Исследование механизмов влияния кардиотонических стероидов на работу дофаминергической системы

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 22-75-10131

НазваниеИсследование механизмов влияния кардиотонических стероидов на работу дофаминергической системы

Руководитель Лопачев Александр Васильевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «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 дофамин (ДА), Na+,K+-ATФаза, кардиотонические стероиды (КТС), нокаутные мыши,активный транспортер дофамина (DAT), рецептор ассоциированный со следовыми аминами 1 (TAAR1), болезнь Паркинсона, биполярное расстройство

Код ГРНТИ76.03.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В данной работе предполагается исследовать роль кардиотонических стероидов (КТС), эндогенных модуляторов активности и сигнальной функции Na+,K+-АТФазы, в нарушении обмена дофамина (ДА): его синтеза, рециркуляции и метаболизма. Известно, что нарушения обмена ДА могут приводить к дисфункции дофаминергической системы с последующим развитием нейродегенеративных процессов. Так у пациентов с болезнью Паркинсона (БП) и биполярным расстройством обнаружен повышенный уровень эндогенных КТС, а введение уабаина в мозг лабораторных животных влияет на синтез и обмен ДА. Также имеются данные, свидетельствующие о взаимодействии Na+,K+-АТФазы с дофаминовыми рецепторами и активным транспортером ДА (DAT), а мутации в ее альфа субъединице, выполняющей насосную функцию, ассоциированы с развитием ряда нейродегенеративных заболеваний. Однако, на сегодняшний день роль Na+,K+-АТФазы в дисфункции дофаминергической системы остается недостаточно изученной, а регуляторная роль КТС в дофаминергической системе и их взаимосвязь с обменом дофамина остается неясной. Дисфункция дофаминергической системы лежит в основе развития целого спектра как психиатрических, так и неврологических заболеваний. Одним из них является болезнь Паркинсона - социально значимая патология, которая развивается вследствие массовой гибели нейронов в дофаминергических структурах мозга. На данный момент лечение БП является симптоматическим и повышает нагрузку на оставшиеся дофаминергические нейроны. Так как на сегодняшний день не представляется возможным восстановить популяцию погибших нейронов, необходимо акцентировать внимание на диагностике и терапии доклинической стадии БП и замедлении развития патологии. В связи с этим актуальной проблемой является исследование механизмов, лежащих в основе дисфункции дофаминергической системы, и выявление новых мишеней для разработки подходов к терапии патологий ЦНС, связанных с нарушением работы дофаминергической системы. В рамках данного проекта планируется использование как мышей линии C57Black, так и трансгенных мышей: гетерозигот по гену DAT (DAT-het, гетерозигот по нокауту гена) и TAAR1 (TAAR1-KO). Дисфункция DAT ассоциирована как с развитием функциональных нарушений дофаминергической системы, так и с гибелью дофаминергических нейронов. Его экспрессия на цитоплазматической мембране регулируется, в том числе, рецептором, ассоциированным со следовыми аминами (TAAR1). Использование линий трансгенных животных позволит оценить влияние КТС как на интактную дофаминергическую систему, так и на систему с повышенным внеклеточным содержанием дофамина в случае DAT-het мышей, а также на обмен ДА у мышей с нарушенной регуляцией экспрессии DAT на цитоплазматической мембране у линии мышей TAAR1-KO. Новизна данного проекта заключается в выявлении роли Na+,K+-АТФазы в дисфункции дофаминергической системы в ЦНС, а также механизмов, лежащих в ее основе. При этом важная роль в регуляции дофаминергической системы отводится КТС. Большинство исследований, посвященных изучению роли КТС в ЦНС, были выполнены с использованием уабаина. Сравнение эффектов разных КТС проводилось в единичных работах, и Лопачев А.В. стал первым исследователем, который провел комплексное сравнение эффектов КТС уабаина, дигоксина и буфалина на нейрональной культуре. На сегодняшний день ни один научный коллектив не провел исследования последствий хронического введения КТС мышам линий C57Black, DAT-het и TAAR1. В рамках данного проекта планируется впервые исследовать эффекты различных КТС, а также их потенциальную нейротоксичность для структур дофаминергической системы мозга мышей при хроническом введении. Также впервые будет охарактеризована временная динамика изменений работы дофаминергической системы при хроническом введении КТС, характеризующаяся изменением ДА-зависимых поведенческих реакций, рециркуляции ДА, ДА-зависимых сигнальных каскадов и экспрессии генов. Реализация предлагаемого проекта приблизит разработку как новых лекарственных препаратов для терапии патологий ЦНС, связанных с нарушением работы дофаминергической системы, так и выявление надежных биомаркеров для прогноза и оценки степени дисфункции дофаминергической системы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках 3 года реализации проекта показано, что хроническое ежедневное внутрижелудочковое введение 1,5 мкл 50 мкМ уабаина вызывает ухудшение показателей прохождения теста “планка” на 7й, 14й и 21й день эксперимента, а также нарушения позы и походки. Изменения частично сохранялись на 10 день после последнего введения. Также был проведен протеомный анализ содержания белков в стриатуме и префронтальной коре на 21й и 31й дни после эксперимента. В стриатуме на 21й день наблюдалось изменение количества 96 белков (p<0,05); на 31й день – 63 белков (p<0,05). В префронтальной коре на 21й день выявлено – 45 белков (p<0,05); на 31й день – 48 белков (p<0,05) относительно контрольной группы (введение иЦСЖ). Среди них присутствовали белки, значимые для ЦНС. Наиболее выраженное снижение наблюдалось для белка GFAP в префронтальной коре в группе “уабаин” на 21й день эксперимента. В стриатуме на 21й день было показано снижение количества аполипопротеина д, аннексина а2, виментина, аннексина а1, белок теплового шока бета-1, галактозоспецифического лектина, связывающего IgE. На 31й день – снижение количества GFAP, глутамин-гамма-глутамилтрансферазы K, иммуноглобулин каппа константного белка, С-константный участок альфа-цепи иммуноглобулина (IgA), интерферон-индуцированного белка с тетратрикопептидными повторами 3, аннексина а1, виментина по сравнению с контрольной группой. 14-дневная инфузия 20 мкМ уабаина при помощи осмотических помп в латеральный желудочек мозга мышей линии C57Black/6 не влияла на расстояние пройденное мышами в тесте “открытое поле” и в тесте “приподнятый крестообразный лабиринт”. При этом мыши группы “уабаин” провели в открытых рукавах лабиринта в 3,6 раза больше времени, их частота посещений открытых рукавов и соотношение посещений открытых рукавов к общему числу посещений достоверно увеличились, что может говорить о снижении тревожности. Анализ содержания моноаминов в мозге показал наличие изменений в обмене серотонина и отсутствии изменений в обмене дофамина в префронтальной коре,гиппокампе и таламусе. При 14-дневной инфузии 20 мкМ маринобуфагенина подобных изменений в поведении и обмене моноаминов выявлено не было. Был проведен ингибиторный анализ влияния активации киназы ERK1/2 на уабаина-индуцированные изменения двигательной активности и моторные нарушения у мышей линии C57Black/6 при хроническом введении в течение 21 дня. Было показано, что внутрижелудочковое введение ингибитора MEK1/2 U0126 потенциирует эффект уабаина на локомоторную активность мышей. Анализ поведения на 21й день показал, что уровень тревожности в группах достоверно не различался (приподнятый крестообразный лабиринт). В то же время, ингибирование ERK1/2 препятствовало развитию вызываемых уабаином нарушений моторики (походка и тест “круглая планка”). Было показано, что однократное введение 1,5 мкл 50 мкМ уабаина вызывает достоверно большее увеличение локомоторной активности у мышей DAT-HET, гетерозигот гену активного транспортера дофамина, относительно животных дикого типа (DAT-WT). Снижение уровня тревожности животных при воздействии уабаина в равной степени наблюдалось как у мышей DAT-HET, так и у мышей DAT-WT. Значимые различия в изменении обмена дофамина после введения уабаина были обнаружены у мышей DAT-WT, но не DAT-HET. Однократное введение 1,5 мкл 50 мкМ уабаина мышам с нокаутом рецептора к следовым аминам 1 (TAAR1-KO) не вызывало увеличения двигательной активности, а также изменений обмена моноаминов в структурах мозга в отличие от животных дикого типа TAAR1-WT или C57Black/6. Дополнительно в рамках проекта была исследована временная динамика изменения количества уабаина после однократного введения в отделах мозга мышей в течение 24 ч. Проведено иммуногистохимическое и морфометрическое исследование экспрессии субъединицы 2 ГАМКБ-рецептора (GABBR2) в различных структурах головного мозга мышей после на десятый день после окончания хронического 21-дневного введения уабаина.

Публикации

1. Казанская Р.Б., Берлянд А.Н., Вольнова А.Б., Лопачев А.В. Biocompatibility and customizability: Expanding possibilities with 3D printed guide cannulas Journal of Neuroscience Methods, Volume 410, October 2024, 110237 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jneumeth.2024.110237

2. Казанская Р.Б., Ильин Н.П., Абаимов Д.А., Державина К.А., Демин К.А., Калуев А.В., Гайнетдинов Р.Р., Лопачев А.В. Chronic digoxin exposure causes hyperactivity, anxiolysis, and alters brain monoamine content in zebrafish (Danio rerio) NeuroReport, NeuroReport 36(1):p 55-60, January 08, 2025. (год публикации - 2025)
10.1097/WNR.0000000000002120

3. Казанская Р.Б., Абаимов Д.А., Жиляева А.С., Трубникова Н.А., Юшина А.Д., Лобаскова А.О., Гайнетдинов Р.Р., Лопачев А.В. INCREASE IN SEROTONIN TURNOVER AND ANXIOLYTIC EFFECTS FOLLOWING 14-DAY INTRACEREBROVENTRICULAR OUABAIN INFUSION IN C57BL/6 MICE Cell and Tissue Biology (год публикации - 2025)