Изучение влияния раннего постнатального стресса на формирование и функционирование нейрональных сетей.

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 22-15-00293

НазваниеИзучение влияния раннего постнатального стресса на формирование и функционирование нейрональных сетей.

Руководитель Розов Андрей Владимирович, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Федеральный центр мозга и нейротехнологий" Федерального медико-биологического агентства , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 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 ранний постнатальный стресс, синаптическая пластичность, баланс возбуждения и торможения, сетевая активность гиппокампа, нейроонтогенез

Код ГРНТИ34.39.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Показано, что стресс в раннем детстве увеличивает риск развития психоневрологических отклонений во взрослом возрасте. В последнее время поведенческие последствия раннего постнатального стресса успешно исследуются на грызунах. Однако, последствия стрессового воздействия пережитого в критический период развития на формирование и функционирование нейрональных сетей остаются мало изученными. Гиппокамп является одной из основных структур центральной нервной системы, которая участвует как в формировании памяти, так и в физиологической реакции на стресс. Последнее подтверждается высокой специфической экспрессией минеральных и глюкокортикоидных рецепторов в этой области мозга. Основной целью предлагаемого проекта является исследование молекулярных и клеточных механизмов функциональных изменений в нейронах и нейронных сетях гиппокампа, вызванных ранним постнатальным стрессом. Задачи проекта: 1. Исследовать влияние раннего постнатального стресса на тормозную и возбуждающую синаптическую передачу, а также кратковременную и долговременную синаптическую пластичность в идентифицированных возбуждающих и тормозных синапсах вентрального и дорсального гиппокампа. 2. Исследовать влияние острого стресса на возбуждающую и тормозную синаптическую передачу во взрослых (возраст >42 дней) животных, перенесших ранний постнатальный стресс 3. Исследовать влияние раннего постнатального стресса на сетевую активность в переживающих срезах вентрального и дорсального гиппокампа. 4. Исследовать дифференциальный вклад двух типов перисоматического торможения в изменения сетевой активности, вызванные ранним постнатальным стрессом, с использованием оптогенетического подхода на переживающих срезах вентрального и дорсального гиппокампа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Калиниченко А.Л, Джэппи Д.Д., Солиус Г.М., Мальцев Д.И., Богданова Ю.А., Мухаметшина Л.Ф., Соколов Р.А., Мощенко Р.А., Шайдуров В.А., Розов А.В., Подгорный А.В., Белоусов В.В. Chemogenetic emulation of intraneuronal oxidative stress affects synaptic plasticity Redox Biology, Volume 60, Р. 1-13 (год публикации - 2023)
10.1016/j.redox.2023.102604

2. Елтохи А., Бертоцчи И., Розов А., Йенсен В., Борчардт Т., Тейлор А., Проенца Ц., Равлинс Д.Н.П.,. Баннерман Д.М., Спренгел Р. Distinct effects of AMPAR subunit depletion on spatial memory iScience, Volume 26, 108116, P. 1-25. (год публикации - 2023)
10.1016/j.isci.2023.108116

3. Насретдинов А.Р., Джэппи Д.Д., Вазетдинова А.А., Валиуллина-Рахматуллина Ф.Ф., Розов А.В. Acute stress modulates hippocampal to entorhinal cortex communication Frontiers in Cellular Neuroscience, Volume 17:1327909, Р. 1-11. (год публикации - 2023)
10.3389/fncel.2023.1327909

4. Розов А.В., Федулина А.А., Круть В.Г., Соколов Р.А., Сулимова А., Джэппи Д.Д. Influence of Early-life Stress on Hippocampal Synaptic and Network Properties Frontiers in Neural Circuits, Volume 18 (год публикации - 2024)
10.3389/fncir.2024.1509254

5. Розов А.В., Джэппи Д.Д., Мальцева К.Е., Вазетдинова А.А., Валиуллина-Рахматуллина Ф.Ф. Dialectics of perisomatic inhibition-The unity and conflict of opposites. Frontiers in Neural Circuits, 18:1494300; Р. 1-8. (год публикации - 2024)
10.3389/fncir.2024.1494300

6. Брито Д.В.К., Купке Я., Соколов Р., Камбридж С., Бос М., Бенгстон К.П., Андрей Р., Оливеира А.М.М. Biphasic Npas4 expression promotes inhibitory plasticity and suppression of fear memory consolidation in mice. Molecular Psychiatry, 29(7):1929-1940 (год публикации - 2024)
10.1038/s41380-024-02454-3

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За этот отчетный период все поставленные задачи выполнены. Проведены дополнительные in vivo исследования влияния раннего постнатального стресса на долговременную потенциацию (ДВП) в синапсах, образованных коллатералями Шаффера в stratum radiatum поля СА1 гиппокампа крыс. Анализ данных показал, что стресс на ранних этапах развития значительно снижает уровень потенциации в животных обоих полов. Данные полностью согласуются с ранее полученными in vitro результатами, выявившими, что ранний постнатальный стресс селективно подавляет ДВП в синапсах, образованных СА3 пирамидальными нейронами на апикальных дендритах пирамидальных клеток поля СА1 в вентральном гиппокампе мышей. При этом стресс не влиял на пластические свойства возбуждающих синапсов, расположенных на базальных дендритах. Анализ экспрессии субъединиц ионотропных глутаматных рецепторов, GRIN1, GRIN2A -GRIN2D и GRIА1-GRIА4 методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией, не выявил значительных изменений уровней экспрессии, вызванных ранним постнатальным стрессом в мышах возраста ПНД 35. Дополнительно к заявленному плану мы показали, что одноразовое отлучение от матери на 3 часа (ПНД 5) вызывает подавление способности генерировать ДВД в молодых мышах (ПНД 15-17) полностью сопоставимое с эффектом длительного (3 часа ежедневно в период ПНД 3-10) раннего постнатального стресса. Собран материал для RT-PCR анализа экспрессии субъединиц ионотропных глутаматных рецепторов в гиппокампах молодых мышей (ПНД 15-17). Полученные данные будут опубликованы отдельной статьей. Так же было показано, что несмотря на вызванное ранним постнатальным стрессом подавление чувствительности квантового высвобождения ГАМК в синапсах гиппокампальных корзинчатых интернейронов, экспрессирующих канабиноидные рецепторы первого типа (СВ1R) к антагонистам СВ1R, функциональная экспрессия СВ1R не меняется. Данное утверждение подтверждается тем, что в контрольных и стрессированных мышах уровень и кинетика вызванного деполяризацией эндоканнабиноид-зависимого подавления выброса ГАМК, а также чувствительность квантового высвобождения медиатора в данных синапсах статистически не отличались. На основании полученных результатов сделан вывод: в молодых мышах (ПНД 15-17) ранний постнатальный стресс снижает концентрацию тканевых эндоканнабиноидов, не влияя на функциональную экспрессию СВ1R. В этом году были проведены дополнительные эксперименты по исследованию влияния острого и раннего постнатального стресса на ритмическую активность in vivo. Анализ записей гиппокампальной активности в мышах, помещенных на приподнятую платформу выявил незначительное увеличение мощности и значительное увеличение частоты тета осцилляций в самцах и самках животных переживших ранний постнатальный стресс. Частота возникновения и длительность тета эпизодов не отличалась между контрольными животными и мышами, пережившими ранний постнатальный стресс. Гендерных различий внутри групп выявлено не было. Для более детального анализа была создана и обучена нейросеть. Данный подход позволил выявить паттерны гиппокампальной активности свойственные стрессированным животным в контрольных мышах. Сделан вывод, что операция по вживлению электродов и сама процедура записи является стрессирующим фактором и способна искажать (влиять на) паттерны осцилляторной активности в контрольных мышах. Однако, детальный анализ данных, полученных в открытом поле, выявил селективное по отношению к контрольной группе отсутствие высокочастотных осцилляций в мышах, переживших ранний постнатальный стресс. На основании анализа мы предполагаем, что ранний постнатальный стресс снижает высокочастотную активность (вероятно SPW-R) в бодрствующих, свободно двигающихся мышах. Для снижения стрессовой нагрузки связанной с процедурой имплантации электродов и последующей регистрацией активности, мы провели дополнительную серию экспериментов, где измерения возможных изменений гиппокампальной осцилляторной активности проводились с использованием линейных многоканальных электродов (silicon probes) в дорсальном гиппокампе анестезированных животных. В настоящий момент завершается набор необходимых для анализа выборок. Данные анализа будут опубликованы в статье суммирующей результаты полученных на бодрствующих и анестезированных животных. Нами так же проведен сравнительный анализ влияния хемогенетически-индуцированного внутриклеточного синтеза H2O2 на возбудимость СА1 пирамидных нейронов проводилась с использованием переживающих срезов гиппокампов самцов мышей трансдуцированных вирусами, кодирующими инактивированную форму оксидазы D-аминокислот (DAAO R258A) и активный фермент (DAAO). Анализ данных не выявил вызванных внутриклеточным синтезом H2O2 статистически значимых изменений мембранного потенциала и порогов активации потенциалов действия в нейронах экспрессирующих как активную, так и мутированную форму DAAO. Однако, мы показали, что окислительный стресс, вызванный повышением внутриклеточной концентрации H2O2, снижает эффективность синаптической передачи через пресинаптическое подавление вероятности квантового высвобождения медиатора. Мы показали, что в срезах мышей трансдуцированных активным DAAO, хемогенетически-индуцированный внутриклеточный синтез H2O2 достоверно снижал амплитуды SPW-R как в СА3, так и в СА1 области; снижал медиану вероятности проведения SPW-R из СА3 в СА1 область в среднем на 15% и увеличивал медиану задержки проведения между СА3 в СА1 в среднем на 2 ms. Все вышеперечисленные изменения были статистически достоверны. Отмывка субстрата DAAO полностью восстанавливала все параметры SPW-R до контрольных значений в течение 15-20 минут. Сравнительный анализ гиппокампальной активности записанной с использованием многоканальной линейной матрицы электродов в вентральном гиппокампе трансдуцированных активным или инактивированным DAAO самцов мышей не выявил статистически значимых, вызванных хемогенетически-индуцированным внутриклеточным синтезом H2O2, изменений мощностей тета, альфа/бета и гамма осцилляций, а также изменений вероятности возникновения и амплитуды островолновых осцилляций. На данном этапе нами сделан следующий вывод: окислительный стресс в локальной субпопуляции нейронов (экспрессирующих DAAO) вентрального гиппокампа недостаточен для изменения сетевой активности гиппокампальной сети в целом. Нами дополнительно подготовлена когорта самцов мышей, где кодирующие активную и инактивированную формы DAAO вирусные вектора инъецировались в дорсальную и вентральную область гиппокампа. После in vivo электрофизиологического анализа данной когорты будут сделаны выводы о влиянии хемогенетически-индуцированного окислительного стресса на in vivo ритмогенез, а суммарные in vitro и in vivo данные будут подготовлены для публикации.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Полученные результату позволяют лучше понять природу и механизмы патогенных влияний длительного острого и раннего постнатального стресса. Данные знания необходимы для более глубокого исследования механизмов развития связанных со стрессом психических расстройств и нейродегенеративных заболеваний, а также болезней ЦНС связанных с окислительным стрессом.