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 проекта 20-15-00280

НазваниеРоль метаболизма нейрональных и глиальных компонентов ниши стволовых клеток в регуляции гиппокампального нейрогенеза.

Руководитель Подгорный Олег Владимирович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №45 - Конкурс 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 слова Стволовые клетки мозга, постнатальный нейрогенез, гиппокамп, метаболизм, активные формы кислорода, редокс-статус, пролиферация, клеточный цикл, старение, депрессия, нейродегенеративные заболевания.

Код ГРНТИ34.15.43

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Постнатальный нейрогенез в зубчатой извилине гиппокампа продолжается на протяжении всей жизни большинства млекопитающих, включая человека. Он поддерживается пулом стволовых клеток, сходных по морфологии с радиальной глией и расположенных в субгранулярной зоне зубчатой извилины. Многочисленные исследования показывают, что интеграция новых нейронов в существующие гиппокампальные нервные сети необходима для полноценного функционирования мозга на всех стадиях онтогенеза. Считается, что вновь дифференцирующиеся нейроны и формируемые ими новые нервные связи обеспечивают высокий уровень пластичности гиппокампальной нервной сети, необходимый для обучения, памяти и формирования эмоций. Возникающий дефицит пластичности зубчатой извилины гиппокампа из-за недостатка нейрогенеза рассматривается в качестве фактора риска возникновения депрессивных состояний и возрастной деменции. Стволовые клетки существуют в особенном микроокружении, которое называется нейрогенной нишей или нишей стволовых клеток. Клетки ниши через разнообразные сигналы управляют жизненным циклом стволовых клеток и работой нейрогенного каскада. За последние два десятилетия накоплен большой материал, проясняющий роль различных сигнальных путей, ростовых и нейротрофических факторов, цитокинов, нейротрансмиттеров, а также электрической активности локальной нервной сети и афферентных проекций в регуляции гиппокампального нейрогенеза. При этом, практически ничего не известно о том, как метаболизм клеток нейрогенной ниши влияет на жизненный цикл стволовых клеток гиппокампа и работу нейрогенного каскада. Одним из главных показателей метаболической активности в клетках является их редокс-статус (динамический баланс между продукцией и нейтрализацией активных форм кислорода). Известно, что редокс-зависимые процессы в гиппокампе играют важную роль в регуляции когнитивных функций мозга в норме и патологии. В предлагаемом проекте мы будем использовать методы метаболической инженерии для направленного изменения редокс-статуса нейрональных и глиальных компонентов ниши стволовых клеток гиппокампа. Это позволит выяснить значение метаболизма клеток «стволовой» ниши в жизненном цикле стволовых клеток, работе нейрогенного каскада, дифференцировке и интеграции новых нейронов. С помощью разработанного ранее в нашей группе хемогенетического подхода (Matlashov et al., Antioxidants & Redox Signaling 2014) мы будем активировать внутриклеточную продукцию пероксида водорода и сдвигать баланс редокс-пары НАДФ+/НАДФ-Н в сторону восстановленной формы в астроцитах, тормозных и возбуждающих нейронах хилуса и гранулярного и субганулярного слоев зубчатой извилины гиппокампа в мозге взрослых мышей. Для этого нами будут применены векторы на основе адено-ассоциированных вирусов, в которых под соответствующими тканеспецифическими промоторами (GFAP, fPV и CaMKII) будут расположены гены, кодирующие дрожжевую оксидазу D-аминокислот (DAAO) (Matlashov et al., Antioxidants & Redox Signaling 2014; Steinhorn et al., Nature Communications 2018) и бактериальную НАДФ+-зависимую дегидрогеназу D-аминокислот (DAAD) (Akita et al., 2012). Первый фермент катализирует реакцию превращения D-аминокислот в соответствующие альфа-кетокислоты, производя при этом ион аммония и пероксид водорода. Второй фермент катализирует реакцию окислительного дезаминирования D-аминокислот c образованием НАДФ-Н из НАДФ+. Полученные векторы будут инъецироваться в зубчатую извилину гиппокампа билатерально. Чтобы активировать продукцию пероксида водорода или сдвинуть внутриклеточный баланс НАДФ+/НАДФ-Н в целевых клетках, в воду, которую пьют животные, будет добавляться субстрат для ферментов: D-аланин для DAAO и D-лизин для DAAD. Вызванные изменения в жизненном цикле стволовых клеток и работе нейрогенного каскада будут отслеживаться с применением разработанных нами подходов к маркированию пролиферирующих клеток (Podgorny et al., Stem Cell Reports 2018). Мы определим число делящихся и покоящихся стволовых клеток, транзиторно-амплифицирующихся клеток, дифференцирующихся нейробластов и выживших новорожденных нейронов в условиях направленно изменённого редокс-статуса клеток «стволовой» ниши. Кроме того, в функциональном эксперименте мы проанализируем как метаболизм клеток стволовой ниши влияет передачу поведенческого стимула нейрогенному каскаду на модели хорошо известного эффекта стимуляции гиппокампального нейрогенеза физической активностью (бегом в колесе). Для этого мы сравним число делящихся стволовых и транзиторно-амплифицирующихся клеток у «бегающих» и контрольных животных в норме и в условиях направленно сдвинутого редокс-статуса клеток «стволовой» ниши. Определение роли редокс-статуса различных клеточных компонентов «стволовой» ниши гиппокампа в регуляции нейрогенеза расширит фундаментальные знания о молекулярных механизмах, управляющих жизненным циклом стволовых клеток, истощением их пула, работой нейрогенного каскада и интеграцией новых нейронов. Это позволит выявить потенциальные мишени для управления состоянием покоя стволовых клеток и продукцией новых нейронов. Возможность контролировать жизненный цикл стволовых клеток и работу нейрогенного каскада позволит в будущем оптимизировать терапию когнитивных нарушений и депрессивных состояний, возникающих в результате нейродегенеративных и нейропсихических заболеваний, некоторых видов клинического вмешательства, а также старения мозга, что особенно значимо в связи с растущей продолжительностью жизни.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---