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 18-74-10087

НазваниеПоиск и верификация новых мишеней для комбинированной терапии вторичных повреждений после черепно-мозговой травмы

РуководительЛазарев Владимир Федорович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии Российской академии наук, г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2021 - 06.2023 

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (30).

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-205 - Клеточная биология, цитология, гистология

Ключевые словаЧерепно-мозговая травма, шапероны, Hsp70, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, апоптоз, белковые агрегаты, малые молекулы.

Код ГРНТИ34.39.00, 34.15.00

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Ежегодно по всему миру количество пострадавших от черепно-мозговой травмы (ЧМТ) составляет около 10 млн. человек, причем до 40% случаев имеют летальный исход, а среди выживших приблизительно у 60% наблюдается ухудшение состояния после госпитализации. В связи с высокой смертностью в первую очередь пострадавшим оказывают экстренную медицинскую помощь по устранению первичных повреждений – ушибов, отеков, кровоизлияний и пр. При этом среди пациентов, получивших ЧМТ, не менее 25% становятся инвалидами. После ЧМТ ощутимо возрастает риск развития нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Альцгеймера. Считается, что одной из причин осложнений являются вторичные повреждения после ЧМТ, которые могут развиваться в течение первых недель и даже месяцев после травмы. Их механизмы до сих пор не до конца изучены и, предположительно, могут довольно сильно отличаться в зависимости от типа травм, что, по некоторым данным, является причиной низкой эффективности лекарств, применяемых в настоящее время, однако, длительный период развития вторичных повреждений обуславливает продолжительное терапевтическое окно. Таким образом, формирование эффективной терапевтической стратегии для реабилитации после ЧМТ в ближайшее время будет оставаться крайне важной задачей для биологии и медицины. В качестве основных задач Проекта 2018 мы ставили разработку препаратов для терапии последствий ЧМТ, как на начальных этапах процесса, так и на этапе восстановления функции клеток мозга. За три года работы мы создали (либо научились использовать уже известные) in vitro и in vivo модели вторичного повреждения после ЧМТ. В качестве молекулярных мишеней для терапии мы рассматривали белки GAPDH и Hsp70. Мы обнаружили и апробировали неизвестные ранее соединения, способные препятствовать гибели нейронов вследствие вторичных повреждений после ЧМТ. Полученные нами данные позволяют развивать первоначальные идеи проекта: (1) оптимизировать найденные нами соединения, активирующие экспрессию белков теплового шока (в том числе Hsp70); (2) расширить список возможных мишеней для терапевтических препаратов с учетом нового понимания механизма действия найденных нами соединений; (3) апробировать новые варианты комбинированной терапии на основе широкого спектра защитных функций молекулярных шаперонов. В целом Проект 2021 нацелен на более глубокое изучение терапевтического влияния соединений из группы пирролилазинов (выявленных нами в процессе работы по Проекту 2018), а также на поиск оптимальных комбинаций лекарственных препаратов с учетом знаний о механизме их действия. Основная цель применения обнаруженных нами соединений – предотвращение массовой гибели клеток головного мозга в первые недели после ЧМТ. Принципиальная новизна проекта заключается в использовании неизвестных ранее соединений из ряда пирролилазинов, способных вызывать накопление в нейронах белков теплового шока. На завершающем этапе работы над проектом мы планируем апробировать на животной модели ЧМТ комбинированную терапию с применением индукторов синтеза шаперонов из класса пирролилазинов, ингибиторов агрегации GAPDH, и применяемых в клинике нестероидных противовоспалительных препаратов. Успешное решение ключевых задач проекта позволит в перспективе обеспечить большую вариативность при реабилитационной терапии после ЧМТ.

Ожидаемые результаты
Итогом работы в рамках проекта должны стать результаты исследования применения новой комбинированной терапии, направленной на восстановление когнитивных и двигательных функций у лабораторных животных после ЧМТ. В ходе работы над проектом мы планируем использовать неизвестные ранее соединения, относящиеся к ряду пирролилазинов, и продемонстрировавшие способность вызывать накопление белков теплового шока в нервных клетках. Будут получены данные о конкретных молекулярных мишенях новых соединений и возможном механизме нейропротекторного действия. Для повышения эффективности посттравматической реабилитации мы собираемся применять вещества, усиливающие синтез шаперонов совместно с препаратами, блокирующими формирование белковых агрегатов, а также с уже известными в клинике нестероидными противовоспалительными препаратами. Это абсолютно новый подход, который ранее не был апробирован даже в рамках фундаментальных исследований. Дополнительно отметим, что применения индукторов синтеза шаперонов для предотвращения нейродегенерации видится нам весьма современным и своевременным. Единственный нейропротектор - Аримокломол - действие которого основано на индукции синтеза шаперонов был зарегистрирован European Medical Agency в 2015 году, а сейчас находится на четвертой фазе клинических испытаний. При этом пока нет данных о его эффективности для терапии пост-травматического состояния. Таким образом, мы рассчитываем, что итогом реализации Проекта 2021 станут данные об эффективности применения нового терапевтического подхода для реабилитации пациентов после ЧМТ. Данные, полученные в ходе работы над проектом, в случае успешного применения терапии на крысах, в дальнейшем могут послужить базой для доклинических испытаний апробированных нами препаратов.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В защите клеток от патогенных процессов, в том числе, вызванных черепно-мозговой травмой (ЧМТ) важную роль играет белки теплового шока, в частности Hsp70 и Hsp90, которые участвуют в блокировании разнообразных путей апоптоза, является ключевыми элементом клеточной системы распознавания и деградации белков с нарушенной конформацией. Одной из задач данного проекта является разработка препаратов, действие которых основано на индукции синтеза белков шаперонов, для терапии последствий ЧМТ, как на начальных этапах процесса, так и на этапе восстановления функции клеток мозга. По результатам 1 года работы над проектом (четвертого года с учетом продления) наиболее важным результатом мы считаем изучение механизма активации синтеза шаперонов пирролилазинами. Мы установили, что мишенью для действия пирролилазинов может быть казеин киназа 2 (CK2). Пирролилазины, связывая CK2, способны ингибировать способность CK2 фосфорилировать субстрат, что приводит к активации транскрипционного фактора Hsf1 и последующей активации экспрессии генов теплового шока. Способность пирролилазинов вызывать накопление шаперонов была продемонстрирована нами на разных типах клеток, в том числе в культуре перепрограммированных нейронов человека. Такие данные обеспечивают необходимую релевантность исследований и позволяют надеяться на потенциальное применение пирролилазинов в качестве нейропротекторов для реабилитационной терапии после ЧМТ. Еще одним значимым результатом, полученным за последний год работы над проектом, стало выявление и верификация новых соединений-лидеров из группы пирролилазинов. Эти соединения обладают сопоставимой функциональной активностью в сравнении с исходной группой, но при этом гораздо более водорастворимы. Это очень важный результат, который позволит нам в дальнейшем повысить эффективность применения индукторов синтеза шаперонов при реабилитационной терапии после ЧМТ.

 

Публикации

1. Дутышева Е.А., Утепова И.А., Тресцова М.А., Анисимов А.С., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н., Маргулис Б.А., Гужова И.В., Лазарев В.Ф. Synthesis and approbation of new neuroprotective chemicals of pyrrolyl- and indolylazine classes in a cell model of Alzheimer's disease European Journal of Medicinal Chemistry, 222 (2021) 113577 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2021.113577

2. Дутышева Е.А., Утепова И.А., Тресцова М.А., Анисимов А.С., Чарушин В.Н., Чупахин О.Н., Маргулис Б.А., Гужова И.В., Лазарев В.Ф. Dataset of NMR-spectra pyrrolyl- and indolylazines and evidence of their ability to induce heat shock genes expression in human neurons Data in Brief, Volume 39, December 2021, 107562 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.dib.2021.107562

3. - Таблетки от Альцгеймера. Ученые Петербурга нашли способ замедлить болезнь Аргументы и Факты, - (год публикации - )

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В защите клеток от патогенных процессов, в том числе, вызванных черепно-мозговой травмой (ЧМТ) важную роль играет белки теплового шока, в частности Hsp70 и Hsp90, которые участвуют в блокировании разнообразных путей апоптоза, является ключевыми элементом клеточной системы распознавания и деградации белков с нарушенной конформацией. Одной из задач данного проекта является разработка препаратов, действие которых основано на индукции синтеза белков шаперонов, для терапии последствий ЧМТ, как на начальных этапах процесса, так и на этапе восстановления функции клеток мозга. В рамках проекта ранее нами были получены соединения-лидеры из класса пирролилазинов, способные вызывать накопление белков шаперонов в нейрональных клетках in vitro и in vivo. Нами была доказана способность новых синтетических производных пирролилазинов проникать через гемато-энцефалический барьер и накапливаться в тканях головного мозга крысы после внутрибрюшинного введения препаратов. Отдельно установлена способность пирролилазинов накапливаться в гиппокампе крыс. Для оценки вторичных повреждений после ЧМТ нами была разработана новая удобная модель in vitro. Ключевой особенностью представленной модели является то, что она позволяет оценить цитотоксическое действие СМЖ травмированных крыс на культуру клеток крысы, обладающих нейрональным фенотипом. Другая важная особенность новой модели – возможность быстрого и достаточно производительного тестирования терапевтических препаратов. По результатам второго года работы над проектом (пятого года с учетом продления) наиболее важным результатом мы считаем апробацию новой терапевтической стратегии, направленной на предотвращение вторичных повреждений после ЧМТ. Эта терапевтическая стратегия была основана на совместном применении нестероидного противоспалительного препарата (ибупрофен) и индуктора синтеза шаперонов (новый синтетический препарат из коллекции Уральского федерального университета KD-17.2). Основной вывод из полученных результатов заключается в том, что в большинстве проведенных нами тестов сохраняется тенденция к наибольшему терапевтическому эффекту при использовании комбинированной терапии по сравнению с любой из контрольных монотерапий (отдельно ибупрофен либо отдельно KD-17.2). Важно отметить, что при сравнении эффективности монотерапии ибупрофеном и монотерапии KD-17.2 в некоторых тестах эффективнее был ибупрофен, а в других KD-17.2. При этом их комбинация во всех тестах продемонстрировала максимальную эффективность, а в отдельных тестах (например, при оценке нарушений памяти) мы зафиксировали синергетический эффект при применении комбинированной терапии. Это очень важный результат, который позволит нам в дальнейшем повысить эффективность применения индукторов синтеза шаперонов при реабилитационной терапии после ЧМТ.

 

Публикации

1. Дутышева Е.А., Михайлова Е.Р., Тресцова М.А., Андреев А.И., Апушкин Д.Ю., Утепова И.А., Серебренникова П.О., Ахременко Е.А., Аксенов Н.Д., Бонь Е.И., Зиматкин С.М., Чупахин О.Н., Маргулис Б.А., Гужова И.В., Лазарев В.Ф. Combination of a Chaperone Synthesis Inducer and an Inhibitor of GAPDH Aggregation for Rehabilitation after Traumatic Brain Injury: A Pilot Study Pharmaceutics, 15, 7 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15010007

2. Рыкунова Е.Б., Микеладзе М.А., Утепова И.А., Чупахин О.Н., Гужова И.В., Лазарев В.Ф. Апробация новой модели вторичных повреждений после черепно-мозговой травмы на основе перепрограммированных эмбриональных фибробластов крысы Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, - (год публикации - 2023)

Возможность практического использования результатов
Мы считаем, что полученные результаты могут стать основой для доклинических испытаний новых препаратов-нейропротекторов. В первую очередь, это относится к новым соединениям из класса пирролилазинов, патентованием которых мы сейчас занимаемся.