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 22-75-00106

НазваниеРазработка клеточной модели на основе транс-дифференцировки дермальных фибробластов в индуцированные нейроны стриатума для изучения возраст-ассоциированного патогенеза болезни Хантингтона и оценки эффективности потенциальных лекарственных препаратов на доклинических этапах

РуководительКрасковская Нина Александровна, Кандидат биологических наук

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

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2024 

Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

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

Ключевые словаболезнь Хантингтона, прямое репрограммирование, средние шипиковые нейроны, дендритные шипики, кальций, митохондрии, глутамат, сигма 1 рецептор

Код ГРНТИ34.17.23

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Важным этапом доклинических исследований является оценка эффективности потенциальных лекарственных препаратах непосредственно на нейронах человека. Настоящий проект направлен на разработку новой клеточной болезни Хантингтона, основанный на прямом репрограмировании или транс дифференцировке первичных дермальных фибробластов в индуцированные нейроны стриатума, которые наиболее подвержены клеточной гибели при данной нейропатологии.Транс дифференцировка позволяет сохранить всю эпигенетическую информацию, заложенную в клетках, а следовательно, и возраст-ассоциированный фенотип заболевания. Мы планируем выявить характерные для данного заболевания возрастные изменения, происходящие в нейронах с развитием патологических процессов. Таких как агрегация мутантного хантингтина, синаптическая дисфункция, развитие эксайтотоксичности и снижение функциональной активности митохондрий. Особое внимание в проекте отведено изучению наблюдаемой с возрастом элиминации синаптических связей, которая наиболее тесно коррелирует с развитием клинических симптомов заболеваний и является важной мишенью для терапии на молекулярно-клеточном уровне. На новой клеточной модели будет проведен анализ терапевтического эффекта потенциальных лекарственных препаратов на основе агонистов сигма 1 рецептора с ранее выявленным нейропротекторным эффектом. Таким образом, мы планируем подтвердить важность оценки нейропротекторного действия потенциальных лекарственных препаратов на репрограммированных нейронах пациентов, с учетом возрастных особенностей заболевания, что может существенно дополнить доклинический этап разработки терапевтических агентов.

Ожидаемые результаты
В рамках настоящего проекта мы планируем использовать преимущества прямых методов репрограммирования, являющихся альтернативой использованию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые позволяющие репрограммировать соматические клетки в нейрональные без де-дифференцировки до плюрипотентного состояния и соответственно сохранить «возраст» клеток и возраст-ассоциированные аспекты патогенеза нейродегенеративных заболеваний. С использованием протокола транс дифференцировки, основанного на использовании микро-РНК и транскрипционных факторов, мы планируем подтвердить наличие патологического фенотипа, развивающегося при старении клеток на примере болезни Хантингтона. Будет произведено оценка митохондриальной дисфункции, нейротоксичного действия глутамата, агрегации мутантного хантингтина и морфологических нарушений на популяции индуцированных нейронов, полученных от пациентов с БХ и здоровых доноров без нейропатологий. Мы ожидаем выявить все перечисленные нарушения и оценить, как потенциальные лекарственные препараты на основе агонистов сигма 1 рецептора, способны их купировать. Таким образом мы планируем обогатить доклинические исследования новой клеточной моделью, которая будет являтся важным этапом по оценке разрабатываемых фармагологических агентов и терапевтических подходов на индуцированных нейронах пациентов с нейродегенеративными заболеваниями.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Настоящий проекта направлен на разработку новой клеточной модели болезни Хантингтона, основанной на использовании микро-РНК и транскрипционных факторов, для получения популяции индуцированных нейронов стриатума из фибробластов пациентов с БХ. Преимущество данной заключается в том, что клетки сохраняют эпигенетические метки и, соответственно, возраст ассоциированный фенотип заболевания. На первом этапе выполнения проекта было подтверждено, что в клетках, полученных из фибробластов пациентов с БХ наблюдается агрегаты мутантного хантингтина, что является основным гистопатологическим признаком данной нейропатологии. Однако количество клеток, содержащих такие внутриклеточные агрегаты, составляет менее 5%. Индуцированные нейроны, полученные из фибробластов пациентов с БХ, также характеризуются измененной морфологией, выражающейся в снижении количества первичных отростков, общего количества отростков, длиной дендритов и разветвлённостью дендритного древа. Кроме того, в индуцированных нейронах из фибробластов пациентов с БХ наблюдается снижение мембранного потенциала митохондрий, что свидетельствует о снижении активности метаболизма в митохондриях. При аппликация селективного агониста сигма 1 рецептора, соединения PRE084 наблюдалось тенденция к повышению мембранного потенциала, а при добавлении агониста 3РРР мембранный потенциал восстанавливался до уровня нейронов, полученных из фибробластов без нейропатологий. Таким образом, разрабатываемая клеточная модель отражает основные патологические изменения, происходящие в клетках при развитии БХ и имеет потенциал для применения в качестве платформы для оценки эффективности потенциальных лекарственных препаратов.

 

Публикации

1. Красковская Н, Большакова А, Хотин М, Безпрозванный И, Михайлова Н. Protocol Optimization for Direct Reprogramming of Primary Human Fibroblast into Induced Striatal Neurons International Journal of Molecular Sciences, 24(7):6799 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ijms24076799

2. Н.А.Красковская, М.Г. Хотин, Н.А. Михайлова РАЗРАБОТКА КЛЕТОЧНОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ ТРАНСДИФФЕРЕНЦИРОВКИ ДЕРМАЛЬНЫХ ФИБРОБЛАСТОВ В ИНДУЦИРОВАННЫЕ НЕЙРОНЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПАТОГЕНЕЗА БОЛЕЗНИ ХАНТИНГТОНА Гены & Клетки, XVII, №3, С.123 (год публикации - 2022)

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
На втором этапе реализации проекта была продолжена характеристика новой клеточной модели болезни Хантингтона (БХ), основанной на прямом репрограммировании дермальных фибробластов в индуцированные нейроны стриатума. Проведенные эксперименты подтвердил патологический фенотип данного заболевания, ассоциированный с повышенной клеточной гибелью нейронов, вызванной эксайтотоксическим действием глутамата. Аппликация селективного агониста С1Р защищает нейроны от гибели, снижая уровень апоптоза вызванного глутаматом как в индуцированных нейронах, полученных от здоровых доноров, так и от пациентов с БХ. Уровень экспрессии С1Р повышен в индуцированных нейронах, полученных из фибробластов пациентов с БХ, однако на данной модели не были выявлены различий в колокализации мембран эндоплазматического ретикулума и митохондрий, характерные для данной патологии и продемонстрированные на других моделях данного заболевания. Важно, что данная модель можно использовать для изучения механизмов агрегации мутантного хантингтина, поскольку скопления мутантного белка наблюдались как в индуцированных нейронах стриатума, так и в индуцированных кортикальных нейронах, причем количество агрегатов было выше в последних. В результате проведенных экспериментов мы показали, что разрабатываемый подход к моделированию нейропатологий, в том числе БХ, основанный на прямом репрограммировании отражает большинство патологических признаков данной нейропатологии, такие как агрегация мутантного хантингтина и повышенная уязвимость к эксайтотоксичному действию глутамата. Таким образом разрабатываемая клеточная модель может быть полезна для изучения патогенеза БХ, а также служить платформой для оценки потенциальных лекарственных препаратов, таких как агонисты С1Р, эффективность которых была подтверждена в ходе реализации проекта.

 

Публикации

1. - В России превращают кожу в нейроны для изучения болезни Альцгеймера РИА Новости, - (год публикации - )

2. Н.А.Красковская, М.Г. Хотин, А.Н. Томилин, Н.А. Михайлова Direct Reprogramming of Somatic Skin Cells from a Patient with Huntington’s Disease into Striatal Neurons to Create Models of Pathology Doklady Biological Sciences, нет (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S0012496623700849

3. Нина Красковская, Анна Кольцова, Полина Парфенова, Алла Шатрова, Наталья Ярцева, Владимир Назаров, Девяткина Екатерина, Михаил Хотин, Наталья Михайлова Линии дермальных фибробластов от пациента с болезнью Хантингтона как перспективная модель для изучения патогенеза заболевания: получение и характеристика Biochemistry (Moscow), - (год публикации - 2024)

Возможность практического использования результатов
Поиск эффективных лекарственных препаратов для лечения социально значимых заболеваний, какими и являются нейродегенеративные заболевания, является актуальной задачей современной биологии и медицины. Для разработки таргетной терапии необходимо наиболее полное понимание молекулярно-клеточных основ патогенеза этих заболевания с учетом особенностей течения заболевания у конкретного пациента. В настоящее время подавляющее большинство этих знаний получают с помощью мышиных моделей, которые перенимают основные патологические признаки заболевания за счет наличия мутантного гена в геноме. Однако такие модели не позволяют учесть индивидуальные особенности течения заболевания, и, соответственно, реализовать персонализированный подход к лечению. Кроме того, перед началом клинических испытаний необходима дополнительная проверка потенциальных лекарственных препаратов на индуцированных нейронах человека как важный этап доклинических исследований после проверки эффективности препарата на животных моделях. Основной задачей настоящего проекта было изучение новой клеточной модели болезни Хантингтона, основанной на получении индуцированных нейронов из фибробластов пациентов. В результате проведенных экспериментов был описан характерный патологический фенотип, наблюдаемый при данной нейропатологии на молекулярно-клеточном уровне и проведен анализ эффективности потенциальных лекарственных препаратов на основе агонистов сигма 1 рецептора. Разрабатываемая подход делает большой шаг в сторону, персонализированный медицины, посольку предполагает получение индуцированных нейронов от конкретных пациентов за непродолжительное время. Более того, разрабатываемые в проекте подходы к изучению и терапии возрастных особенностей не только болезни Хантингтона но и таких социально значимых заболеваний как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, путем направленной дифференцировки в кортикальные и допаминергические нейроны соответственно.