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 25-74-10084
НазваниеРазработка подходов к оптимизации дофаминовой нейротрансмиссии с помощью исследования компенсаторного потенциала белков синуклеинов
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 №111 - Конкурс 2025 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-110 - Общая и молекулярная микробиология; вирусология
Ключевые слова болезнь Паркинсона, дофаминергические нейроны, черная субстанция, синуклеины, альфа-синуклеин, бета-синуклеин, трансгенные мыши, регулируемый нокаут, аденоассоциированные векторы, платформа патогенетической терапии
Код ГРНТИ34.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Данный проект посвящен исследованию роли альфа-синуклеина и его дисфункции в патологии дофаминергических нейронов черной субстанции, характерной для болезни Паркинсона (БП). Важную роль в патогенезе БП играют нарушения структуры белка альфа-синуклеина, его экспрессии и изменения внутринейронального распределения, которые вызывают агрегацию. Перераспределение пула белка альфа-синуклеина в клетке приводит к дефициту функционального альфа-синуклеина в синапсах вследствие активного формирования патогистологических включений в определенных популяциях нейронов. 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. Однако не стоит забывать про других членов семейства синуклеинов (бета- и гамма-синуклеины), которые структурно схожи и в целом ряде случаев могут функционально замещать друг друга. Бета-синуклеин, в отличие от альфа-синуклеина, очень редко рассматривается в качестве ключевого фактора в патогенезе заболеваний человека, однако чрезвычайно интересна его способность взаимодействовать либо с альфа-синуклеином, либо с гамма-синуклеином, которые при физиологических условиях могут образовывать фибриллы. В организме разработана сложная система балансировки между членами семейства, и присутствие этих трех белков в одной и той же зоне мозга может играть определенную роль в модуляции их функций изменяя их гомеостаз в цитоплазме нейронов.
Научная новизна основана на нескольких аспектах проекта:
Планируемые эксперименты никогда ранее не проводились на животных с регулируемым нокаутом альфа-синуклеина, поэтому все данные будут оригинальными и позволят выявить и охарактеризовать новые патогенетические механизмы специфического повреждения и гибели дофаминергических нейронов черной субстанции, в которые вовлечен альфа-синуклеин. Для моделирования патологического состояния будет создан набор рекомбинантных аденоассоциированных вирусных частиц с различными промоторами, которые кодируют гены патологического (Snca-A53T) и нативного альфа-синуклеина. Затем будет определён оптимальный уровень экспрессии созданных конструктов для начала агрегации альфа-синуклеина. Также будет изучено влияние различных доз на клеточные культуры: сначала на перевиваемых линиях, а затем на первичных культурах. Впервые в мире будет создана модель патологического процесса, индуцированного rAAV на модельных животных с регулируемым нокаутом гена альфа-синуклеина.
Средством облегчения состояния больных на сегодняшний день выступает лишь симптоматическая терапия, а одной из перспективных методик представляется прижизненная инактивация альфа-синуклеина в организме пациентов с помощью систем из нейрон-специфических антител. Представляемая в данном проекте, модель позволит получить новые знания о роли белков семейства синуклеинов в норме и патологии, которые будут востребованы для разработки новейших терапевтических стратегий патогенетической терапии болезни Паркинсона и заболеваний, ассоциированных с нарушением метаболизма дофамина.
Ожидаемые результаты
Впервые в мире будет проведено прижизненное in vivo моделирование патологической дисфункции альфа-синуклеина на новой линии мышей с возможностью прижизненного выключения альфа-синуклеина в нервной системе во взрослом возрасте на фоне полного отсутствия белков бета и гамма-синуклеинов. Одним из главных преимуществ данной модели станет аналогичный пациентам поздний дебют дисфункции альфа-синуклеина, реализуемый благодаря контролируемому нокауту Snca.
Кроме того, модель позволит получить новые знания о нейропротекторной роли белков семейства синуклеинов в патологических условиях - проявления.агрегационных свойств патологическими формами альфа-синуклеина на фоне истощения пула белка с нормальной структурой – и послужит основой для разработки терапевтических стратегий с использованием бета- и гамма-синуклеинов.
В первые два года работы предполагается получить данные об устойчивости популяции ДА нейронов к нейротоксину МФТП, обусловленной присутствием белка гомолога бета-синуклеина и третьего члена семейства - гамма-синуклеина. Результаты этого этапа внесут вклад в проработку существующей на сегодняшний день в мировом сообществе гипотезе о наличии нейропротективных свойств и компенсаторного потенциала у бета- и/или гамма-синуклеинов.
Будет сконструирован набор рекомбинантных аденоассоциированных вирусных частиц под разными промоторами, несущих области генов Snca-WT, Snca-A53T, и проведена оценка оптимального уровня экспрессии собранных конструктов для инициации агрегации альфа-синуклеина и дозозависимый эффект на клеточных культурах (на перевиваемых линиях, а затем на первичных культурах); будет охарактеризована локализация белковых агрегатов с последующей визуализацией посредством конфокальной микроскопии.
На протяжении последующих лет работы при помощи разработанных конструктов и сформированных когорт экспериментальных животных будет смоделирован патологический процесс in vivo. В его основе будет лежать введение патологической формы кодирующего альфа-синуклеин гена Snca-A53T в организм, лишенный бета- и гамма-синуклеинов, в период до или после прижизненной инактивации эндогенного альфа-синуклеина мыши. Именно это станет принципиально важным механизмом моделирования и обеспечит воспроизведение выбранного патогенетического звена БП на животных.
Полученная модель будет оценена на предмет двигательных и когнитивных дисфункций в батарее поведенческих тестов. На основании описанных ранее нарушений моторной функции при образовании агрегатов мутантной A53T формой альфа-синуклеина ожидается проявление у животных моторного паркинсоноподобного дефицита наряду с формированием гиперактивного фенотипа. Показанная ранее вовлеченность гамма-синуклеина в регуляцию когнитивных функций позволяет ожидать изменения и в когнитивных тестах (нарушения кратковременной и долговременной памяти, исследовательских парадигм).
Участие белков семейства синуклеинов в дофаминовой нейротрансмиссии подразумевает ее нарушение при их отсутствии. В соответствии с этим в дорзальном стриатуме, где расположены синапсы ДА нейронов, ожидается снижение уровня дофамина и повышение продуктов его распада, а также изменение паттернов экспрессии генов, участвующих в метаболизме дофамина (тирозингидроксилазы (TH), моноаминоксидазы А и B, катехол-О-метилтрансферазы, альдегиддегидрогеназы).
Деградация синапса из-за токсического действия непереработанных метаболитов дофамина способна привести к дисбалансу пула других синаптических белков. Так, предполагается обнаружить изменение уровней белков SNARE-комплекса - синапсина 1а, синапсина III, синтаксина, SNAP-25.
Базируясь на полученных результатах, будут дополнительно сконструированы рекомбинантные аденоассоциированные вирусные частицы, несущие области нативного гена бета-синуклеина человека (Sncb-WT) и нативного гена гамма-синуклеина человека (Sncg-WT).
На полученном ранее модельном организме будет проведена оценка эффектов, оказанных введением, бета-, а затем и гамма-синуклеинов. Предполагается терапевтическое воздействие данных белков и/или противодействие дальнейшей агрегации A53T формы альфа-синуклеины в соответствии с описанными в литературе антиагрегационными свойствами бета-синуклеина.
Благодаря этому станет возможным разработка нового терапевтического подхода, направленного на введение белков-гомологов альфа-синуклеина с целью компенсации утраченной нормальной функции последнего.