Никотин связывается и активирует специфические рецепторы нервных клеток в головном мозге, которые также могут связывать нейромедиатор ацетилхолин. Эти рецепторы состоят из пяти субъединиц, и генетические исследования человека показывают, что изменения в одной субъединице могут изменить поведение никотина. В недавнем выпуске журнала Neuropharmacology исследователи сосредоточили внимание на гене, кодирующем субъединицу бета-3, которая обнаруживается в областях мозга, важных для лекарственного поведения.
«Мы знаем, что гены влияют на никотиновое поведение, но для того, чтобы выяснить, какие именно генетические варианты действуют, требуются различные типы инструментов», — сказала Хелен Каменс, доцент кафедры биоповеденческого здоровья Пенсильванского университета. "Эта работа была основана на ассоциациях, которые были обнаружены в генетических исследованиях человека. Было показано, что генетические варианты влияют на определенное никотиновое поведение, но вопрос заключался в том, почему? Здесь мы сосредоточились на попытке выяснить, что на самом деле делают эти генетические варианты."
По словам Каменса, у людей были идентифицированы два встречающихся в природе варианта в области генома, которая инициирует экспрессию генов, связанных с употреблением никотина. Люди, несущие более распространенную версию бета-3-субъединицы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов — основной аллель — с большей вероятностью будут иметь проблемы с употреблением никотина. Люди с менее распространенной версией — минорным аллелем — защищены от никотиновой зависимости. Минорный аллель отличается от основного аллеля наличием трех отличий в последовательности ДНК в области, участвующей в включении генов, связанных с никотином.
Предыдущая работа также показывает, что экспрессия минорного аллеля приводит к меньшему образованию белка бета-3.
Исследователи использовали модель на мышах, чтобы изучить, как уменьшение количества произведенной субъединицы бета-3 или полное предотвращение ее производства влияет на потребление никотина. Они использовали методы генной инженерии, чтобы удалить одну или обе копии гена бета-3.
Затем, чтобы измерить, насколько мышам нужно лекарство, исследователи предоставили каждой мыши по две бутылки с водой, одну с никотином, а другую без никотина, и записали, сколько воды выпили мыши из каждой бутылки. Мыши, у которых отсутствует одна или обе копии гена, кодирующего субъединицу бета-3, потребляли меньше никотина, чем нормальные мыши. Исследователи выполнили эти тесты на двух разных линиях мышей, но меньшее потребление никотина наблюдалось только у одной из линий, что указывает на то, что другие генетические факторы также играют роль в пристрастии к никотину.
Наконец, индивидуально устраняя каждое из трех генетических различий в минорном аллеле в клетках мыши в культуре, исследователи обнаружили, что только одно из трех различий снижает количество белка бета-3, продуцируемого клетками.
«Все три этих единичных нуклеотидных изменения наследуются вместе, поэтому в человеческой популяции вы получаете последовательность, в которой все три нуклеотида являются либо основными, либо второстепенными», — сказал Каменс. «Используя систему культивирования клеток, мы смогли определить, какие из нуклеотидных изменений действительно влияют на количество белка, чего мы никогда не могли увидеть в человеческой популяции."
Дальнейшая работа исследователей будет сосредоточена на измерении других форм поведения, которые лучше отражают различия в никотиновой зависимости, чтобы еще больше доказать важность субъединицы бета-3 никотиновых ацетилхолиновых рецепторов, а также того, как изменение ДНК в одном месте фактически снижает экспрессию бета-рецепторов. -3 ген.
Также над этим проектом работали Марисса А. Эрингер, доцент кафедры интегративной физиологии; Джилл Миямото, профессиональный научный сотрудник; Мэтью С. Пауэрс, докторант; Кейси Ро, Марисса Сото и Райан Кокс, студенты-исследователи; и Джерри Штицель, доцент кафедры интегративной физиологии, Университет Колорадо.
Национальные институты здравоохранения поддержали эту работу.