Влияние депривации сна на нейрогенез, поведение и нейродегенеративные процессы у Danio rerio

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 22-14-00245

НазваниеВлияние депривации сна на нейрогенез, поведение и нейродегенеративные процессы у Danio rerio

Руководитель Дячук Вячеслав Алексеевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского" Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-106 - Биология развития

Ключевые слова нейрогенез, депривация сна, нейродегенеративные заболевания, глия, Данио-рерио, глиогенез, рецептор эпидермального фактора роста

Код ГРНТИ34.15.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Рыбки данио (Danio rerio) являются ценным модельным объектом для изучения нейрогенеза. У данио сходный с человеческим цикл сна и бодрствования, контролируемый световыми фазами и эволюционно консервативной регуляторной нейрональной системой, включающую мелатониновую, орексиновую и ГАМКеримические системы. Нарушения сна приводят к повреждению физиологических функций мозга и, как следствие, являются причиной возникновения неврологических заболеваний. Кроме того, депривация сна оказывает негативное влияние на нейрогенез во взрослом головном мозге позвоночных, существующий для поддержания пластичности нейронов, обеспечивающей процессов обучения памяти, в том числе и у рыб Danio rerio. Недавно было показано, что для компенсации недостатка сна необходима передача сигналов рецептора эпидермального фактора роста (EGFR), катализирующего перенос фосфатного остатка от АТФ на тирозиновый остаток специфических клеточных белков-мишеней. Существует взаимосвязь между хроническим нарушением сна и нарушение процессов нейрогенеза и ветвления дендритов. Исследования с использованием морфолино выявили, что нокдаун гена рецептора эпидермального фактора роста (ErbB), который кодирует и EGFR рецепторы у рыб Danio rerio вызывает снижение количества глиальных клеток в периферической нервной системе и нарушение процесса миелинизации в центральной и периферической нервной системе. На основании этих данных, становиться очевидным взаимодействие сигнальных систем в процессе регуляции циркадных ритмов и взаимосвязи регуляции циклов сна и нейрогенеза. Однако, до сих пор остается неизвестен каскад взаимодействия всех перечисленных систем в цикле сна и бодрствования и их влияние на нейрогенез и пролиферацию нейронов и глии. В нашем исследовании мы ставим задачу изучить молекулярные и клеточные механизмы, лежащих в основе модулирующих эффектов сна, путем воздействия на сигнальный путь EGFR, и отследить его влияние на нейрорегуляторные системы мозга.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Князькина М.И., Дячук В.А. Does EGFR signaling mediate orexin system activity in sleep initiation? International Journal of Molecular Sciences, Vol. 24. № 11. P.19505 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24119505

2. Валентин Миличко и Вячеслав Дячук 3D Optical Reconstruction of the Nervous System of the Whole-Body Marine Invertebrates Chem. Biomed. Imaging, XXXX, XXX, XXX-XXX (год публикации - 2023)
10.1021/cbmi.3c00087

3. Марина Князькина, Вячеслав Дячук Sleep deprivation effects on EGFR signaling in a zebrafish model of Parkinson’s disease exposed to rotenone Behavioural Brain Research (год публикации - 2023)

4. Горизонты материалов Materials Horizons Materials Horizons (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1039/D4MH01264J

5. Роль и механизмы гипокретиновой системы у рыбок Данио Рерио (Danio rerio) The Role and Mechanisms of the Hypocretin System in Zebrafish (Danio rerio) IJMS (год публикации - 2024)

Публикации

4. Горизонты материалов Materials Horizons Materials Horizons (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1039/D4MH01264J

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Сон является важнейшей биологической потребностью всех изученных на сегодняшний день животных. Расстройство сна нарколепсия характеризуется чрезмерной дневной сонливостью, фрагментарностью ночного сна и катаплексией. Когда организм лишен сна, возникают неблагоприятные последствия. Данио все чаще используются для исследований, связанных с лишением сна, и в ответ на это часто выявляются когнитивные и поведенческие нарушения. Как и у высших позвоночных, у рыбок данио наблюдаются серьезные неврологические нарушения во время недосыпания. В настоящее время основными симптомами, проявляющимися у рыбок данио-рерио в ответ на недосыпание, являются: (1) Изменения в уровнях нейромедиаторов и экспрессии рецепторов. Экспрессия широкого спектра нейромедиаторов зависит от времени и изменяется во время потери сна, а изменения в нейромедиаторах непосредственно приводят к поведенческим и физиологическим отклонениям. Это говорит о том, что изменения в структуре сна при недосыпании могут заключаться в изменении путей, способствующих засыпанию, в мозге и/или усилении путей, способствующих пробуждению. (2) Изменения в функциях мозга. У рыбок Данио наблюдается измененное распределение времени сна и бодрствования при переходе от светлого времени суток к темному во время фазы восстановления после недосыпания, что указывает на переход к предварительному сну, заключающемуся в увеличении его количества и интенсивности. Это говорит о том, что может быть задействован восстановительный процесс, а не компенсация дефицита сна. В результате наших исследований были получены методом мутагенеза Crispr-Cas9 были получены особи данио с мутациями гена cdnf. Показано,что мутации гена cdnf вызывают нарушение процесса бодрствования, влияют на продолжительность как ночного, так и дневного сна у данио, сокращая продолжительность сна во время нарушения циркадных часов и уменьшая общую продолжительность сна в течение ночи. Доказано, что мутации cdnf не влияют на общий уровень дофамина биохимически и иммуногистохимически. Однако иммуногистохимия показала, что количество TH+иммунопозитивных клеток в мозге в целом не менялось, но в отдельных кластерах дофаминергических нейронов наблюдались значительные отклонения. Так, количество гистаминовых нейронов, окружающих дофаминергические нейроны, было значительно снижено у cdnf мутантов. Кроме этого, у cdnf мутантыных личинок в гипоталамусе было аномально мало ГАМК-нейронов. Проведены поведенческие моторные и когнитивные тексты мутантов и дикий особей. Показано, что данио с мутацией cdnf наблюдался целый ряд поведенческих аномалий (фенотипов), включая повышенную чувствительность к свету, не попадание по пище при кормешке, асоциальное (не стайное) поведение. Поведение взрослых особей-мутантов, сбивающихся в стаи, было ненормальным, и они не проявляли социальной привлекательности к сородичам. Эти результаты являются информативными для анализа различных функций этого малоизученного фактора в состояниях человека, связанных с болезнью Паркинсона и сложным поведением Кроме cdnf мутантов, получены орексиновые (hcrt) мутанты данио. Показано, что нокаутирование данного гена привело к сокращению, вплоть до отсутствия орексин-позитивных нейронов в перивентрикулятной области гипоталамуса мутантных животных. Анализ поведенческой активности в дневное и ночное время показал, что рыбы с мутацией гена hcrt-201 проявляли меньшую двигательную активность днем по сравнению с рыбами дикого типа и повышенную двигательную активность в ночное время, что соответствует проявлению нарколепсии днем и ночной бессонницы у человека (см дополнительные данные). Поведенческие анализы показали, что личинки, подвергшиеся абляции нейронов HCRT, имели нормальную двигательную активность, но демонстрировали увеличение времени сна в течение дня и увеличение числа переходов между сном и бодрствованием как днем, так и ночью. Удаление нейронов HCRT у мутантов изменило поведенческую реакцию на внешние раздражители. Воздействие света в ночное время снижало двигательную активность личинок дикого типа, но вызывало противоположную реакцию у личинок, у которых были удалены нейроны HCRT. Звуковые стимулы в течение дня снижали двигательную активность личинок дикого типа, в то время как личинки, подвергшиеся HCRT-абляции нейронов, демонстрировали гипочувствительную реакцию. Наши результаты также свидетельствуют о ключевой роли нейронов HCRT в развитие состояния генетически-опосредованной нарколепсии. Экспериментально показано ,что материнские эффекты дипревации сна играют важную роль в продолжительность жизни потомства и на дальнейшее поведении особей.

Публикации

4. Горизонты материалов Materials Horizons Materials Horizons (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1039/D4MH01264J