Ученые Санкт‑Петербургского университета проанализировали кору головного мозга модельных животных — крыс с синдромом дефицита внимания и гиперактивности — и обнаружили согласованную активность генов, участвующих в синтезе универсального источника энергии АТФ. По мнению исследователей, выявленные молекулярные механизмы могут стать шагом к пониманию патологии СДВГ не только у грызунов, но и у людей. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Крысы с отключенным геном дофаминового транспортера. Предоставлено Анастасией Вагановой
Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) — это нарушение развития нервной системы, которое характеризуется повышенной активностью, импульсивностью и невнимательностью. Оно вызывает трудности при решении задач, снижает бдительность, ухудшает память, а также приводит к нарушениям речи и режима сна, что зачастую снижает качество жизни.
Согласно данным ученых, при психиатрических заболеваниях, включая СДВГ, наблюдаются митохондриальные дисфункции. Митохондрии — это клеточные органеллы, которые производят энергию, участвуют в выработке и утилизации активных форм кислорода, а также в других жизненно важных процессах. Кроме того, они способны поглощать нейромедиатор дофамин и содействовать его усвоению. Именно нарушения в работе дофаминовой системы приводят к развитию серьезных заболеваний, в том числе и СДВГ.
Нейробиологи Санкт‑Петербургского университета исследовали три различные линии крыс с моделью синдрома дефицита внимания и гиперактивности. Одна из них — это линия с отключенным геном дофаминового транспортера, которую в СПбГУ изучают уже более пяти лет. Возможность исследовать еще две модели, созданные на основе лабораторных мышей, появилась благодаря открытому доступу к репозиториям молекулярно‑биологических данных.
Все три линии, участвовавшие в исследовании, различаются как поведением, так и фенотипом. Для одной характерны ожирение и мышечная слабость, для другой — уменьшенные размеры головного мозга, а крыс из коллекции СПбГУ отличают малый вес и размер тела. При этом у представителей всех трех групп выявлены определенные трудности с ориентацией в пространстве, памятью и вниманием, что соответствует состоянию, подобному СДВГ у человека.
В рамках данной работы исследователи изучили изменения экспрессии генов, то есть их активности, в результате которой наследственная информация преобразуется в функциональную РНК, служащую матрицей для синтеза белка. Анализ проводился на генах митохондриального комплекса I в префронтальной коре головного мозга грызунов с СДВГ. Комплекс I — это первый белковый комплекс дыхательной цепи, играющий ключевую роль в синтезе АТФ. Ученые проанализировали семь субъединиц этого комплекса, гены которых закодированы не в ядерной, а в митохондриальной ДНК.
Сначала с помощью биоинформатического анализа данных из открытых баз было установлено, что у двух изученных моделей СДВГ активность митохондриальных генов является более согласованной, чем у животных без поведенческих нарушений. Чтобы проверить, характерно ли это для крыс, выведенных в СПбГУ, ученые провели молекулярно‑биологическое исследование коры головного мозга этих животных. Методом ПЦР в реальном времени они количественно оценили РНК тех же семи генов митохондриальной ДНК. В результате было выявлено усиление взаимосвязи между их экспрессией.
Биоинформатический анализ также позволил оценить корреляцию между активностью митохондриальных генов и генов, кодируемых ядерной ДНК. Исследователи заметили, что у грызунов с повышенной активностью более выражена связь между работой митохондриальных генов и генов, вовлеченных в функционирование нервной ткани.
Данная работа соответствует целям национального проекта «Новые технологии сбережения здоровья», направленного на повышение эффективности медицинских исследований и внедрение их результатов, включая развитие превентивной медицины и технологий долголетия, а также на обеспечение технологического суверенитета в производстве лекарственных препаратов, биомедицинских клеточных продуктов и медицинских изделий.
«Хотя уровни экспрессии отдельных генов ND оставались стабильными во всех трех моделях СДВГ, мы наблюдали усиление их совместной экспрессии. Эти изменения в работе генов митохондриального комплекса I позволяют предположить, что регуляция функции митохондрий при данном заболевании нарушается. Причины пока неясны, но это указывает на роль митохондрий в развитии СДВГ и косвенно подтверждает, что они могут служить перспективной мишенью для дополнительной терапии, например, с применением антиоксидантных добавок или коррекции диеты», — пояснила старший научный сотрудник лаборатории нейробиологии и молекулярной фармакологии СПбГУ Анастасия Ваганова.
По словам ученых, разработка новых подходов к исследованию СДВГ в будущем может открыть путь к изучению этого состояния у людей. В дальнейшем специалисты Санкт-Петербургского университета собираются с помощью антиоксидантов попытаться скорректировать поведение крыс с ярко выраженной гиперактивностью, поскольку эти вещества улучшают функцию митохондрий и энергетический обмен. Их применение, как полагают исследователи, может сделать грызунов более спокойными или улучшить их память.
Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ
