Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Дитятев Александр Эдуардович Германия
Номер договора
11.G34.31.0012
Период реализации проекта
2010-2014

По данным на 30.01.2020

11
Количество специалистов
33
научных публикаций
7
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация
Основное направление исследований Лборатории - изучение новых функций молекул внеклеточного матрикса (ВКМ) в мозге. Эти молекулы вырабатываются нейронами и глиальными клетками и выделяются в зависимости от активности во внеклеточное пространство, где они накапливаются и формируют хорошо заметные структуры, такие как перинейрональные сети. Эти структуры ВКМ регулируют возбудимость нейронов, эффективность межнейронных коммуникаций и могут являться частью долгосрочной памяти.

Название проекта: Внеклеточный матрикс мозга как детерминант межклеточных коммуникаций и мишень терапевтических воздействий

Приоритет СНТР: в



Цели и задачи

Направления исследований: Изучение роли внеклеточного матрикса мозга в регуляции нейрональной активности, обучении и памяти

Цель проекта: Изучение новых функций молекул внеклеточного матрикса в мозге


Практическое значение исследования
  • Изучены закономерности вызванной разрушением матрикса активности нейрон-глиальных сетей первичной культуры гиппокампа.
  • Выявлены молекулярные механизмы вызванной эпилептиформной активности на уровне ионных каналов и глутаматных рецепторов.
  • Изучена роль молекул внеклеточного матрикса в регуляции синаптической пластичности. Выявлено, что разрушение гепаран-сульфатов приводит к уменьшению долговременной потенциации посредством механизма, зависящего от L-типа кальциевых каналов, а разрушение хондроитинсульфат-протеогликанов снижает соотношение NMDA/AMPA-токов в пирамидных нейронах СА1 гиппокампа при отсутствии изменения мембранной возбудимости.
  • Проведен анализ синаптической и экстрасинаптической сигнализации после ферментативного разрушения компонентов внеклеточного матрикса у мышей дикого типа и бревикан-нокаутных мышей.
  • Разработаны подходы и методы визуализации синаптической пластичности и ассоциированных изменений в матриксе.
  • Выявлена тонкая структура внеклеточного матрикса, окружающего синапсы на дендритах нейронов.
  • Проведено количественное моделирование синаптической динамики с применением математической модели четырехкомпонентного синапса.
  • Предложена и исследована феноменологическая модель астроцитарной регуляции активности нейронной сети.
  • Проведен анализ поведения, характерного для модели шизофрении, вызванной блокадой NMDA-рецепторов антагонистом МК801.
  • Иммуноцитохимически выявлены нарушения структуры внеклеточного матрикса в амигдале головного мозга, коррелирующие с измененным поведением мышей, оцениваемым по поведенческим тестам эндофенотипа шизофреноподобного поведения.
  • Проведен транскриптомный анализ ткани гиппокампа и клеток гиппокампа после разрушения матрикса, выявлено различие в количестве дифференциально экспрессирующихся генов in vivo и in vitro.
  • Показано, что разрушение гиалуроновой кислоты вызывает активацию каскада воспалительных реакций, негативно сказывающихся на возбудимости нейронов и их сетевой активности in vivo.
  • Выявлена заинтересованность генов синаптических контактов, митохондриального метаболизма и рибосомального аппарата после разрушения гиалуронового матрикса.

Внедрение результатов исследования:

- Создана серия вирусных векторов для визуализации синаптической пластичности и для исследования роли молекулы внеклеточного матрикса LGI1 в эпилептогенезе, что представляет коммерческий интерес в плане использования данной серии вирусных векторов для визуализации синаптической пластичности и для исследования роли молекул внеклеточного матрикса в различных научно-исследовательских лабораториях.

- Создана математическая модель четырехкомпонентного синапса для изучения синаптической динамики, позволяющая наиболее полно прогнозировать изменение активности мозга в норме и при патологии.

Образование и переподготовка кадров:

- Защиты: 1 докторская диссертация, 8 кандидатских диссертаций.

- Проведены программы подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре, а также исследовательская школа «Нейробиотехнологии» Института биологии и биомедицины Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

- Создан Нейронаучный центр Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского.

- Создан Центр трансляционных технологий Нижегородского университета имени Н. И. Лобачевского.

- Создан Центр генетических коллекций экспериментальных животных с SPF-виварием.

- Создана сетевая лаборатория молекулярно-клеточных технологий совместно с Приволжским исследовательским медицинским университетом.

Другие результаты:

- Изучение уровня экспрессии генов в длительно культивируемых на мультиэлектродных матрицах клетках мозга мышей in vitro и гиппокампе мышей in vivo через 2 часа после разрушения внеклеточного матрикса выявило отсутствие различия в уровне экспрессии генов субъединиц АМРА-рецепторов, обеспечивающих проницаемость для ионов кальция, отсутствие различий в пространственном распределении проницаемых и непроницаемых для кальция АМРА-рецепторов на мембране нейронов, снижение активности нейронов в культуре и мнестических функций мышей. Через 2-3 дня после введения гиалуронидазы методами иммуноблотинга обнаружено значительное увеличение синаптических GluA1-содержащих кальцийпроницаемых AMPA-рецепторов по отношению к GluA2-содержащим AMPA-рецепторам. Повышение содержания GluA1-содержащих кальцийпроницаемых AMPA-рецепторов в культуре и ткани гиппокампа сопровождалось развитием эпилептиформной активности нейронных сетей in vitro, улучшением обучаемости и памяти, наличием аудиогенных судорог у 50% мышей линии С57BL/6 in vivo. Изменения носили транзиторный характер и нормализовались при восстановлении внеклеточного матрикса мозга через 9-10 суток.

- Дополнительно, полногеномный транскриптомный анализ клеток культур гиппокампа через 2 часа после разрушения внеклеточного матрикса выявил 1494 генов, уровень экспрессии которых был подвержен наиболее выраженным изменениям (log fold change ≥2.0). Из них активация показана для 811 генов, а для 683 установлено снижение уровня мРНК.

- Идентифицированы функциональные группы генов, структурно и функционально связанные с 1) синаптической передачей; 2) функцией рибосом и биосинтезом белка; 3) процессами энергетического метаболизма, локализованными в митохондриях, изменение экспрессии которых вызваны разрушением внеклеточного матрикса мозга.

- Транскриптомный анализ клеток ткани гиппокампа выявил 2484 дифференциально-экспрессирующихся гена. Из них активация экспрессии показана для 1282 генов, а для 1202 генов установлено снижение уровня мРНК.

- Идентифицированы 5 функциональных кластеров (гены Ca2+ связывающего EF-домена, гены, кодирующие домены EGF, гены, кодирующие актин-связывающие белки, гены, кодирующие белки, связанные с биоритмом, и гены, кодирующие белки системы убиквитинирования).

- Биоинформационный анализ сигнальных путей с участием белков, для которых были выявлены дифференциально-экспрессирующиеся гены, обнаружил активацию генов, структурно и функционально связанных с сигнальными каскадами аксонального роста; нейровоспалительным сигнальным каскадом; сигнальным путем, обусловленным эфриновым рецептором; ремоделированием эпителиальных адгезионных контактов. Поиск регуляторов транскрипции обнаруженных дифференциально-экспрессирующихся генов, показал предполагаемую активацию регуляторов транскрипции CREB1 и FGF2.

- Предполагается, что отдаленное повышение активности нейронов в составе нейронных сетей, приводящее к эпилептоподобной активности, после разрушения гиалуронового матрикса обусловлено не изменением экспрессии белков кальцийпроницаемых субъединиц АМРА-рецепторов, а посттрансляционными изменениями, обусловленными, например, гиалуронидаза-зависимой дисфункции РНК-зависимой аденозиндеаминазы (ADAR2). Возможно, что редактирование GluА2-транскрипта с помощью ADAR2 нарушено из-за перемещения ADAR2 в цитоплазму/его разрушения при изменении внутриклеточных сигнальных путей, обусловленном разрушением внеклеточного матрикса. Выявление механизма нарушения редактирования РНК GluA2-субъединицы при гомеостатическом изменении активности нейронных сетей гиппокампа позволит рассматривать фермент РНК-зависимую аденозиндезаминазу (ADAR2) как мишень регуляторного воздействия в терапии эпилепсии, а, возможно, и других ишемических, воспалительных и нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, важную роль в отдаленных гомеостатических изменениях работы нейронных сетей могут играть белки воспалительных внутриклеточных сигнальных путей, которые активируются разрушением внеклеточного матрикса.

Сотрудничество:

- Приволжский исследовательский медицинский университет (Россия): совместный грант Российского фонда фундаментальных исследований, совместные исследования, студенческие обмены, научные мероприятия, научные публикации

- Высшая медицинская школа Ганновера (Германия), Немецкий центр нейродегенеративных заболеваний (Германия), Итальянский институт технологий (Италия): совместные исследования, студенческие обмены, научные мероприятия, научные публикации

- Европейская сеть по матриксу мозга: совместные научные мероприятия и публикации

Скрыть Показать полностью
Hayani H., Song I., Dityatev A.
Increased excitability and reduced excitatory synaptic input into fast-spiking CA2 interneurons after enzymatic attenuation of extracellular matrix. Frontiers in Cellular Neuroscience 12: № 149 (2018).
Minge D., Senkov O., Kaushik R., Herde M.K., Tikhobrazova O., Wulff A.B., Mironov A., van Kuppevelt T.H., Oosterhof A., Kochlamazashvili G., Dityatev A., Henneberger C
Heparan Sulfates Support Pyramidal Cell Excitability, Synaptic Plasticity, and Context Discrimination. Cerebral Cortex 27(2): 903–918 (2017).
Korotchenko S., Cingolani L.A., Kuznetsova T., Bologna L.L., Chiappalone M., Dityatev A.
Modulation of Network Activity and induction of Homeostatic Synaptic Plasticity by Enzymatic Removal of Heparan Sulfates. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 19 (369(1654)) (2014).
Vedunova M., Sakharnova T., Mitroshina E., Perminova M., Pimashkin A., Zakharov Yu., Mukhina I., Dityatev A.
Seizure-Like Activity in Hyaluronidase Treated Dissociated Hippocampal Cultures. Frontiers in Cellular Neuroscience 7: 149 (2013).
Kazantsev V.B., Gordleeva S.Y., Stasenko S.V., Dityatev А.E.
Appearance of Multistability in a Neuron Model with Network Feedback. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters 96(11): 739–742 (2013).
Фотоальбомы
Понедельник , 02.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Научно-производственный биотехнологический комплекс для проведения работ по изучению, сохранению и практическому применению культивируемых клеток и органов высших растений и микроводорослей

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Биология

Москва

Пэк КиЙоп

Корея

2019-2021

Лаборатория клеточной физиологии и патологии

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева"

Биология

Орел

Абрамов Андрей Юрьевич

Россия

2019-2021

Лаборатория эпигенетики

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»

Биология

Новосибирск

Сингх Прим

Великобритания

2018-2020