КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 20-15-00100

НазваниеКлеточные и сетевые механизмы токсичности гомоцистеина при развитии мигрени

РуководительСитдикова Гузель Фаритовна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Республика Татарстан

Года выполнения при поддержке РНФ2020 - 2022

КонкурсКонкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

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

Ключевые словагомоцистеин, мигрень, гипергомоцистеинемия, тригеминальная система, распространяющаяся кортикальная депрессия, тучные клетки, гипералгезия, оксидативный стресс, цитокины, возбудимость тригеминальных нейронов, Са-каналы Т-типа, Са осцилляции, сероводород, НМДА рецепторы

Код ГРНТИ34.39.15


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Гомоцистеин - это серосодержащая аминокислота, образующаяся в ходе метаболизма метионина, в высоких концентрациях обладающая нейротоксическими эффектами. Генетические мутации ферментов метаболизма гомоцистеина, дефицит витаминов группы В, избыток метионина и нарушения выделительной функции, прием некоторых лекарственных препаратов приводит к повышению уровня гомоцистеина в организме – гипергомоцистеинемии (гГЦ). Показано, что гГЦ ведет к повреждению и активации эндотелиальных клеток, выстилающих стенки сосудов и повышает риск тромбозов, запускает атерогенный процесс, нейровоспаление, вызывает увеличение проницаемости гематоэнцефалического барьера и как следствие, нейродегенерацию. Популяционные данные указывают на то, что повышение уровня гомоцистеина может являться фактором риска возникновения мигрени. Однако, экспериментальные доказательства участия данной аминокислоты в патогенезе мигрени отсутствуют. Согласно современным представлениям в возникновении мигрени участвуют центральные и периферические механизмы. Центральным триггером болевой импульсации является кортикальная распространяющаяся депрессия (РКД, CSD – cortical spreading depression), лежащая в основе мигрени с аурой, частота возникновения которой ассоциируется с гГЦ. При этом РКД вызывает активацию периферических афферентов, иннервирующих менингиальные оболочки. Ноцицептивные афференты могут быть также сенситизированы целым рядом провоспалительных соединений, выделяющихся из эндотелия сосудов, глии, тучных клеток и нервных терминалей. Поэтому в нашем исследовании будет проведен анализ возбудимости периферического (тройничного нерва и нейронов тройничного ганглия, состояния тучных клеток) и центрального механизмов (соматосенсорной коры при индукции распространяющейся корковой депрессии) возникновения мигрени у животных с моделью гГЦ. Для оценки возбудимости тригеминальной системы нами будет проанализирована электрическая активность тройничного нерва, свойства нейронов тройничного ганглия, их чувствительность к алкогенам (медиаторам боли). Сенситизация периферических афферентов может быть результатом выделения цитокинов из тучных клеток в результате конститутивного экзоцитоза или дегрануляции. Поэтому мы оценим стабильность тучных клеток в менингах крыс и уровень цитокинов при моделировании гГЦ. Для оценки центрального механизма мигрени будет проанализирована чувствительность соматосенсорной области коры больших полушарий к РКД при регистрации в условиях in vivo и in vitro на срезах головного мозга. Кроме того, нами будет проводиться оценка поведения крыс в условиях, имитирующих приступы мигрени у человека, в модели хронической мигрени. С помощью поведенческих тестов будет проведена оценка изменения двигательной и исследовательской активности, тактильные пороги в завибриссовой области, эмоциональное состояние и тревожность у животных с гГЦ. Поскольку гГЦ приводит к эндотелиальным дисфункциям, лежащим в основе нейроваскулярных патологий, нами будет исследовано влияние гомоцистеина на процесс уменьшение размера сгустка при образовании тромба. Эти данные вскроют новые механизмы действия гомоцистеина на процессы коагуляции и риски развития ишемических повреждении при гГЦ, вероятных во время приступов мигрени аурой во время возникновения РКД. Для предотвращения патологий, связанных развитием гГЦ, нами будет использованы два подхода. Витамины группы В используются для снижения уровня гомоцистеина в тканях, однако, роль данной терапии в предотвращения риска развития мигрени не изучена. Поэтому нами будет оценено использование витаминов группы В при моделировании хронической мигрени у крыс с гГЦ. Во-вторых, для предотвращения последствий гГЦ мы используем донор сероводорода с последующим анализом поведенческих реакций, уровня оксидативного стресса, оксида азота и сульфидов, экспрессии ферментов синтеза сероводорода и оксида азота в тканях мозга. Таким образом, впервые нами будут выявлены механизмы, объясняющие роль гомоцистеина в патогенезе мигрени. Комплексный подход с использованием электрофизиологических, флуоресцентных, биохимических, иммуногистохимических методов, а также анализ поведения животных позволит выявить механизмы, ведущие к развитию сенситизации центральных и периферических структур при гГЦ. Кроме того, нами впервые будут использованы подходы для снижения риска развития мигрени при гипергомоцистеинемии,

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта нами будут проанализированы механизмы, лежащие в основе риска развития мигрени в условиях повышенного уровня гомоцистеина в плазме. Повышение уровня гомоцистеина происходит как в результате нарушения диеты (избыток метионина, недостаток витаминов группы В, в том числе при вегетарианской диете), так и при гетеро/гомозиготных мутациях генов, кодирующих ферменты метаболизма гомоцистеина, а также при почечной недостаточности. гГЦ наблюдается у 5% - 30% населения в зависимости от региона мира, приводя к эндотелиальным дисфункциям, сердечно-сосудистым патологиям, когнитивным нарушениям, повышая риск возникновения инсультов. Одной из социально значимых патологий при гГЦ является развитие мигрени, и особенно мигрени с аурой. В нашей работе нами будет уделено внимание как центральным, так и периферическим механизмам сенситизации, характерной для пациентов с мигренью. Исследование будет проводиться с использованием электрофизиологических, флуоресцентных, биохимических, иммуногистохимических методов. Нами будут получены сравнительные результаты о возбудимости тригеминоваскулярной системы у контрольных и модельных животных, выявлены клеточные механизмы, лежащие в основе изменения свойств нейронов при хроническом действии гомоцистеина в условиях моделирования данной патологии. Поскольку в основе мигрени с аурой лежит генерация распространяющейся корковой деполяризации (РКД), нами будет выявлена чувствительность коры головного мозга крыс с гГЦ к РКД в условиях регистрации in vivo, охарактеризованы длительные РКД при регистрации in vivo и in vitro, что позволит оценить функциональное состояние нейронов у животных с гГЦ. Мы также получим результаты об изменении двигательной функции, эмоционального, когнитивного поведения животных с гГЦ в том числе при моделировании приступов мигрени с аурой. Эти результаты позволят ответить на вопрос, является ли гГЦ повышенным риском возникновения мигрени и каковы механизмы этой связи. Сероводород (H2S) является метаболитом гомоцистеина, предположено, что его синтез уменьшается при гГЦ. Кроме того, имеются данные о нейропротекторных свойствах H2S. Поэтому мы будем анализировать уровень H2S в тканях, а также оценим экспрессию и активность ферментов синтеза H2S при гГЦ. Поскольку H2S является нейропротектором и антиоксидантом, нами будет вводится донор H2S и будет произведена оценка состояния крыс с гГЦ с использованием поведенческих тестов. Одновременно, мы будем оценивать биохимические показатели, включающие уровень пероксидов, малонового диальдегида, активности антиоксидантных ферментов в контроле и при гГЦ и в условиях введения донора H2S. Другим подходом для снижения патологий, связанных с гомоцистеинемией, является использование витаминов группы В. Мы получим данные о том, способствует ли терапия витаминами группы В снижению тяжести приступов мигрени при гГЦ. Наконец, для выявления механизмов васкулярных патологий при гГЦ, также вносящих вклад в развитие мигрени, нами будет проведена оценка влияния гомоцистеина на коагуляционные свойства крови. Поскольку гГЦ является клиническим фактором риска тромботических осложнений, предполагаемые исследования обеспечат новые прогностические и ранние диагностические критерии тромбоза при гГЦ и поможет в разработке новых подходов к профилактике и лечению этого патологического состояния. Также будут получены данные о профиле хемокинов и цитокинов у модельных животных, включающих такие параметры как интерлейкины, эритропоэтин, факторы роста, интерферон y, TNF-a, что выявит дополнительные патогенетические факторы гГЦ. Все запланированные результаты соответствуют мировому уровню исследований, и могут быть использованы для оценки риска развития мигрени и других патологий нервной и других систем при повышении уровня гомоцистеина в крови, который может служить диагностическим показателем. Кроме того, новые данные о нейропротекторных свойствах донора H2S могут послужить основой для создания препаратов для терапии гГЦ, а использование витаминов группы В – для предотвращения и/или снижения тяжести приступов мигрени при гипергомоцистеинемии.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В отчетном году нами были исследованы острые и хронические эффекты гомоцистеина и его метаболитов на возбудимость центральных и периферических отделов соматосенсорной системы, в частности системы тройничного нерва крысы. Так, острая аппликация гомоцистеина и его метаболитов (гомоцистеин тиолактон, гомоцистин и гомоцистеиновая кислота) приводила к повышению электрической активности тройничного нерва. При этом в условиях хронического повышения уровня гомоцистеина в плазме крыс с пренатальной гипергомоцистеинемией (гГЦ) происходило увеличение чувствительности тройничного нерва к деполяризующему влиянию хлорида калий и окислительного агента - перекиси водорода. Анализ электрических свойств изолированных нейронов тройничного ганглия крыс с пренатальной гГЦ показал снижение величины тока, вызывающего генерацию потенциалов действия, а также повышение частоты потенциалов действия в ответ на инъекцию тока величиной в две реобазы. Таким образом, выявлена повышенная возбудимость нервных окончаний тройничного нерва у животных с гГЦ, активация которых лежит в основе периферических механизмов возникновения боли при мигрени. Для анализа участия внутриклеточного кальция и Са-активируемых калиевых каналов большой проводимости (ВК-каналов) в эффектах гомоцистеина использовали культуру GH3 клеток крысы. Оказалось, что гомоцистеин и его метаболиты вызывают усиление продукции активных форм кислорода, гомоцистеин и гомоцистеин тиолактон усиливают частоту и амплитуду Са-осцилляций, а гомоцистин вызывает значительное усиление активности ВК-каналов, действуя с внутренней стороны мембраны. Таким образом, метаболиты гомоцистеина могут избирательно влиять на мембранные и внутриклеточные мишени, оказывая собственные эффекты на состояние клетки. Для оценки центрального механизма возникновения мигрени была проанализирована чувствительность соматосенсорной области коры больших полушарий к распространяющейся кортикальной депрессии (РКД) в условиях регистрации in vivo и in vitro на срезах головного мозга. В экспериментах in vivo было показано, что животные с гГЦ продемонстрировали более высокую восприимчивость к KCl вызванной РКД по сравнению с контрольной группой. При этом было выявлено снижение амплитуды, увеличение длительности и более медленное нарастание РКД, распространяющегося вглубь кортикальной колонки. Мы также продемонстрировали более высокую скорость горизонтального распространения РКД, повышение фоновой нейрональной активности и прироста потенциалов действия в начале РКД у животных с гГЦ. Восстановления нейрональной активности у животных с гГЦ происходило позже, чем в контрольной группе. Кроме того, животные с гГЦ демонстрировали поведенческие корреляты высокой чувствительности к РКД такие как, механическая алгезия в области вибрисс, тревожность, фотофобия. При регистрации РКД in vitro в таламокортикальных срезах крыс было показано, что инкубация срезов в метаболите гомоцистеина, гомоцистеин-тиолактона, приводит к снижению латентного периода РКД и увеличению амплитуды РКД, а также снижению скорости восстановления вызванных синаптических ответов, регистрируемых в соматосенсорной коре. Кроме того, проведен анализ поведенческих нарушений у крыс с пренатальной гГЦ и их коррекция с помощью донора сероводорода (H2S), вводимого в период беременности самок. Полученные данные свидетельствуют о том, что воздействие на самок крыс высокого уровня гомоцистеина во время беременности приводит к нарушению поведения не только в раннем, но и позднем постнатальном периоде жизни, и включают повышенную тревожность, снижение мышечной силы, нарушение грубой и тонкой моторики и координации движений, когнитивные дисфункции. Введение донора H2S самкам с гГЦ во время беременности предотвращало наблюдаемые дисфункции, что позволяет предположить, что H2S имеет важный терапевтический потенциал в лечении заболеваний, связанных с гГЦ. Таким образом, гГЦ оказывает влияние как на периферические, так и на центральные механизмы мигрени. Хронически высокая концентрация ГЦ изменяет возбудимость нервных окончаний тройничного нерва и нейронов тройничного ганглия, способствуя проведению ноцицептивной информации в ЦНС. Влияние гГЦ на центральные механизмы выражается в увеличении чувствительности к РКД, которые лежат в основе мигрени с аурой. При этом механическая алгезия, светобоязнь и тревожность крыс с гГЦ также ассоциируется с высоким риском развития РКД.

 

Публикации

1. Е.В. Ермакова, К. С. Королёва, Г. Ф. Ситдикова ВЛИЯНИЕ ПРЕНАТАЛЬНОЙ ГИПЕРГОМОЦИСТЕИНЕМИИ НА ПРО-НОЦИЦЕПТИВНЫЙ ЭФФЕКТ АТФ В СИСТЕМЕ ТРОЙНИЧНОГО НЕРВА КРЫСЫ ЖУРНАЛ ЭВОЛЮЦИОННОЙ БИОХИМИИ И ФИЗИОЛОГИИ, том 56, №7, стр 583 (год публикации - 2020).

2. Еникеев Д.Р., Герасимова Е.В., Чернопольская Д.В. Исследование чувствительности к распространяющейся корковой депрессии в условиях in vivo у крыс с врожденной и приобретенной гипергомоцистеинемией Биология наука XXI века, С 235 (год публикации - 2020).

3. Яковлева О, Богатова К, Шахматова В., Зиятдинова Г., Ситдикова Г. Learning ability and spatial memory in adult rats with prenatal hyperhomocysteinemia European Journal of Clinical Investigation, 50, Suppl 1,.p. 92 (год публикации - 2020).

4. Яковлева О., Богатова К., Яковлев А., Шахматова В., Герасимова Е ., Зиятдинова Г., Херман А., Ситдикова Г. Hydrogen Sulfide Alleviates Anxiety, Motor, and Cognitive Dysfunctions in Rats with Maternal Hyperhomocysteinemia via Mitigation of Oxidative Stress Biomolecules, 10, 97, 995 (год публикации - 2020).