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 24-25-00154
НазваниеИсследование роли проекционных нейронов префронтальной коры в развитии различных форм поведения, протеомный анализ.
Руководитель Ланшаков Дмитрий Александрович, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология
Ключевые слова Протеом, Когнитивные Функции, Префронтальная Кора, Нейротрофический фактор мозга, Проекционные нейроны, Поведение, Критический период развития, Постнатальный период
Код ГРНТИ34.15.43
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Формирование мозга очень сложный и многоступенчатый процесс, с образованием многочисленного числа нейронных связей и контактов. Ранний постнатальный период для этого процесса является критическим. Стрессовые воздействия в этот период имеют колоссальное воздействие на развитие нервной системы и поведение индивида в будущем, и могут привести к развитию психопатологий. В мире, и в России всё чаще диагностируются психоневрологические расстройства у детей, такие как синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), а также расстройства аутистического спектра (РАС). СДВГ выявляется примерно у 5% детского населения, а также у 3—6% популяции взрослых, что является распространенной детской психопатологией. При СДВГ наблюдается ухудшение рабочей памяти и когнитивный дефицит, которые могут быть связаны с поражением префронтальной коры (PFC). Одним из генов кандидатов, который бы мог связать действие факторов среды и генетические ресурсы организма в развитии мозга является Нейротрофический фактор мозга (Bdnf). В 2023 году был открыт отдельный тип нейронов PFC, проецирующих в стриатум, и экспрессирующих Bdnf (Ehinger et al., 2023). Пока остается совершенно неизвестным с каким поведением связаны эти нейроны. Для выявления роли Bdnf проекционных нейронов PFC в развитии различных форм поведения нами будет избран подход с прицельной интенсификацией их функций только в ранний постнатальный период, с дальнейшей оценкой различных форм поведения в последующем. Так как BDNF подвергается посттрансляционному процессингу, в нейронах PFC в ранний постнатальный период, будет запущена экспрессия как про-, зрелой формы, так и пропептида и мутированные формы, не подверженной разрезанию протеазами - клеточными конвертазами. Благодаря разработанному нами методу трансдукции нейронов PFC лентивирусными векторами с индуцибельной TET-ON системой (Shaburova & Lanshakov, 2021), возможно запустить экспрессию прицельно в нейронах PFC только в ранний постнатальный период. После этого будет исследовано изменение поведения в тестах, проверяющих формирование ранних синаптических связей, и развитие основных рефлексов на 9 день жизни, а также и более отсроченное влияние на тревожность, депрессивно-подобное поведение и когнитивные функции, и обучаемость в подростковом и взрослом возрасте. Выявленные изменения в поведении будут сопоставлены с изменениями протеома, и будут найдены основные белковые мишени, действующие в неонатальной PFC, после запуска экспрессии различных форм Bdnf.
1. Ehinger, Y.; Soneja, D.; Phamluong, K.; Salvi, A.; Ron, D. Identification of Novel BDNF-Specific Corticostriatal Circuitries. eNeuro 2023, 10, ENEURO.0238-21.2023, doi:10.1523/ENEURO.0238-21.2023.
2. Shaburova, E.V.; Lanshakov, D.A. Effective Transduction of Brain Neurons with Lentiviral Vectors Purified via Ion-Exchange Chromatography. Appl Biochem Microbiol 2021, 57, 890–898, doi:10.1134/S0003683821080044.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе реализации проекта в 2024 году впервые показано, что интенсификация экспрессии зрелой и мутантной формы нейротрофического фактора мозга в мПФК в ранний постнатальный период приводит к увеличению тревожности и депрессивно-подобного поведения в ювенальном возрасте, на 30-й день жизни. Впервые выявлены гены-мишени, изменившие свою экспрессию после оверэкспрессии форм Bdnf. Это такие гены - Ptgds, Fam180a, Itgb4, Ranbp3l, Bnc2, Slc6a13, Slc22a6, Rarb. Впервые показано, что ген, ассоциированный с биполярным расстройством у человека, повышает свою экспрессию от зрелой формы Bdnf в неонатальной мПФК, что приводит к изменению поведения в подростковом возрасте. Впервые проведен анализ полученных данных с данными секвенирования единичных клеток коры неонатальных крыс, который выявил усиление транскрипционного ответа периваскулярных стромальных клеток (ПВСК) при оверэкспрессии зрелой формы Bdnf. Противоположно направленный транскрипционный ответ ПВСК наблюдался при оверэкспрессии мутантной формы pBm. Полученные результаты опубликованы в журнале первого квартиля sjr Peerj Lanshakov et. al. 2024.
Проведен анализ литературных данных о коннективности проекционных нейронов ПФК, новых данных о подтипах и проекциях нейронов ПФК, экспрессирующих нейротрофический фактор мозга. Результаты представлены в обзоре Drozd et. al. 2024
Проведен анализ последних литературных данных об использовании адено-ассоциированных векторов для доставки трансгенов в мозг, и использовании их для генотерапии. Результаты будут опубликованы в четвертом номере Том 10 “Письма в Вавиловский журнал Генетики и Селекции” Марченко С. А., Ланшаков Д. А. 2024
Результаты работы были представлены на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Учение академика И.П. Павлова в современной системе нейронаук" с устным докладом
Публикации
1. Марченко С. А., Ланшаков Д. А. Использование рекомбинантных аденоассоциированных вирусов в исследованиях и терапии Письма в Вавиловский журнал генетики и селекции (год публикации - 2024)
2.
Ланшаков Д. А., Шабурова Е. В., Сухарева Е. В., Булыгина В. В., Дрозд У. С., Ларионова И. В., Геращенко Т. С., Шнайдер Т. А., Денисов Е. В., Калинина Т. С.
Transiently elevated expression of different forms of brain-derived neurotrophic factor in the neonatal medial prefrontal cortex affected anxiety and depressive-like behaviors in adolescence
PeerJ, 12:e18465, 1-29 (год публикации - 2024)
10.7717/peerj.18465
3.
Дрозд У. С., Фрик Я. А., Смагин А. В., Ланшаков Д. А.
Prefrontal Cortical Projection Neurons: Involvement in Shaping Different Types of Behaviors, BDNF Expression and Transport
Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology , Volume 60, pages 2116–2133 (год публикации - 2024)
10.1134/S002209302405034X
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году проведено исследование протеома префронтальной коры крыс на 10-й день жизни после оверэкспрессии различных форм BDNF. RNA-seq подтвердил избыточную экспрессию про-, зрелой и мутированной форм белка. Протеомный анализ, выполненный с использованием платформы Fragpipe, выявил выраженные молекулярные и поведенческие изменения, особенно при оверэкспрессии мутированной формы BDNF. У этих животных наблюдалось ухудшение отрицательного геотаксиса и ориентировочного поведения при одновременном усилении ранней социализации.
На уровне белков отмечено повышение KCNT2, CALB1, NPY, SH2D5 и снижение NTSR1, PMCH, TAC1, MTCL1, SMPDL3B. Рост кальбиндина и нейропептида Y предполагает усиление ГАМКергической активности и, возможно, снижение когнитивных функций, что согласуется с гипотезой о вовлечении ГАМК-системы в механизмы когнитивных нарушений, индуцируемых нейроактивными стероидами.
Сопоставление транскриптомных и протеомных данных (R = 0.21, p = 0.00044) показало слабую корреляцию, указывая на значительный вклад посттранскрипционных регуляторных механизмов. Выделены два класса генов: с однонаправленными (например, Ptgds, Selenom, Mtcl1) и разнонаправленными изменениями (Gad2, Smpdl3b, Arhgef25). Повышение Ptgds, кодирующего простагландин D-синтазу, может отражать активацию воспалительных и нейромодуляторных путей, вовлечённых в регуляцию сна, питания и сосудистого тонуса.
Идентифицирована и картирована длинная некодирующая антисмысловая РНК Bdnf-as, дифференциально экспрессирующаяся при оверэкспрессии различных форм BDNF: её уровень возрастал только после введения проформы, что указывает на участие специфических РНК-связывающих белков в её регуляции.
Поведенческие тесты подтвердили, что оверэкспрессия зрелой формы BDNF в ПФК в ранний постнатальный период приводит к снижению когнитивных способностей (p = 0.048, тест пассивного избегания). В совокупности полученные данные демонстрируют, что изменение экспрессии форм BDNF в раннем постнатальном периоде вызывает перестройку транскриптома и протеома, влияя на развитие нейронных сетей, ГАМКергическую передачу и когнитивные функции.
Публикации
1.
Е. В. Шабурова, С. А. Марченко, B. Б. Днепровская, А. В. Сборщикова, Д. А. Ланшаков
Mapping rat lncRNA Bdnf-as
Molecular Biology Reports, 52, 764 (2025) (год публикации - 2025)
10.1007/s11033-025-10871-y
2.
Дрозд У. С., Вечкапова С. О., Ланшаков Д. А.
Pericytes in Brain Homeostasis: Developmental Roles and Adult Functions.
Front Biosci (Landmark Ed), 30(11):42742 (год публикации - 2025)
10.31083/FBL42742