Steroid Hormonların Hayvan Davranışları Üzerindeki Hızlı Etkileri

Steroid hormonların, davranışları uzun dönemde etkiledikleri varsayılır. Son bulgular, steroidlerin stres tepkilerini ve sosyal davranışları süratle, dinamik bir şekilde düzenlediğini göstermekte.

Uzun vadeli manipülasyonlar, testosteron gibi steroid hormonların saldırganlık üzerindeki etkilerini belirlemek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Kısırlaştırma ve/veya hormon ekleme şeklinde uygulanan bu işlemler, steroid hormonların davranışa etkilerini belirlemekte oldukça etkili bir yaklaşımdır. Öğrenciler steroidlerin nasıl çalıştığını öğrenirken, steroid hormon alıcılarının nasıl transkripsiyon faktörleri gibi davrandığını, hücre çekirdeğindeki genlerin nasıl denetlediğini öğrenirler (Şekil 1). Bu saatlerce, hatta günlerce süren bir işlemdir ve bilim camiası bu mekanizmayı 1960’ların başında çekirdekteki steroid reseptörlerinin keşfi ile incelemeye başlamıştır (Pfaff & Levine 2008). Bu incelemeler nedeniyle, steroidlerin hızlı etkileri yıllar boyunca odak dışı kalmıştır. Hızlı mekanizmalar, steroid yoğunluğuna bağlı olarak, saniyeler ya da dakikalar içerisinde oluşabilir ve genellikle çekirdekteki reseptörlerden bağımsız olarak düşünülür (Şekil 1). Ancak steroidlerin davranışlar üzerindeki ani etkileri üzerine ilgi tekrar artmakta. (Vasudevan & Pfaff 2006). Yakın zamandaki keşifler, steroid hormonlarının, davranışları dakikalar içerisinde çeşitli yollarla etkilediğini göstermektedir ve bu yollara genomik olmayan mekanizmalar denir. Steroidlerin hızlı etkilerinin belirlenmesi için kısırlaştırma ve dışarıdan hormon eklenmesi gibi farklı deneyler içeren yaklaşımlar gerekmekte.

Genomik mekanizmalar, hormonların sitoplazmadaki reseptörlere bağlanmasıyla başlar. Hormon/alıcı bileşimi, mRNA’yı değiştirmek için hücre çekirdeğine ilerler. Bu sürecin davranışları etkilemesi saatler hatta günler alabilir. Genomik olmayan mekanizmalar ise genellikle hormonların hücre zarına tutunmasıyla gerçekleşir. Bu alıcılar daha sonra diğer hücre sinyal yollarını aktifleştirir ve bu da davranışta, saniyeler içinde, ani değişimlere neden olur.

Stres

Glukokortikoidler (kortizol ve kortikosteron) omurgalılarda, bilinmeyen ve zararlı uyarılar alındığında salgılanır. Glukokortikoidlerin işlevi, üreme gibi süreçlerden ayrı olarak, acil durumlar için saklanan enerjiyi harekete geçirmektir (Sapolsky ve arkadaşları, 2000). Örneğin, Amerika tavşanları (Lepus americanus), Kanada vaşaklarının (Lynx canadensis) daha az yavrusu olduğu, yani daha fazla yırtıcı olduğu dönemlerde, daha yüksek böbrek üstü hormon (kortikosteron) oranlarına sahiptir (Boonstra ve ark. 1998). Bu hormonlar devamlı olarak benzeri şartlara ve sağlık durumlarına sahip bireyler ve popülasyonlar arasında ölçülmektedir. Ancak güncel bulgular göstermektedir ki glukokortikoid ve uygunluk tahminleri arasındaki ilişki sadece popülasyonlar arası değil, aynı popülasyon içinde bile değişebilir (Bonier ve ark. 2009). Bunun sebebinin glukokortikoid seviyesindeki şiddetli yükselmelerin, kronik yükselmelerden farklı olarak, psikolojik ve davranışsal etkileri olabileceğinden dolayı olduğu düşünülmektedir.

Frank Moore’un laboratuvarında yaptığı çalışmalarda, glukorkortikoidlerin içerden salınımı ya da dışarıdan alınması ile erkek sert derili semenderlerin (Taricha granulosa) saatlerce ya da günlerce süren bir kur davranışı olan dişiye tutunma hareketlerinde azalma gözlemlemiştir (Moore & Miller 1984). Daha da önemlisi bu davranışın engellenmesi, böbrek üstü hormon salınımından sekiz dakika sonra başlamaktadır (Orchinik ve ark. 1991). Hücre zarına bağlanan böbrek üstü hormon alıcıları, ki bunlar hücre çekirdeğine hareket etmezler, aynı zamanda semender beyninde de bulunmuştur. (Orchinik ve ark. 1991, 1992). Bu bulguların önemi, kur davranışlarının böbrek üstü hormon salınımı ile ani olarak azaltılarak düzenlenebileceğini göstermesidir. Çoğu çiftleşme ve kur hareketleri oldukça belirgindir ve bu da yırtıcı riskini arttırır (Cooper 1999). Bu durum avcılar tarafından tetiklenen stres tabanlı sistemlerin üreme aktivitelerini tehlike anında neden düşürdüğünü açıklamaktadır. Dişi koyunlarda, kortizol ani olarak hipofiz hassasiyetini değiştirir ve hipotalamus tarafından gonadotropin salgılatıcı hormon salgılanır (Breen & Karsch 2004). Bu durumun önemi, hipofiz bezinden salgılanan hormonların dişi üreme davranışlarını etkilemesidir (Blaustein 2010).

Çeşitli türler arasında yapılan çalışmalarda, strese karşı davranışlar değişiklik göstermektedir (Sih ve ark. 2004). Örneğin, saldırganlık ve kaçma gibi aktif tepkiler veya itaat etme, tetikte olma gibi daha pasif tepkiler görülebilir. Aktif tepkiler düşük glukokortikoidlerle ilişkilendirilirken, pasif tepkiler ise genellikle yüksek glukokortikoid salınımına bağlıdır (Koolhaas ve ark. 1999, Carere ve ark. 2003). Yüksek kare labirent başa çıkma tepkilerindeki hareket motiflerinin ve dikkatli yaklaşma pozisyonlarının gözlenmesini sağlar (Crawley 2007; Şekil 2). Bu labirent, farelerin yeni çevreleri keşfetmeye olan doğal eğilimi ile açıktaki alanlardan kaçınma arasındaki çatışmayı ölçer. Keşfe yönelik davranış gösteren fareler açık alanlarda daha fazla zaman geçirirken, keşif merakı düşük olan fareler kapalı alanlarda daha fazla zaman geçirir. Bir korelasyon araştırmasında, dikkatli davranan bireylerin daha yüksek böbrek üstü hormon salgıladığı gözlenmiştir. Bu duruma takiben, bireylere dışarıdan böbrek üstü hormon verilmesi iki dakika içerisinde dikkatli tutumlara neden olmuş ve bu davranış protein sentez inhibitörleri tarafından durdurulmamıştır (Mikics ve ark. 2005). Bu sonuç oldukça önemlidir, çünkü protein seviyesindeki değişimlerin davranışı etkilemesi için gen ifadesinde değişikliğe neden olması gerekmektedir. Böbrek üstü hormonların dikkatli, temkinli davranışlara ani etkisi, değiştirilmiş gen ifadesinden bağımsız meydana gelir. Buna bağlı olarak böbrek üstü hormon, beyin aktivitesini ve/veya nörotransmitter (sinir iletici) madde salınımını değiştirip, hücre zarındaki alıcılara bağlanması ile süreç sağlanmaktadır.

Kur Yapma

Kur davranışları, muhtemel eşler ile dinamik hareketler ve karmaşık davranış etkileşimleri içerir. Birçok çalışma testosteronun erkek kur davranışlarına önayak olduğunu belgelemiştir (Valenstein & Young 1955, Beach & Inman 1965). Ancak yakın zamandaki çalışmalar, kur davranışlarının steroid hormonlar tarafından ani olarak etkilendiği ortaya çıkarmıştır. Zebra ispinozları tek eş ile ürer ve erkekler dişilerin dikkatini çekmek için bir çeşit kuş şarkısı kullanır. Beyin tarafından kontrol edilen bu şarkıyla üremede, erkekler dişileri gördüğünde estradiol seviyelerinde ani bir artış görülür (Remage-Healey ve ark. 2008; Şekil 4). Estradiol bir östrojen türevidir. Başka bir çalışma ise estradiol hormonunun erkeklerde kur şarkısını kontrol ettiğini göstermektedir (Walters & Harding 1988) ve bu çalışmaya göre ani estradiol artışı, şarkı gibi kur davranışlarının sıklaşmasına neden olabilir. Estradiol hormonunun erkek bıldırcınlarda (Cornil ve ark. 2006) ve farelerde de (Cross & Roselli 1999) çiftleşme davranışlarını hızlıca arttırdığı gözlemlenmiştir.

Zebra ispinozlarında, estradiol beyinde sentezlenir. Ancak eşeysel bezlerden salgılanan steroidler de davranışlarda ani değişmelere sebep olabilir. Erkek Japon balıkları (Carassius auratus), yumurtlayan dişilerle karşılaştığında plazma testosteronlarında ani bir artış görülür (Kobayashi ve ark. 1986). Testosterondaki bu artış oldukça önemli, çünkü testosteron miktarındaki artış erkeğin dişiye yaklaşma sıklığını artırır (Lord ve ark. 2009). Estradiol artışı da erkek davranışlarında benzer bir etkiye sahiptir. Bu gözlem oldukça önemli çünkü aromataz enzimi testosteronu estradiol hormonuna çevirir. Çalışmada ortaya çıkan bir diğer sonuç ise, aromataz inhibitörünün testosterondan estradiol hormonuna dönüşümünü engelleyerek testosteronun erkek üzerindeki olumlu etkiler göstermesini engellemesidir (Lord ve ark. 2009). Bahsi geçen iki sonuç göstermektedir ki testislerden salgılanan testosteron beyinde estradiol hormonuna dönüştürülür ve davranışı anında değiştirir. Androjenlerin vücutta dolaşması, erkek balon balıklarında da anlık olarak ses çıkarmayı arttırır (Remage – Healey & Bass 2006). Bu durum, erkeklerin dişi gördüğünde androjen salgılamasının, erkek kur hareketlerini artırmada ve bu sayede çiftleşme şansını artırmada önemli etkisi olduğunu gösterir.

Saldırganlık

Kur yapma ve üreme davranışlarını düzenleme dışında estradiol hormonunun saldırganlık üzerinde de önemli etkileri vardır. Saldırgan davranışlarda östrojene bağlı olan sistemler çevreye karşı oldukça hassastır. Birçok kemirgende, saldırganlık seviyesi gün uzunluğuna göre değişmektedir (Jasnow ve ark. 2002, Gutzler ve ark. 2009) ve bu durum mevsimsel sıcaklık farklarını, potansiyel besin miktarını tahmin etmelerini sağlar. Estradiol hormonunun saldırganlık üzerine etkisi özellikle gün uzunluğuna bağlıdır. Peromyscus cinsi farelerde, estradiol hormonu kısa kış günlerinde saldırganlığı arttırırken uzun yaz günlerinde saldırganlığı azaltır (Trainor ve ark. 2007). Bu değişikliğin nedeni beyindeki östrojen alıcısına sahip hücrelerin sayısı ile alakalı değildir. Aksine, estradiol hormonunun davranışa etkisi hormonların beyinde nasıl hareket ettiği ile açıklanmaktadır. Kısa günlerde estradiol hormonu on beş dakika içerisinde agresifliği arttırır (Trainor ve ark. 2007, 2008; Şekil 5). Bu durum ise gen ifadesinin saldırganlık düzeyini arttırmadan sorumlu olmadığını gösterir.

Serçeler üzerinde yapılan bir çalışmada, östrojen hormonunun kış mevsiminde erkeklerde saldırganlığı arttırdığı görülmüştür (Soma ve ark. 2000b) ve bu durum farelerdeki veriler ile örtüşmektedir. Ayrıca, estradiol sentezinin engellenmesi durumunda 24 saat içinde (Soma ve ark. 2000a) saldırganlık azalmaktadır ki bu süre oldukça kısadır. Kış mevsiminde, erkek serçelerin testosteron seviyeleri oldukça düşüktür. Ancak kış mevsiminde böbrek üstü bezleri oldukça fazla dehidroepiandrosteron (DHEA) hormonu üretir (Soma & Wingfield 2001) ve bu hormon androjen üretimini sağlar. Beyin DHEA hormonunu androjene çevirebilir ve bu işlem özellikle saldırganlık anlarında artar (Pradhan ve ark. 2010). DHEA miktarı kızıl sincaplarda kışın artar ve saldırganlık durumlarında DHEA miktarı kızıl hamsterlarda yüksektir (Scotti ve ark. 2009). Bu veri, DHEA hormonunun saldırganlığı düzenleme konusunda, farklı türler arasında oldukça önemli bir hormon olabileceğini ortaya koymaktadır. Beyindeki androjen sentezinin, yüksek testosteron seviyesinin doğurduğu metabolik sonuçlardan kaçınmak için, bölgesel hareketleri sağladığı hipotezi de bulunmaktadır.

Sonuç

Steroid hormonlar protein sentezi yolları aracılığıyla, etkili ve sürekli bir şekilde, değişen çevreye tepki olarak davranışı değiştirebilir. Ancak gördüğümüz gibi, bazı şartlar daha kısa süreli ve ani tepkiler gerektirebilir. Son çalışmalar steroid hormonların davranışları anında etkileyebileceğini, ancak bu etkilerin uzun dönemli gen ifadesindeki değişmelerden farklı yollar kullanarak gerçekleştiğini göstermiştir. Bu oldukça faydalı bir yöntem olabilir, çünkü testosteron gibi hormonlar zararlı yan etkileriyle de bilinmektedir. Örneğin, testosteronun uzun dönemli artışı harcanan enerjiyi arttırır (Marler ve ark. 1995) ve bağışıklık sistemini baskılayabilir (Mills ve ark. 2010). Ani ve gene bağlı olmayan değişmeler steroid hormonların, çevreye veya sosyal değişime göre, davranışı hızlıca değiştirmesini sağlar. Bu işleve uygun olarak, sert derili semenderlerin oldukça uzun süren ve onları avcılara karşı korumasız bırakan çiftleşme anında, bir avcı ile aniden karşılaşılırsa, kortikosteron aniden beyin aktivitesini değiştirir ve çiftleşme hareketlerini durdurur. Çalışmalar yapıldıkça, steroid hormonların hem kısa dönemde hem uzun dönemde davranışları değiştirmede oldukça önemli olduğu netleşmektedir.

Kaynak ve İleri Okuma:

1. Bu yazı Nature sitesinden çevrilmiştir.
2. Beach, F. A. & Inman, N. G. Effects of castration and androgen replacement on mating in male quail. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 54, 1426–1431 (1965).
3. Blaustein, J. D. "Feminine reproductive behavior and physiology in rodents: integration of hormonal, behavioral, and environmental influences." In Hormones Brain and Behavior, 2nd ed., eds. Donald W. Pfaff et al. (New York, NY: Academic Press): 67–107.
4. Bonier, F. et al. Do baseline glucocorticoids predict fitness? Trends in Ecology and Evolution 24, 634–642 (2009).
5. Boonstra, R., Hik, D. et al. The impact of predator-induced stress on the snowshore hare cycle. Ecological Monographs 68, 371–394 (1999).
6. Boonstra, R. et al. Plasma DHEA leves in wild, territorial red squirrels: season variation and effects of ACTH. General and Comparative Endocrinology158, 61–67 (2008).
7. Carere, C. et al. Fecal corticosteroids in a territorial bird selected for different personalities: daily rhythm and the response to social stress. Hormones and Behavior 43, 540–548 (2003).
8. Cooper, W. E. Tradeoffs between courtship, fighting, and antipredatory behavior by a lizard, Eumece laticeps. Behavioral Ecology and Sociobiology 47, 54–59 (1999).
9. Cornil, C. A. et al. Estradiol rapidly activates male sexual behavior and affects brain monoamine levels in the quail brain. Behavioural Brain Research 166, 110–123 (2006).
10. Crawley, J. N. What's Wrong with my Mouse?: Behavioral Phenotyping of Transgenic and Knockout Mice, 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2007.
11. Cross, E. & Roselli, C. E. 17beta-estradiol rapidly facilitates chemoinvestigation and mounting in castrated male rats. American Journal of Physiology276, R1346–R1350 (1999).
12. Gutzler, S. J. et al. Photoperiodic regulation of adrenal hormone secretion and aggression in female Syrian hamsters. Hormones and Behavior 56, 481–489 (2009).
13. Jasnow, A. M. et al. Short days and exogenous melatonin increase aggression of male Syrian hamsters (Mesocricetus auratus). Hormones and Behavior42, 13–20 (2002).
14. Breen, K. M. Karsch, F. J. Does cortisol inhibit pulsatile luteinizing hormone secretion at the hypothalamic or pituitary level? Endocrinology 145, 692–698 (2004).
15. Kobayashi, M. et al. Gonadotropin surge during spawning in male goldfish. General and Comparative Endocrinology 62, 70–79 (1986).
16. Koolhaas, J. M. et al. Coping styles in animals: current status in behavior and stress-physiology. Neuroscience and Biobehavioral Reviews 23, 925–935 (1999).
17. Lord, L. D. et al. Rapid steroid influences on visually guided sexual behavior in male goldfish. Hormones and Behavior 56, 519–526 (2009).
18. Marler, C. A. et al. Increased energy-expenditure due to increased territorial defense in male lizards after phenotypic manipulation. Behavioral Ecology and Sociobiology 37, 225–231 (1995).
19. McEwen, B. S. & Wingfield, J. C. The concept of allostasis in biology and biomedicine. Hormones and Behavior 43, 2–15 (2003).
20. Mikics, E. et al. Behavioral specificity of non-genomic glucocorticoid effects in rats: effects on risk assessment in the elevated plus-maze and the open-field. Hormones and Behavior 48, 152–162 (2005).
21. Mills, S. C. et al. Fitness trade-offs mediated by immunosuppression in a small mammal. Evolution 64, 166–179 (2010).
22. Moore, F. L. & Miller, L. J. Stress-induced inhibition of sexual behavior: corticosterone inhibits courtship behaviors of a male amphibian (Taricha granulosa). Hormones and Behavior 18, 400–410 (1984).
23. Orchinik, M., Murray, T. F. et al. A corticosteroid receptor in neuronal membranes. Science 252: 1848-51 (1991).
24. Orchinik, M., Murray, T. F. et al. Guanyl nucleotides modulate binding to steroid receptors in neuronal membranes. Proceedings of the National Acadamey of Sciences USA 89,3830-4 (1992).
25. Pfaff, D. W. & Levine, J. E. Reconciling molecular neuroendocrine signals and the scientists who study them. Frontiers in Neuroendocrinology 29,167–168 (2008).
26. Pradhan, D. S. et al. Aggressive interactions rapidly increase androgen synthesis in the brain during the non-breeding season. Hormones and Behavior57, 381–389 (2010).
27. Remage-Healey, L. & Bass, A. H. From social behavior to neural circuitry: steroid hormones rapidly modulate advertisement calling via a vocal pattern generator. Hormones and Behavior 50, 432–441 (2006).
28. Remage-Healey, L. et al. Forebrain steroid levels fluctuate rapidly during social interactions. Nature Neuroscience 11, 1327–1334 (2008).
29. Sapolsky, R. M. et al. How do glucocorticoids influence stress responses? Integrating permissive, suppressive, stimulatory, and preparative actions. Endocrine Reviews 21, 55–89 (2000).
30. Scotti, M. A. et al. Aggressive encounters differentially affect serum dehydroepiandrosterone and testosterone concentrations in male Siberian hamsters (Phodopus sungorus). Hormones and Behavior 56, 376–381 (2009).
31. Sih, A. et al. Behavioral syndromes: an integrative overview. Quarterly Review of Biology. 79, 241–277 (2004).
32. Soma, K. K. et al. Acute and chronic effects of an aromatase inhibitor on territorial aggression in breeding and nonbreeding male song sparrows. Journal of Comparative Physiology 186, 759–769 (2000a).
33. Soma, K. K. et al. Oestrogen regulates male aggression in the non-breeding season. Proceedings of the Royal Society Londond Series B Biological Sciences 267, 1089–1096 (2000b).
34. Soma, K. K. & Wingfield, J. C. Dehydroepiandrosterone in songbird plasma: seasonal regulation and relationship to territorial aggression. Hormones and Behavior 123, 144–155 (2001).
35. Trainor, B. C. et al. Photoperiod reverses the effects of estrogens on male aggression via genomic and non-genomic pathways. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 104, 9840–9845 (2007).
36. Trainor, B. C. et al. Rapid effects of estradiol on male aggression depend on photoperiod in reproductively non-responsive mice Hormones and Behavior53, 192–199 (2008).
37. Valenstein, E. S. & Young, W. C. An experimental factor influencing the effectiveness of testosterone proprionate in eliciting sexual behavior in male guinea pigs. Endocrinology 56, 173–185 (1955).
38. Vasudevan, N. & Pfaff, D. W. Membrane initiated actions of estrogens in neuroendocrinology: emerging principles. Endocrine Reviews 28, 1–19 (2006).
39. Walters, M. J. & Harding, C. F. The effects of an aromatization inhibitor on the reproductive behavior of male zebra finches. Hormones and Behavior 22, 207–218 (1988).