Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Показано, что изменения, возникающие под влиянием агонистических взаимодействий, затрагивают не только функциональную регуляцию с вовлечением генов, кодирующих белки, работающие в нейротрансмиттерных системах, которые непосредственно участвуют в развитии исследуемых патологий поведения. Показано также, что патологические состояния сопровождаются со значительными молекулярными и клеточными изменениями в различных отделах мозга мышей. В частности, изменяются паттерны экспрессии коллагеновых генов семейства Col*, кодирующих белки, которые являются основными компонентами экстраклеточного матрикса. Было найдено, что большинство дифференциально экспрессирующихся коллагеновых генов активируется в гипоталамусе и дорсальном стриатуме агрессивных и депрессивных мышей и в гиппокампе депрессивных мышей, тогда как в вентральной тегментальной области продемонстрировано снижение экспрессии этих генов у обеих экспериментальных групп. Аберрантная экспрессия коллагеновых генов, индуцированная хроническими агонистическими взаимодействиями, может указывать на дефекты клеточного матрикса в областях мозга мышей с развитием патологий поведения. Это первое исследование, демонстрирующее ремоделирование экстраклеточного матрикса при развитии экспериментальных расстройств, в частности, патологии агрессивного поведения. Был проведен анализ нейронов в дорсальном стриатуме, участвующих в цАМФ-опосредованных путях активации фосфорилирования, специфичных для средних шипиковых нейронов (medium spiny neurons - MSNs), которые составляют основную часть (95% у мышей) нейронов в дорсальном стриатуме и представляют собой дофаминоцептивные ГАМКергические нейроны. Показано, что цАМФ-опосредованный каскад реакций возбуждения и торможения, наблюдаемый при внутриклеточной трансдукции сигнала MSNs, имеет решающее значение для исследований в области неврологии. Основываясь на анализе корреляции экспрессии генов между группами мышей с различными типами социального поведения (агрессивным и депрессивным), удалось разделить генные пути Drd1- и Drd2-дофаминоцептивных нейронов (D1 и D2, соответственно). Было также обнаружено, что нейроны D1 обладают ранее зарегистрированными двумя состояниями, пассивным и активным, представленными в нашем анализе различными отрицательно коррелированными кластерами генов. Примечательно, что нейроны D2 показали наибольшее влияние модуляции экспрессии гена Ppp1r1b (кодирующее белок DARPP-32). Основываясь на анализе экспрессии альтернативных транскрипционных изоформ, было показано, что гены Drd1, Adora1, Pde10, Ppp1r1b, Gnal, в частности, в нейронах D1, по-видимому, остаются транскрипционно репрессированными через обратимый механизм сайленсинга CpG-островков промотора. Можно полагать, что найден каскад генов, запускающих развитие психоза под влиянием повторного опыта агрессии. В 2019 году со ссылкой на финансирование РНФ, грант №19-15-00026, вышли 2 статьи и тезисы, 2 статьи посланы в печать. Ссылки на источники в открытой печати (приведены не все): https://www.kommersant.ru/gallery/4104340#id1802334 https://nauka.tass.ru/nauka/6926391 https://www.gazeta.ru/science/news/2019/09/25/n_13507225.shtml https://www.gazeta.ru/science/news/2019/09/25/n_13507225.shtml https://oko-planet.su/ekstrim/ekstrimsovet/527211-rossiyskie-genetiki-nazvali-prichinu-razvitiya-depressii.html https://spbdnevnik.ru/news/2019-09-25/uchenye-nashli-gen-svyazannyy-s-razvitiem-psihoza-i-depressii https://iz.ru/925243/2019-09-25/rossiiskie-genetiki-raskryli-odnu-iz-prichin-razvitiia-psikhoza-i-depressii https://www.poisknews.ru/news/rossijskie-uchenye-vyyavili-geny-zapuskayushhie-psihoz-i-depressiyu/ http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=53764d20-ab3a-40a7-b2a7-0a83a58179f8&print=1 https://news.myseldon.com/ru/news/index/216706305 https://health.mail.ru/news/genetiki_raskryli_odnu_iz_prichin_razvitiya/

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Были продолжены исследования по изучению нейрогеномных изменений в отделах мозга животных с альтернативными формами социального поведения. В этом году проведен полный анализ дифференциально экспрессирующихся генов (ДЭГ) в вентральной тегментальной области (VTA) самцов мышей с позитивным (агрессоры) и негативным (жертвы) социальным опытом в ежедневных агонистических взаимодействиях, который позволил выявить специфику изменений и выяснить молекулярные механизмы, лежащие в основе формирования альтернативных моделей социального поведения. Анализ RNA-Seq использовали для сравнения профилей транскриптома VTA для трех экспериментальных групп животных: агрессоры и жертвы с повторным опытом агонистических взаимодействий в течение 20 дней и контрольные мыши. Анализ экспрессии генов VTA у агрессоров по сравнению с контролем выявил 44 ДЭГ, 14 из которых связаны с поведением и неврологическим фенотипом. Девять ДЭГ кодируют факторы транскрипции. Анализ экспрессии генов в VTA у жертв по сравнению с контролем выявил 188 ДЭГ, 64 из которых также связаны с поведенческим и неврологическим фенотипами, включая шесть известных ДЭГ (Camk2a, Gad2, SIc6a2, Slc6a3, Slc6a4, Tph2). 28 ДЭГ кодируют факторы транскрипции. Была обнаружена активации кальциевых сигнальных процессов, повышенного синтеза ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты) и повышенного транспорта серотонина и дофамина, и можно также предположить снижение транспорта норадреналина и глицина. Сравнение списков ДЭГ выявило 23 общих гена, которые значительно изменили уровень транскрипции у обеих групп животных. Можно сделать вывод, что уровень транскрипции большого количества генов в VТА изменяется однонаправленно у исследованных групп, что, вероятно, является результатом реакции организма животных на социальный стресс, вызванный агонистическими взаимодействиями. При сравнении уровня экспрессии генов в VTA у агрессоров по отношению к жертвам было выявлено 207 ДЭГ. Среди них обнаружено 6 генов, которые двунаправленно изменили уровень транскрипции в экспериментальных группах мышей относительно контроля. Согласно технологии, основанной на анализе PLS-DA, четыре гена (Six3, Ercc2, Otx2, Nrgn) вносят максимальный вклад в межгрупповые различия при сравнении животных с альтернативными типами социального поведения. Три из этих генов Ercc2, Otx2 и Nrgn связаны с поведенческим и неврологическим фенотипами. Наиболее интересными из этих генов оказались Ercc2 и Nrgn. Анализ показал, что ген Ercc2 связан с биологическими процессами, такими как нейрогенез (глиогенез), регуляция транскрипции с промотора РНК-полимеразы II (регуляция экспрессии гена), запрограммированная гибель клеток, дифференцировка стволовых клеток, ответ на гипоксию, развитие иммунной системы, старение. Ген Nrgn связан с биологическими процессами, такими как развитие нервной системы, передача сигналов между клетками, транссинаптическая передача сигналов, поведение, регулирование передачи сигналов, обучение или память, регуляция структуры или активности синапсов, модуляция синаптической передачи, регуляция синаптической пластичности, ассоциативное обучение, внутриклеточная передача сигнала. Впервые было показано, что экспрессия гена Nrgn (нейрогранин) существенно коррелировала с экспрессией генов, участвующих в синтезе и транспорте дофамина (Th, Ddc, Slc6a3 и Drd2) у жертв, но не у агрессоров. Можно предположить, что паттерны экспрессии этих генов могут быть вовлечены в определение поведенческих различий у мышей с альтернативным социальным опытом. Опубликована статья: Redina O., Babenko V., Smagin D., Kovalenko I., Galyamina A., Efimov V., Kudryavtseva N. Gene expression changes in the ventral tegmental area of male mice with alternative social behavior experience in chronic agonistic interactions. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 6599; doi:10.3390/ijms21186599. IF - 4,210, Q1 Wos/Scopus =========================== С использованием базы транскриптомных данных исследована дифференциальная экспрессия генов, кодирующих белки-транспортеры разных субстратов в вентральной тегментальной области (VTA), прилежащих ядрах (NAcc), а также префронтальной коре (PFC), участвующих в механизмах положительного подкрепления. Анализ показал, что у большинства ДЭГ семейства Slc*, кодирующих транспортеры различных субстратов в VTA и NAcc экспрессия снижалась (12 из 17 генов и 25 из 26 генов, соответственно) под влиянием повторного опыта агрессии, чего не наблюдалось в PFC (6 и 5, up и down регуляция, соответственно). Кроме того, было показано, что большинство этих генов имеют профили экспрессии, специфичные для каждой области мозга. В VTA и NAcc наблюдалась измененная экспрессия генов, кодирующих переносчики нейромедиаторов, а также неорганических и органических ионов, аминокислот, металлов, глюкозы и т.д. Эти данные свидетельствуют об изменении транспортных функций для многих субстратов, что приводит к нарушению многих клеточных и нейромедиаторных процессов. Был сделан вывод, что транспорт нейромедиаторов мноаминергических систем, особенно, как было показано ранее, дофаминергических, у самцов мышей с повторным опытом агрессии претерпевает изменения, приводящие к глубоким модификациям генома. Известные модификации включают снижение экспрессии большинства генов семейства Slc*, по крайней мере, в VTA и NAcc самцов агрессивных мышей, что, по-видимому, связано с хронической стимуляцией систем вознаграждения в результате позитивного результата (победы) агонистических взаимодействий. Исследование представляется важным для поиска мишеней фармакологического воздействия, поскольку именно транспортеры становятся в первую очередь объектом внимания при выработке способов коррекции патологических состояний. Статья опубликована на сайте препринтов Cold Spring Harbor Laboratory: Smagin D.A., Babenko V.N., Kovalenko I.L., Galyamina A.G., Redina O.E., Kudryavtseva N.N. Reduced expression of Slc genes in the VTA and NAcc of male mice with repeated experience of aggression ID#: BIORXIV/2020/377523 В 2020 году опубликованы 3 статьи, из них 2 статьи опубликованы в издательстве Q1; тезисы - 3. Работы, изданные по статьям, опубликованным в рамках проекта в 2019-2020 годы, процитированы 4 раза в базе данных Scopus. По результатам работы сделаны 3 доклада.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Исследования по проекту, как и ранее, проводились с использованием модели хронического социального конфликта (модель сенсорного контакта), разработанной в Секторе нейрогенетики социального поведения, ИЦиГ СО РАН [Kudryavtseva, 1991; Kudryavtseva et al., 2014] и позволяющей изучать нейрогеномные изменения в мозге у самцов мышей в процессе формирования патологии поведения под влиянием длительного позитивного и негативного социального опыта. Ранее было показано в рамках проекта РНФ, что у животных с альтернативным социальным опытом однонаправленно снижалась экспрессия серотонергических генов в ядрах шва среднего мозга [обзор, Kudryavtseva et al., 2017]. С целью поиска ключевых генов, тесно коррелирующих с изменением экспрессии серотонергических генов в этой структуре мозга, исследовали транскриптомный профиль дифференциально экспрессирующих генов (ДЭГ, RNA-Seq) у самцов мышей с повторным опытом агрессии, сопровождающимся развитием состояния по типу психоза и, в сравнительном аспекте, у животных с симптомами тревожно-депрессивного расстройства. У хронически агрессивных самцов было обнаружено 348 ДЭГ в ядрах шва среднего мозга по сравнению с контролем. Из них 276 генов (79.3%) имели сниженный уровень экспрессии. Было выявлено 94 гена, ассоциированные с эмоциями, аффективным и агрессивным поведением, неврологическими симптомами и др. 34 гена кодировали транскрипционные факторы. У тревожно-депрессивных самцов было обнаружено 214 генов, у которых экспрессия изменялась в этом отделе по сравнению с контролем. У 185 ДЭГ генов (86,4%) экспрессия снижалась. При этом 76 ДЭГ были связаны с поведенческим/неврологическим фенотипом, в том числе с аномальным эмоциональным и аффективным поведением, с депрессией, страхом и тревогой. 22 DEG кодируют факторы транскрипции. Среди них экспрессия серотонергических генов, контролирующих синтез (Tph2, Ddc) и обратный захват серотонина (Slc6a4) снижалась у обеих групп животных, хотя и с разной степенью выраженности. В результате многопланового анализа полученных нейрогеномных данных были выявлены корреляции между уровнями транскрипции генов, кодирующих синтез и транспорт серотонина и генами, кодирующими гормоны [Redina et al., 2021]. Было выявлено статистически достоверное снижение уровня экспрессии генов Crh и Trh, кодирующих кортикотропин-рилизинг-гормон и тиронин-рилизинг-гормон, соответственно, а также гена Irs4, который участвует в кодировании различных сигнальных белков. При этом были найдены высокодостоверные корреляции уровня транскрипции серотонергических генов с генами Crh и Trh. Мы предполагаем, что именно эти гены являются ключевыми в регуляции функционирования серотонергических нейронов в ядрах шва среднего мозга мышей с развившейся патологией поведения, сопровождающейся повышенным уровнем тревожности. Параллельно с этими исследованиями изучалась принципиальная возможность с помощью фармакологических воздействий целенаправленно влиять на изменённую экспрессию генов у животных при развитии патологии поведения. Было исследовано влияние хлорида лития на экспрессию серотонергических генов в ядрах шва среднего мозга [Smagin et al., 2021]. Введение LiCl в течение двух недель вызвало гиперэкспрессию этих генов (Tph2, Slc6a4, Htr1a, Htr5b) в этом отделе мозга мышей в условиях хронического социального стресса. При этом LiCl оказывал скорее анксиогенный эффект, который может быть обусловлен активацией серотонергической системы на фоне повышенной экспрессии серотонергических генов под влиянием препарата. Наши результаты позволяют понять факторы, участвующие в положительных и побочных эффектах лития, широко используемого в медицинской практике для лечения психоневрологических и психоэмоциональных расстройств. Работа показала принципиальную возможность фармакологической коррекции измененной экспрессии генов. В перспективе наш поведенческий подход может быть использован для изучения целенаправленного воздействия на измененную экспрессию генов в мозге с помощью фармакологических препаратов. По сути, в результате наших нейрогеномных исследований, проводившихся на протяжении 8 лет при поддержке Российского научного фонда, в том числе за период действия гранта 2019-2021 гг, было сформировано новое направление с названием «Функциональная нейрогеномика патологических состояний». По результатам работы в 2021 году опубликованы 5 статей и 3 тезиса с указанием на поддержку исследований Российским научным фондом.