Исследование роли альфа-синуклеина в функционировании дофаминергической системы на модели мышей с регулируемым нокаутом гена альфа-синуклеина в нервной системе на фоне отсутствия белка-гомолога гамма-синуклеина

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 23-24-00450

НазваниеИсследование роли альфа-синуклеина в функционировании дофаминергической системы на модели мышей с регулируемым нокаутом гена альфа-синуклеина в нервной системе на фоне отсутствия белка-гомолога гамма-синуклеина

Руководитель Чапров Кирилл Дмитриевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова Дофамин, нейротрансмиссия, болезнь Паркинсона, семейство белков синуклеинов, альфа-синуклеин, бета-синуклеин, генетически модифицированные животные, регулируемый нокаут

Код ГРНТИ34.15.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Потеря функции альфа-синуклеина тесно связана с этиологией и патогенезом болезни Паркинсона и некоторых других нейродегенеративных заболеваний. Семейство синуклеинов состоит из трех эволюционно консервативных, высоко гомологичных белков: альфа-синуклеина, бета-синуклеина и гамма-синуклеина, кодируемых тремя независимыми генами, расположенными на разных хромосомах. Альфа-синуклеин рассматривается как регулятор гомеостаза дофамина, а при нарушениях его функции происходит постепенный дисбаланс работы пресинаптических окончаний с накоплением свободного дофамина, который приводит к их гибели с последующей ретроградной дегенерацией тел дофаминергических нейронов. Бета-синуклеин, в отличие от альфа-синуклеина, очень редко рассматривается в качестве ключевого фактора в патогенезе заболеваний человека, однако его способность взаимодействовать либо с альфа-синуклеином, либо с гамма-синуклеином, которые при физиологических условиях могут образовывать фибриллы, позволяет предположить, что в природе разработана сложная система балансировки между членами семейства, что может играть определенную роль в модуляции их функций, изменяя их гомеостаз в цитоплазме нейронов. Инактивацию функции белка во взрослой нервной системе планируется выполнить на линии мышей с регулируемым нокаутом альфа-синуклеина в нервной системе на фоне отсутствия белка-гомолога гамма-синуклеина. В геноме экспериментальных мышей ген альфа-синуклеина, фланкированный двумя LoxP сайтами, будет вырезан с помощью Cre-рекомбиназы, экспрессируемой под контролем нейрон-специфичного промотора (NSE). При этом специфичность процесса рекомбинации альфа-синуклеина будет обеспечиваться за счет конъюгации Cre-рекомбиназы с эстрогеновым рецептором (ER-Т2), активация которого будет вызвана введением тамоксифена. Имеющаяся в распоряжении коллектива модельная система позволяет, не вмешиваясь в нейрогенез сформировать полную популяцию дофаминергических нейронов черной субстанции, несмотря на участие альфа-синуклеина в онтогенетической селекции нейронов. Влияние истощения альфа-синуклеина после инактивации при отсутствии гамма-синуклеина у животных планируется оценить в батарее поведенческих тестов. Помимо этого, совокупность нейрохимического анализа дофамина и его метаболитов в стриатуме, где располагаются синапсы дофаминергических нейронов черной субстанции, и динамики вымывания альфа-синуклеина поможет получить новые данные о роли синуклеинов в механизмах дофаминовой нейротрансмиссии в нервной системе. Запланированные эксперименты ранее не проводились на животных с регулируемым нокаутом альфа-синуклеина при полном отсутствии гомолога – белка гамма-синуклеина. Все полученные данные будут оригинальными и направлены на выявление механизмов переключения функции альфа-синуклеина в нервной системе после прижизненного выключения кодирующего его гена и активации компенсаторного потенциала белка бета-синуклеина в дофаминергической системе, что позволит определить новые потенциальные мишени для разработки стратегии патогенетической терапии болезни Паркинсона и других заболеваний, сопровождающихся нарушением оборота дофамина в синаптических окончаниях.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Воробьев В., Деев А., Морозова О., Оганесян З., Краюшкина А.М., Иванова Т.А., Чапров К. Early effects of alpha-synuclein depletion by pan-neuronal inactivation of encoding gene on electroencephalogram coherence between different brain regions in mice Biomedicines, 11(12), 3282 (год публикации - 2023)
10.3390/biomedicines11123282

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В текущем году завершен комплексный анализ животной модели прижизненной потери функции альфа-синуклеина на фоне отсутствия белка-гомолога гамма-синуклеина. Разнообразные поведенческие характеристики на трех временных точках через 3 и 6 месяцев (инактивация в возрасте 6 месяцев), и через 6 месяцев (инактивация в возрасте 12 месяцев) после инъекций тамоксифена не выявили снижения моторной функции как в базовых локомоторных тестах «Ускоряющийся ротарод», «Перевернутая сетка», «Силы хватки», так и в автоматизированной системе анализа походки мышей CatWalk XT (Noldus). Дисфункция альфа-синуклеина не приводила к нарушению формирования исследовательского поведения (в тесте «Открытое поле») и не влияла на искажение естественного циркадного ритма у животных при суточном мониторировании в программно-аппаратном актографическом комплексе «МультиНейро-СДА» (ООО «НПК Открытая наука», Россия). Не наблюдалось нарушения процессов формирования двух парадигм памяти – кратковременной (Y-образный лабиринт) и долговременной (Водный лабиринт Морриса), а также усиления тревожно-подобных состояний исследуемых животных (в тесте «Приподнятый крестообразный лабиринт»). Отсутствие значимых изменений в метаболизме и катаболизме дофамина может свидетельствовать о важной роли функционирующего бета-синуклеина для нормализации синаптической передачи при прижизненной инактивации альфа-синуклеинa во взрослом возрасте. Уровень серотонина как показателя активности серотонинергической системы также не подвергался изменениям у животных на фоне отсутствия белка-гомолога гамма-синуклеина. Альфа-синуклеин в норме рассматривается как важнейший регулятор гомеостаза дофамина, а при нарушениях функции происходит постепенный дисбаланс работы пресинаптических окончаний с накоплением свободного дофамина, который приводит к их гибели с последующей ретроградной дегенерацией тел дофаминергических нейронов. Морфометрический анализ популяций дофаминергических нейронов зон черной субстанции и вентральной области покрышки с использованием антител к тирозингидроксилазе не выявил изменений ни в количестве, ни в морфологических характеристиках популяций дофаминергических нейронов. В дорзальном стриатуме методом полуколичественного иммуноблоттинга с использованием высокоспецифичных антител были определены уровни остаточного альфа-синуклеина, бета-синуклеина, тирозингидроксилазы (TH), альдегиддегидрогеназы (ALDH1a1). Методом последовательного ультрацентрифугирования были выделены фракции синаптических везикул и проанализированы белки SNARE-комплекса, так как альфа-синуклеин является их связующим звеном. Не было обнаружено изменения содержания синтаксина 1а, синапсина, синаптобревина, синаптотагмина и SNAP-25. Анализ экспрессии генов синаптофизина (SYP), амфифизина (Amph), моноаминоксидазы А (МаоА), моноаминоксидазы B (МаоB), катехол-О-метилтрансферазы (COMT), альдегиддегидрогеназы (ALDH1a1), дофа-декарбоксилазы (DDC), подтвердил, что единственный функциональный бета-синуклеин способен обеспечивать нормальное функционирование дофаминергической системы даже без увеличения продукции на белковом уровне. Комплексный анализ данной экспериментальной модели позволил получить новые данные о роли синуклеинов в механизмах дофаминовой нейротрансмиссии и подтверждает ранее выдвинутое предположение, что бета-синуклеин способен модулировать синаптические функции в случае отсутствия других членов семейства. Тем самым подтверждено, что бета-синуклеин стоит рассматривать как потенциальную мишень для разработки стратегии патогенетической терапии болезни Паркинсона и других заболеваний, сопровождающихся нарушением оборота дофамина в синаптических окончаниях.

Публикации

1. Чапров К.Д. Исследование роли бета-синуклеина в нормализации функции нигростриарной системы после прижизненной инактивации альфа-синуклеина в нейронах взрослых и стареющих мышей Сборник cтатей. Медицинская наука: вчера, сегодня, завтра. – М.: Издательство «Тритон». , М.: Издательство «Тритон», 2024. – стр. 1885-1890 (год публикации - 2024)

2. Морозова О.А., Краюшкина А.М., Суханова Ю.С., Иванова Т.А., Чапров К.Д. Комплексная оценка влияния белков-синуклеинов на ухудшение моторной функции при возрастных изменениях Патогенез, Т. 22, No2 – C. 67–71 (год публикации - 2024)
10.25557/2310-0435.2024.02.67–71