Ген агути позволяет самцам мышей принять решение, позаботиться о детенышах или атаковать их

У млекопитающих матери кормят детенышей, помогают им с терморегуляцией и защищают. Отцы заботятся о потомстве только у 3–5% видов, считая человека, что дает уникальные эволюционные преимущества. Нейронные цепи, лежащие в основе материнского поведения, всесторонне изучены и являются общими у млекопитающих. Однако о нейробиологических и молекулярных механизмах отцовской заботы известно не так много. Этот пробел постарались устранить авторы статьи в Nature.

В опытах на лабораторных мышах и на крысах было установлено, что материнская забота опосредована медиальной преоптической областью гипоталамуса (MPOA), которая претерпевает существенную гормональную и эпигенетическую перестройку во время беременности. Перестройка влияет на нейронные цепи, подавляя агрессию по отношению к потомству и одновременно подкрепляя заботу о потомстве через систему вознаграждения.

В дикой природе никогда не спаривавшиеся самцы мышей и крыс убивают детенышей. Однако в течение нескольких недель после спаривания они демонстрируют заботу о потомстве. В лабораторных условиях у этих животных можно вызвать такое поведение без спаривания через долгое существование вблизи детенышей. MPOA в этом случае тоже играет важную роль, объединяя обонятельные сигналы и систему вознаграждения.

В качестве модели авторы исследования использовали африканскую полосатую мышь (Rhabdomys pumilio), самцы которой заботятся о детенышах в диких и лабораторных условиях, даже о чужих, хотя существуют внутривидовые различия. Когда самцы полосатых мышей покидают свои родные гнезда, они выбирают одну из множества социальных стратегий в зависимости от факторов окружающей среды, таких как плотность популяции и доступность ресурсов. Они могут блуждать в одиночестве или формировать группы, родственные или нет. Им не нужен опыт спаривания или сенсибилизация, чтобы демонстрировать заботу о потомстве.

Сначала авторы помещали самцов полосатых мышей в клетки с детенышами. Самцы проявляли широкий спектр поведения, от нападения до заботы (вылизывание, прижимание к телу), причем неродственные самцы заботились о детенышах так же часто, как и родные отцы.

Самцов держали изолированно или в группах по 3–4 самца-ровесника от момента отлучения от матери до полового созревания. Выросшие в изоляции полосатые мыши чаще заботились о детенышах (65% проявляли заботу, остальные детенышей игнорировали, никогда не атаковали), чем выросшие в группе (21% заботился о детенышах, 29% атаковали, остальные игнорировали).

Авторы изучали экспрессию cFos (маркер нейронной активности) в мозге самцов после 60-минутного контакта с детенышами. У всех контактировавших с мышатами самцов была повышена активность в MPOA, переднем обонятельном ядре и префронтальной коре, а у проявлявших заботу мышей — еще и в базолатеральной миндалине. Однако у заботящихся о детенышах мышей нейронная активность в MPOA была значительно выше.

Далее авторы проанализировали РНК единичных ядер нейронов из MPOA. Количество ГАМКергических и глутаматергических нейронов не отличалось у разных групп мышей. Экспрессия нейропептидов, включая окситоцин, вазопрессин, галанин и тиротропин-релизинг гормон, а также рецепторов эстрогенов, андрогенов, пролактина, окситоцина, вазопрессина и гормона роста также не отличалась.

Однако уровни экспрессии некоторых генов менялись у самцов с различным поведением. Так, экспрессия Egr1 была характерна для заботящихся о детенышах самцов, а Arc — для атаковавших. Яснее всего различия были видны для гена Agouti — его экспрессия была характерна практически только для самцов, атаковавших детенышей.

Ген Agouti кодирует паракринный сигнальный пептид, сигнальный белок агути, который известен прежде всего своей ролью в регулировке пигментации у позвоночных. Нейроны MPOA сильнее всего экспрессировали ген его рецептора Mc4r, слабее — Mc3r. Оверэкспрессия Agouti в MPOA провоцировало атаку на детенышей, но только у самцов, выросших в группе и раньше детенышей игнорировавших. У самцов, заботящихся о детенышах, оверэксрессия снижала интенсивность поведения и заставляла больше игнорировать детенышей.

Эктопическая экспрессия гена Agouti во многих тканях, включая гипоталамус, вызывает ожирение. Повышенная экспрессия гена Agouti в MPOA не привела к заметному увеличению веса. Но исследователи предположили, что повышенный уровень агути среди атаковавших детенышей самцов может отражать усиление чувства голода и изменение мотивационного состояния. Живущих в группах самцов кормят из расчета 4 грамма еды на мышь в день, и может возникнуть соперничество за этот ограниченный ресурс.

Чтобы выявить влияние этого фактора, часть мышей кормили как обычно, а другой части давали 3 грамма еды на мышь в день в течение 16 дней; их держали в одиночку или в группах. Живущие в изоляции самцы по-прежнему чаще заботились о потомстве, даже после голодания. Если перевести самцов, выросших в группе, на 16 дней в отдельную клетку, то они чаще заботились о детенышах, чем мыши, оставшиеся в группе, но все же не так часто, как выросшие в одиночестве. Они также иногда все же атаковали мышат. Однако еще через 16 дней изоляции число атак снижалось до нуля. У таких мышей уровень экспрессии Agouti не отличался от изолированных самцов.

Все больше исследований показывает, что опыт может изменить экспрессию генов в развивающемся мозге и повлиять на родительское поведение в более позднем возрасте. «Наши результаты указывают на агути как на потенциальный эволюционный механизм, который позволяет животным интегрировать информацию об окружающей среде, такую как социальная конкуренция или плотность населения, и регулировать баланс между самосохранением и инвестициями в потомство», — сказал доцент кафедры молекулярной биологии Принстонского университета Рикардо Малларино.

Исследователи работают над выявлением конкретных факторов окружающей среды, включая скученность или конкуренцию за еду и партнеров, которые вызывают рост и падение уровня агути и интереса к детенышам. Хотя MPOA и ген Agouti обнаружены и у людей, ученые предупреждают, что остается неизвестным, регулируют ли эти же самые механизмы отцовское поведение у людей.

Пролактин и окситоцин активируют «контур агрессии» в мозге кормящей мыши