ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время одним из актуальных аспектов молекулярной генетики является изучение механизмов работы генов, ответственных за проявление физиологических функций человека. Оказалось, что одни и те же гены у разных людей работают по-разному, то есть количество продукта гена может быть больше или меньше в зависимости от строения самого гена. К числу таких генов без сомнения можно отнести ген, определяющий плотность рецепторов дофамина- DRD2.

Дофаминовые рецепторы - класс метаботропных G-белоксопряжённых рецепторов, играющих важную роль в ЦНС позвоночных. Рецепторы участвуют в процессах мотивации, обучения, тонкой моторной координации, модулирования нейроэндокринных сигналов. Дофаминовый рецептор D2, плотность которого наиболее высока в лимбической системе, играет важную роль в функционировании центральной нервной системы человеческого мозга и имеет высокое сродство ко многим антипсихотическим веществам. Он сопряжен с G_i-белком, который ингибирует аденилатциклазу (Mehta et al., 2006) и Ca- канал, но активирует K-канал. Стимуляция D2-рецепторов приводит к торможению передачи в симпатических ганглиях, снижению выделения норадреналина из симпатических окончаний (через действие на пресинаптические рецепторы ) и пролактина - из гипофиза (medbiol.ru).

Дофамин относится к катехоламинам, которые являются наиболее важными химическими соединениями в организме человека, имеющими биогенную природу. Их роль заключается в мобилизации организма на осуществление активной мозговой и мышечной деятельности.

Поскольку функционирование данного гена напрямую связано с процессом передачи импульса, снижение его экспрессии может отразиться на некоторых особенностях интеллектуальной и физической деятельности человека. Поэтому целью данной работы явилось изучение распределения частот генотипов и аллелей полиморфного локуса TaqIА в гене DRD2 в группе лиц с различным уровнем интеллектуального и физического развития и анализ ассоциаций данного локуса с коэффициентом интеллектуального развития (IQ).

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Проведение обзора научной литературы по теме исследования.

2. Подбор выборки испытуемых.

3. Определение уровня интеллектуального развития (IQ).

4. Выделение ДНК.

5. Оптимизация условий ПЦР для полиморфного локуса TaqIА в гене D2-рецептора дофамина (DRD2).

6. Проведение ПЦР и ПДРФ анализа полиморфного локуса TaqIА в гене рецептора дофамина DRD2.

7. Расчет частот генотипов и аллелей в исследуемых группах.

8. Анализ ассоциаций полиморфного локуса TaqIА в гене DRD2 с уровнем интеллектуального развития.

9. Анализ ассоциаций полиморфного локуса TaqIА в гене DRD2 с показателями β-адренореактивности (ВАР).

Работа была выполнена в Центре молекулярно-генетических и инновационных исследовании при кафедре генетики Башкирского государственного педагогического университета им. М.Акмуллы.

Глава 1. Обзор литературы

Дофамин относится к катехоламинам, которые являются наиболее важными химическими соединениями в организме человека, имеющими биогенную природу. Их роль заключается в мобилизации организма на осуществление активной мозговой и мышечной деятельности.

1. Синтез и обмен катехоламинов

Катехоламины – группа биогенных аминов производных пирокатехина (катехола), осуществляющая регуляцию функций эндокринных желез (надпочечники, щитовидная железа и др.) и передачу нервных импульсов. В первом случае катехоламины рассматривают как гормоны, во втором - как нейромедиаторы. Иногда к катехоламинам относят их синтетические производные. К биогенным катехоламинам относятся дофамин (формула I; R = R' =Н), L-норадреналин (I; R=ОН, R'=Н) и L-адреналин (I; R=ОН, R'=СН₃).

Рецепторы этих катехоламинов есть практически во всех тканях человека и животных (Химическая энциклопедия, 2003).

В организме катехоламины обладают вазоконстрикторными эффектами (приводят к сужению кровеносных сосудов), стимулируют гликогенолиз, секрецию адренокортикотропина, инсулина, ренина и др. физиологически активных веществ. Также катехоламины уменьшают периферические сопротивление сосудов, стимулируют липолиз и белковый обмен, повышают частоту и силу сердечных сокращений. Активация синтеза катехоламинов – типичная реакция на стресс (например, у животных концентрация адреналина в крови под влиянием страха может возрастать в 100 раз за несколько секунд); их роль заключается в мобилизации организма на осуществление активной мозговой и мышечной деятельности. Важнейшую роль катехоламины играют также в поддержании гомеостаза (постоянства состава внутренней среды и устойчивости основных физиологических функций) и адаптации организма.(Манухин Б.,1968)

Катехоламины влияют на обмен веществ посредством увеличения скорости утилизации энергии и повышения мобилизации энергетических запасов для использования их в тканях. Стимуляция обменных процессов сопровождается повышением образования тепла (термогенез) и при этом увеличивается потребление кислорода. Наличие достаточного количества источников энергии обеспечивается стимуляцией гликогенолиза и липолиза.

Таким образом, биологическое значение катехоламинов в организме велико. Наряду с непосредственным влиянием на обмен веществ катехоламины оказывают опосредованное действие через секрецию других гормонов, таких как инсулин, глюкагон, ренин-ангиотензинная система и другие (Манухин,1968).

2. Нейромедиаторная функция дофамина

Дофамин - нейромедиатор, оказывающий специфическое влияние на дофаминовые рецепторы, для которых является эндогенным лигандом. Дофамин является предшественником норадреналина в его биосинтезе. Вырабатывается нервными окончаниями, а также хромаффинными клетками (http://dic.academic.ru- Большой Энциклопедический словарь).

Постсинаптические дофаминовые рецепторы относятся к семейству GPCR. Существуют по меньшей мере пять различных подтипов дофаминовых рецепторов — D_1—5. Рецепторы D₁ и D₅ обладают довольно значительной гомологией и сопряжены с белком G_S, который стимулирует аденилатциклазу, вследствие чего их обычно рассматривают совместно как D1 (D₁-подобные рецепторы). Остальные рецепторы подсемейства подобны D₂ и сопряжены с G_i-белком, который ингибирует аденилатциклазу, вследствие чего их объединяют под общим названием «D2-рецепторы». Таким образом, дофаминовые рецепторы играют роль модуляторов долговременной потенциации. ( Mehta M.A. et al., 2006)

Процесс биосинтеза дофамина изучен достаточно подробно. Исходным субстратом для него является L-тирозин, который гидроксилируется внутринейронально в L-3,4-диоксифенилаланин (L-ДОФА) при участии ключевого фермента синтеза - тирозингидроксилазы. Далее L-ДОФА образует дофамин под действием декарбоксилазы L-ароматических аминокислот (ДААК). Весь процесс ферментативного синтеза дофамина динамически регулируется на разных стадиях с вовлечением разветвленных цепей, функционирующих по принципу «обратной связи» (Cooper et al., 1991; Feldman et al., 1997; Nestler et al., 2001).

Дофамин, содержащийся в нервном окончании дофаминергического нейрона, подвергается процессу компартментализации. Согласно одной из общепринятых классификаций (Justice et al., 1988; Arbuthnott et al., 1990) выделяют три основных «пула» дофамина: 1) новосинтезируемый дофамин высвобождается путем экзоцитоза при деполяризации нервного окончания. Этот пул истощается альфа-метил-р-тирозином (блокатором синтеза дофамина) и нечувствителен к действию резерпина, который вызывает опустошение нейрональных запасов катехоламинов. 2) везикулярный пул дофамина, являясь основным местом хранения нейротрансмиттера внутри терминали, по-видимому, не принимает участия в потенциал-зависимом высвобождении нейротрансмиттера и истощается под действием резерпина, оставаясь устойчивым к эффектам альфа-метил-р-тирозина. За счет этого пула восполняется дофамин, высвобождающийся путем экзоцитоза, если скорость его высвобождения преобладает над скоростью синтеза. 3) третий, цитоплазматический, пул дофамина, непосредственно участвует в процессах высвобождения и обратного захвата нейротрансмиттера. (Justice et al., 1988; Arbuthnott et al., 1990).

Дофамин действует на процессы мозга, контролирующие движения, эмоции, способность испытывать удовольствие и боль. Регуляция дофамина играет решающую роль в психическом и физическом здоровье. Неоспоримо и участие дофамина в контроле подкрепляющих механизмов мозга, в частности гипоталамических механизмах самостимуляции (Лебедев, 1995).

Стимуляция D2-рецепторов приводит к торможению передачи в симпатических ганглиях, снижению выделения норадреналина из симпатических окончаний (через действие на пресинаптические рецепторы ) и пролактина - из гипофиза (medbiol.ru).

В больших концентрациях дофамин также стимулирует α- и β-адренорецепторы. Влияние на адренорецепторы связано не столько с прямой стимуляцией адренорецепторов, сколько со способностью дофамина высвобождать норадреналин из гранулярных пресинаптических депо, то есть оказывать непрямое адреномиметическое действие.

Таким образом, дофаминергическая система мозга играет заметную роль в генезисе различных двигательных и психических расстройств.