Изменения экспрессии глиальных белков, вызванных неонатальными фебрильными судорогами, как фактор предрасположенности к развитию 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 23-25-00242

НазваниеИзменения экспрессии глиальных белков, вызванных неонатальными фебрильными судорогами, как фактор предрасположенности к развитию эпилепсии

Руководитель Коваленко Анна Андреевна,

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 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-106 - Нейробиология

Ключевые слова фебрильные судороги, экспрессия генов, мозг, ОТ-ПЦР, вестерн блоттинг, астроциты, нейровоспаление, глутамат, поляризация астроцитов

Код ГРНТИ34.15.43; 34.39.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Фебрильные судороги являются наиболее распространенной формой детских судорог, возникающей в период с 6 месяцев до 5 лет. Длительные или повторяющиеся судороги могут привести к необратимым изменениям в развивающемся мозге, увеличивающим риск развития эпилепсии во взрослом возрасте и формирования нервно-психических нарушений и когнитивного дефицита. Причины развития данного типа судорог в настоящее время изучены недостаточно, а способа предотвратить последующее развитие эпилепсии и сопутствующих неврологических нарушений не существует. Известно, что в основе формирования эпилептических изменений в мозге лежит нарушение баланса между возбуждающими (глутамат) и тормозными (ГАМК) нейромедиаторными системами. Однако в последние годы также активно обсуждается возможная роль глия-нейрональных взаимодействий в патогенезе эпилепсии и развитии пост-судорожных неврологических нарушений. Появляется все больше данных о роли глиальных клеток (астроцитов и микроглии) в патофизиологии эпилептических припадков. Индукция фебрильных судорог в период созревания глиальных клеток может существенно нарушить нормальное развитие мозга. Для разработки действенных стратегий профилактики нарушений, вызванных фебрильными судорогами, необходимо выявить конкретные изменения, происходящие с глиальными клетками, а также выяснить в какой период после судорожного приступа они проявляются. Комплексного анализа изменений, происходящих с астроцитами и микроглией после фебрильных судорог, ранее не проводилось. В этом проекте предлагается комплексное изучение состояния астро- и микроглиальных клеток в различных областях мозга крыс, перенесших одиночные длительные фебрильные судороги в раннем возрасте. При выполнении проекта в разные временные точки будет проанализирована экспрессия маркеров активации астро- и микроглиальных клеток, а также белков, участвующих в обеспечении трофической, метаболической и защитной функциях глиальных клеток. Впервые будет проведен анализ изменения А1/А2 поляризации астроцитов в модели фебрильных судорог, что позволит в дальнейшем начать разработку новых стратегий лечения, нацеленных на конкретные подгруппы астроцитов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Захарова М.В., Дёмина А.В., Коваленко А.А., Зубарева О.Е., Ищенко А.М., Зайцев А.В. Анакинра способствует развитию противовоспалительной реакции микроглии в латентный период литий-пилокарпиновой модели височной эпилепсии Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, Т. 110, № 3, с. 424-444 (год публикации - 2024)
10.31857/S0869813924030074

2. Захарова М.В., Коваленко А.А., Зубарева О.Е., Зайцев А.В. Длительные фебрильные судороги приводят к снижению экспрессии генов глиальных белков, влияющих на созревание мозга крыс в раннем постнатальном онтогенезе Материалы IX Молодежной школы-конференции по молекулярной и клеточной биологии Института цитологии РАН, с. 179-180 (год публикации - 2024)

3. Захарова М.В., Коваленко А.А., Зубарева О.Е., Зайцев А.В. Изменение продукции мРНК глиальных белков в мозге крыс, перенесших длительные неонатальные фебрильные судороги Сборник тезисов докладов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Учение академика И. П. Павлова в современной системе нейронаук», с. 393 (год публикации - 2024)

4. Богданов А.Р., Коваленко А.А., Захарова М.В. Изменение экспрессии генов астроглиальных и микроглиальных белков в мозге крыс после фебрильных судорог МАТЕРИАЛЫ XXX ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ "АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОМЕДИЦИНЫ – 2024", с. 143-144 (год публикации - 2024)

5. Коваленко А.А., Захарова М.В., Шварц А.П., Зубарева О.Е., Зайцев А.В. Identification of reliable reference genes for use in gene expression studies in rat febrile seizure model International Journal of Molecular Sciences, V. 25. № 20. Article number 11125. (год публикации - 2024)
10.3390/ijms252011125

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект посвящен анализу состояния астро- и микроглиальных клеток в различных областях мозга крыс, перенесших одиночные длительные фебрильные судороги в раннем возрасте. На втором году выполнения проекта работа была сосредоточена на исследовании изменений уровня глиальных белков в мозге крыс после неонатальных фебрильных судорог методами вестерн-блоттинга и иммуногистохимии. В динамике впервые была изучена экспрессия генов маркеров А1/М1 и А2/М2 фенотипов астроцитов и микроглии. Кроме того, было проведено моделирование фебрильных судорог на фоне введения бактериального липополисахарида. На модифицированной модели фебрильных судорог была исследована экспрессия ряда астро- и микроглиальных белков в височной коре и дорзальном гиппокампе на 21-й день жизни крыс. В отчетном году получены следующие важнейшие результаты: 1. С помощью вестерн-блоттинга и иммуногистохимии выполнено исследование уровня белка маркеров астроцитов (GFAP) и микроглии (IBA1) в гиппокампе и височной коре крыс, перенесших неонатальные фебрильные судороги. Достоверных отличий по уровню GFAP в гиппокампе крыс после фебрильных судорог обнаружено не было. Количество IBA1-положительных клеток было повышено только в зоне СА3 гиппокампа у крыс, перенесших фебрильные судороги, однако размера тела таких клеток не менялся. В совокупности с данными, полученными также методами ОТ-ПЦР в реальном времени, это свидетельствует о том, что в данной модели выраженной активации глиальных клеток не происходит. 2. Проведен комплексный анализ динамики экспрессии генов домашнего хозяйства (Actb, Gapdh, B2m, Rpl13a, Ppia, Hprt1, Pgk1, Ywhaz) в мозге крыс в модели фебрильных судорог. Было выявлено, что фебрильные судороги влияют на экспрессию гена Rpl13a в вентральном гиппокампе, следовательно, использовать этот ген при изучении экспрессии в области вентрального гиппокампа в модели фебрильных судорог недопустимо. Кроме того, были обнаружены возрастные изменения продукции мРНК различных генов к Р50 во всех исследованных структурах. Наши результаты показывают, что гены Actb и Ywhaz демонстрируют наибольшую вариабельность с возрастом в большинстве исследованных структур мозга. 3. Фебрильные судороги привели к понижению продукции мРНК гена маркера A2 фенотипа астроцитов (S100a10) на P21 в височной коре. Кроме того, для маркеров поляризации астроцитов выявлена возрастная динамика: для гена маркера A1 фенотипа астроцитов Lcn2 характерно понижение экспрессии в дорзальной области гиппокампа к P50; для генов маркеров A2 фенотипа астроцитов (S100a10, Ptx3) характерно понижение экспрессии к 21-му дню жизни в дорзальном гиппокампе, которое сохраняется до P50; в височной коре аналогичное снижение экспрессии с P21 и по P50 отмечено только для гена Ptx3. 4. Было выявлено, что фебрильные судороги приводят к снижению экспрессии гена Nos2 (маркер М1 фенотипа микроглии) в височной коре на P21. Для Nos2 также показана четкая возрастная динамика: экспрессия данного гена уменьшается в височной коре и дорзальном гиппокампе к P50. Экспрессия гена Arg1 (маркер M2 фенотипа микроглии). напротив повышается к P50, однако эта возрастная динамика нарушена в группе крыс после фебрильных судорог – у них продукция мРНК Arg1 осталась на уровне контрольных значений. 5. На модифицированной модели фебрильных судорог была исследована экспрессия ряда астро- и микроглиальных белков в височной коре и дорзальном гиппокампе крыс на P21. Было выявлено повышение продукции мРНК интерлейкина-1β Il1b в дорзальном гиппокампе на P21 только в группе крыс, у которых были фебрильные судороги на фоне введения ЛПС. В височной коре напротив выявлено повышение антагониста интерлейкина-1β – Il1rn. Это увеличение отмечается как в группе крыс после фебрильных судорог, так и в группе крыс после фебрильных судорог на фоне введения ЛПС. Кроме того, обнаружено, что на P21 повышена продукция мРНК нейротрофического фактора Gdnf в височной коре крыс после фебрильных судорог на фоне введения ЛПС. Таким образом, на второй год выполнения проекта завершен комплексный анализ экспрессии генов глиальных белков в мозге крыс, перенесших неонатальные фебрильные судороги. Анализ на уровне белка показал, что фебрильные судороги не приводят к выраженной активации глиальных клеток, подтвердив полученные ранее данные по экспрессии генов маркеров активации астроцитов и микроглии. Однако, анализ экспрессии генов маркеров поляризации астро- и микроглии выявил, что фебрильные судороги негативно влияют на маркеры нейропротекторных фенотипов астроцитов (S100a10) и микроглиальных клеток (Arg1). Фебрильные судороги на фоне введения бактериального липополисахарида приводят к длительному повышению продукции мРНК генов интерлейкина-1β Il1b, антагониста интерлейкина-1β Il1rn и нейротрофического фактора Gdnf. В то же время, выраженной активации астро- и микроглии в данной модели не наблюдается.

Публикации

Возможность практического использования результатов
В ходе выполнения проекта получены новые данные, расширяющие представление о последствиях фебрильных судорог, перенесенных в раннем возрасте. В дальнейшем они могут лечь в основу поиска новых подходов к терапии эпилепсии и коморбидных нарушений, развивающихся при эпилепсии. Важным результатом проекта также является подбор стабильно экспрессирующихся генов домашнего хозяйства в модели фебрильных судорог. Качество разрабатываемых лекарственных препаратов напрямую зависит от самых ранних этапов исследований по поиску мишеней для терапии. Использование стабильно экспрессирующихся референсных генов повысит точность проводимых исследований, так как позволит избежать получения ложных результатов. Кроме того, количество трудозатрат на доклинических и клинических этапах тестирования лекарств также может быть снижено благодаря точному анализу на начальных этапах разработки лекарственных препаратов.