Человек, подверженный стрессу, обычно может быстро адаптировать собственное поведение к конкретной ситуации. Вещества-биохимические посредники в головном мозге или так называемые нейротрансмиттеры играют центральную роль в этом быстром процессе трансформации. Мы знаем, что гормоны также обладают функцией регулирования стресса, но их эффекты проявляются медленнее. Однако недавние результаты, представленные командой профессора Суджин Рю, ведущего исследователя Немецкого центра устойчивости Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) в Германии, показывают, что на самом деле это может быть не так. Используя комбинацию генетических и оптических методов, исследовательская группа смогла продемонстрировать, что кортикотрофы, популяции клеток, которые стимулируют кору надпочечников и вырабатывают гормоны стресса оси гипоталамус-гипофиз-надпочечники, могут быстро влиять на поведение избегания сразу после возникновение стрессовой ситуации. Это понимание может способствовать разработке эффективных методов лечения, которые могут облегчить управление острыми реакциями, вызванными стрессом, или даже могут облегчить острые состояния, связанные со стрессом. Результаты недавно были опубликованы в известном журнале Nature Communications.
Человеческое тело контролируется двумя хорошо организованными системами:.е., гормональная система и нервная система. Гипоталамус, расположенный в середине основания мозга, играет здесь ключевую роль, обеспечивая связь между телом и другими областями мозга, а также прямо и косвенно контролируя ряд важных физиологических вегетативных функций. Кроме того, это самый важный контролирующий орган эндокринной системы (гормональной системы) человека, потому что он регулирует, когда и сколько гормона вырабатывается. И гипоталамус, и его выработка гормонов также подвержены влиянию эмоционального стресса. Гипофиз или гипофиз связаны с гипоталамусом, и вместе они образуют единую функциональную единицу, называемую осью гипоталамус-гипофиз-надпочечники (HPA).
Гормоны, секретируемые гипоталамусом, включают так называемые рилизинг-гормоны, такие как кортикотропин-рилизинг-гормон (CRH). Это стимулирует выработку адренокортикотропного гормона (ACTCH) в гипофизе. АКТГ – это гормон, секретируемый передней долей гипофиза, и он регулирует выработку других гормонов, таких как гормон стресса кортизол (гидрокортизон).
В принципе, можно предположить, что нейротрансмиттеры центральной нервной системы быстро определяют, будет ли в данной ситуации развиваться поведение борьбы или бегства. На сегодняшний день медицинская наука предположила, что регулирующие стресс эффекты гормонов гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (HPA) проявляются гораздо медленнее. Исследователи стресса сочли очень проблематичным более подробно установить конкретную роль оси HPA в быстрой адаптации поведения в стрессовой ситуации на стандартных моделях животных. Это связано с тем, что расположение гипоталамуса и гипофиза у млекопитающих затрудняет доступ к ним. Чтобы преодолеть эти препятствия, рабочая группа профессора Суджин Рю в Немецком центре устойчивости при университете Йоханнеса Гутенберга в Майнце решила создать инновационный метод оптогенетических исследований. Им удалось создать генетически модифицированную личинку рыбок данио, у которой они смогли манипулировать активностью оси гипоталамус-гипофиз-надпочечники с помощью света и, таким образом, наблюдать возникающие в результате изменения реакции модифицированных клеток.
Две оригинальные концепции были объединены в новой методике группы профессора Суджин Рю: с одной стороны, она использует оптогенетические методы, т.е.е., сочетание оптических и генетических методов. Это позволяет точно и целенаправленно и чрезвычайно быстро контролировать функциональные реакции генетически модифицированных клеток. Процесс сначала включает модификацию светочувствительных белков с использованием генетических методов. Затем они вводятся в определенные клетки-мишени или ткани. Затем функционирование этих белков можно регулировать с помощью света, а реакцию модифицированных клеток можно контролировать. Кроме того, подход Рю также является пионером в использовании новой модели животных в исследованиях стресса, в данном случае рыбок данио. Преимущество рыбок данио, особенно прозрачных личинок этих небольших тропических рыбок из группы костистых рыб, состоит в том, что их развитие в эмбриональной фазе аналогично таковому у человека. Они также созревают очень быстро и поэтому идеально подходят для целей генетических исследований. Кроме того, прозрачность личинок позволяет легко наблюдать участки тканей их тела.
Исследователи из Немецкого центра устойчивости в Майнце ввели синтетический фермент в свою модель на животных, который повышает уровни внутриклеточного вещества-мессенджера циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) только в кортикотропных клетках оси HPA. Их повышение важно для высвобождения гормонов в кортикотропных клетках передней доли гипофиза. Уровни образующихся так называемых трансгенетических гормонов стресса животных могут быть увеличены путем воздействия света. Это означает, что исследователи могут наблюдать сопутствующие изменения в поведении.
Недавно опубликованные результаты исследования профессора Суджин Рю и ее команды из Немецкого центра устойчивости показывают, что кортикотропные клетки гипофиза становятся непосредственно активными в начале стрессовой ситуации, которая воспринимается как тревожная. Затем они влияют как на передвижение, так и на поведение избегания, а также на чувствительность к стимулу. Исследователи интерпретируют это как свидетельство того, что кортикотропные клетки в гипофизе играют важную роль в быстрой адаптации поведения к местной среде, которая воспринимается как антагонистическая.