Фенотипические особенности поведения мышей с нокаутом по гену Sip1

Цель исследования — поведенческое фенотипирование мышей, гомо- и гетерозиготных по гену Sip1, играющему важнейшую роль в развитии коры головного мозга млекопитающих.

Материалы и методы. Исследование выполнено на гетеро- и гомозиготных по гену Sip1 мышах, полученных методом Cre-рекомбинации. В 20–30-дневном возрасте все животные из пометов подвергались стимуляции высокоинтенсивным звуком с целью выявления предрасположенности к аудиогенной эпилепсии. В двухмесячном возрасте у самцов проводили оценку общего физического здоровья и поведенческое фенотипирование: неврологическое и сенсомоторное исследование; изучение тревожности в тесте «свет–темнота»; двигательной и ориентировочно-исследовательской активности в тесте «открытое поле»; акустической реакции вздрагивания и престимульного ингибирования; исследование социальной активности и направленности животного на получение нового социального опыта в тесте Кроули; а также способности к обучению при формировании условной реакции пассивного избегания.

Результаты. Мыши, гомозиготные по гену Sip1, не доживали до двухмесячного возраста. Для гетерозиготных мышей характерны увеличение частоты встречаемости нарушений рефлекса разведения задних лап, рост уровня тревожности в тесте «свет–темнота», снижение социальной активности в тесте Кроули.

Заключение. Наличие мутантного аллеля гена Sip1 приводит к неврологическим нарушениям, увеличению тревожности и снижению социальной активности животных.

1. Fernández V., Llinares-Benadero C., Borrell V. Cerebral cortex expansion and folding: what have we learned? EMBO J 2016; 35(10): 1021–1044, https://doi.org/10.15252/embj.201593701.
2. Elsen G.E., Hodge R.D., Bedogni F., Daza R.A.M., Nelson B.R., Shiba N., Reiner S.L., Hevner R.F. The protomap is propagated to cortical plate neurons through an Eomes-dependent intermediate map. Proc Natl Acad Sci USA 2013; 110(10): 4081–4086, https://doi.org/10.1073/pnas.1209076110.
3. De Juan Romero C., Borrell V. Coevolution of radial glial cells and the cerebral cortex. Glia 2015; 63(8): 1303–1319, https://doi.org/10.1002/glia.22827.
4. Goossens S., Janzen V., Bartunkova S., Yokomizo T., Drogat B., Crisan M., Haigh K., Seuntjens E., Umans L., Riedt T., Bogaert P., Haenebalcke L., Berx G., Dzierzak E., Huylebroeck D., Haigh J.J. The EMT regulator Zeb2/Sip1 is essential for murine embryonic hematopoietic stem/progenitor cell differentiation and mobilization. Blood 2011; 117(21): 5620–5630, https://doi.org/10.1182/blood-2010-08-300236.
5. Manthey A.L., Lachke S.A., FitzGerald P.G., Mason R.W., Scheiblin D.A., McDonald J.H., Duncan M.K. Loss of Sip1 leads to migration defects and retention of ectodermal markers during lens development. Mech Dev 2014; 131: 86–110, https://doi.org/10.1016/j.mod.2013.09.005.
6. Teraishi M., Takaishi M., Nakajima K., Ikeda M., Higashi Y., Shimoda S., Asada Y., Hijikata A., Ohara O., Hiraki Y., Mizuno S., Fukada T., Furukawa T., Wakamatsu N., Sano S. Critical involvement of ZEB2 in collagen fibrillogenesis: the molecular similarity between Mowat-Wilson syndrome and Ehlers-Danlos syndrome. Sci Rep 2017; 7: 46565, https://doi.org/10.1038/srep46565.
7. Garavelli L., Mainardi P. Mowat-Wilson syndrome. Orphanet J Rare Dis 2007; 2(1): 42, https://doi.org/10.1186/1750-1172-2-42.
8. Srivatsa S., Parthasarathy S., Molnár Z., Tarabykin V. Sip1 downstream Effector ninein controls neocortical axonal growth, ipsilateral branching, and microtubule growth and stability. Neuron 2015; 5(5): 998–1012, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2015.01.018.
9. Turovskaya M.V., Babaev A.A., Zinchenko V.P., Epifanova E.A., Borisova E.V., Tarabykin V.S., Turovsky E.A. Sip-1 mutations cause disturbances in the activity of NMDA- and AMPA-, but not kainate receptors of neurons in the cerebral cortex. Neurosci Lett 2017; 650: 180–186, https://doi.org/10.1016/j.neulet.2017.04.048.
10. Higashi Y., Maruhashi M., Nelles L., Van de Putte T., Verschueren K., Miyoshi T., Yoshimoto A., Kondoh H., Huylebroeck D. Generation of the floxed allele of the SIP1 (Smad-interacting protein 1) gene for Cre-mediated conditional knockout in the mouse. Genesis 2002; 32(2): 82–84, https://doi.org/10.1002/gene.10048.
11. Goebbels S., Bormuth I., Bode U., Hermanson O., Schwab M.H., Nave K.-A. Genetic targeting of principal neurons in neocortex and hippocampus of NEX-Cre mice. Genesis 2006; 44(12): 611–621, https://doi.org/10.1002/dvg.20256.
12. Seuntjens E., Nityanandam A., Miquelajauregui A., Debruyn J., Stryjewska A., Goebbels S., Nave K.A., Huylebroeck D., Tarabykin V. Sip1 regulates sequential fate decisions by feedback signaling from postmitotic neurons to progenitors. Nat Neurosci 2009; 12(11): 1373–1380, https://doi.org/10.1038/nn.2409.
13. Gorski J.A., Talley T., Qiu M., Puelles L., Rubenstein J.L., Jones K.R. Cortical excitatory neurons and glia, but not GABAergic neurons, are produced in the Emx1-expressing lineage. J Neurosci 2002; 22(15): 6309–6314.
14. Chabrol E., Navarro V., Provenzano G., Cohen I., Dinocourt C., Rivaud-Péchoux S., Fricker D., Baulac M., Miles R., Leguern E., Baulac S. Electroclinical characterization of epileptic seizures in leucine-rich, glioma-inactivated 1-deficient mice. Brain 2010; 133(9): 2749–2762, https://doi.org/10.1093/brain/awq171.
15. Семиохина А.Ф., Федотова И.Б., Полетаева И.И. Кры­­­сы линии Крушинского-Молодкиной: исследования аудио­­­генной эпилепсии, сосудистой патологии и поведе­ния. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Пав­лова 2006; 56(3): 298–316.
16. Silva A.F., Sousa D.S., Medeiros A.M., Macêdo P.T., Leão A.H., Ribeiro A.M., Izídio G.S., Silva R.H. Sex and estrous cycle influence diazepam effects on anxiety and memory: Possible role of progesterone. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 2016; 70: 68–76, https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2016.05.003.
17. Kiryk A., Aida T., Tanaka K., Banerjee P., Wilczynski G.M., Meyza K., Knapska E., Filipkowski R.K., Kaczmarek L., Danysz W. Behavioral characterization of GLT1 (+/–) mice as a model of mild glutamatergic hyperfunction. Neurotox Res 2008; 13(1): 19–30, https://doi.org/10.1007/bf03033364.
18. Rosen J.B., Schulkin J. From normal fear to pathological anxiety. Psychol Rev 1998; 105(2): 325–350, https://doi.org/10.1037/0033-295x.105.2.325.
19. Crawley J.N. Designing mouse behavioral tasks relevant to autistic-like behaviors. Ment Retard Dev Disabil Res Rev 2004; 10(4): 248–258, https://doi.org/10.1002/mrdd.20039.
20. Kaidanovich-Beilin O., Lipina T., Vukobradovic I., Roder J., Woodgett J.R. Assessment of social interaction behaviors. J Vis Exp 2011; 48: 2473, https://doi.org/10.3791/2473.
21. Crawley J.N. Behavioral phenotyping strategies for mutant mice. Neuron 2008; 57(6): 809–818, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2008.03.001.
22. Lalonde R., Strazielle C. Motor performance and regional brain metabolism of spontaneous murine mutations with cerebellar atrophy. Behav Brain Res 2001; 125(1–2): 103–108, https://doi.org/10.1016/s0166-4328(01)00276-5.
23. Komatsu M., Waguri S., Chiba T., Murata S., Iwata J., Tanida I., Ueno T., Koike M., Uchiyama Y., Kominami E., Tanaka K. Loss of autophagy in the central nervous system causes neurodegeneration in mice. Nature 2006; 441(7095): 880–884, https://doi.org/10.1038/nature04723.
24. Wang X., Bowers S.L., Wang F., Pu X., Nelson R.J., Ma J. Cytoplasmic prion protein induces forebrain neurotoxicity. Biochim Biophys Acta 2009; 1792(6): 555–563, https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2009.02.014.
25. Lee L.-J., Chen W.-J., Chuang Y.-W., Wang Y.-C. Neonatal whisker trimming causes long-lasting changes in structure and function of the somatosensory system. Exp Neurol 2009; 219(2): 524–532, https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2009.07.012.
26. Шишелова А.Ю., Алиев Р.Р., Раевский В.В. Ран­ний сенсорный опыт определяет разнообразие ис­сле­до­ва­тельского поведения в зрелом возрасте. Экспе­ри­мен­тальная психология 2015; 8(1): 73–84.
27. Shishelova A.Y., Raevskii V.V., Aliev R.R. Effect of early sensory experience on the exploratory activity in adult animals. Doklady Biological Sciences 2016; 468(1): 101–103, https://doi.org/10.1134/s0012496616030029.
28. Крушинский Л.В. Новое в изучении эксперимен­тальной эпилепсии и физиологических механизмов, лежа­щих в ее основе. Успехи современной биологии 1949; 28: 108–133.
29. Hascoët M., Bourin M., Nic Dhonnchadha B.Á. The mouse ligth-dark paradigm: a review. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 2001; 25(1): 141–166, https://doi.org/10.1016/s0278-5846(00)00151-2.
30. Denenberg V.H. Open-field behavior in the rat: what does it mean? Ann N Y Acad Sci 1969; 159(3): 852–859, https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1969.tb12983.x.
31. Bailey K.R., Rustay N.R., Crawley J.N. Behavioral phenotyping of transgenic and knockout mice: practical concerns and potential pitfalls. ILAR J 2006; 47(2): 124–131, https://doi.org/10.1093/ilar.47.2.124.
32. Попова Н.К., Бары­кина Н.Н., Плюснина И.З., Алехина Т.А., Колпаков В.Г. Экспрессия реакции испуга у крыс, генетически предрасположенных к разным видам за­щитного поведения. Российский физиологический жур­нал им. И.М. Сеченова 1999; 1: 99–104.
33. Тибейкина М.А. Генетико-физиологические особен­ности акустической реакции вздрагивания: взаимосвязь с другими формами поведения. Дис. … канд. биол. наук. Новосибирск; 2008.
34. Амикишиева А.В. Поведенческое фенотипирование: современные методы и оборудование. Информационный вестник ВОГиС 2009; 13(3): 529–542.
35. Thor D.H., Holloway W.R. Anosmia and play fighting behavior in prepubescent male and female rats. Physiol Behav 1982; 29(2): 281–285, https://doi.org/10.1016/0031-9384(82)90016-6.
36. Takagi T., Nishizaki Y., Matsui F., Wakamatsu N., Higashi Y. De novo inbred heterozygous Zeb2/Sip1 mutant mice uniquely generated by germ-line conditional knockout exhibit craniofacial, callosal and behavioral defects associated with Mowat-Wilson syndrome. Hum Mol Genet 2015; 24(22): 6390–6402, https://doi.org/10.1093/hmg/ddv350.
37. Nishizaki Y., Takagi T., Matsui F., Higashi Y. SIP1 expression patterns in brain investigated by generating a SIP1-EGFP reporter knock-in mouse. Genesis 2013; 52(1): 56–67, https://doi.org/10.1002/dvg.22726.
38. Overstreet D.H., Commissaris R.C., De La Garza R., File S.E., Knapp D.J., Seiden L.S. Involvement of 5-HT1A receptors in animal tests of anxiety and depression: evidence from genetic models. Stress 2003; 6(2): 101–110, https://doi.org/10.1080/1025389031000111311.
39. Науменко В.С., Понимаскин Е.Г., Попова Н.К. 5-HT1А рецептор: роль в регуляции различных видов поведения. Вавиловский журнал генетики и селекции 2016; 20(2): 180–190.

Belousova I.I., Zhidkova N.M., Borisova E.V., Epifanova E.A., Salina V.A., Tutukova S.A., Lapshin R.D., Babaev A.A., Mukhina I.V., Tarabykin V.S. Phenotypic Variations in the Behavior of Sip1 Knockout Mice. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(2): 20, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.2.02