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 22-25-00622

НазваниеСравнительное изучение влияния мемантина и агонистов метаботропных рецепторов глутамата Группы II и Группы III на обучение и память крыс

РуководительАрхипов Владимир Иванович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук, Московская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2022 г. - 2023 г.

Конкурс№64 - Конкурс 2021 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 словаобучение и память, диссоциированное обучение, мемантин, метаботропные рецепторы глутамата, экспрессия генов, каиновая кислота, эксайтотоксичность, нейропротекция

Код ГРНТИ76.03.29

СтатусЗакрыт досрочно

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Лиганды метаботропных рецепторов глутамата (мГлуР) являются перспективными фармакологическими средствами для терапии ряда заболеваний центральной нервной системы, в том числе и нейродегенеративных болезней. Представители всех трех групп этих рецепторов экспрессируются как в нейронах, так и в глиальных клетках, участвуя в регуляции многих функций мозга. Рецепторы Групп II и III локализованы преимущественно пресинаптически, что определяет их способность контролировать уровень глутамата и проявлять нейропротективные свойства в условиях эксайтотоксичности. Активация пресинаптических мГлуР не всегда будет снижать активность глутаматергических синапсов, так как их локализация на тормозных ГАМК-ергических терминалях или на астроцитах (что повлияет на поглощение глутамата) может значительно исказить общую картину. Кроме того, многие лиганды влияют сразу на несколько подтипов рецепторов разных Групп, что также затрудняет прогноз их влияния на когнитивные функции. Влияние агонистов мГлуР этих групп на память в экспериментах in vivo недостаточно исследовано, поэтому в проекте предлагается сравнить их эффекты с влиянием мемантина, достаточно хорошо изученного антагониста NMDA рецепторов глутамата, нашедшего применение в клинике для лечения болезни Альцгеймера. В экспериментах на крысах будет изучено дозозависимое нарушение обучения и памяти агонистов мГлуР Групп II и III, проникающих через гемато-энцефалический барьер, с применением поведенческих тестов с положительным и отрицательным подкреплением. Оригинальным подходом к исследованию свойств агонистов будет применение диссоциированного обучения, которое позволит определить сходство и различие их эффектов от влияния мемантина на воспроизведение навыков. Метод диссоциированного обучения и последующий анализ воспроизведения диссоциированных навыков после инъекций агонистов мГлуР покажет, какова роль этой нейромедиаторной системы в механизмах этого феномена. Будут получены новые результаты, характеризующие свойства агонистов мГлуР в их способности влиять на когнитивные функции: 1) Могут ли агонисты мГлуР имитировать эффекты мемантина в его действии на память животных при воспроизведении диссоциированных реакций. 2) Возможна ли выработка новых навыков на фоне действия агонистов мГлуР в дозе, вызывающей амнезию (если таковая возникнет). 3) Возможно ли полученные результаты распространить на обучение с болевым подкреплением (реакция пассивного избегания); можно диссоциированное обучение получить с изучаемыми веществами в этом тесте. В нашем коллективе пока не предпринималось исследования влияния такого широкого круга фармакологических веществ на процессы памяти. Результаты поведенческих экспериментов будут использованы для отбора агонистов мГлуР, наиболее эффективно влияющих на процессы памяти, чтобы исследовать роль экспрессии генов этих рецепторов в ответ на фармакологическое воздействие. Анализ изменения уровня мРНК NMDA рецепторов совместно с мРНК мГлуР будет интересен с точки зрения вовлечения этого уровня регуляции фармакологических воздействий на мозг, а также покажет некоторые аспекты функционирования глутаматергической системы в целом. Известно, что хроническое изменение активности рецепторов в мозге (что происходит, например, при болезни Альцгеймера с NMDA рецепторами) вызывает адаптивный ответ, реализующийся не только на уровне белков- субъединиц рецептора. Во многих случаях показан самостоятельный уровень регуляции, вовлекающий мРНК этих генов, что обусловлено широкими возможностями регулировать экспрессию генов различными транскрипционными факторами, микроРНК, эпигенетическими механизмами. Мы полагаем, что этот уровень особенно важен, когда необходимо понять, существует ли «запрос» на изменение числа рецепторов данного типа для компенсаторных, репарационных процессов в ответ на развивающуюся патологию. Если такой «запрос» существует, значит эти гены могут быть мишенью для разработки новых терапевтических средств. В работе предполагается введение веществ как однократное, так и субхроническое, чтобы оценить использование агентов при изучении их нейропротективных возможностей в условиях эксайтотоксического повреждения каинатом. Эта модель нейродегенерации на крысах будет применена для того, чтобы показать, способны ли отобранные нами агенты в дозах, определенных в поведенческих экспериментах, препятствовать гибели нейронов в гиппокампе и компенсировать нарушения когнитивных функций при их введении после каината.

Ожидаемые результаты
1) Неоднозначность влияния агонистов мГлуР Групп II и III на когнитивные функции, которая определяется многообразием их распределения в мозге и способами регуляции уровня глутамата в синапсах, не позволяет предсказать их влияние на когнитивные функции in vivo. В результате сравнительного изучения их эффектов по отношению к действию антагонистов NMDA рецепторов глутамата, будет обнаружены новые свойства агонистов мГлуР, характеризующие их влияние на процессы обучения и памяти, их способность имитировать влияние мемантина на воспроизведение следов памяти. 2) В ходе выполнения работы будут получены также результаты, поясняющие, как изменяется экспрессия генов рецепторов после их фармакологической активации в мозге здоровых животных. Как показали наши предыдущие исследования, при субхронической активации мГлу4 происходит ингибирование экспрессии (Pershina E.V., Arkhipov V.I. Subacute activation of mGlu4 receptors causes the feedback inhibition of its gene expression in rat brain. Life Sciences, 2016, V. 153, May 15, P. 50-54). Результаты настоящей работы покажут, сохраняется ли такая закономерность для других подтипов мГлуР. 3) Каинат, являясь эксайтотоксином, вызывает у крыс нейродегенеративные явления в гиппокампе, вызывая нарушения обучения и памяти. Морфологические исследования гиппокампа наряду с поведенческими тестами после «лечения» агонистами мГлуР нарушений, вызванных каинатом, покажут эффективность примененных воздействий. Для развития исследований механизмов нейродегенерации в нашем коллективе каинатная модель на крысах будет важным объектом. Несмотря на то, что раньше она применялась нами в ряде исследований, в последние годы мы работали на модели, где нейродегенерация была вызвана хлоридом триметилолова. Нам представляется полезным в дальнейшем использовать обе модели для сравнения. Однако наибольшее значение для будущих исследований имеют результаты поведенческого анализа фармакологических свойств агонистов мГлуР. Хотя известно, что на фоне амнезии, вызванной различными воздействиями, возможно приобретение новых следов памяти, такое свойство агентов, вызывающих амнезию, редко изучается. Мы также не проводили подобных исследований более двух десятилетий. Тем не менее, это свойство фармакологических агентов может иметь большое значение. Так, например, в большинстве случаев блокада NMDA рецепторов негативно влияет на когнитивные процессы, что ограничивает применение антагонистов этих рецепторов глутамата. Однако при некоторых условиях такое свойство может не быть препятствием к применению в клинике, если показать, что затруднения воспроизведения информации не сопровождаются ухудшением способности получать новую информацию и преодолеваются при реактивации на фоне действия препарата. Поэтому проверка фармакологических агентов, дают ли они возможность получения новой информации несмотря на негативное влияние на некоторые когнитивные способности, может способствовать открытию их новых свойств. При успешном выполнении этой работы появляется возможность провести в будущем подобное исследование фармакологических свойств лигандов мГлуР в сравнении с эффектами холинергических/антихолинергических веществ, а также общими анестетиками, которые также как и NMDA-антагонисты способны модулировать обучение и память.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Мемантин относится к канальным блокаторам, интерес к которым в значительной мере обусловлен их способностью облегчать симптомы болезни Альцгеймера и других неврологических заболеваний. Связываясь с NMDA-рецепторами, мемантин ингибирует приток в нейроны ионов Ca2+, особенно от внесинаптических рецепторов, предохраняя от эксайтотоксичности. Однако при этом сохраняется функция рецепторов благодаря низкому сродству, неконкурентному характеру и быстрой неконкурентной кинетике мемантина: NMDA-рецепторы сохраняют способность активироваться глутаматом после деполяризации постсинаптического нейрона (doi:10.1016/j.neuropharm.2007.07.013). В своей работе мы исследовали влияние мемантина на здоровый мозг. Результаты экспериментов на крысах подтвердили, что эффекты мемантина разнообразны и зависят от многих факторов. Острое введение вещества может повлиять на обучение животных, однако такое влияние не обусловлено механизмом диссоциированного обучения, оно в наибольшей степени связано с влиянием на исследовательскую и двигательную активность, мотивацию и эмоциональное состояние. Кроме того, при многократных инъекциях мемантина (боле 4-5 раз) его влияние приобретает новые свойства, которые неблагоприятно влияют на когнитивные функции. Наши предварительные эксперименты указывают, что совместное применение мемантина и агонистов метаботропных рецепторов глутамата Группы III может снизить нежелательные побочные эффекты мемантина. Исследование экспрессии субъединиц NMDA-рецепторов после инъекций мемантина животным показало, что одна из субъединиц рецепторов – GRIN2С играет особую роль в механизмах действия вещества. Было обнаружено снижение экспрессии этой субъединицы в префронтальной коре, но не гиппокампе животных, что имеет, по-видимому, компенсаторный (адаптивный) характер. Несмотря на то, что рецепторов, содержащих эту субъединицу в коре и гиппокампе немного (по уровню мРНК на два порядка меньше, чем GRIN2А или GRIN2В), как мы впервые показали, они играют немаловажную роль в механизмах действия мемантина.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Роль метаботропных рецепторов глутамата (мГлу) Групп II и III в механизмах синаптической пластичности и процессов памяти изучена недостаточно, их функции в процессах обработке информации зависят от локализации по структурам мозга и нахождения на нейрональной мембране (в синапсе, вблизи него или на удаленном расстоянии). Так, пресинаптические метаботропные глутаматные рецепторы группы II (т.е. мГлу2 и мГлу3) оказывают мощное модулирующее влияние на функцию корково-гиппокампальную цепи, имеющей большое значение для информационных процессов. Нарушение когнитивных функций при нейродегенеративных заболеваниях может быть снижено применением мемантина, неконкурентного антагониста NMDA-рецепторов с быстрой кинетикой, эффективность которого может быть увеличена с помощью лигандов мГлу рецепторов. В экспериментах на крысах были получены результаты модуляции эффектов мемантина лигандами мГлу рецепторов, которые подтвердили точку зрения, что мГлу рецепторы Группы I способны значительно повлиять на память, в отличие от лигандов мГлу рецепторов Группы II и Группы III. Однако возможность лигандов рецепторов Группы II и Группы III тонко модулировать активность глутаматергической системы позволяет их рассматривать как перспективные средства для коррекции таких патологических состояний как разные формы депрессии, шизофрения, нейродегенеративные явления, особенно в сочетании с другими фармакологическими подходами. Исследуя свойства мемантина, мы впервые показали, что одна из субъединиц NMDA-рецепторов – GRIN2С играет важную роль в эффектах мемантина. В дозах, незначительно влияющих на поведение животных, мемантин способен изменять свойства NMDA-рецепторов в неокортексе. Несмотря на то, что рецепторов, содержащих субъединицу GRIN2С, в мозге меньше, чем GRIN2А или GRIN2В (по уровню мРНК на два порядка), ее экспрессия заметно снижается под влиянием мемантина, что способствует понижению уровня возбуждения в корковых структурах. При выполнении работ по проекту для исследования эффектов мемантина были проведены исследования одной из моделей нейродегенерации у крыс. Считается, что хроническое воздействие скополамином можно рассматривать как психофармакологическую модель болезни Альцгеймера, поскольку и препарат, и заболевание вызывают аналогичные нарушения во фронтальной коре и архитектуре сети мозга. Важно отметить, что донепезил, препарат, принадлежащий к семейству ингибиторов холинэстеразы, улучшает нарушения гиппокампа и префронтальных областей, что является дополнительным подтверждением этого аргумента (doi: 10.3389/fphar.2022.952876). Наши результаты показали, что нарушения неокортекса и гиппокампа можно рассматривать как нейродегенеративные, так как при этом наблюдаются снижение когнитивных способностей у животных наряду с повреждением нейронов в гиппокампе и префронтальной коре. Анализ уровня мРНК провоспалительных маркеров подтвердил наличие нейровоспаления в гиппокампе. Однако, все аспекты, рассмотренные в нашей работе, требуют развития и подтверждения. Это касается как поведения животных, так и результатов ОТ-ПЦР в реальном времени и морфологии. Основной вопрос, требующий ответа – какова динамика наблюдаемых нарушений мозга. Можно ли выделить отдельные этапы нейровоспаления, митохондриальных нарушений, апоптоза и других клеточных повреждений.

Публикации

1. . В.И.Архипов, И.Ю.Черноморец, Н.С.Жуйкова, Д.А.Федоров, Е.В.Першина Роль субъединиц NMDA-рецепторов глутамата в механизмах действия мемантина на мозг здоровых животных. Bull Exp Biol Med., Т.175, №4, 441-445, перевод: Bull Exp Biol Med. 2023 Aug;175(4):446-449 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/s10517-023-05882-3

2. Жуйкова Н.С., Черноморец И.Ю., Архипов В.И. Роль метаботропных рецепторов глутамата в механизмах обучения и памяти СБОРНИК ТЕЗИСОВ XXIV СЪЕЗДА ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА ИМ. И. П. ПАВЛОВА, Санкт-Петербург, 2023, с. 374-375 (год публикации - 2023)

Возможность практического использования результатов
Полученные результаты носят фундаментальный характер, могут быть использованы для разработок новых подходов к лечению нейродегенеративных заболеваний.