Глутаматергическая нейротрансмиссия и структурные изменения в гиппокампе при старении на фоне височной эпилепсии

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 23-24-00101

НазваниеГлутаматергическая нейротрансмиссия и структурные изменения в гиппокампе при старении на фоне височной эпилепсии

Руководитель Черниговская Елена Валерьевна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-205 - Клеточная биология, цитология, гистология

Ключевые слова Крысы Крушинского-Молодкиной, височная эпилепсия, старение, аудиогенный киндлинг, гиппокамп, глутаматергические нейроны, нейрогенез, апоптоз, нейрональная дифференцировка

Код ГРНТИ34.15.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Эпилепсия находится на четвертом месте среди неврологических заболеваний после мигрени, инсульта и болезни Альцгеймера. Височная эпилепсия наиболее распространена и считается преимущественно приобретенной формой эпилепсии, при которой припадки могут возникать в результате различных структурных поражений головного мозга, включая травматические повреждения, инфекции центральной нервной системы, опухоли мозга. В настоящее время основной массив информации о механизмах формирования эпилептических состояний получен при исследовании клинического материала и в экспериментах на животных с использованием хемоконвульсантов, электростимуляций, а также на нокаутных животных. Однако нельзя исключить, что выявляемые отклонения могут быть следствием фармакологического вмешательства при химическом моделировании эпилепсии или следствием аномального развития у трансгенных животных. Для изучения механизмов эпилептогенеза во всем мире также активно используются модели генетической рефлекторной эпилепсии на животных. Аудиогенный киндлинг крыс с аудиогенной чувствительностью, в частности, крыс линии Крушинского-Молодкиной (КМ), приводит к распространению эпилептиформной активности в высшие отделы мозга, включая гиппокамп, и сопровождается появлением лимбического компонента судорог, что свидетельствует о развитии височной эпилепсии. Целесообразно предположить, что молекулярные механизмы возникновения эпилептиформной активности и нейродегенеративных изменений у пациентов, больных эпилепсией, и при моделировании этого заболевания с помощью аудиогенного киндлинга во многом одинаковы и включают активацию большого числа глутаматергических нейронов при нарушении процессов торможения, что делает использование этой модели адекватной и перспективной. Известно, что при старении у пациентов с хронической эпилепсией происходит усугубление симптомов болезни, а также наблюдается более раннее возникновение нейродегенеративных процессов в мозге. С другой стороны, известно, что развитие нейродегенеративных изменений в мозге при старении часто приводит к возникновению эпилептиформной активности. В основе взаимозависимости эпилепсии и старения, очевидно, лежат нарушения в регуляции различных нейромедиаторных систем, в частности, глутаматергической. В связи с этим представляет интерес оценить влияние хронической эпилептиформной активности на состояние глутаматергической системы и на структуру гиппокампа. Активность глутаматергических нейронов зависит от целого ряда нейрохимических факторов, регулирующих биосинтез глутамата, его транспортировку в синаптические окончания и выведение в синаптическую щель. Также в реализации эпилептиформной активности важнейшую роль играют рецепторы глутамата. В данной работе мы планируем комплексно оценить нарушения в молекулярных механизмах регуляции глутаматергической нейротрансмиссии в гиппокампе, а также характер и механизмы структурной реорганизации гиппокампа при моделировании височной эпилепсии на молодых и старых крысах линии КМ, что позволит выявить связь между развитием эпилепсии и возникновением нейродегенеративных нарушений при старении. Адекватность выбранной модели позволит экстраполировать полученные данные на людей, больных височной эпилепсией. Полученные результаты внесут вклад в разработку стратегий для предотвращения развития эпилепсии и нивелирования нейродегенеративных нарушений, развивающихся в ходе эпилептогенеза при старении.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Александрова Е.П., Ивлев А.П., Куликов А.А., Никитина Л.С., Глазова М.В., Черниговская Е.В. Chronic Dysregulation of Glutamatergic Transmission in the Hippocampus of Krushinsky–Molodkina Rats Induced by Repeated Epileptiform Seizures Maik Nauka-Interperiodica Publishing, Vol. 59, No. 5, pp. 1551–1565 (год публикации - 2023)
10.1134/S0022093023050083

2. Александрова Е.П., Ивлев А.П., Куликов А.А., Наумова А.А., Глазова М.В., Черниговская Е.В. Audiogenic kindling activates glutamatergic system in the hippocampus of rats with genetic predisposition to audiogenic seizures Brain Research Elsevier B.V., Brain Research 1829 (2024) 148792 (год публикации - 2024)
10.1016/j.brainres.2024.148792

3. Александрова Е.П., Ивлев А.П., Куликов А.А., Наумова А.А., Глазова М.В., Черниговская Е.В. Aging of Krushinsky-Molodkina audiogenic rats is accompanied with pronounced neurodegeneration and dysfunction of the glutamatergic system in the hippocampus Brain Research Elsevier B.V., Brain Research 1846 (2025) 149294 (год публикации - 2025)
10.1016/j.brainres.2024.149294

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В настоящей работе мы провели комплексный анализ глутаматергической системы гиппокампа крыс Крушинского-Молодкиной (КМ), генетически предрасположенных к аудиогенным судорогам у которых с помощью многократных аудиогенных стимуляций по протоколу киндлинга была смодулированна височная эпилепсия человека. Первой задачей второго этапа проекта был анализ влияния острой эпилептиформной активности на состояние глутаматергической системы гиппокампа при старении. Для решения этой задачи был проведен дополнительный эксперимент позволивший провести сравнение острых нарушений в механизмах регуляции глутаматергической нейротрансмиссии у молодых и старых животных при височной эпилепсии. Стареющих крыс линии КМ в возрасте 18 месяцев подвергали звуковым стимуляциям по протоколу аудиогенного киндлинга в течение 14 дней. ежедневно в течение14 суток и выводили из эксперимента через сутки после последнего аудиогенного припадка. Надо отметить, что при аудиогенном киндлинге старых крыс линии КМ в отличие от молодых животных, не все крысы демонстрировали стабильные судорожные припадки, и около 40% не реагировали при большинстве предъявлений звуковой стимуляции. Эти животные в данной работе были исключены из анализа. Остальные крысы демонстрировали лимбические судороги после окончания основного, стволового припадка, что свидетельствовало о возникновении эпилептиформной активности, моделирующей височную эпилепсию человека. У старых крыс со сформированной в возрасте 18 месяцев височной эпилепсией, не наблюдалось активации продукции глутамата. Надо отметить, что у наивных старых крыс КМ продукция глутамата была значительно выше, чем у старых крыс родительской линии Вистар и развитие височной эпилепсии не приводило к ее снижению до уровня характерного для здоровых взрослых животных. При этом наблюдалось снижение интенсивности выведения глутамата. Аудиогенный киндлинг у старых животных вызывает снижение экспрессии АМРА рецепторов и не влияет на экспрессию других рецепторов глутамата. Можно заключить, что развитие височной эпилепсии у старых крыс линии КМ приводит к острым нарушениям в механизмах регуляции глутаматергической нейротрансмиссии, вызывающим снижение ее активности. Следующей задачей было выявление хронических нарушений в глутаматергической трансмиссии, возникающие при старении на фоне височной эпилепсии, сформировавшейся в зрелом возрасте. Несмотря на сохраняющиеся в течение 8 месяцев поведенческие проявления височной эпилепсии, механизмы регуляции и сама продукция глутамата не отличаются от характерных для наивных старых крыс линии КМ. Однако снижение экспрессии везикулярных транспортеров глутамата в гиппокампе носит хронический характер. Также показано хроническое усиление продукции АМРА рецепторов GluA1 и GluA2 и долговременные нарушения в экспрессии метаботропных рецепторов глутамата. Хроническая активация АМРА рецепторов глутамата у стареющих крыс КМ подвергнутых киндлингу во взрослом возрасте возможно является причиной выявленной нами повышенной апоптотической гибели клеток в гиппокампе. При этом мы показали снижение уровня пролиферации и не выявили нарушений вдифференцировки клеток гиппокампа, а также нарушений плотности синаптических контактов, в отличие от молодых крыс КМ, у которых наблюдалось значительное усиление аберрантного нейрогенеза при длительном аудиогенном киндлинге (Kulikov et al., 2021). Можно заключить, что как генетическая рефлекторная эпилепсия, так и хроническая височная эпилепсия приводят к значительным нарушениям структуры гиппокампа и являются серьезным повреждающем фактором при старении. Таким образом, развитие височной эпилепсии у старых крыс линии КМ приводит к острым нарушениям в механизмах регуляции глутаматергической нейротрансмиссии, вызывающим снижение продукции, выведения и рецепторных влияний глутамата. Хроническая височная эпилепсия также приводит к долговременному снижению скорости выведения глутамата, но при этом экспрессия АМРА рецепторов хронически значительно повышенна у старых эпилептизированных крыс.

Публикации