1.     Основное направление исследований

• Выявление молекулярных и физиологических механизмов, участвующих в генетическом контроле нормального и патологического поведения.
• Изучение роли нейротрансмиттерных систем мозга в этих механизмах. Исследование взаимосвязи нейротрансмиттерных систем мозга и нейротрофических факторов в регуляции поведения.
• Поиск путей коррекции генетически детерминированного патологического поведения. 

Задачи, решаемые в рамках основного направления на данном этапе:

1. Изучение роли 5-НТ₇ рецепторов и их взаимодействий с 5-НТ_1А и 5-НТ₃ рецепторами в регуляции тревожности, агрессивного и депрессивно-подобного поведения. Объекты исследований мыши линии СВА/Lac
2. Изучение роли серотонергической системы мозга и связи серотонергической и дофаминергической систем мозга в механизмах действия глиального фактора мозга на мышах с генетической предрасположенностью к депрессивно-подобному поведению. Объекты исследования мыши ASC/ICG
3. Исследование роли серотониновых 5-НТ_2А рецепторов в механизмах патологического поведения и их коррекции. Объекты исследования мыши С57BL6/Jи ASC/ICG.
4. Изучение влияния длительного космического полета на экспрессию генов, контролирующих серотониновую систему и нейротрофический фактор мозга BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor): сравнение с экспериментальной моделью невесомости. Объекты исследования мыши линии С57BL6/J.

2.     Аннотация базового бюджетного проекта подразделения

Бюджетный проект VI.53.2.2. «Нейрогеномика психоповеденческих нарушений» (координатор проекта: член корр. д.б.н. проф. Н.Н. Дыгало). В рамках проекта запланировано исследование генетических механизмов регуляции различных патологических форм поведения.

Лаборатория нейрогеномики поведения отвечает за блок бюджетного проекта: «исследование влияния генетически детерминированной сниженной активности ключевого фермента биосинтеза серотонина – триптофангидроксилазы-2 на чувствительность к этанолу».

3.     Прикладные разработки.

Прикладных разработок нет.

4.     Иллюстрированное описание лучших результатов, полученных подразделением за последние 5 лет

Впервые показано, что активация центральных, но не периферических 5-НТ₃ рецепторов, вызывает выраженный, продолжительный и дозозависимый гипотермический ответ. Предложено использование данного феномена для исследования функциональной активности 5-НТ₃ рецепторов в мозге экспериментальных животных (Naumenko et al., 2009).

Центральное введение селективного агониста серотониновых 5-НТ₃ рецепторов – m-CPBG вызывает выраженный, продолжительный и дозозависимый ответ у мышей линии AKR/J (Рис 1).

Рисунок. 1. Динамика изменения температуры тела, вызванного центральным введением селективного агониста 5-НТ₃ рецептора.

Центральная активация 5-НТ₃ рецепторов вызывает дозозависимую длительную гипотермическую реакцию. В тоже время периферическое введение m-CPBG в широком диапазоне доз не оказывало никакого эффекта на температуру тела. Полученные данные показывают, что: (1) вовлечение центральных, но не периферических 5-НТ₃ рецепторов, в механизмы терморегуляции; (2) неспособность m-CPBG проникать через гематоэнцефалический барьер.

Показано, что селективный антагонист 5-НТ_1А рецепторов снижает выраженность гипотермии, вызванной активацией 5-НТ₃ рецепторов. Полученные данные указывают на совместное действие 5-НТ₃ и 5-НТ_1А рецепторов в механизме терморегуляции. Данное предположение было подтверждено экспериментом, в котором селективный антагонист 5-НТ_1А рецепторов – p-MPPI (1 мг/кг, в/бр), снижал выраженность гипотермии, вызванной активацией 5-НТ₃ рецепторов (Рис. 2).

Рисунок. 2. Эффект селективного антагонист 5-НТ_1А рецептора (p-MPPI) на гипотермическую реакцию, вызванную активацией 5-НТ₃ рецепторов m-CPBG.

Выявлено вовлечение серотониновых рецепторов 5-НТ_2А типа в регуляцию генетической предрасположенности к каталепсии, являющейся синдромом шизофрении и депрессии. Установлено, что у генетически предрасположенных к каталепсии мышей снижена экспрессия гена и понижена чувствительность 5-НТ_2А рецептора (Рис. 1). Фармакологическая активация 5-НТ_2А рецепторов приводит к существенному снижению интенсивности  каталепсии (Рис. 2) (Naumenko et. al., 2010).

Рисунок 1. Функциональная активность 5-НТ_2А рецепторов (А) и экспрессия гена 5-НТ_2А рецептора (Б) в мозге мышей некаталептической линии AKR и мышей с генетической предрасположенностью к каталепсии (линии CBA, ASC и AKR.CBAD13Mit76C).

Рисунок 2. Влияние агониста 5-НТ_2А рецепторов на выраженность наследственной каталепсии.

Впервые показано, что серотониновая система мозга вовлечена в механизмы антидепрессивного эффекта нейротрофического фактора мозга BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor) (Naumenko et. al., 2012).

Нейротрофические факторы BDNF и GDNF (Glial cell-line Derived Neurotrophic Factor) привлекают обостренное внимание в связи с их участием в процессах нейрогенеза не только в раннем онтогенезе, но и во взрослом, сформировавшемся мозге, что открывает перспективы лечения нейродегенеративных заболеваний и повреждений мозга другой этиологии. Ранее нами показано корригирующее действие BDNF (Popova et al., 2011; Попова, Морозова, 2013; Naumenko et al., 2013) и GDNF (Семенова и др., 2013; Naumenko et al., 2013) на некоторые формы генетически детерминированных и эпигенетических (вызванных повреждающими воздействиями в раннем онтогенезе) нарушений поведения.

Впервые обнаружено, что центральное внутрижелудочковое введение нейротрофического фактора мозга BDNF (300 нг/мышь) приводит к антидепрессивному эффекту на уровне поведения (уменьшение времени неподвижности в тесте «подвешивание за хвост»), а также к увеличению функциональной активности 5-НТ_2А рецепторов и экспрессии генов, кодирующих 5-НТ_2А рецепторы и ключевой фермент биосинтеза серотонина – триптофангидроксилазу-2 (ТПГ-2). Полученные эффекты обнаружены на мышах линии ASC, характеризующихся генетически детерминированным депрессивно-подобным поведением, но не на «недепрессивных» мышах линии СВА (Рис. 1). Результаты указывают на а) существенную роль генотипа и б) участие серотониновой системы мозга (генов, кодирующих 5-НТ_2А рецепторы и ТПГ-2) в механизмах антидепрессивного эффекта нейротрофического фактора мозга BDNF.

Рисунок 1. Влияние введения BDNF на время неподвижности в тесте «подвешивание за хвост» (А), функциональную активность 5-НТ_2А рецепторов (Б), экспрессию 5-НТ_2А гена (В) и экспрессию гена ключевого фермента биосинтеза серотонина – ТПГ-2 (Г) у мышей линий ASC и СВА.

Впервые показано, что центральное (внутримозговое) введение глиального нейротрофического фактора (GDNF) приводит к изменениям экспрессии ключевых генов серотониновой системы мозга (Naumenko, et. al.,2013).

Впервые обнаружено, что центральное введение глиального нейротрофического фактора (GDNF) приводит к снижению экспрессии генов 5-НТ_1А и 5-НТ_2А рецепторов в гиппокампе и повышению экспрессии генов 5-НТ_1А рецепторов в среднем мозге и 5-НТ_2А рецепторов во фронтальной коре. Кроме того, центральное введение GDNF приводило к существенному повышению экспрессии гена, кодирующего ключевой фермент биосинтеза серотонина в мозге – триптофангидроксилазу-2 (ТПГ-2). Полученные результаты указывают на вовлечение серотониновой системы мозга в эффекты GDNF.

Впервые показано различия по морфологии мозга мышей, отличающихся по предрасположенности к наследственной каталепсии (Tikhonova, et. al., 2013).

С помощью магниторезонансной компьютерной томографии было проведено исследование размеров мозга у мышей этих линий. Существенных различий по объему и площади мозга на исследованных срезах (аксиальном, коронарном и сагиттальном) выявлено не было.

В то же время, были обнаружены различия структурам мозга, участвующим в стресс реакции и нейропатологиях: гипофизу, стриатуму, промежуточному мозгу и по мозолистому телу (corpus callosum). Между тем, не было обнаружено различий в размерах среднего мозга и гиппокампа у исследованных групп (Рис. 1).

Рисунок 1. Размеры структур мозга у мышей, с генетической предрасположенностью к каталепсии. Размер структур представлен в процентах от общей площади мозга на соответствующем срезе.

Препарат ТХ-2153, разработанный в Институте Органической Химии СО РАН, проявляет свойства характерные для классических антидепрессантов (Kulikov, et. al., 2011, 2012, 2014), обладает низкой токсичностью (Khomenko et al, 2009). Были показаны антикаталептические и антидепрессантные свойства и влияние на экспрессию гена нейротрофического фактора мозга BDNF психотропного препарата ТХ-2153.

Хроническое введение ТХ-2153 внутрь желудка в дозе 10 мг/кг в течение 12 дней мышам линии ASC достоверно снижало процент каталептиков (p<0.05), а также достоверно уменьшало продолжительность каталепсии (p<0.05) (Рис 1). 

Рисунок 1. Изменение процента каталептиков и продолжительности каталепсии у мышей линии ASC после хронического введения ТХ-2153 в дозе 10 мг/кг. * p < 0.05 относительно контрольной группы.

Острое введение ТХ-2153 в дозе 10 мг/кг снижало время неподвижности в тесте «принудительное плавание» (Рис 2). 

Рисунок 2. Влияние ТХ-2153 на время неподвижности в тесте «принудительное плавание».

Было обнаружено достоверное увеличение экспрессии гена BDNF в гиппокампе после хронического введения ТХ-2153 в дозе 10 мг/кг (Рис 3). 

Рисунок 3. Влияние хронического введения ТХ-2153 на уровень мРНК гена BDNF в среднем мозге, фронтальной коре и гиппокампе. Уровень мРНК гена BDNF в исследуемых структурах был рассчитан как количество копий на 100 копий мРНК гена Polr2a.

5.     Задачи, планируемые на перспективу: 

• Выявление молекулярно-физиологических механизмов регуляции активности BDNF и GDNF и связи между действием BDNF на патологическое поведение и генами ключевых элементов регуляции серотониновой системы.
• Исследование влияния космического полета на экспрессию генов, кодирующих нейротрофический фактор мозга BDNF, проапоптотический фактор BAX и антиапоптотический фактор BclXL.
• Определение различий по экспрессии гена BDNF и в уровне белков proBDNF и BDNF в структурах мозга крыс с генетически детерминированным высоким уровнем агрессии по отношению к человеку или ее отсутствием.
• Исследование на модели болезни Паркинсона (введение МРТР) влияния хронического введения антипсихотических препаратов клозапина и кветиапина молекулярно-физиологических механизмов регуляции активности BDNF и GDNF.
• Изучение на генетической модели депрессивноподобного поведения и (мышах линии ASC) участия белков proBDNF, BDNF и GDNF, а также экспрессии генов, кодирующих GDNF, BDNF и его рецепторы р75 и TrkB в развитии депрессии. 

http://icg.nsc.ru/lab-bng/

Бывшие сотрудники

Публикации

2010	Участие белка gp130 в механизме действия бактериальтного липополисахарида на поведение и нервную систему мышей 2. Синякова Н.А., Куликов А.В. Труды ТГУ. Серия: Биологическая, 2010, Т. 275. С. 230-232.

Монографии

2006	Молекулярно-биологические технологии в медицинской практике. Под ред. А.Б. Масленникова. Вып. 9 Воевода М.И., Юдин Н.С., Васильев Г.В., Максимов В.Н., Куликов И.В., Шахтшнейдер Е.В., Бархаш А.В., Ромащенко А.Г.

Конференции

2011

Сравнение экспрессии гена IL6ST и белка GP130, а также первичной нуклеотидной последовательности кДНК IL6ST у мышей с различной предрасположенностью к каталепсии Синякова Н.А., Базовкина Д.В., Кондаурова Е.М., Куликов А.В. YII съезд аказахского физиологического общества "Современная физиология: от клеточно-молекулярной до интегративной – основа здоровья и долголетия"