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 22-75-10030

НазваниеРоль клеток Пуркинье мозжечка в когнитивно-аффективных нарушениях, наблюдаемых при заболеваниях полиглутаминового тракта

РуководительЕгорова Полина Анатольевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2025 

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 словаНейродегенеративные заболевания, заболевания полиглутаминового тракта, болезнь Хантингтона, спиномозжечковая атаксия, нейроны, трансгенные мыши

Код ГРНТИ34.15.43

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Нейродегенеративные заболевания (НДЗ) полиглутаминового тракта представляют собой группу наследственных заболеваний, для которых характерна прогрессирующая дегенерация нейронов и сопутствующие нарушения моторной активности, а также когнитивно-аффективные расстройства. Среди НДЗ полиглутаминового тракта самыми известными являются болезнь Хантингтона (БХ) и некоторые виды спиноцеребеллярных атаксий (СЦА). Данные заболевания представляют собой неизлечимые наследственные НДЗ, связанные с прогрессирующим нарушением координации движений, потерей трудоспособности пациентов и инвалидностью. До сих пор не существует способов лечения данных заболеваний, пациентам назначается симптоматическое лечение. Известно, что в случае СЦА пациентов в первую очередь наблюдается дегенерация мозжечка, при этом в случае БХ пациентов также происходит атрофия мозжечковых структур, наблюдаемая независимо от атрофии стриатума. Недавние исследования показали, что мозжечок принимает участие в исполнении когнитивно-аффективных функций, однако его роль в этом процессе всё ещё плохо изучена. Исследования на пациентах, больных НДЗ полиглутаминового тракта, показали, что данные пациенты страдают от ухудшения когнитивных функций, включая нарушения вербальной памяти, исполнительных функций и внимания. Для данных пациентов также характерны симптомы тревожности и депрессии. Полученные данные свидетельствуют о том, что нарушения функций мозжечка могут вносить свой вклад в ухудшение когнитивных способностей и эмоционального состояния пациентов. Имеется очень малое количество данных об исследованиях когнитивно-аффективных функций на мышиных моделях НДЗ полиглутаминового тракта, несмотря на то, что сведения подобного плана могли бы снабдить нас важной информацией о вовлечении мозжечка в исполнение когнитивных и аффективных функций, а также о возможных терапевтических способах лечения пациентов, больных НДЗ полиглутаминового тракта. Основной целью настоящего проекта является изучение и восстановление когнитивно-аффективных функций мозжечка мышей-моделей заболеваний человека СЦА2, СЦА3 и БХ с помощью фармакологических подходов, которые позволят нам лучше понять механизмы обучения, присущие мозжечку, а также определить нейронные сети, вовлечённые в контроль когнитивных функций. С помощью имеющихся в нашем распоряжении мышиных моделей заболеваний СЦА2, СЦА3 и БХ, мы планируем исследовать нарушения когнитивно-аффективных функций и определить соответствующие области мозжечка, вовлечённые в данные когнитивные нарушения. Предлагаемые исследования предоставят нам возможность впервые изучить роль дисфункции электрофизиологической активности клеток Пуркинье коры мозжечка в ухудшении когнитивных способностей и эмоционального статуса, наблюдаемых в случае НДЗ полиглутаминового тракта. Результаты, которые будут получены в ходе выполнения настоящего проекта, помогут нам понять роль мозжечка в когнитивном и эмоциональном процессинге. Полученные данные в дальнейшем будут способствовать идентификации потенциальных способов лечения не только моторных нарушений, но и когнитивно-аффективных расстройств, наблюдаемых в случае заболеваний, связанных с дегенерацией мозжечка.

Ожидаемые результаты
Данный проект направлен на изучение когнитивных и аффективных функций мышей-моделей заболеваний спиноцеребеллярной атаксии 2-го (СЦА2) и 3-го (СЦА3) типа, а также – болезни Хантингтона (БХ). Основной задачей настоящего проекта является исследование взаимосвязи нарушенных свойств клеток мозжечка и когнитивно-аффективных функций мышей-моделей НДЗ полиглутаминового тракта (polyQ), а также – восстановление нарушенных когнитивных и аффективных функций подопытных мышей с помощью фармакологических агентов. В результате выполнения настоящего проекта планируется оценить когнитивный и эмоциональный статус polyQ мышей. В частности, с помощью поведенческих тестов планируется охарактеризовать когнитивные нарушения памяти и обучения, проанализировать уровень тревожности, а также – оценить уровень депрессии, ангедонии и стрессовой неустойчивости в случае данных мышей. После чего методами иммуногистохимического окрашивания на белок c-Fos планируется выявить области мозжечка, активные во время выполнения поведенческих тестов polyQ мышами, поскольку белок c-Fos экспрессируется в нейронах мозжечка вслед за деполяризацией. Сравнение активных зон мозжечка будет проводиться между мышами дикого типа и мутантными мышами, имеющими значительно отличающиеся результаты тестов на когнитивно-аффективные функции. Далее с помощью фармакологических подходов планируется восстановить нарушенные когнитивно-аффективные функции polyQ мышей. Мы ожидаем, что известное ранее положительное действие активаторов SK каналов на физиологические свойства клеток Пуркинье (КП) коры мозжечка и моторную активность polyQ мышей будет улучшено применением фолиевой кислоты, поскольку известно, что она обладает антидепрессантным эффектом как самостоятельно, так и в сочетании с традиционными антидепрессантами. Также известно, что фолиевая кислота влияет на морфологию мозжечка грызунов и защищает нейроны от эксайтотоксичности. На настоящий момент влияние совместного использования данных фармакологических агентов на физиологические свойства нейронов мозжечка исследовано не было. Поведенческое фенотипирование СЦА2 и СЦА3 мышей на настоящий момент не проводилось. Проверка восстановления активности КП коры мозжечка в присутствии фармакологических агентов будет производиться путём измерения электрофизиологической активности КП срезов мозжечка polyQ мышей методом локальной фиксации потенциала в конфигурации луз-патч из областей мозжечка, активных во время выполнения того или иного задания. Таким образом, в результате выполнения проекта впервые планируется проанализировать влияние фармакологической модуляции электрофизиологической активности КП мозжечка polyQ мышей на когнитивные способности и эмоциональный статус данных мышей. На настоящий момент исследования когнитивно-аффективных функций мышей-моделей СЦА2, СЦА3 и БХ в зависимости от свойств КП не проводилось. Таким образом, в ходе выполнения настоящего проекта впервые на мышиных моделях СЦА2, СЦА3 и БХ планируется исследовать когнитивно-аффективные функции данных мышей, а также впервые будет предпринята попытка восстановления когнитивных и аффективных нарушений данных мышей с помощью фармакологического подхода. В результате выполнения настоящего проекта планируется получить важные сведения о функциональных основах социально значимых нейродегенеративных заболеваний, исследовать влияние дисфункции мозжечка на исполнение когнитивных и аффективных функций, а также определить потенциальную терапевтическую цель для восстановления когнитивно-аффективных функций и лечения НДЗ полиглутаминового тракта. В результате проведенных исследований будет подготовлено четыре публикации в изданиях, входящих в первый квартиль (Q1) Scopus.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Спиноцеребеллярная атаксия 2-го типа (СЦА2) является наследственным генетическим заболеванием, вызываемым экспансией полиглутамина в белке атаксин-2. Несмотря на то, что мутантный белок экспрессируется во всех типах клеток и органов, в первую очередь в случае данного заболевания наблюдается поражение мозжечка. Развитие болезни главным образом сопровождается ухудшением моторных функций. Между тем, в случае пациентов, больных атаксией, также наблюдаются нарушения когнитивных способностей и ухудшения психоэмоционального состояния. Недавние исследования показали, что функциональность мозжечка не ограничивается контролем моторной активности. Оказалось, что мозжечок вовлечён в работу таких когнитивных процессов и систем, как язык, вербальная и пространственная память; исполнительные функции, в частности, рабочая память, планирование, организация и стратегия; а также обработка эмоций. Во время первого этапа настоящего проекта была проведена оценка уровня тревожности, когнитивных функций и изменений настроения мышей-моделей СЦА2 трансгенной линии SCA2-58Q. В данных мышах экспрессия мутантного атаксина-2 осуществляется специфично в клетках Пуркинье (КП) коры мозжечка, что позволяет исследовать непосредственное вовлечение мозжечка в исполнение когнитивных функций и контроль эмоций. В результате проведённых в настоящей работе экспериментов было показано, что для СЦА2 мышей трансгенной линии SCA2-58Q характерны проявления патологически бестревожного поведения при прохождении теста «открытое поле», нарушения в пространственной памяти во время выполнения задания «водный лабиринт Морриса», а также симптомы депрессивного состояния в тесте вынужденного плавания и в тесте предпочтения сахарозы. Полученные результаты подтверждают гипотезу о том, что мозжечок вовлечён в контроль когнитивных функций и обработку эмоций. Далее в настоящей работе было проведено исследование влияния активации кальций-активируемых калиевых каналов малой проводимости (SK каналов) хлорзоксазоном (CHZ) в присутствии фолиевой кислоты (FA) на электрофизиологическую активность КП, а также на моторные, когнитивные и аффективные функции СЦА2 мышей. В работе для оценки параметров генерации импульсной активности КП живых срезов мозжечка в присутствии CHZ, FA и CHZ-FA, был использован метод локальной фиксации потенциала в конфигурации луз-патч. Также в рамках работы по первому этапу настоящего проекта был проведён курс внутрибрюшинных инъекций CHZ, FA и CHZ-FA с целью изучения влияния данных соединений на моторную активность, когнитивные функции и настроение СЦА2 мышей и мышей дикого типа в возрасте 12 месяцев. Полученные результаты показали, что комбинация CHZ-FA улучшала моторную координацию СЦА2 мышей в тесте «прогулка по перекладине». Применение CHZ-FA также восстанавливало нормальный уровень тревожности СЦА2 мышей при прохождении теста открытого поля. Инъекции CHZ-FA улучшали стратегии обучения СЦА2 мышей во время водного лабиринта Морриса. Более того, применение CHZ-FA приводило к уменьшению симптомов депрессии в СЦА2 мышах, что было выявлено в тесте предпочтения сахарозы. Наконец, самое важное, что присутствие CHZ-FA не влияло на частоту генерации импульсной активности КП срезов мозжечка, тогда как CHZ и FA по отдельности изменяли частоту исследуемых нейронов мозжечка. Таким образом, результаты настоящей работы поддерживают идею о том, что комбинированная терапия может восстанавливать как симптомы атаксии, так и немоторные нарушения в мышах-моделях СЦА, не влияя при этом на генерацию импульсной активности КП коры мозжечка. Во время выполнения первого этапа настоящего проекта была опубликована одна экспериментальная статья в журнале Cerebellum, индексируемом в базе Scopus и входящем в первый квартиль изданий. Название статьи: «Cognitive Decline and Mood Alterations in the Mouse Model of Spinocerebellar Ataxia Type 2», адрес в интернете: https://link.springer.com/article/10.1007/s12311-023-01520-w

 

Публикации

1. Маринина К.С., Безпрозванный И.Б., Егорова П.А. Cognitive Decline and Mood Alterations in the Mouse Model of Spinocerebellar Ataxia Type 2 The Cerebellum, Published online: 21 January 2023 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/s12311-023-01520-w

2. Маринина К.С., Егорова П.А. КОГНИТИВНЫЕ И АФФЕКТИВНЫЕ НАРУШЕНИЯ МЫШЕЙ ТРАНСГЕННОЙ ЛИНИИ SCA2-58Q LifeSciencePolytech : тезисы докладов Всероссийской научной очно-заочной конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых, 17–19 ноября 2022 г. – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2023. – 189 с., с. 88 (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Спиноцеребеллярная атаксия 3-го типа (СЦА3) представляет собой наследственное заболевание аутосомно-доминантного типа наследования, вызываемое экспансией полиглутамина в белке атаксин-3. Симптомы СЦА3 включают в себя прогрессирующее нарушение моторных функций, вызываемое атрофией мозжечка и мозгового ствола. Однако, недавние исследования показали, что СЦА3 пациенты также страдают от мозжечкового когнитивно-аффективного синдрома. Большинство СЦА3 пациентов имеют когнитивные нарушения и примерно половина пациентов страдают от депрессивных и тревожных состояний. Следовательно, для разработки способов лечения СЦА3 важно исследовать на мышиной модели СЦА3 возможные варианты комбинированной терапии как для моторных, так и для когнитивных нарушений. В настоящей работе было продемонстрировано, что СЦА3 мыши трансгенной линии SCA3-84Q проявляют повышенную тревожность перед новым ярко освещённым окружением при прохождении тестов «Открытое поле», «Угнетение пищевого поведения в ответ на новизну», «Тест светло-тёмного выбора». Более того, СЦА3 мыши также проявляют когнитивные нарушения распознавательной памяти при прохождении теста «Распознавание нового объекта». СЦА3 мыши также демонстрировали неподвижное поведение во время теста «Водный лабиринт Морриса», что может быть интерпретировано в качестве знака пониженного настроения и избегания активности, другими словами, депрессивного состояния. СЦА3 мыши также проводили больше времени неподвижно во время тестов вынужденного плавания и подвешивания за хвост, что также говорит об их депрессивном состоянии. Таким образом, СЦА3 мыши трансгенной линии SCA3-84Q могут быть использованы в качестве модельной системы для тестирования возможных способов одновременного лечения атаксии и немоторных симптомов, включая депрессию, тревожность и потерю памяти. Далее в настоящем исследовании было изучено влияние долговременных инъекций активатора SK каналов хлорзоксазона (CHZ) отдельно и вместе с фолиевой кислотой (FA) на электрофизиологическую активность клеток Пуркинье (КП) коры мозжечка, а также на моторные и когнитивные функции и изменения настроения гемизиготных СЦА3 мышей. Было обнаружено, что как CHZ, так и комбинация CHZ-FA оказывали схожее положительное воздействие на нарушенные функции мозжечка, наблюдаемые в случае СЦА3 мышей, включая регулярность активности КП и координацию движений. Однако, только комбинация CHZ-FA, но не CHZ, значительно уменьшала признаки тревожности и депрессии, а также улучшала распознавательную память в случае СЦА3 мышей. Полученные нами результаты говорят о том, что для комплексного лечения аутосомно-доминантных церебеллярных атаксий необходимо использование комбинированной терапии, направленной на лечение как атаксии, так и немоторных нарушений. Во время выполнения второго этапа настоящего Проекта было опубликовано две статьи, индексируемые в базе Scopus как Q1. Первая статья была опубликована в журнале Scientific Reports на основе результатов первой стадии настоящего Проекта. Название статьи: «A chlorzoxazone–folic acid combination improves cognitive affective decline in SCA2-58Q mice», адрес в интернете: https://www.nature.com/articles/s41598-023-39331-y Вторая статья была опубликована в журнале Human Molecular Genetics по результатам второй стадии настоящего Проекта. Название статьи: «Memory decline, anxiety and depression in the mouse model of spinocerebellar ataxia type 3», адрес в интернете: https://academic.oup.com/hmg/article-abstract/33/4/299/7325361?redirectedFrom=fulltext Результаты настоящего Проекта также были освещены в интернет-публикации РИА Новости: https://ria.ru/20231218/nauka-1915983057.html

 

Публикации

1. Маринина К.С., Безпрозванный И.Б., Егорова П.А. A chlorzoxazone-folic acid combination improves cognitive affective decline in SCA2-58Q mice Scientific Reports, Sci Rep. 2023 Aug 3;13(1):12588. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1038/s41598-023-39331-y

2. Маринина К.С., Безпрозванный И.Б., Егорова П.А. Memory decline, anxiety and depression in the mouse model of spinocerebellar ataxia type 3 Human Molecular Genetics, Published: 20 October 2023 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1093/hmg/ddad179

3. - В России предложили схему лечения при дегенерации мозжечка РИА Новости, 09:00 18.12.2023 (год публикации - )