Возможные пути и механизмы воздействия слабых переменных магнитных полей на когнитивные функции Drosophila melanogaster

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

На сегодняшний день в усложняющейся техногенной обстановке особенную актуальность приобретает изучение влияния переменных магнитных полей (ПМП) на биологические объекты. Наиболее чувствительной к действию магнитных полей является нервная система. С привлечением моделей на Drosophila melanogasterс разным содержанием криптохрома (CRY) (универсального фото- и магнитосенсора) в тесте условно-рефлекторного подавления ухаживания изучены пути и механизмы воздействия слабых ПМП на память и когнитивные функции. В результате исследования обнаружен стойкий повторяющийся эффект изменения поведения дрозофилы. Показано, что на свету слабое ПМП стимулирует формирование среднесрочной памяти у мутанта по гену CG1848 для LIM-киназы 1agnts3, для которого характерно нарушение процессов обучения и формирования памятного следа как в нормальных условиях, так и при воздействии слабого ПМП в темноте. Основной мишенью воздействия слабого ПМП являетсяCRY, поскольку получены данные о дифференциальном эффекте света и темноты на формирование среднесрочной памяти. Выявлена роль ПМП в когнитивных процессах. Участие CRY и ПМП в процессах формирования памяти позволит разрабатывать эффективные способы неинвазивной терапии нейропатологий.

Об авторах

А. В. Медведева

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

Санкт-Петербург, Россия

Б. Ф. Щеголев

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

Санкт-Петербург, Россия

С. В. Сурма

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

Санкт-Петербург, Россия

Е. В. Токмачева

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

Санкт-Петербург, Россия

Е. А. Никитина

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН; Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена

Email: 21074@mail.ru
Санкт-Петербург, Россия; Санкт-Петербург, Россия

Е. В. Савватеева-Попова

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Jain N, Shedpure M, Tikariha R, Karanjgaonkar P, Ratre M, Agniwanshi S(2015) Magnetic field effect on biological systems. Indian Journal of Life Sciences 5(1): 135–151.
  2. Rivas M, Martinez-Garcia M(2024) A physical framework to study the effect of magnetic fields on the spike-time coding. Biomedical Engineering and Computational Biology 15: 1–14. https://doi.org/10.1177/11795972241272380
  3. Щеголев БФ, Сурма СB, Попова ИИ, Клячко ДС(2024) Восстановление потенциала действия на первом слуховом нейроне слабым магнитным полем при тугоухости. Интегративнаяфизиология5(4): 357–364. [Shchegolev BF, Surma SV, Popova II, Klyachko DS(2024) Regeneration of first auditory neuron action potential by weak magnetic field in patients with hearing loss.Integrative Physiology5(4): 357–364. (in Russ)]. https://doi.org/10.33910/2687-1270-2024-5-4-357-364
  4. Reiter LT, Potocki L, Chien S, Gribskov M, Bier E(2001) A systematic analysis of human disease-associated gene sequences inDrosophila melanogaster. Genome Res. 11(6):1114–1125. https://doi.org/10.1101/gr.169101
  5. Kawasaki H, Okano H, Ishiwatari H, Kishi T, Ishida N (2023) A role of cryptochrome for magnetic field-dependent improvement of sleep quality, lifespan, and motor function inDrosophila. Genes Cells28(7):496–502. https://doi.org/10.1111/gtc.13030
  6. DimitrijevićD,SavićT,AnđelkovićM,ProlićZ,JanaćB(2014)Extremely low frequency magnetic field (50 Hz, 0.5 mT) modifies fitness components and locomotor activity ofDrosophila subobscura. Int J Radiat Biol.90(5):337–343. https://doi.org/10.3109/09553002.2014.888105.
  7. Zmejkoski D, Petković B, Pavković-Lučić S, Prolić Z, Anđelković M, Savić T (2017) Different responses of Drosophila subobscura isofemale lines to extremely low frequency magnetic field (50 Hz, 0.5 mT): fitness components and locomotor activity. Int J Radiat Biol 93(5): 544–552. https://doi.org/10.1080/09553002.2017.1268281
  8. Fedele G, Edwards MD, Bhutani S, Hares JM, Murbach M, Green EW, Dissel S, Hastings MH, Rosato E, Kyriacou CP(2014) Genetic analysis of circadian responses to low frequency electromagnetic fields inDrosophila melanogaster.PLOS Genetics 10(12): e1004804. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004804
  9. Фрайкин ГЯ(2022) Фотосенсорные и сигнальные свойства криптохромов. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология 77(2): 65–75. [Fraikin GY(2022)Photosensoryandsignalingpropertiesofcryptochromes.Vestnik Moskovskogo universiteta.Seriya 16. Biologiya 77(2): 65–75. (In Russ.)]
  10. Zhuravlev AV, Polev D, Medvedeva AV, Savvateeva-Popova EV(2024) Whole-genome and poly(A)+transcriptome analysis of theDrosophilamutantagnts3with cognitive dysfunctions. Int. J. Mol.Sci. 25: 9891. https://doi.org/10.3390/ijms25189891
  11. Damulewicz M, Mazzotta GM(2020)One actor, multiple roles: The performances of cryptochrome inDrosophila.Front Physiol. 11: 99. https://doi.org/10.3389/fphys.2020.00099
  12. Nikitina EA, Medvedeva AV, Zakharov GA, Savvateeva-Popova EV(2014)The Drosophila agnostic locus: involvement into formation of cognitive defects in William`s syndrome. Acta Naturae 6(2): 53–61. https://doi.org/10.32607/20758251-2014-6-2-53-61
  13. Misu S, Takebayashi M, Kei M(2017) Nuclear actin in development and transcriptional reprogramming. FrontGenet. 8: 27. https://doi.org/10.3389/fgene.2017.00027
  14. Nikitina EA, Kaminskaya AN, Molotkov DA, Popov AV, Savvateeva-Popova EV(2014) Effect of heat shock on courtship behavior, sound production, and learning in comparison with the brain content of LIMK1 inDrosophila melanogastermales with altered structure of thelimk1gene. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology 50(2): 154–166. https://doi.org/10.1134/S0022093014020082
  15. Vasilieva SA, Tokmacheva EV, Medvedeva AV, Ermilova AA, Nikitina EA, Shchegolev BF, Surma SV, Savvateeva-Popova ЕV(2020) The role of parental origin of chromosomes in the instability of the somatic genome inDrosophilabrain cells and memory trace formation in norm and stress. Cell and Tissue Biology 14(3): 178–189. https://doi.org/10.1134/S1990519X20030074
  16. Huang W, Zong J, Zhang Y, Zhou Y, Zhang L, Wang Y, Shan Z, Xie Q, Li M, Pan S, Xiao Z(2024) The role of circadian rhythm in neurological diseases: A translational perspective. Aging Dis. 15(4):1565–1587. https://doi.org/10.14336/AD.2023.0921
  17. Namme JN, Bepari AK, Takebayashi H(2021) Cofilin signaling in the CNS physiology and neurodegeneration. Int J Mol Sci. 22(19):10727. https://doi.org/10.3390/ijms221910727
  18. Ejima A., Smith BPC, Lucas C, van der Goes van Naters W, Miller CJ, Carlson JR, Levine JD, Griffith LC(2007) Generalization of courtship learning inDrosophilais mediated by cis-vaccenyl acetate. Curr Biol 17(7): 599–605. https://doi.org/10.1016/j.cub.2007.01.053
  19. Kamyshev NG, Iliadi KG, Bragina JV(1999)Drosophilaconditioned courtship: Two ways of testing memory. Learn. Mem. 6: 1–20.
  20. Tokmacheva EV, Medvedeva AV, Shchegolev BF, Nikitina EA, Savvateeva-Popova EV(2024) Long-term memory: the role of light and learning in coping with stress inDrosophila melanogaster. Neurochemical Journal 18(4):728–733. https://doi.org/10.1134/S1819712424700387
  21. Thakur D, Hunt S, Tsou T, Petty M, Rodriguez JM, Montell C(2025) Control of odor sensation by light and cryptochrome in theDrosophilaantenna. iScience 28(5): 112443. https://doi.org/10.1101/2024.12.12.628259
  22. Inami S,Sakai T(2022) Circadian photoreceptors are required for light-dependent maintenance of long-term memory inDrosophila.Neurosci Res.185:62–66. https://doi.org/10.1016/j.neures.2022.09.003
  23. Yin JCP, Cui E, Hardin PE, Zhou H(2023) Circadian disruption of memory consolidation inDrosophila.Frontiers in Systems Neuroscience 17:1129152. https://doi.org/10.3389/fnsys.2023.1129152
  24. De Almeida AJPO, De Oliveira JCPL, Da Silva Pontes LV, De Souza Júnior JF, Gonçalves TAF, Dantas SH, De Medeiros IA(2022) ROS: basic concepts, sources, cellular signaling, and its implications in aging pathways. Oxidative Med Cell Longev.2022: 1225578. https://doi.org/10.1155/2022/1225578
  25. Ferro E, Goitre L, Baldini E, Retta SF,Trabalzini L(2014) Ras GTPases are both regulators and effectors of redox agents. Methods Mol Biol.1120:55–74. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-791-4_5
  26. Hobbs GA, Zhou B, Cox AD, Campbell SL(2014)Rho GTPases, oxidation, and cell redox control. Small GTPases. 5:e28579. https://doi.org/10.4161/sgtp.28579
  27. Tregub PP, Komleva YK, Kukla MV, Averchuk AS, Vetchinova AS, Rozanova NA, Illarioshkin SN, Salmina AB (2025) Brain plasticity and cell competition: Immediate early genes are the focus.Cells14(2):143. https://doi.org/10.3390/cells14020143
  28. Ortega-de San Luis C, Ryan TJ(2022) Understanding the physical basis of memory: Molecular mechanisms of the engram. J. Biol. Chem. 298(5):101866. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2022.101866
  29. Yoshii T,Todo T,Helfrich-Förster C(2008) Cryptochrome is present in the compound eyes and a subset ofDrosophila'sclock neurons. J Comp Neurol. 508(6):952–966. https://doi.org/10.1002/cne.21702
  30. Penzes P, Cahill ME(2012) Deconstructing signal transduction pathways that regulate the actin cytoskeleton in dendritic spines. Cytoskeleton 69: 426–441. https://doi.org/10.1002/cm.21015
  31. Damulewicz M, Mazzotta GM, Sartori E,Sartori E,Costa R, Pyza EM(2017)Cryptochrome is a regulator of synaptic plasticity in the visual system ofDrosophila melanogaster. Front Mol Neurosci. 10:165. https://doi.org/10.3389/fnmol.2017.00165
  32. Damulewicz M, Woźnicka O,Jasinska M, Pyza E(2020) CRY-dependent plasticity of tetrad presynaptic sites in the visual system ofDrosophilaat the morningpeak of activity and sleep. Sci Rep. 10(1):18161. https://doi.org/10.1038/s41598-020-74442-w
  33. Ivanchenko M, Stanewsky R, Giebultowicz JM(2001)Circadian photoreception inDrosophila: functions of cryptochrome in peripheral and central clocks. J Biol Rhythms. 16(3):205–215. https://doi.org/10.1177/074873040101600303
  34. Li S, Wang Y, Wang F, Hu L-F, Liu C-F(2016) A new perspective for Parkinson’s disease: Circadian rhythm. Neurosci Bull. 33(1): 62–72. https://doi.org/10.1007/s12264-016-0089-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025