких видов, как Lepomis macrochirus и Gasterosteus aculeatus [10, 37]. Следовательно, условия пресной воды и стимуляция пролактиновой оси у самок при пресноводной адаптации могут вовлекать гонадотропную ось в потенциирование эффекта пролактина, оказываемого на почки, в то время как у самцов вклад пролактина в регуляцию этого органа снижается. В результате данной работы можно выдвинуть предположение о наличии регуляции эстрогенами экспрессии не только гена пролактина, но и генов пролактиновых рецепторов в мозге и почке.

Интересно отметить, что различия, связанные с полом, наблюдаются только в мозге и почках трёхиглой колюшки. Мозг и почки являются органами, зависящими от внутренних факторов, и их чувствительность к пролактину в условиях адаптации к пресной воде уже проявляет зависимость от пола. Более того, оба органа непосредственно участвуют в репродукции колюшек либо в плане поведения (мозг), либо в плане продукции ползависимых белков (синтез спиггина в почках самцов). Различная чувствительность мозга и почек к пролактину у особей разного пола способствует соответствующим репродуктивным функциям.

Наоборот, несмотря на различную степень активации пролактиновой оси со стороны центральной секреции у самок и самцов колюшек, чувствительность жабр и кишечника к пролактину не зависит от пола. Поскольку и жабры, и кишечник контактируют не только с внутренней, но и с внешней средой, их ответ может во многом определяться влияниями со стороны внешней среды. Опосредованные пресноводной адаптацией влияния пролактиновой оси со стороны внутренней среды могут вносить минорную роль. Тем не менее, поскольку у самок экспрессия гена Prl1 достоверно выше, чем у самцов, после пресноводной адаптации, даже при одинаковой чувствительности жабр и кишечника, у самок и самцов итоговый эффект может различаться. Таким образом, пролактин может способствовать пресноводной адаптации в соответствии с полом особей.

Различия в ответе элементов пролактиновой оси самок и самцов в условиях пресноводной адаптации могут быть обусловлены принципиально разными репродуктивными стратегиями самок и самцов колюшек. В то время как репродуктивная стратегия самок сводится исключительно к выбору наиболее подходящего партнёра и нересту, половое поведение самцов включает в себя фазы, требующие различных поведенческих реакций, и предполагает поочерёдную смену конкурентного, полового и родительского поведения. Таким образом, в работе установлена зависимость осморегуляторной функции пролактина от пола рыб, по-разному проявляющаяся в условиях разной солености.

ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена в рамках научного проекта государственного задания Московского государственного университета № 121032300075-6 и при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-34-00734). В работе использовано оборудование, предоставленное федеральным проектом “Развитие инфраструктуры для науки и образования” (Соглашение №161).

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Эксперименты с животными проводились в соответствии с Руководством Национального института здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных (http://oacu.od.nih.gov/regs/index.htm). Протоколы с использованием животных были одобрены комиссией МГУ по биоэтике; № протокола 98a; № собрания комиссии 108-o. (Animal-related experiments were conducted in accordance with the NIH Guidelines for the care and use of laboratory animals (http://oacu.od.nih.gov/regs/index.htm). Animal protocols were approved by the MSU Bioethics Comission, protocol number 98a; № of Comission 108-o).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.

ВКЛАД АВТОРОВ

Идея работы и планирование эксперимента (Авторы П.Н.С., С.О.В, Н.Т.В.), сбор данных (П.Н.С.), обработка данных (П.Н.С.), написание и редактирование манускрипта (П.Н.С., С.О.В, Н.Т.В.).

×

Об авторах

Н. С. Павлова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: pav.nad.ser@gmail.com
Россия, Москва

Т. В. Неретина

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: pav.nad.ser@gmail.com
Россия, Москва

О. В. Смирнова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: pav.nad.ser@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Grattan DR, Kokay IC (2008) Prolactin: a pleiotropic neuroendocrine hormone. J Neuroendocrinol 20: 752–763. https://doi.org/10.1111/j.1365-2826.2008.01736.x
  2. Bernard V, Young J, Binart N (2019) Prolactin – a pleiotropic factor in health and disease. Nat Rev Endocrinol 15: 356–365. https://doi.org/10.1038/s41574-019-0194-6
  3. Yuan M, Jia Q, Wang T, Lu Q, Tang L, Wang Y, Lu W (2017) Dynamic responses of prolactin, growth hormone and their receptors to hyposmotic acclimation in the olive flounder Paralichthys olivaceus. Gen Comp Endocrinol 254: 8–13. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2017.09.005
  4. Moorman BP, Inokuchi M, Yamaguchi Y, Lerner DT, Grau EG, Seale AP (2014) The osmoregulatory effects of rearing Mozambique tilapia in a tidally changing salinity. Gen Comp Endocrinol 207: 94–102. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2014.03.013
  5. Vargas-Chacoff L, Dann F, Paschke K, Oyarzún-Salazar R, Nualart D, Martínez D, Wilson JM, Guerreiro PM, Navarro JM (2021) Freshening effect on the osmotic response of the Antarctic spiny plunderfish Harpagifer antarcticus. J Fish Biol 98: 1558–1571. https://doi.org/10.1111/jfb.14676
  6. Zahangir MM, Matsubara H, Ogiso S, Suzuki N, Ueda H, Ando H (2021) Expression dynamics of the genes for the hypothalamo-pituitary-gonadal axis in tiger puffer (Takifugu rubripes) at different reproductive stages. Gen Comp Endocrinol 301: 113660. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2020.113660
  7. Wootton RJ (1984) A functional biology of sticklebacks. Univ of California Press
  8. Slijkhuis H, de Ruiter AJ, Baggerman B, Wendelaar Bonga SE (1984) Parental fanning behavior and prolactin cell activity in the male three-spined stickleback Gasterosteus aculeatus L. Gen Comp Endocrinol 54: 297–307. https://doi.org/10.1016/0016-6480(84)90184-9
  9. de Ruiter AJ, Wendelaar Bonga SE, Slijkhuis H, Baggerman B (1986) The effect of prolactin on fanning behavior in the male three-spined stickleback, Gasterosteus aculeatus L. Gen Comp Endocrinol 64: 273–283. https://doi.org/10.1016/0016-6480(86)90014-6
  10. Páll MK, Mayer I, Borg B (2002) Androgen and behavior in the male three-spined stickleback, Gasterosteus aculeatus. II. Castration and 11-ketoandrostenedione effects on courtship and parental care during the nesting cycle. Horm Behav 42: 337–344. https://doi.org/10.1006/hbeh.2002.1820
  11. Lam TJ, Leatherland JF (1969) Effects of prolactin on the glomerulus of the marine threespine stickleback, Gasterosteus aculeatus L., form trachurus, after transfer from seawater to fresh water, during the late autumn and early winter. Can J Zool 47: 245–250.
  12. Benjamin M (1980) The Response of Prolactin, ACTH, and Growth Hormone Cells in the Pituitary Gland of the Three-Spined Stickleback: Gasterosteus aculeatus L. form leiurus, to Increased Environmental Salinities. Acta Zool 61: 1–7.
  13. Pavlova NS, Gizatulina AR, Neretina TV, Smirnova OV (2022) Expression of Opsin Genes in the Retina of Female and Male Three-Spined Sticklebacks Gasterosteus aculeatus L.: Effect of Freshwater Adaptation and Prolactin Administration. Biochem 87: 215–224.
  14. Pavlova NS, Neretina TV, Smirnova OV (2020) Dynamics of prolactin axis genes in the brain of male and female three-spined stickleback Gasterosteus aculeatus (Gasterostaidae) during short-term freshwater adaptation. J Ichthyol 60: 299–304.
  15. Mohammed-Geba K, González AA, Suárez RA, Galal-Khallaf A, Martos-Sitcha JA, Ibrahim HM, Mart\’\inez-Rodr\’\iguez G, Mancera JM (2017) Molecular performance of Prl and Gh/Igf1 axis in the Mediterranean meager, Argyrosomus regius, acclimated to different rearing salinities. Fish Physiol Biochem 43: 203–216.
  16. Shu Y, Lou Q, Dai Z, Dai X, He J, Hu W, Yin Z (2016) The basal function of teleost prolactin as a key regulator on ion uptake identified with zebrafish knockout models. Sci Rep 6: 1–12.
  17. Watanabe S, Itoh K, Kaneko T (2016) Prolactin and cortisol mediate the maintenance of hyperosmoregulatory ionocytes in gills of Mozambique tilapia: exploring with an improved gill incubation system. Gen Comp Endocrinol 232: 151–159.
  18. Liu Z, Ma A, Zhang J, Yang S, Cui W, Xia D, Qu J (2020) Cloning and molecular characterization of PRL and PRLR from turbot (Scophthalmus maximus) and their expressions in response to short-term and long-term low salt stress. Fish Physiol Biochem 46: 501–517. https://doi.org/10.1007/s10695-019-00699-2
  19. Dobolyi A, Oláh S, Keller D, Kumari R, Fazekas EA, Csikós V, Renner É, Cservenák M (2020) Secretion and Function of Pituitary Prolactin in Evolutionary Perspective. Front Neurosci 14: 621. https://doi.org/10.3389/FNINS.2020.00621
  20. Kavarthapu R, Dufau ML (2022) Prolactin receptor gene transcriptional control, regulatory modalities relevant to breast cancer resistance and invasiveness. Front Endocrinol (Lausanne) 13: 949396.
  21. Hewage TMG, Woo DW, Celino-Brady FT, Seale AP (2023) Temperature modulates the osmosensitivity of tilapia prolactin cells. Sci Rep 13: 20217. https://doi.org/10.1038/s41598-023-47044-5
  22. Leondires MP, Hu ZZ, Dong J, Tsai-Morris CH, Dufau ML (2002) Estradiol stimulates expression of two human prolactin receptor isoforms with alternative exons-1 in T47D breast cancer cells. J Steroid Biochem Mol Biol 82: 263–268. https://doi.org/10.1016/s0960-0760(02)00184-x
  23. Banks CM, Trott JF, Hovey RC (2024) The prolactin receptor: A cross-species comparison of gene structure, transcriptional regulation, tissue-specificity, and genetic variation. J Neuroendocrinol e13385.
  24. Zeng J, Li J, Yang K, Yan J, Xu T, Lu W (2022) Differential branchial response of low salinity challenge induced prolactin in active and passive coping style olive flounder. Front Physiol 13: 913233.
  25. Yamaguchi Y, Breves JP, Haws MC, Lerner DT, Grau EG, Seale AP (2018) Acute salinity tolerance and the control of two prolactins and their receptors in the Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and Mozambique tilapia (O. mossambicus): A comparative study. Gen Comp Endocrinol 257: 168–176.
  26. Seale AP, Pavlosky KK, Celino-Brady FT, Yamaguchi Y, Breves JP, Lerner DT (2019) Systemic versus tissue-level prolactin signaling in a teleost during a tidal cycle. J Comp Physiol B, Biochem Syst Environ Physiol 189: 581–594. https://doi.org/10.1007/s00360-019-01233-9
  27. Nagarajan G, Aruna A, Chang Y-M, Alkhamis YA, Mathew RT, Chang C-F (2023) Effects of Osmotic Stress on the mRNA Expression of prl, prlr, gr, gh, and ghr in the Pituitary and Osmoregulatory Organs of Black Porgy, Acanthopagrus schlegelii. Int J Mol Sci 24(6): 5318. https://doi.org/10.3390/ijms24065318
  28. Seale AP, Stagg JJ, Yamaguchi Y, Breves JP, Soma S, Watanabe S, Kaneko T, Cnaani A, Harpaz S, Lerner DT, Grau EG (2014) Effects of salinity and prolactin on gene transcript levels of ion transporters, ion pumps and prolactin receptors in Mozambique tilapia intestine. Gen Comp Endocrinol 206: 146–154. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2014.07.020
  29. Takahashi H, Prunet P, Kitahashi T, Kajimura S, Hirano T, Grau EG, Sakamoto T (2007) Prolactin receptor and proliferating/apoptotic cells in esophagus of the Mozambique tilapia (Oreochromis mossambicus) in fresh water and in seawater. Gen Comp Endocrinol 152: 326–331.
  30. Manzon LA (2002) The role of prolactin in fish osmoregulation: a review. Gen Comp Endocrinol 125: 291–310.
  31. Kent M, Bell AM (2018) Changes in behavior and brain immediate early gene expression in male threespined sticklebacks as they become fathers. Horm Behav 97: 102–111.
  32. Blume A, Torner L, Liu Y, Subburaju S, Aguilera G, Neumann ID (2009) Prolactin induces Egr-1 gene expression in cultured hypothalamic cells and in the rat hypothalamus. Brain Res 1302: 34–41.
  33. Dobolyi A, Oláh S, Keller D, Kumari R, Fazekas EA, Csikós V, Renner É, Cservenák M (2020) Secretion and Function of Pituitary Prolactin in Evolutionary Perspective. Front Neurosci 14: 621. https://doi.org/10.3389/fnins.2020.00621
  34. Saha I, Chakraborty A, Das S (2021) Prolactin Influences Different Aspects of Fish Biology. Asian J Biol Life Sci 10: 51.
  35. Singh SP, Singh TP (1981) Effect of sex steroids on pituitary and serum prolactin level in ovariectomized catfish, Clarias batrachus. In: Annales D’endocrinologie. pp 57–62.
  36. Zhang Y, Long Z, Li Y, Yi S, Shi Y, Ma X, Huang W, Lu D, Zhu P, Liu X, Meng Z, Huang X, Cheng CHK, Lin H (2010) The second prolactin receptor in Nile tilapia (Oreochromis niloticus): molecular characterization, tissue distribution and gene expression. Fish Physiol Biochem 36: 283–295. https://doi.org/10.1007/s10695-009-9355-1
  37. Cunha AAP, Partridge CG, Knapp R, Neff BD (2019) Androgen and prolactin manipulation induces changes in aggressive and nurturing behavior in a fish with male parental care. Horm Behav 116: 104582.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменение гепатосоматического (а) и реносоматического (b) индексов в группах самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительная масса печени (а) и почек (b). По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10. Пунктирная линия указывает группы, между которыми обнаружены статистически значимые различия (** – p < 0.01; ** – p < 0.0001, two-way ANOVA)

Скачать (24KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспрессия генов Prl1, PrlRa и PrlRb в ткани мозга самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительные уровни мРНК генов пролактина Prl1 (a) и пролактиновых рецепторов PrlRa (b) и PrlRb (c) в ткани мозга. По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10. Пунктирная линия указывает группы, между которыми обнаружены статистически значимые различия (* – p < 0.05; ** – p < 0.01, two-way ANOVA)

Скачать (31KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспрессия генов PrlRa и PrlRb в ткани почек самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительные уровни мРНК генов пролактиновых рецепторов PrlRa (a) и PrlRb (b) в ткани почек. По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10. Пунктирная линия указывает группы, между которыми обнаружены статистически значимые различия (* – p < 0.05; *** – p < 0.001, **** – p < 0.0001, two-way ANOVA)

Скачать (32KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспрессия генов PrlRa и PrlRb в ткани жабр самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительные уровни мРНК генов пролактиновых рецепторов PrlRa (a) и PrlRb (b) в ткани жабр. По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10

Скачать (24KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Экспрессия генов PrlRa и PrlRb в ткани кишечника самок и самцов колюшек в зависимости от пола и адаптации к пресной воде. По оси Y: относительные уровни мРНК генов пролактиновых рецепторов PrlRa (a) и PrlRb (b) в ткани кишечника. По оси X: группы самок (“females”) и самцов (“males”) трёхиглой колюшки в условиях морской воды (“control”, тёмно-серые ящики) и после 72-часовой пресноводной адаптации (“72h FA”, светло-серые ящики). Количество в каждой группе: n = 10. Пунктирная линия указывает группы, между которыми обнаружены статистически значимые различия (* – p < 0.05, two-way ANOVA)

Скачать (29KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».