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 19-15-00053

НазваниеНовые экспериментальные модели и биомаркеры взаимосвязи стресса и нейровоспалительных процессов

РуководительКалуев Алан Валерьевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

2019 г. - 2021 г.

Конкурс№35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-101 - Экспериментальная медицина

Ключевые словастресс, нейровоспаление, крысы, зебраданио (Danio rerio), патогенез, биомаркер, экспериментальная модель, скрининг

Код ГРНТИ34.00.00

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Стрессорные расстройства являются главным фактором в развитии заболеваний центральной нервной системы (ЦНС). Вызванные стрессом аффективные расстройства тревожно-депрессивного спектра являются наиболее распространенными психическими заболеваниями в мире. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ, 2014), тревоге и депрессии подвержены 15-25% населения мира вне зависимости от расовой принадлежности, региона и уровня благосостояния. Таким образом, лечение и профилактика данных расстройств является центральной задачей современной биомедицины. Затраты на лечение стрессорных заболеваний мозга также существенны и составляют в год 0.25-0.5% валового национального продукта развитых стран мира (Kessler and Greenberg, 2002). По статистике МЗ РФ за последние 10 лет, тревожно-депрессивные расстройства чрезвычайно распространены в России. Поэтому лечение стрессорных расстройств также является и важнейшей социально-экономической задачей в России. В то же время, главными проблемами при лечении стрессорных расстройств ЦНС являются их малоизученная нейробиологическая природа, устойчивость к терапии, хронический характер, высокий уровень коморбидности с другими заболеваниями, а также отсутствие эффективных терапевтических препаратов (Griebel and Holmes, 2013). В литературе также отмечают недостаточность новых экспериментальных моделей стресса и системных подходов к пониманию всего спектра факторов патогенеза, и необходимость инновационного поиска принципиально новых перспектив их терапии (Kalueff et al., 2007, Stewart et al., 2014, 2015). Учитывая, что стресс и воспаление представляют собой важнейшие аспекты существования организма в окружающей среде, выяснение молекулярных механизмов, которые регулируют их взаимосвязь и интегрируют два данных процесса, представляет собой также и важную биологическую задачу. Наряду со стрессом, нейровоспалительные процессы являются одним из ведущих факторов патогенеза ЦНС. Данные, полученные за последние годы, указывают на возможную тесную взаимосвязь между стрессом и нейровоспалительными процессами (Furtado and Katzman, 2015, Kim et al., 2015). Например, стрессорные изменения в активности глюкокортикоидных рецепторов и активация гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы (ГГАС) модулируют выделение провоспалительных цитокинов, которые в свою очередь не только вызывают воспаление, но и регулируют активность ГГАС (Kim et al., 2015). Анализ экспериментальных моделей и клинических данных также подтверждает взаимосвязь стрессорных и провоспалительных процессов (Furtado and Katzman, 2015, Kim et al., 2015). В то же время, остается невыясненной сама природа патогенетической взаимосвязи стресса и нейровоспаления. Например, неясно, являются ли стресс и нейровоспаление взаимными триггерами, или же существует общий молекулярный механизм патогенеза, который позволяет интегрировать стрессорные и нейровоспалительные процессы. В таком случае, данный гипотетический механизм может представлять собой принципиально новую мишень для разработки фармакотерапии наиболее распространенных заболеваний ЦНС. С учетом отсутствия за последние 50 лет концептуального прогресса в поиске принципиально новых средств терапии стресса (Griebel and Holmes, 2013, Stewart et al., 2014, 2015), решение данной биомедицинской задачи является крайне значимым. Предлагаемый проект исследования актуален, поскольку он непосредственно направлен на экспериментальное решение этой важной биомедицинской проблемы. Пилотные неопубликованные первичные данные, полученные авторами (см. далее), указывают на возможную интеграцию стрессорных и нейровоспалительных процессов в рамках единого механизма. Создание и применение новых моделей на крысах и зебраданио (Danio rerio) представляет собой уникальный методический и концептуальный подход к решению данной проблемы, поскольку он позволяет не только выявить общие молекулярные процессы (вовлеченные в стресс и нейровоспаление), но и оценить роль эволюционной значимости данных общих механизмов путем сопоставления полученных биомаркеров у двух филогенетически отдаленных групп позвоночных животных - млекопитающих и рыб (Zhu et al., 2012). Основная научная проблема представленного проекта - выявление новых общих патофизиологических механизмов, интегрирующих стрессорные и нейровоспалительные процессы ЦНС, и поиск новых путей их коррекции. Проект также ставит задачу разработать новые модели стресса на основе зебраданио и крыс, и охарактеризовать динамику про- и противоспалительных биомаркеров (цитокины, нейротрофины, экспрессия ключевых мозговых генов), а также нейрохимические изменения в данных моделях. Долгосрочными целями исследования являются развитие новых методов биоскрининга и биомаркеров in-vivo, освоение коллективом новых методик исследования (существенно раcширяющих арсенал методических подходов), а также возможный вывод на рынок новых услуг по доклиническому биоскринингу препаратов и создание на их основе международных платформ в России для тестирования биологически активных веществ in vivo. Коллектив является ведущей лабораторией РФ по использованию зебраданио для нейробиоскрининга, и поэтому конкурентноспособность разработок по проекту в целом оценивается как достаточно высокая. Предложенный подход обладает высокой степенью научной новизны, так как он использует новые модели (зебраданио), проводит широкомасштабный скрининг поведенческих, геномных и молекулярных биомаркеров, а также применяет новейшие методики биоскрининга и химико-биологического анализа тканей, разработанные участниками. Применение моделей на зебраданио в данной работе также обладает научно-прикладной новизной и актуальностью, поскольку данный организм практически не используется в России при моделировании патогенеза ЦНС. Использование комплексных биоинформационных подходов к полученным результатам, в свою очередь, обеспечит трансляционную актуальность проекта, поскольку результаты, полученные в ходе НИР на животных моделях, будут непосредственно сопоставлены с клиническими данными. Выявление таких общих молекулярных путей позволит опрелелить новые мишени для создания новой эффективной терапии стрессорных заболеваний ЦНС. Перспектива разработки на основе зебраданио новых эффективных платформ для скрининга биологически активных веществ и лекарственных средств также отражает высокую научно-практическую новизну проекта, и в случае его реализации может привести к получению результатов, способных к правовой охране. Проект представлен динамичным продуктивным научным колективом, созданным в СПбГУ 4 года назад и активно работающим на постоянной основе в России. Руководитель проекта проф. А.В. Калуев (Индекс Хирша 56) осуществляет руководство 3 молодыми учеными (научными сотрудниками), 5 аспирантами дневной формы обучения и студентами в России, которые активно публикуются в международной печати и успешно выигрывают российские гранты и конкурны для молодых ученых РФ. Лаборатория в настоящее время поддерживается средствами СПбГУ и грантами РФФИ. Ранее, лаборатория не получала поддержки РНФ. Адекватное финансирование по линии РНФ позволит создать достойные условия для работы в России активному колективу НИР и тем самым увеличить его конкурентноспособность на мировом уровне.

Ожидаемые результаты
Основными целями настоящего проекта НИР являются 1) создание новых моделей стресса на основе зебраданио и крыс, 2) характеристика динамики про- и противоспалительных биомаркеров (цитокины, нейротрофины, экспрессия ключевых мозговых генов) и нейрохимических изменений в данных моделях, 3) выявление общих патофизиологических механизмов, интегрирующих стрессорные и нейровоспалительные процессы, и 4) поиск новых путей их коррекции. В ходе выполнения НИР ожидается создание новых экспериментальных моделей стрессорного патогенеза для последующего изучения интеграции стрессорных и нейровоспалительных процессов у крыс и зебраданио. Ожидается сходная модуляция стрессорного патогенеза на поведенческом и физиологическом уровнях у крыс и зебраданио в сторону уменьшения при действии СИОЗС, а также потенцирование патогенеза при действии ЛПС. При анализе биомаркеров воспаления будет проведена оценка уровня про- и противовоспалительных цитокинов, нейротрофных факторов, их рецепторов, и уровня экспрессии их генов в мозге, а также нейрохимических изменений в мозге крыс и зебраданио в созданной модели стресса. Будет проведено сравнение уровня данных биомаркеров в контроле, при стрессе, на фоне коррекции СИОЗС, а также при потенцировании воспаления на фоне введения ЛПС. Ожидается сходная динамика молекулярных биомаркеров у крыс и зебраданио при стрессе, а также подобная модуляция при действии СИОЗС и ЛПС. Параллельно с анализом уровней белковых биомаркеров, будет проведено определение изменения уровней транскрипционной активности транскрибируемых участков генома в образцах мозга с помощью полно-транскриптомного секвенирования РНК (RNA-seq на базе РЦ "Биобанк" СПбГУ). Ожидается, что экспрессия генов ряда провоспалительных цитокинов и их рецепторов в мозге будет повышена при стрессе и действии ДЛП, и снижена при действии СИОЗС. Одна из важных задач проекта - выявление общих (эволюционно значимых) молекулярных механизмов патологической интеграции стрессорных и нейровоспалительных процессов у рыб (зебраданио) и высших позвоночных (крысы). Для решения данной задачи будут применены методы сравнительного анализа общих и видоспецифичных маркеров, полученных в ходе выполнения НИР. В частности, будут проанализированы молекулярные биомаркеры (и их молекулярные сети) 1) общие для двух видов, а также 2) видо-специфичные геномные и протеомные данные. При разработке и сравнительном анализе новых методов коррекции стрессорного патогенеза на основе 1) антистрессорных, 2) противовоспалительных и 3) комбинированных препаратов будет проанализирована динамика выявленных ранее поведенческих и молекулярных биомаркеров интегративного стрессорно-нейровоспалительного патогенеза при коррекции антистрессорными (СИОЗС), противовоспалительными (эйкозапентаеновая кислота ЭПК) и комбинированными (СИОЗС+ЭПК) препаратами. Ожидается, что поведенческие, геномные и физиологические биомаркеры стресса у крыс и зебраданио будут существенно снижены при действии не только СИОЗС, но и ЭПК. При этом ЭПК в комбинации с СИОЗС может оказать потенциирующее синергичное действие на поведенческие, физиологические и геномные биомаркеры стресса, и препятствовать усилению стрессорных ответов при действии ЛПС. Ожидается, что выполнение данной задачи позволит выявить перспективы коррекции стрессорных расстройств не только традиционными методами (СИОЗС), но и принципиально новой группой лекарственных средств - препаратами противовоспалительного профиля. Анализ молекулярных сетей (для выявления общих механизмов действия и функциональной классификации интеракторов) на основе моделей известных взаимодействия белков-продуктов генов будет проводиться с использованием открытых баз данных Blast, Geneweaver и др. по методикам, разработанных авторами (Roth et al., 2013, Nguyen et al., 2014). В ходе работы также будет проведен анализ трансляционной значимости полученных результатов и моделей путем выявления их соответствия имеющимся клиническим данным, с целью разработки новых стратегий терапии. В ходе выполнения данного этапа работы коллективом НИР с дистанционным привлечением экспертов из США и Канады (в рамках международного сотрудничества) будут проанализированы имеющиеся клинические данные (полно-геномные ассоциации GWAS, анализ генетических полиморфизмов) по открытым базам данных международных консорциумов, с целью выявления ассоциаций между выявленными молекулярными маркерами стресса (у крыс и зебраданио) и клиническими данными по ортологам указанных биомаркеров у человека. Ожидается, что ряд выявленных общих биомаркеров стресса и нейровоспаления на животных будет соответствовать клиническим данным, полученным для ортологов этих генов у человека, тем самым подтверждая валидность и трансляционную значимость результатов, полученных в ходе НИР на животных. Научно-практическая значимость результатов НИР: 1. Коллективом проекта прогнозируется широкий круг возможных потребителей результатов НИР. В частности, перспектива создания новых лекарственных средств на основе коррекции интегрированного стрессорного и воспалительного патогенеза будет интересна отечественным и зарубежным производителям антистрессорных лекарственных препаратов. В случае успеха, возможно дальнейшее финансирование с привлечением государственных, международных и частных источников, которое позволит участникам-партнерам перейти к комплексным доклиническим и клиническим испытаниям новых препаратов. 2. Перспектива создания биоскрининговых платформ in-vivo на основе новых биомаркеров стресса и воспаления будет интересна отечественным и зарубежным производителям широкого спектра лекарственных препаратов. Возможность использования данных платформ для токсикологических исследований будет интересна производителям широкого спектра продукции потребления (бытовая химия, удобрения, продукты питания). Разработка и валидация в ходе НИР новых биоскрининговых моделей на основе зебраданио позволит интенсифицировать тестирование in-vivo за счет использования высокоэффективных и экономически выгодных организмов (зебраданио) на начальных стадиях доклинических испытаний, с последующим тестированием молекул-кандидатов на гораздо более дорогостоящих моделях (на крысах и мышах). Данная перспектива использования платформ на основе зебраданио будет интересна отечественным и зарубежным производителям лекарственных препаратов. 3. Перспектива использования противовоспалительных средств для коррекции стрессорного патогенеза позволит привлечь к исследованиям производителей пищевых биодобавок на основе омега-3-полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), с последующей перспективой клинических испытаний. 4. Поддержка за счет гранта РНФ мероприятий по информированию общественности о ходе и результатах их выполнения позволит расширить сотрудничество за счет активного привлечения российских компаний, в том числе отечественных разработчиков и производителей лекарственных препаратов, биодобавок и пищевых продуктов. 5. Использование биоинформационных подходов к полученным результатам, в свою очередь, обеспечит трансляционную и практическую актуальность проекта, поскольку результаты, полученные в ходе НИР на двух эволюционно отдаленных видах животных (крысы и рыбы), будут сопоставлены с доступными клиническими данными и биомаркерами, и могут привести к выявлению новых молекулярных мишеней для разработки перспективных антистрессорных препаратов на основе корректоров мозговых воспалительных процессов. В то же время, существенен и вклад проекта в развитие нейронаук и молекулярных нейротехнологий в России, поскольку результаты НИР могут быть использованы для обоснования дальнейших клинических и фундаментальных исследований в данной области. 6. В соответствии с требованиями РНФ, мероприятия по информированию общественности о ходе и результатах выполнения исследований также составят важную часть результатов НИР. В частности, участники проекта обеспечат своевременную публикацию результатов исследований в авторитетных международных рецензируемых изданиях с импакт-фактором не менее 3,0 (Q1). При публикации принятых к печати статей, по возможности, будет выбрано спонсирование (за счет средств гранта) модели "открытый доступ", что обеспечит полный доступ международного научного сообщества к данным, содержащимся в статьях, опубликованных по материалам исследования. Результаты исследования будут представлены в качестве устных и стендовых докладов с публикацией тезисов на международных научных конференциях, включая ежегодные конференции Society for Neuroscience и Experimental Biology (США), и Съезд Физиологов России. Результаты проекта будут доложены на ежегодной конференции Международного общества по изучению стрессорного поведения (ISBS) в 2019-2021 гг. в России (Санкт-Петербург), и на Международном симпозиуме по нейроиммунологии стресса, проводимом на Тайване в 2019-2021 гг. при участии и поддержке Международного Общества Психонейроиммунологов (PNIRS). Результаты исследований будут включены в лекции в рамках читаемых участниками курсов, представлены в виде семинаров (по приглашениям других университетов и научных обществ), а также размещены на сайте коллектива НИР, который будет создан для более широкого распространения данных, полученных в ходе проекта.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---