1.     Основное направление исследований

Выяснение роли нейрогенов в формировании психонейроэндокринного фенотипа путем анализа регуляции экспрессии мРНК и белков в мозге.

Задачи, решаемые в рамках основного направления на данном этапе:

1. Анализ исполнительно-регуляторных функций генов: участие их продуктов в процессах, определяющих текущее состояние индивида.
2. Исследование программирующих функций генов: участие их продуктов в критические сроки развития в определении последующих свойств индивида.

2.     Аннотация базового бюджетного проекта подразделения

Бюджетный проект VI.53.2.2. «Нейрогеномика психоповеденческих нарушений» (координатор проекта: член-корр. РАН, д.б.н., проф. Н.Н. Дыгало). В рамках проекта запланировано исследование функции генов, кодирующих ключевые регуляторы активности нейротрансмиттерных систем, процессов  нейропластичности и клеточной гибели в мозге, выяснение роли этих генов и их белковых продуктов в формировании поведенческого фенотипа, а также  психоповеденческих нарушений, обусловленных наследственной предрасположенностью, неблагоприятными условиями раннего развития и  стрессорными жизненными обстоятельствами в последующие периоды жизни. Лаборатория функциональной нейрогеномики отвечает за блок 2 бюджетного проекта: «Экспрессия белков апоптоза в мозге при формировании и проявлении психо-поведенческих нарушений».

3.     Прикладные разработки

В лаборатории разработан способ оценки про- и антиапоптозной активности препаратов.

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

Обнаружено, что глюкокортикоиды активируют пирамидные нейроны СА1 поля неонатального гиппокампа и индуцируют гибель клеток субикулума, иннервируемого этими нейронами (Рис.1).  

Глюкокортикоиды (гормоны стресса) являются одними из  важнейших факторов, влияющих в перинатальный период на развитие головного мозга млекопитающих, в том числе и путем модуляции протекания в нем физиологического апоптоза, необходимого для правильного формирования центральной нервной системы (ЦНС).  Применяемый в клинике глюкокортикоид дексаметазон стимулирует программируемую гибель клеток неонатального мозга, повышая экспрессию ключевой протеазы апоптоза – активной каспазы-3. Выявленный в нашей работе механизм индукции гормоном апоптоза связан с «эксайтотоксичностью» - гибелью клеток в результате избыточного действия глутамата. Установлено, что дексаметазон гиперактивирует продуцирующие этот нейротрансмиттер нейроны, что вызывает гибель клеток, иннервируемых этими нейронами. Это механизм способен вызвать нарушение формирования головного мозга при родовом стрессе и глюкокортикоидной терапии респираторного дистресс синдрома новорожденных и, тем самым, явиться причиной психопатологии «онтогенетического» генеза в последующие периоды жизни.

Рисунок 1. Увеличение числа иммунореактивных по активной каспазе-3 клеток в субикулуме 3-дневных крысят через 6 ч после введения дексаметазона и блокада этого эффекта антагонистом глутаматергических рецепторов мемантином.

 (А) Репрезентативные образцы иммунногистохимического мечения клеток по активной каспазе-3 в головном мозге интактных (INT) и получавших инъекции дексаметазона (DEX) в дозе 0.2 мг/кг животных. Выделенные прямоугольниками участки представлены ниже на большем увеличении. Позитивные по каспазе-3 клетки помечены стрелками. Масштабная линейка - 100 мкм.

(B) Область субикулума животного, получавшего DEX, увеличение x 20. Черными стрелками отмечены клетки, положительные по активной каспазе-3, красными стрелками отмечены остатки клеток. Масштабная линейка - 20 мкм.

(C) Большее увеличение выделенного квадратом участка рисунка (B). Увеличение x100. Масштабная линейка - 10 мкм.

(D) Количественная оценка числа иммунореактивных по активной каспазе-3 клеток в субикулуме интактных (INT), и получавших инъекции физиологического раствора (SAL) или дексаметазона (DEX) животных; *р <0,01 по сравнению с обеими контрольными группами

(Е) Предварительное введение мемантина отдельно (М в дозе 5мг/кг- М5 или 20 мг/кг -M20) или совместно с DEX (M5D, M20D) снижает число иммунореактивных по активной каспазе-3 клеток в субикулуме (*,**р <0,05 по сравнению с группами INT, SAL, M5, M20, M20D и **р <0,05 по сравнению с группой M5D).

Обнаружено, что повышение экспрессии антиапоптозного белка Bcl-xL в гиппокампе коррелирует с устойчивостью к развитию депрессии.

Животные, устойчивые к индуции стрессом депрессивно-подобного поведения, демонстрировали при стрессе более выраженное увеличение экспрессии Bcl-xL, чем чувствительные к стрессу (рис. 2; Shishkina et al., 2010). Поэтому разработка фармакологических способов повышения экспрессии этого гена при стрессе может стать новым направлением на пути создания антидепрессантов нового типа.

Рисунок 2. Повышенная экспрессия антиапоптозного белка Bcl-xl в гиппокампе придает устойчивость к развитию депрессии в условиях стресса.

А – микрофотография среза гиппокампа чувствительных к стрессу животных;

В – увеличенное изображение выделенного квадратом на микрофотографии А участка зубчатой извилины; 

С – микрофотография среза гиппокампа устойчивых к стрессу крыс;

D – увеличенное изображение выделенного квадрата микрофотографии C. Зернистое окрашивание – Bcl-xL-иммунопозитивные клетки в гиппокампе. 

5.     Задачи, планируемые на перспективу

• Выяснение роли глюкокортикоидов в формировании индуцируемого стрессом депрессивно-подобного состояния.
• Центральные молекулярно-биологические механизмы, формирования депресиивно-подобного состояния в условиях стресса.
• Поиск новых генов, определяющих формирование центральной нервной системы и физиологических функций млекопитающих в критические периоды онтогенеза.
• Разработка способов повышения устойчивости клеток головного мозга к индуцируемой глюкокортикоидами программируемой гибели (прикладное направление).

Совместители