Роль инсулиноподобного фактора роста 2 и связывающих его белков в молекулярных механизмах памяти

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 18-75-10112

НазваниеРоль инсулиноподобного фактора роста 2 и связывающих его белков в молекулярных механизмах памяти

Руководитель Баль Наталья Вячеславовна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук , г Москва

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология

Ключевые слова Память, консолидация, реконсолидация, инсулиноподобный фактор роста 2, ИФР-2, Igf2, синаптическая пластичность, угашение памяти

Код ГРНТИ34.15.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Память – это способность живых организмов сохранять и воспроизводить информацию. В ходе формирования память превращается из нестабильной (лабильной) формы в стабильную – этот процесс называется консолидацией памяти. При предъявлении условного стимула после обучения происходит реактивация памяти, которая на некоторое время также становится лабильной. После реактивации, в зависимости от условий напоминания, память может сохраняться или даже усиливаться, и позднее вновь стать стабильной – этот процесс обозначают термином «реконсолидация памяти». При многократном напоминании без подкрепляющего сигнала (подачи пищи, воды, электрокожного раздражения) происходит угашение памяти. Какие молекулярные и клеточные процессы лежат в основе процессов консолидации, реконсолидации и угашения? Основные исследования на молекулярном и клеточном уровне, которые проводились многие десятилетия, касались в первую очередь изучения формирования памяти. Так, были открыты ранние гены, которые экспрессируются в первые минуты и часы после обучения, и которые запускают синтез поздних генов, изменяющих структурно-функциональные свойства нейронов, причем эти изменения могут сохраняться в течение длительного времени. В течение последних двух десятилетий накапливаются экспериментальные данные о молекулярных процессах, происходящих при напоминании и реконсолидации/угашении памяти, однако эти данные пока разрозненные и не образуют стройную картину. Появление новых методов исследования экспрессии генов привело к обнаружению фактора, играющего важную роль в образовании памяти – инсулиноподобного фактора роста 2 (ИФР-2, Igf2). Это белок, для которого ранее было показано участие в развитии организма и в онкологических процессах, ранее привлекал мало внимания нейробиологов. Однако в последнее время накапливаются данные о том, что Igf2 и связывающие его белки (Igfbp - Insulin-like growth factor-binding protein) и рецепторы играют важную роль как в формировании, так и в угашении памяти. Этот белок можно отнести как к ранним генам, так и к поздним, поскольку в некоторых работах показывают его увеличение как через 1 час, так и через 20 часов после обучения. В предварительных пилотных экспериментах на небольшой группе мы также обнаружили недостоверное увеличение экспрессии Igf2 в гиппокампе крыс через час после обучения в модели условно-рефлекторного страха. По литературным данным, внутримозговое введение Igf2 приводит к усилению памяти, тогда как блокада его экспрессии с помощью введения антисмысловых олигонуклеотидов нарушает формирование памяти. В одной из работ показано изменение экспрессии Igf2 и Igfbp7 при обучении и угашении памяти. Кроме того, показано изменение уровня Igf2 и Igfbp2 в мышиной модели болезни Альцгеймера. Несмотря на отдельные работы, систематического морфофункционального Igf-связывающих белков в формировании и модификации памяти в настоящее время проведено не было, есть лишь несколько работ, посвященных роли только Igf2, поэтому данный проект актуален для получения новых данных о физиологии и патофизиологии мозга. Кроме того, практически отсутствуют работы о функции Igf-связывающих белков в мозге, хотя показана их экспрессия в мозге. Для исследования роли инсулиноподобного фактора роста 2 и связывающих его белков в механизмах нормальной работы памяти и при нарушении памяти будут проведены следующие эксперименты: Июль 2018-июнь 2019 года 1) Иммунофлуоресцентное окрашивание срезов мозга на Igf2 и Igf-связывающие белки с помощью специфичных антител. Будет проведено изучение колоколизации изучаемых белков с нейрональными и глиальными маркерами. 2) Проведение поведенческих экспериментов с обучением и напоминанием на грызунах с последующим сбором материала для измерения уровня экспрессии изучаемых генов с помощью количественного ПЦР на разных временных точках после обучения и напоминания. 3) На основе морфологических данных и измерения уровня экспрессии генов после обучения и напоминания будут выбраны как минимум два IGF-связывающих белка, наиболее интересных для данного исследования, для которых будут подобраны последовательности для производства плазмид и вирусов для РНК-интерференции. Для каждого гена будут подобраны минимум две последовательности, для каждой из которых будет сконструирована плазмида – вектор для сборки вирусов. 4) Будет сконструированы два вектора для подавления синтеза гена Igf2 и один вектор для его сверхэкспрессии. Анализ работоспособности вирусных конструкций будет проводиться с помощью вестерн-блоттинга со специфичными антителами. Июль 2019 – Июнь 2020 1) Сборка вирусов и проверка работоспособности генетических конструкций для подавления синтеза выбранных Igf-связывающих белков с помощью вестерн-блоттинга 2) Проведение исследований роли Igf2 и Igf-связывающих белков после подавления его синтеза и сверхэкспрессии в морфологии и функционировании пресинаптических и компонентов после in utero электропорации конструкций во 2-3 слои мозга крыс: анализ количества пресинаптических областей на длину отростка нейрона с помощью генетически-кодируемого маркера пресинапсов синаптофизина, конъюгированного с зеленым флуоресцентным белком GFP. Для функционального исследования пресинаптической функции вместе с изучаемой плазмидной конструкцией в нейроны будет введен светочувствительный канал (ChR2), вызывающий деполяризацию клетки. Сочетание электрофизиологической записи от постсинаптической клетки со световой стимуляцией трансфицированной клетки позволит получит данные о роли белков в синаптической передаче. 3) Морфологическое исследование локализации мРНК изучаемых генов в срезах мозга с помощью новейшей чувствительной методики RNAScope. 4) Выбор и отработка модели нарушения памяти при патологии головного мозга (при гипоксии, фармакологическом или стрессовом воздействии). Июль 2020-Июнь 2021 1) Проведение исследования роли Igf2 и Igf-связывающих белков в регуляции работы постсинапсов и в синаптической пластичности после инъекции полученных ранее вирусов в гиппокамп. 2) Проведение исследования роли Igf2 и Igf-связывающих белков в консолидации, реконсолидации и угашении памяти с помощью внутримозговых инъекций вирусов. 3) Изучение роли сверхэкспрессии и подавления синтеза Igf2 в развитии патологии в модели нарушения памяти, выбранной на 2-м году выполнения проекта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Рощин М.В., Ермакова Ю.Г., Ланин А.А., Чеботарев А.С., Кельмансон И.В., Балабан П.М., Жёлтиков А.М., Белоусов В.В., Никитин Е.С. Thermogenetic stimulation of single neocortical pyramidal neurons transfected with TRPV1-L channels Neuroscience letters, V.687, P.153-157 (год публикации - 2018)
10.1016/j.neulet.2018.09.038

2. Чеснокова Е.А., Зюзина А.Б., Баль Н.В., Винарская А.Х., Рощин М.В., Артюхов А.С., Дашинимаев Э.Б., Асеев Н.А., Балабан П.М., Колосов П.М. Experiments with Snails Add to Our Knowledge about the Role of aPKC Subfamily Kinases in Learning International Journal of Molecular Sciences, Том 20, №9. pii: E2117 (год публикации - 2019)
10.3390/ijms20092117

3. Швадченко А.М.,Ерлыченкова О.И., Винарская А.Х., Рощина М.А., Волобуева М.Н., Баль Н.В., Балабан П.М. GENE EXPRESSION REGULATION IN DENTATE GYRUS DURING MEMORY FORMATION ISN-ASN 2019 Meeting (год публикации - 2019)

4. Волобуева М.Н., Швадченко А.М., Иванова В.О., Баль Н.В. Expression of Igf2 and its binding proteins in the hippocampus during memory formation Human Gene Therapy, Vol. 30, No. 11 (год публикации - 2019)
10.1089/hum.2019.29095.abstracts

5. Иванова В.О., Балабан П.М., Баль Н.В. Modulation of AMPA Receptors by Nitric Oxide in Nerve Cells International Journal of Molecular Sciences, Т.1, Выпуск 21(3). Стр: E981 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21030981

6. Белецкий А.П., Чеснокова Е.А., Баль Н.В. Insulin-Like Growth Factor 2 As a Possible Neuroprotective Agent and Memory Enhancer-Its Comparative Expression, Processing and Signaling in Mammalian CNS International Journal of Molecular Sciences, Т. 22. Номер 4. С.1849. (год публикации - 2021)
10.3390/ijms22041849

Публикации