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).

Публикации

2015	ВЛИЯНИЕ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ НА БАЛАНС МОЗГОВОГО НЕЙРОТРОФИЧЕСКОГО ФАКТОРА И ЕГО ПРОФОРМЫ В НЕОНАТАЛЬНОМ ГИППОКАМПЕ Баннова А. В., Меньшанов П. Н., Дыгало Н. Н. Нейрохимия, 2015, 2015, том 32, № 4, с. 302–306
	Genotype and haplotype frequencies of the DRD4 VNTR polymorphism in the men with no history of ADHD, convicted of violent crimes Elena V. Cherepkova, Vladimir N. Maksimov, Lyubomir I. Aftanas, Petr N. Menshanov Journal of Criminal Justice, 2015, 43(6) 464-469
	proBDNF is a major product of bdnf gene expressed in the perinatal rat cortex Menshanov PN, Lanshakov DA, Dygalo NN PHYSIOL RES, 2015, 64(6):925-934.
	Токсические эффекты хлорида лития в раннем неонатальном периоде развития крыс П.Н.Меньшанов, А.В.Баннова, Н.Н.Дыгало B EXP BIOL MED+, 2015, 160(10): 460-463
	Expression of Genes in the Brain Associated with Depression. Dygalo N. N., Stepanichev M. Yu., Gulyaeva N. V. and Shishkina G. T. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2015, Vol. 5, No. 6, pp. 582–588.
	Tryptophan hydroxylase 2 and bcl-xl in the rat raphe nucleus after acute and chronic forced swim stress. Shishkina G.T., Kalinina T.S., Bulygina V.V., Babljuk E.V., and Dygalo N.N. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2015, 2015, Vol. 5, No. 6, pp. 577–581.
	Оптогенетический подход к исследованию центральных механизмов регуляции поведения. Дыгало Н.Н. Успехи физиологических наук, 2015, том 46, №2, с. 17-23.
	Methodological aspects of read mapping and assembly of transcriptomes derived from the brain tissue samples of Rattus norvegicus Menshanov, P.N., Dygalo, N.N. Russian Journal of Genetics: Applied Research, 2015, 5(4):401-406
	Нокдаун гена InR в вентральных нефроцитах повышает устойчивость самок Drosophila melanogaster к токсическому стрессу Андреенкова О.В., Карпова Е.К., Меньшанов П.Н., Раушенбах И.Ю. RUSS J GENET+, 2015, Т.51, №2, С.263-265
2014	МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КАРТИРОВАНИЯ РИДОВ И СБОРКИ ТРАНСКРИПТОМА ДЛЯ ТКАНЕЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ Rattus norvegicus. Меньшанов П.Н. , Дыгало Н.Н. Vavilov journal of genetics and breeding, 2014, Т. 18. №4/3. С. 1231-1238.
2012	Decrease in juvenile hormone level as a result of genetic ablation of the corpus allatum cells affects the synthesis and metabolism of stress related hormones in Drosophila. Gruntenko N.Е., Bogomolova E.V., Adonyeva N.V., Karpova E.K., Menshanov P.N., Alekseev A.A., Romanova I.V., Li S., Rauschenbach I.Yu. J INSECT PHYSIOL, 2012, V. 58. №.1. pp.49-55
2011	Mechanisms of age-specific regulation of dopamine metabolism by juvenile hormone and 20-hydroxyecdysone in Drosophila females. Rauschenbach I.Yu., Bogomolova E.V., Karpova E.K., Adonyeva N.V., Faddeeva N.V., Menshanov P.N., Gruntenko N.E. J COMP PHYSIOL B, 2011, V. 181, P. 19-26, doi: 10.1007/s00360-010-0512-8.

Монографии

2011	MAOA knockout attenuates andrenocortical response to various kinds of stress. Popova N.K., Maslova L.N., Morozova E.A., Bulygina V.V., Seif I.

Конференции

2013	Механизм программирующего действия глюкокортикоидов на экспрессию тирозингидроксилазы головного мозга в онтогенезе Калинина Т.С., Сухарева Е.В., Булыгина В.В., Ланшаков Д.А., Дыгало Н.Н. XXII Съезд физиологов России
2010	Computer simulation of origin and evolution of signaling systems Dygalo N.N., Lashin S.A. Seventh International Conference on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure and Systems Biology (BGRS_SB’10),Новосибирск, Россия, 20-27 июня

Научное руководство

2015	ЭФФЕКТЫ ХЛОРИДА ЛИТИЯ НА ЭКСПРЕССИЮ ГЕНОВ НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТИ И ПОВЕДЕНИЕ ПРИ ВВЕДЕНИИ ДЕКСАМЕТАЗОНАВ РАННЕМ ОНТОГЕНЕЗЕ Кривошеина Екатерина Алексеевна Биология, 2015-06-04
	Эффекты гипоксии и глюкокортикоидов на программируемую гибель клеток неонатального мозга Ланшаков Дмитрий Александрович 03.03.01 - физиология, 2015-01-27
2014	Влияние глюкокортикоидов и гипоксии на ключевые белки апоптоза и их регуляторы в мозге неонатальных крыс Музыка Владимир Владимирович 03.03.01 – физиология, 2014-07-22

Учебные курсы

2015	Институтская практика студентов бакалавров и магистров первого года обучения НГУ, физиологии, семестров: 2
	Физиология высшей нервной деятельности. Современные представления. НГУ, ФЕН, кафедра физиологии, семестров: 1
	Физиология развития Меньшанов П.Н. ФЕН НГУ, семестров: 1
	Введение в физиологию Дыгало Николай Николаевич Новосибирский государственный университет, кафедра физиологии, семестров: 1
	Гормоны в фило- и онтогенезе Дыгало Николай Николаевич Новосибирский государственный университет, кафедра физиологии, семестров: 1
2014	Институтская практика студентов 4 и 5 курсов кафедры физиологии НГУ, 4 и 5 курс, семестров: 2
	Физиология высшей нервной деятельности. Современные представления. НГУ, ФЕН, кафедра физиологии, семестров: 1
2013	Физиология высшей нервной деятельности. Современные представления. НГУ, физиологии, семестров: 1