Интеграция сетей регуляции генов в понимании поведения животных

Благодаря давнему сотрудничеству с директором Института геномной биологии Карла Р. Вёзе (IGB) и профессором энтомологии Джином Робинсоном из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, новый директор IGB по вычислительной геномике и профессор компьютерных наук Саураб Синха помог организовать семинар. на тему «Эволюция регулирования развития и поведения в странах СНГ» в 2018 году, чтобы выдвинуть новое направление мышления.

«Один из замечательных результатов исследования, проведенного Джином и его сотрудниками, заключался в том, что у более эусоциальных насекомых, похоже, было что-то другое в своем регулирующем геноме», — сказал Синха. «Казалось, что существует какая-то эволюционная подпись сложного социального поведения, которого мы на самом деле не ожидали, и это было одним из тех открытий, которые действительно заставили вас переосмыслить последствия».

Двухдневный семинар собрал вместе людей с разным набором навыков, где они обменивались идеями и обсуждали различные темы. Два года спустя результаты этих дискуссий вылились в перспективную статью, опубликованную в Proceedings of the National Academy of Science .

«Отправной точкой для этой точки зрения является то, что НС является фактическим стандартом для понимания того, что происходит в мозге в отношении поведения», — сказал Синха. «Наша цель состояла в том, чтобы выделить другой уровень динамики, которая сопровождает поведение, а не только динамику NN».

Авторы перспективы синтезировали текущие данные о роли регуляторных сетей генов (GRN) — совокупности регуляторных взаимодействий между генами — в контексте поведения животных наряду с NN. GRN, связанные с поведением (bGRN), влияют на изменения экспрессии генов, связанные с определенным поведением животных, в то время как GRN, связанные с развитием (dGRN), влияют на развитие новых клеток и связей в мозге. Интеграция NN, bGRN и dGRN в различных масштабах имеет потенциал для понимания того, как эти сети работают совместно для регулирования поведения животных.

«Наша первая цель заключалась в том, чтобы просто подчеркнуть важность GRN в поведенческом контексте, прежде чем размышлять о том, как GRN может взаимодействовать с NN, поскольку текущие исследования отсутствуют», — сказал Синха. «Одним из примеров взаимодействия между NN и GRN может быть модуляция активности передачи нейронов посредством контроля экспрессии белка или пептида с помощью GRN».

Посредством экспериментального картирования этих сетей изменения в экспрессии генов можно сопоставить с поведением в разных типах клеток. Ключевую роль в этих усилиях будут играть новые технологии. «Измерение экспрессии генов в мозге было сопряжено с неоднородностью мозга, в котором так много разных типов клеток», — сказал Синха. «Тот факт, что у нас действительно набирает популярность одноклеточная технология, означает, что мы можем иметь надлежащее разрешение GRN в мозгу и, следовательно, исследовать, как GRN, специфичные для определенного типа клеток, взаимодействуют с передачей сигнала через NN».

Эта перспектива также касается того, как факторы окружающей среды и социальное поведение влияют на GRN, которые затем модулируют функцию и поведение NN. «Окружающая среда может вызвать эпигенетические и долгосрочные изменения, которые затем приведут к изменению GRN», — сказал Синха. «Рассмотрение функции мозга не только через призму NN, но и через GRN позволяет нам вносить достоверный вклад в окружающую среду. Что касается социального поведения, вероятно, существует разница в GRN у более эусоциальных пчел, а именно: отправная точка для интригующей возможности того, что социальное поведение имеет некоторые уникальные характеристики в своих GRN «.

С появлением технологий будущий анализ bGRN и обмена между bGRN, dGRN и NN в различных поведенческих контекстах обеспечит более глубокое понимание поведения животных .