Исследование роли миокина ирисина как фактора нефотической настройки циркадианных часов супрахиазматического ядра

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-25-00152

НазваниеИсследование роли миокина ирисина как фактора нефотической настройки циркадианных часов супрахиазматического ядра

Руководитель Инюшкин Алексей Николаевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" , Самарская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология

Ключевые слова Циркадианные ритмы, биологические часы, супрахиазматическое ядро, нефотическая настройка, ирисин

Код ГРНТИ34.03.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Собственные циркадианные часы организма млекопитающих, расположенные в супрахиазматическом ядре гипоталамуса, задают множество физиологических, биохимических и поведенческих ритмов, являющихся предметом изучения хронобиологии и хрономедицины. Эти часы нуждаются в точной синхронизации с 24-часовым ритмом окружающей среды. В главном механизме синхронизации (фотической настройке) используется информация, поступающая в супрахиазматическое ядро от специфических фоторецепторов сетчатки. Кроме этого, важную роль в синхронизации циркадианных часов играет совокупность не связанных с афферентацией от фоторецепторов нефотических механизмов настройки осциллятора, среди которых потенциально важную роль играет суточный режим физической активности. Однако механизмы синхронизации циркадианных часов в соответствии с этим режимом практически не изучены. В рамках настоящего проекта будет экспериментально проверена гипотеза о том, что синхронизирующим сигналом в рамках нефотической настройки циркадианного осциллятора является миокин ирисин. Для проверки этой гипотезы запланировано комплексное исследование, направленное на изучение роли ирисина в циркадианной системе. Поскольку до настоящего времени экспериментальных исследований, направленных на выяснение роли миокинов в качестве факторов синхронизации циркдианных биологических часов не проводилось, реализация каждого из запланированных разделов проекта позволит получить новые приоритетные данные. Эти разделы включают эксперименты in vitro с непосредственным воздействием ирисина на нейроны супрахиазматического ядра и характеристикой возможного модулирующего влияния данного вещества на состояние афферентных входов в супрахиазматическое ядро; изучение эффектов ирисина на поведенческий циркадианный ритм локомоторной активности и его влияния на скорость адаптации этого ритма к опережающим и запаздывающим сдвигам суточного режима освещения in vivo; исследование суточного ритма экспрессии генов FNDC5/ирисина и важнейших часовых генов Clock, Bmal1, Per2, Cry1 в супрахиазматическом ядре и корреляции их экспрессии с уровнем локомоторной активности животных. Реализация проекта позволит доказать функциональную роль ирисина в качестве фактора нефотической настройки циркадианных часов и впервые установить механизмы функциональной активности ирисина в циркадианной системе. Актуальность проблемы определяется критической недостаточностью знаний о физиологических механизмах участия физической активности в нефотической настройке циркадианного осциллятора и о роли миокина ирисина в качестве фактора синхронизации циркадианных биологических часов супрахиазматического ядра. В рамках циркадианной системы суточный паттерн физической активности рассматривается как фактор нефотической настройки циркадианных часов, однако, механизм синхронизирующего влияния физической активности до сих пор остается неизвестным. Существует традиционное представление о том, что механизм действия физической активности на циркадианные часы связан с активацией симпатической нервной системы и гипоталамо-гипофизарно-адреналовой оси. Однако, в связи с недавним открытием ирисина это представление должно быть существенно пересмотрено. Хорошо известно о положительном влиянии физической активности на когнитивные функции, течение нейродегенеративных заболеваний (болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона), эпилепсии, инсульта, депрессии, нейропротекторном влиянии и даже о стимуляции нейрогенеза de novo. После открытия миокина ирисина оказалось, что в большинстве случаев позитивные центральные эффекты физической активности могут быть опосредованы данным регулятором, что определяет многообещающий терапевтический потенциал ирисина. Научная значимость решения данной проблемы определяется необходимостью изучения нового ранее неисследованного механизма настройки циркадианных часов, что представляет теоретический и практический интерес для хронобиологии и хрономедицины.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Инюшкин А.Н., Полетаев В.С., Инюшкина Е.М., Кальбердин И.С., Инюшкин А.А. Irisin/BDNF signaling in the muscle-brain axis and circadian system: a review Journal of Biomedical Research, http://www.jbr-pub.org.cn/article/doi/10.7555/JBR.37.20230133 (год публикации - 2023)
10.7555/JBR.37.20230133

2. Инюшкин А.Н., Павленко С.И., Исакова Т.С., Инюшкина Е.М., Конашенкова А.Т., Инюшкин А.А. Влияние миокина ирисина на биологические часы супрахиазматического ядра и циркадианный ритм локомоторной активности крыс Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Санкт-Петербург, 2023., Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Санкт-Петербург, 2023. С. 67. (год публикации - 2023)

3. Инюшкин А.Н., Исакова Т.С., Инюшкин А.А., Кретова И.Г. Физиологическая и патофизиологическая роль миокина ирисина Современные вопросы биомедицины, Т. 7, №2(23) (год публикации - 2023)
10.51871/2588-0500_2023_07_02_8

4. Инюшкин А.Н., Павленко С.И., Исакова Т.С., Конашенкова А.Т., Инюшкин А.А. Механизмы центральной активности миокина ирисина Правовые и этические аспекты геномных исследований и разработок. Самара: Инсома-пресс., С. 102-107 (год публикации - 2023)

5. Инюшкин А.Н., Исакова Т.С., Павленко С.И., Конашенкова А.Т., Инюшкин А.А. Модулирующее влияние ирисина на функциональное состояние афферентных входов из аркуатного ядра в супрахиазматическое ядро in vitro Правовая основа социально-экономических отношений в аспекте вызовов современности. (год публикации - 2023)

6. Павленко С.И., Ведясова О.А. Особенности когнитивной деятельности у студентов с разными хронотипами в течение учебного дня Человек. Спорт. Медицина., Человек. Спорт. Медицина. 2024. Т. 24. № S2. С. 159 - 166. (год публикации - 2024)
10.14529/hsm24s224

7. Инюшкин А.Н., Павленко С.И., Исакова Т.С., Конашенкова А.Т., Инюшкина Е.М. Modulating effect of irisin on the functional state of inhibitory afferent inputs to the suprachiasmatic nucleus from the arcuate nucleus BIO Web of Conferences, BIO Web of Conferences, 121, 01019 (год публикации - 2024)
10.1051/bioconf/202412101019

8. А.Н. Инюшкин, С.И. Павленко, Т.С. Исакова, А.Т. Конашенкова, А.А. Инюшкин Миокин ирисин – молекулярный сигнал, опосредующий благотворное влияние физической активности на функции мозга и циркадианную систему (обзор) Человек. Спорт. Мдицина, Человек. Спорт. Медицина. 2024. Т. 24, № 1. С. 57–64 (год публикации - 2024)
10.14529/hsm240107

9. Инюшкин А.Н. Данные о спайковой активности нейрона супрахиазматического ядра крысы в условияхаппликации 4 нМ ирисина Свидетельство о государственной регистрации базы данных, Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024625423 от 22.11.2024 (год публикации - 2024)

10. Инюшкин А.Н. Данные о циркадианном ритме произвольной локомоторной активности крыс,полученные при регистрации вращения бегового колеса, в условиях интраназальноговведения ирисина в момент времени ZT 6 субъективного суточного цикла Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024625343 от 20.11.2024, Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2024625343 от 20.11.2024 (год публикации - 2024)

11. А.Н. Инюшкин, С.И. Павленко, Т.С. Исакова, Е.М. Инюшкина, А.Т. Конашенкова, А.А. Инюшкин Влияние миокина ирисина на спайковую активность нейронов супрахиазматического ядра и циркадианный ритм локомоторной активности крыс Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Учение академика И. П. Павлова в современной системе нейронаук», посвященная 175-летию со дня рождения академика И. П. Павлова и 120-летию со дня вручения академику И. П. Павлову Нобелевской премии. Сборник тезисов докладов., Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Учение академика И. П. Павлова в современной системе нейронаук», посвященная 175-летию со дня рождения академика И. П. Павлова и 120-летию со дня вручения академику И. П. Павлову Нобелевской премии. Сборник тезисов докладов. С. 333-334 (год публикации - 2024)

12. А.Н. Инюшкин, Е.М. Инюшкина, С.И. Павленко, Т.С. Исакова, А.Т. Конашенкова, И.Д. Романова, Р.А. Зайнулин, А.А. Инюшкин The effects of irisin on firing activity and spike coding in the rat suprachiasmatic nucleus Current Topics in Peptide and Protein Research, Current Topics in Peptide and Protein Research, 24, 85–93. (год публикации - 2023)

13. А.Н. Инюшкин, В.С. Полетаев, Е.М. Инюшкина, И.С. Кальбердин, А.А. Инюшкин Irisin/BDNF signaling in the muscle-brain axis and circadian system: A review Journal of Biomedical Research, Journal of Biomedical Research, 38(1): 1–16 (год публикации - 2024)
10.7555/JBR.37.20230133

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Основной целью настоящего проекта является экспериментальная проверка гипотезы о возможной роли миокина ирисина в качестве синхронизирующего сигнала в рамках нефотической настройки циркадианного осциллятора супрахиазматического ядра. Предполагается, что ирисин, высвобождающийся из сокращающихся мышц, способен выполнять роль сигнала настройки циркадианных часов в соответствии с уровнем и суточным режимом физической активности. Для проверки этой гипотезы в течение второго года реализации проекта выполнено комплексное исследование на лабораторных крысах, включавшее поведенеские эксперименты in vivo и генетическое исследование in vitro. В поведенческих экспериментах интраназальное введение ирисина в любой момент проецированного темного времени суток (ZT 14, ZT 18, ZT 22) не оказывало влияния на параметры циркадианного ритма произвольной локомоторной активности крыс. В то же время, введение ирисина в середине проецированного светлого времени суток (ZT 6) вызывало опережающий сдвиг циркадианного ритма произвольной локомоторной активности, сопровождавшийся соответствующим сдвигом акрофазы ритма и уменьшением суммарной локомоторной активности. Таким образом, ирисин оказывает эффективное влияние на параметры поведенческого циркадианного ритма лишь при введении в специфический момент циркадианного цикла (середина проецированного светлого времени суток). В отдельной серии экспериментов изучено влияние трехкратного интраназального введения ирисина на скорость адаптации поведенческого циркадианного ритма произвольной локомоторной активности к 3-часовому опережающему и запаздывающему сдвигу суточного режима освещения. В исходном состоянии животные находились в условиях режима освещения LD 12 : 12 (чередование 12-часовых светлых и темных периодов). После 7-суточной регистрации их локомоторной активности осуществляли 3-часовой сдвиг режима освещения LD 12 : 12 в сторону опережения (освещение включали на 3 часа раньше, чем в исходном состоянии) или в сторону запаздывания (освещение включали на 3 часа позже, чем в исходном состоянии). В течение 3 первых суток после переключения режима освещения в один и тот же момент суточного цикла (ZT 6), в который ирисин вызывал опережающий сдвиг поведенческого ритма в основной вышеописанной серии экспериментов in vivo, троекратно вводили 0,5 мкг ирисина. Установлено, что введение ирисина не приводит к статистически значимому изменению скорости адаптации поведенческого ритма к 3-часовым сдвигам режима освещения (р > 0,05). Таким образом, в данных экспериментальных условиях статистически значимого влияния ирисина на скорость адаптации поведенческого циркадианного ритма к опережающим или западывающим сдвигам суточного режима освещения выявить не удалось. Полученные результаты не дают возможности рассматривать ирисин в качестве потенциального адаптогена циркадианной системы к сдвигам суточного режима освещения, например, при трансмеридианных перелетах. С помощью метода ПЦР в реальном времени выполнен генетическое исследование суточного ритма экспрессии генов FNDC5/ирисина в икроножой мышце и важнейших часовых генов Clock, Bmal1, Per2, Cry1 в супрахиазматическом ядре и корреляции их экспрессии с уровнем локомоторной активности животных. Выявлены характерные особенности суточного профиля экспрессии перечисленных генов. В частности, получены данные о том, что экспрессия гена FNDC5/ирисина возрастает в ночное время суток. Учитывая, что крысы являются ночными животными, можно предположить существование зависимости экспрессии данного гена от уровня локомоторной активности, однако, статистически значимой корреляции между уровнем экспрессии гена FNDC5/ирисина и уровнем локомоторной активности животных обнаружено не было, несмотря на отчетливые признаки наличия такой корреляции (р = 0.082: корреляция Пирсона). Данный вопрос требует дальнейшей экспериментальной проверки. Также выявлены важные особенности суточного профиля экспрессии часовых генов. Так, экспрессия гена Bmal1 прогрессивно снижалась к концу светлого времени суток, а с наступлением ночи она постепенно восстанавливалась до исходного уровня к ZT 22, тогда как статистически значимых суточных изменений экпрессии другого важнейшего часового гена - Clock выявить не удалось. По всей видимости, суточный профиль колебаний экспрессии центрального гетеродимера циркадианных часов Clock-Bmal1 в первую очередь определяется изменениями экспрессии гена Bmal1, тогда как концентрация протеина Clock остается относительно постоянной. Также обнаружены важные особенности экспрессии генов гетеродимерного комплекса Per2-Cry, играющего первостепенную роль в регуляторной петле обратной связи циркадианных часов. Если суточный профиль колебаний экспрессии гена Per2 ясно указывает на ее снижение в середине светлого времени суток и повышение в ночной период, то профиль экспрессии гена Cry оказался сглаженным, и статистически значимое снижение экспрессии данного гена проявилось лишь в середине светлого времени суток (ZT 10). Характерно, что суточный профиль экспрессии гена FNDC5/ирисина оказался аналогичным профилю экспрессии гена Per2, что может указывать на непосредственное участие ирисина в регуляции экспрессии Per2, например, через Е-box промотора последнего, однако, данное предположение требует экспериментальной проверки. Вся совокупность полученных экспериментальных результатов свидетельствует о том, что миокин ирисин способен оказывать синхронизирующее влияние на параметры активности циркадианного осциллятора супрахиазматического ядра, в том числе, через механизмы экспрессии часовых генов. Поскольку ирисин продуцируется работающими мышцами, полученные данные являются экспериментальным подтверждением гипотезы о непосредственном участии данного миокина в механизмах нефотической синхронизации циркадианных часов в соответствии с уровнем активности скелетных мышц, и следовательно, в соответствии с суточным режимом и интенсивностью физической активности.

Публикации