Поиск и установление функции морфогенетических факторов головного мозга, сопряженных с развитием когнитивных и психических расстройствНИР

Identification and functional analysis of brain morphogenetic factors in cognitive and mental disorders

Соисполнители НИР

ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России Соисполнитель

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 18 мая 2022 г.-31 декабря 2022 г. Поиск и установление функции морфогенетических факторов головного мозга, сопряженных с развитием когнитивных и психических расстройств
Результаты этапа:
2 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Поиск и установление функции морфогенетических факторов головного мозга, сопряженных с развитием когнитивных и психических расстройств
Результаты этапа: 1. В отчётный период (2-й год) в группу исследования «эндогенная депрессия» было дополнительно набрано 37 образцов венозной крови, что позволило увеличить общий объем выборки исследования в данной группе до 79 человек. Было завершено скрининговое исследование по выявлению распространенности выбранных геномных вариантов BDNF (rs6265), CDH2 (rs17445840, rs1944294), CDH3 (rs12923655, rs3114409), CDH13 (rs4782724), CDH23 (rs10999947, rs1227051), CDH19/DCHS1 (rs4758443), CDH27/DCHS2 (rs1352714, rs12500437, rs11935573, rs28561984, rs72731014), PLAU (rs2227564) и PLAUR (rs4760) в группах «шизофрения» (n=102), «эндогенная депрессия» (n=79) и «здоровые доноры» (n=103). Был выявлен ряд достоверных различий в распространенности отдельных геномных вариантов между экспериментальными и контрольной группами. Так, в группе «шизофрения» была установлена достоверно более высокая встречаемость геномных вариантов rs1944294-T в гене CDH2 (p = 0.0443, n = 102) и rs11935573-G в гене DCHS2 (p = 0.0009, n = 102) по сравнению с группой здоровых добровольцев. Помимо этого, в группе пациентов, страдающих шизофренией, наблюдается более частая встречаемость аллеля rs12500437-G в гене DCHS2 (p = 0.034, n = 102) по сравнению с группой здоровых добровольцев. В группе пациентов, страдающих эндогенной депрессией, была установлена достоверно более высокая встречаемость геномного варианта rs17445840-T в гене CDH2 (p = 0.0315, n = 79) по сравнению с группой здоровых добровольцев. Помимо этого, в группе таких пациентов была обнаружена достоверно повышенная частота встречаемости гетерозиготных вариантов rs1227051-G/A в гене CDH23 (p = 0.0014, n = 79) и rs12500437-G/T в гене DCHS2 (p = 0.0390, n = 79). Частота встречаемости гетерозиготного варианта rs12923655-A/C в гене CDH3 в данной выборке, напротив, была снижена - с преобладанием частот встречаемости гомозиготных вариантов rs12923655-A или rs12923655-C (p = 0.0360, n = 79). Было проведено сравнение полученных результатов с опубликованными данными полноэкзомных исследований для нероссийских популяций. Для абсолютного большинства изученных геномных вариантов (кроме, BDNF (rs6265) и PLAU (rs2227564)) в контексте их возможного участия в развитии предрасположенности к возникновению психических и когнитивных нарушений, никакой информации в базах данных SZGene database, SZGR2, SZDB 2.0, SNPedia, SNP Curator и Pubmed обнаружено не было. Сравнение частот встречаемости геномных вариантов BDNF (rs6265) и PLAU (rs2227564), описанных для нероссийских популяций, между различными популяциями было затруднено ввиду их высокой вариабельности. Результаты для BDNF (rs6265), полученные в нашем исследовании, в наибольшей степени согласуются с результатами, полученными ранее коллегами [Morozova A et al, 2021] в российской популяции. Для моделирования на тканевых моделях (нейроглиальные сфероиды) были предложены геномные варианты, по которым было выявленное достоверное различие при скрининговом исследовании - DCHS2 (rs11935573); которые были идентифицированы при полноэкзомном секвенировании ограниченных выборок образцов геномной ДНК пациентов, страдающих шизофренией и депрессией - EPHA1 (rs11768549), NGF (rs138175552), PLXNA3 (rs139336954); выбраны на основании данных литературы - CDH13 (rs736719) и PLAU (rs1243306395). Для моделирования у мышей были предложены геномные варианты rs11935573 (ген DCHS2), rs139336954 (ген PLXNA3) и rs1243306395 (ген PLAU), поскольку гены мыши Dchs2, Plxna3 и Plau содержат высокогомологичные последовательности. 2. Была оценена эффективность технологии транс-сплайсинга для моделирования искомых геномных вариантов, в том числе при использовании оптимизированной донорной транс-РНК. Применение технологии транс-РНК (даже с учетом применения оптимизированной донорной транс-РНК в вариантах с или без NRS) не привело к увеличению количества транс-сплайсированной модифицированной мРНК (не была идентифицирована в ходе сравнительного транскриптомного анализа) и не привело к искомой генетической модификации клеточных линий: не наблюдали формирования GFP-меченых стресс-фибрилл (aSMA) в культуре первично выделенных фибробластов и не наблюдали нарушения роста нейритов (Plaur) в культуре Neuro 2a. Для моделирования искомых геномных вариантов была опробована модификация технологии редактирования генома CRISPR-BE [Gaudelli et al, 2017], а в качестве мишени был выбран ген Plaur в культуре Neuro2a. Эффективность редактирования с использованием редакторов оснований была подтверждена путем секвенирования целевого гена и проточной цитометрией Neuro2a, окрашенных антителами, специфичными к mPlaur и меченых PE (#MBS632008, MyBioSource) - уровень экспрессии целевого белка снизился на ~85 %. Данная система была использована для моделирования интересующих геномных вариантов в генах морфогенеза мозговой ткани. Были подобраны и встроены направляющие РНК для моделирования вариантов генов CDH13, DCHS2, EPHA1, NGF, PLAU и PLXNA3. 3. На основе векторов Lenti-tetO-Oct4-t2A-Klf4-p2A-c-Myc-e2A-Sox2 и Lenti-UbcPr-rtTA собирали лентивирусные частицы, которыми трансдуцировали мононуклеары периферической крови здорового донора. Индукция дедифференцировки доксициклином 100 нг/мл в течение 28 суток позволила добиться стабильно высокого уровня продукции мРНК факторов плюрипотентности в 30-80 раз, что привело к дедифференцировке мононуклеаров и получению культуры иПСК. Плюрипотентный статус иПСК был подтверждён в модели формирования подкожной тератомы у мышей линии Nude. Было установлено, что иПСК, введенные подкожно в GFR Matrigel® образуют в месте введения ограниченное образование, окруженное соединительнотканной оболочной и содержащее клетки мезодермального (жировая и рыхлая соединительная ткани) и эктодермального (предположительно, железы) происхождения. Полученные иПСК были использованы для получения нейральных прогениторных клеток и сборки нейроглиальных сфероидов с целью установления роли отдельных геномных вариантов в процессах морфогенеза мозговой ткани. 4. Было собрано 3 генетически кодируемых сенсора: Lenti-GAD2pr-Case12, Lenti-THpr-Archon1 и Lenti-MAGpr-YFP, на основе которых были собраны лентивирусные частицы (ЛВЧ), которыми в свою очередь были трансдуцированы нейральные прогениторные клетки, которые затем использовали для сборки нейроглиальных сфероидов. Было установлено, что генетически кодируемые сенсоры экспрессируются, что позволяет одновременно визуализировать и идентифицировать несколько клеточных типов в рамках одного сфероида. Для потенциал-чувствительных сенсоров GAD2pr-Case12 и THpr-Archon1 была продемонстрирована способность изменять яркость флуоресценции в зависимости от потенциала клеточной мембраны при добавлении к нейроглиальным сфероидам 10 мкМ норадреналина. Факт нейральной дифференцировки в нейроглиальном сфероиде был подтвержден с помощью иммуногистохимического окрашивания их криосрезов с помощью антител к маркерам нейронов (NSE, TH) и глиальных клеток (GFAP). Окрашивание криосрезов сфероидов неиммунными кроличьими IgG практически не давало сигнала. Для моделирования исследуемых генетических вариантов: DCHS2 (rs11935573), EPHA1 (rs11768549), NGF (rs138175552), PLXNA3 (rs139336954), PLAU (rs1243306395) и CDH13 (rs736719) были созданы лентивирусные генетические конструкции, кодирующие соответствующие направляющие РНК. В настоящий момент осуществляется анализ эффективности геномного редактирования в отдельных клонах иПСК, на основании которого будут отобраны клоны, содержащие исследуемые геномные варианты, для получения изогенных нейроглиальных сфероидов. 5. Была отработана методика получения оплодотворенных яйцеклеток и методика эмбриотрансфера эмбрионов после геномного редактирования псевдобеременным самкам. Процедуру введения эмбрионов в воронку яйцевода мыши контролировали путем введения пищевого красителя в яйцевод с помощью капилляра. 6. По результатам выполнения работ написано 4 публикации: 3 экспериментальные (2 приняты к печати и 1 на этапе рецензирования) и 1 обзорная (подача в журнал).
3 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Поиск и установление функции морфогенетических факторов головного мозга, сопряженных с развитием когнитивных и психических расстройств
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".