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 22-15-00126-П
НазваниеМолекулярные механизмы церебрального ангиогенеза в реализации феномена нейропластичности при хронической нейродегенерации
Руководитель Салмина Алла Борисовна, Доктор медицинских наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научный центр неврологии" , г Москва
Конкурс №5068 - Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология
Код ГРНТИ76.03.53
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Нарушение механизмов церебрального ангиогенеза, регрессии и ремоделирования микрососудов является важным, но недостаточно изученным компонентом аберрантной пластичности головного мозга при хронической нейродегенерации. Расшифровка этих механизмов обеспечит значительный прогресс в понимании патогенеза нейродегенеративных заболеваний, разработке новых in vitro моделей для их изучения, в создании новых фармакотерапевтических стратегий. Проект развивает и расширяет научные результаты, полученные при реализации Проекта-2022, которые позволили идентифицировать новые механизмы нарушений церебрального ангиогенеза при экспериментальной болезни Альцгеймера (БА), ассоциированные с изменениями барьерогенеза и структурно-функциональной целостности гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), развитием непродуктивного ангиогенеза, дисбалансом пронейрогенных и проангиогенных факторов в нейрогенных нишах и коре головного мозга, нарушением метаболической пластичности, фенотипической конверсии и процессов созревания клеток эндотелия при прогрессировании нейродегенерации. В основе настоящего проекта - научная гипотеза о том, что управление механизмами ауто- и паракринной регуляции ангиогенеза и нейрогенеза в нейрогенных нишах головного мозга при БА может способствовать восстановлению пластичности мозга, а воспроизведение механизмов метаболического сопряжения нейрогенеза и ангиогенеза сформирует новые подходы к управляемому ангиогенезу и достижению функциональной зрелости клеток церебрального эндотелия, в том числе в персонифицированных in vitro моделях нейрогенных ниш. С использованием современных моделей in vivo (трансгенные животные с моделью БА), in vitro (органотипическая модель нейрогенной ниши для изучения сопряжения нейрогенеза и ангиогенеза, оригинальная модель нейрогенной ниши, полученная с использованием клеток, дифференцированных из иПСК), методов клеточной биологии, тканевой инженерии, нейробиологии, нейрохимии, молекулярного профилирования, визуализации и оценки метаболизма клеток и тканей будут решены следующие задачи: а) изучение механизмов «метаболического перепрограммирования» клеток-участников нейрогенеза и ангиогенеза на этапах их развития в нейрогенных нишах, и его вклада в достижение клетками функциональной компетентности, поддержание целостности ГЭБ и клиренса бета-амилоида в ткани головного мозга; б) оценка возможности управления функциональным сопряжением нейрогенеза и неоангиогенеза в нейрогенных нишах, процессами дифференцировки клеток эндотелия из иПСК за счет изменения биодоступности лактата и НАД+ и модуляции механизмов ауто- и паракринной регуляции в норме и при нейродегенерации альцгеймеровского типа; в) оценка вклада непродуктивного ангиогенеза в формирование очагов вторичной гипоксии в ткани головного мозга, повышение проницаемости ГЭБ и нарушение клиренса ткани головного мозга при нейродегенерации альцгеймеровского типа; г) разработка и применение новой модели нейрогенной ниши in vitro, позволяющей оценить функциональное сопряжение процессов нейрогенеза и ангиогенеза и тестировать новые подходы к фармакологической коррекции этих нарушений при нейродегенерации альцгеймеровского типа. Результаты и продукты проекта расширят существующие представления о фундаментальных механизмах патогенеза БА, о вкладе васкулярного компонента в прогрессирование нейродегенерации, о механизмах функционирования нейрогенных ниш в норме и при нейродегенерации альцгеймеровского типа, станут основой для разработки новых подходов к эффективной диагностике и терапии, а также для новых биоинженерных решений при создании и васкуляризации in vitro моделей ткани головного мозга и реконструкции механизмов управляемого ангиогенеза in vitro.
Ожидаемые результаты
1. Новые фундаментальные данные о механизмах ауто- и паракринной регуляции и метаболического сопряжения нейрогенеза и неоангиогенеза с участием Cx43, CD157, GPR81, MCT4, лактата и НАД+ , в нейрогенной нише (SGZ) при опыт-индуцированной пластичности, в том числе в контексте обеспечения локальной микроциркуляции, проницаемости ГЭБ и клиренса ткани гиппокампа у экспериментальных животных в норме и при нейродегенерации альцгеймеровского типа.
2. Новые фундаментальные данные об ответе на модуляцию механизмов ауто- и паракринной регуляции и метаболического сопряжения клеток-участников нейрогенеза и ангиогенеза в нейрогенной нише (SGZ) в органотипической in vitro модели при опыт-индуцированной пластичности в норме и при нейродегенерации альцгеймеровского типа.
3. Новые подходы и протоколы управления экспрессионным и метаболическим профилем, созреванием, фенотипической конверсией, ангиогенной активностью и барьерной функцией клеток эндотелия, дифференцированных из иПСК здоровых доноров и пациентов с БА, для персонифицированных моделей ГЭБ in vitro.
4. Новые in vitro модели нейрогенной ниши, собранные с использованием клеток нейрональной и эндотелиальной природы, полученных из иПСК здоровых доноров и пациентов с БА, позволяющие осуществлять оценку функционального сопряжения процессов нейрогенеза и ангиогенеза in vitro.
5. Представление результатов работы на 4 конференциях российского и международного уровней.
6. 9 статей по тематике проекта в журналах, реферируемых в международных базах данных Web of Science/Scopus.
Результаты выполнения проекта и создаваемые продукты (новые оригинальные модели нейрогенной ниши in vitro) расширят представления о механизмах пластичности головного мозга, связанных с неоангиогенезом, регрессией и ремоделированием микрососудов, о механизмах поддержания целостности ГЭБ, о формировании микроокружения нейрогенных ниш, обеспечивающих функциональное сопряжение ангиогенеза и нейрогенеза, и о вкладе васкулярного компонента в патогенез БА и возможностях его коррекции. В контексте практического применения они будут востребованы при разработке, производстве и использовании in vitro моделей головного мозга и ГЭБ для решения актуальных задач нейрофармакологии, для совершенствования протоколов получения васкуляризованных моделей ткани головного мозга in vitro и разработки новых подходов к управляемому нейрогенезу и ангиогенезу, для идентификации новых молекулярных маркеров и мишеней для эффективной диагностики и фармакотерапии нейродегенерации альцгеймеровского типа. Все запланированные результаты и продукты являются новыми, будут соответствовать мировому уровню исследований.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Церебральный ангиогенез и поддержание целостности гематоэнцефалического барьера играют важную роль в механизмах пластичности головного мозга, определяя во многом формирование локального гуморального микроокружения клеток в нейроваскулярной единице, а также в нейрогенных нишах. Управление механизмами ауто- и паракринной регуляции ангиогенеза и нейрогенеза в нейрогенных нишах головного мозга может способствовать восстановлению пластичности мозга при нейродегенерации, а воспроизведение механизмов метаболического сопряжения нейрогенеза и ангиогенеза сформирует новые подходы к управляемому ангиогенезу и достижению функциональной зрелости клеток церебрального эндотелия, в том числе при разработке персонифицированных клеточных моделей in vitro, получаемых с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) пациентов с нейродегенерацией.
В фокусе проекта в отчетном периоде - оценка механизмов ауто- и паракринной регуляции и метаболического сопряжения нейрогенеза и неоангиогенеза в нейрогенной нише (субгранулярная зона гиппокампа, SGZ), изучение вклада метаболической пластичности клеток эндотелиальной природы в формирование гуморального микроокружения и ангиогенную активность в ткани головного мозга, в том числе при опыт-индуцированной пластичности, разработка новых подходов к управлению экспрессионным профилем, метаболической активностью, фенотипической конверсией, ангиогенным потенциалом и способностью к барьерогенезу клеток эндотелиальной природы в норме и при болезни Альцгеймера (БА).
Применение разных методических подходов – in vivo (модель опыт-индуцированной пластичности у животных контрольной группы), ex vivo (органотипические культуры гиппокампа животных контрольной группы, в том числе при индукции гиппокампальной пластичности), in vitro (клетки эндотелия, дифференцированные из иПСК здорового донора и пациента с БА), широкого спектра исследовательских протоколов и нескольких видов модуляторов метаболической активности и экспрессионного профиля клеток (агонист GPR81 лактатных рецепторов, ингибиторы транспортеров лактата MCT, гликолиза, НАД+-гликогидролаз, митохондриального деления, коннексинов Cx43, транскрипционного фактора HIF-1), проангиогенных факторов и пр.), позволило получить новые фундаментальные данные об ангиогенезе в ткани головного мозга в (пато)физиологических условиях.
В частности, к наиболее важным находкам первого года работы относятся следующие: мы установили, что результатом опыт-индуцированных механизмов (модель с применением длительной физической активности) является индукция неоангиогенеза и гиппокампальной пластичности. Локальный метаболизм НАД+ и транспорт лактата между клетками важен для изменений ангиогенеза и нейрогенеза в SGZ при опыт-индуцированной пластичности in vivo, это не сопровождается изменением проницаемости ГЭБ и повреждением клеток у животных контрольной группы. Эти же метаболические события определяют продукцию BDNF активированными клетками гиппокампа в органотипических культурах, которые при этом демонстрируют разнонаправленную секрецию пронейрогенного и проангиогенного факторов. Для клеток эндотелия, полученных из иПСК пациента с БА, в отличие от контроля, характерно увеличение ангиогенной активности при снижении уровня лактата во внеклеточной среде, а увеличение целостности эндотелиального барьера – при подавлении гидролиза НАД+ и предотвращении деления митохондрий в клетках. Обе линии клеток реализуют механизм латерального ингибирования при стимуляции рецепторов лактата и являются чувствительными к HIF-1-опосредованным при гипоксии. Клетки эндотелия при БА демонстрируют «метаболическое перепрограммирование»: изменение доли связанного НАДН и переконфигурация митохондриальных флавопротеинов (конверсия в «гибридный» адаптационный фенотип клеток эндотелия при БА). Это указывает на относительное повышение вклада процессов окислительного фосфорилирования и снижение гликолитической активности при БА, а также на перераспределение NAD(P)H- и FAD-пулов в эндотелии при БА, что может быть сопряжено с усилением антиоксидантных потоков (NADPH) и митохондриальной перестройкой в клетках эндотелия при БА. Такие метаболические изменения клеток эндотелия при БА, вероятно, способствуют проявлению ими большей ангиогенной активности, что подтверждено нами с использованием мультиклеточных моделей. В условиях стимулированного ангиогенеза активация рецепторов лактата на клетках эндотелия важна для реализации механизма латерального ингибирования и изменения субпопуляций клеток с ангиогенным потенциалом.
Новые данные не только детализируют механизмы церебрального ангиогенеза и его роль в пластичности головного мозга, но и обосновывают новые подходы к управлению экспрессионным и метаболическим профилем клеток эндотелия в персонифицированных in vitro моделях гематоэнцефалического барьера или нейрогенной ниши, пригодных для скрининга лекарственных препаратов у пациентов с БА. В частности, особого внимания заслуживают данные о модуляции экспрессионного фенотипа клеток эндотелия с помощью кондиционированной среды недифференцированных клеток нейрональной природы, что важно для оптимизации протоколов получения клеток церебрального эндотелия из иПСК. Развитие разрабатываемого метода оценки проницаемости ГЭБ и клиренса ткани головного мозга in vivo за счет использования высокомолекулярного флуоресцентного трейсера и агента, стимулирующего направленное изменение проницаемости ГЭБ, важно для последующего применения этого протокола при оценке целостности барьера у животных с нейродегенерацией с использованием оптоволоконной фотометрии головного мозга.
В целом, в отчетном периоде получены новые фундаментальные данные о механизмах ауто- и паракринной регуляции и метаболического сопряжения нейрогенеза и неоангиогенеза в нейрогенной нише (SGZ) при опыт-индуцированной пластичности, об ответе клеток на модуляцию механизмов ауто- и паракринной регуляции и метаболического сопряжения клеток-участников нейрогенеза и ангиогенеза, о возможности управления экспрессионным и метаболическим профилем, созреванием, фенотипической конверсией, ангиогенной активностью и барьерной функцией клеток эндотелия, дифференцированных из иПСК здоровых доноров и пациентов с БА, определены новые подходы к оптимизации протокола получения клеток церебрального эндотелия из иПСК для последующего использования в in vitro персонифицированных моделях.
Результаты реализации проекта в отчетном периоде - 4 статьи в журналах, индексируемых в базах данных RSCI, Web of Science/Scopus, устные доклады на 4 конференциях (международных и всероссийских), в том числе на Всероссийском лектории РНФ (https://www.neurology.ru/o-centre/news/lektoriy-rnf-fundamentalnaya-nevrologiya-i-zaprosy-klinicheskoy-praktiki-23-oktyabrya-2025-goda.html).
Публикации
1.
Розанова Н.А., Аверчук А.С., Капкаева М.Р., Жданкина В.И., Макаров В.И., Скобельцин А.С., Романишкин И.Д., Баранич Т.И., Салмина А.Б.
Применение трехклеточной модели гематоэнцефалического барьера для оценки повреждения клеток нейроваскулярной единицы при болезни Альцгеймера
Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2025, 180, 10, с. 2-7 (год публикации - 2025)
10.47056/0365-9615-2025-180-10-421-426
2.
Комлева Ю.К., Аверчук А.С., Чистяков Д.В., Васильев В.Г., Ивлев В.А., Жданкина В.И., Кукла М.В., Лукьянчук А.Н., Потапенко И.В., Салмина А.Б.
Метаболическое профилирование интерстициальной жидкости гиппокампа мышей линии 5xFAD после когнитивной нагрузки: пилотное исследование
Biomedical Chemistry: Research and Methods, 8(4), e00291, с. 1-7 (год публикации - 2025)
10.18097/BMCRM00291
3.
Жданкина В.И., Перепелица Е.С., Благова А.В., Комлева Ю.К., Баранич Т.И., Салмина А.Б.
The involvement of HIF-1alpha-dependent paracrine factors in Alzheimer's disease
Reviews in the Neurosciences, 2025, P. 1-15 (год публикации - 2025)
10.1515/revneuro-2025-0102
4. Бердников А.К., Аверчук А.С., Комлева Ю.К., Потапенко И.В., Салмина А.Б. Сравнительный анализ методов оценки проницаемости гематоэнцефалического барьера с использованием флуоресцентных зондов у экспериментальных животных Анналы клинической и экспериментальной неврологии (год публикации - 2026)