Специалисты из Санкт‑Петербургского университета провели анализ коры головного мозга крыс, имеющих синдром дефицита внимания и гиперактивности, и выявили скоординированную работу генов, ответственных за производство АТФ – универсального источника энергии для клеток. Исследователи полагают, что обнаруженные молекулярные процессы могут приблизить к пониманию природы синдрома дефицита внимания и гиперактивности не только у животных, но и у людей. Работа, поддержанная грантом РНФ, опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) представляет собой расстройство развития, затрагивающее нервную систему. Оно проявляется повышенной активностью, импульсивностью и сниженной концентрацией внимания. Это состояние может вызывать сложности при выполнении задач, снижать внимательность, ухудшать память, а также приводить к проблемам с речью и сном, что негативно сказывается на качестве жизни.
Исследования ученых показывают, что психиатрические расстройства, в том числе СДВГ, связаны с нарушениями в работе митохондрий. Митохондрии – это клеточные структуры, отвечающие за выработку энергии, а также за процессы, связанные с активными формами кислорода и другими важными функциями. Они также способны связывать нейромедиатор дофамин и способствовать его метаболизму. Дисфункция дофаминовой системы, вызванная подобными нарушениями, может приводить к развитию серьезных заболеваний, включая СДВГ.
Нейробиологи из Санкт‑Петербургского университета провели исследование трех различных линий крыс, имеющих признаки синдрома дефицита внимания и гиперактивности. Одна из этих линий характеризуется отключением гена дофаминового транспортера, которая уже более пяти лет является объектом изучения в СПбГУ. Благодаря возможности получения доступа к репозиториям молекулярно-биологических данных, ученым удалось изучить еще две модели, созданные на основе лабораторных мышей.
Каждая из трех исследованных линий демонстрирует различия в поведении и фенотипе. Одна характеризуется ожирением и снижением мышечной силы, другая — уменьшенным объемом головного мозга, а крысы из коллекции СПбГУ отличаются небольшим весом и размерами тела. У особей всех трех групп зафиксированы определенные проблемы с пространственной ориентацией, памятью и вниманием, что указывает на состояние, аналогичное синдрому дефицита внимания и гиперактивности у людей.
В ходе исследования ученые проанализировали изменения в активности генов, что приводит к преобразованию наследственной информации в функциональную РНК, используемую в качестве матрицы для синтеза белка. Исследование было сосредоточено на генах, кодирующих митохондриальный комплекс I в префронтальной коре головного мозга грызунов с синдромом дефицита внимания и гиперактивности. Комплекс I представляет собой первый белковый комплекс дыхательной цепи, имеющий важное значение для синтеза АТФ. Анализ охватил семь субъединиц этого комплекса, гены которых расположены не в ядерной, а в митохондриальной ДНК.
Изначально, с использованием биоинформатического анализа данных из общедоступных баз, было установлено, что у двух изученных моделей синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) активность митохондриальных генов демонстрирует большую упорядоченность по сравнению с животными, не имеющими поведенческих проблем. Для подтверждения того, характерно ли это явление для крыс, разработанных в Санкт-Петербургском государственном университете, исследователи провели молекулярно-биологическое исследование коры головного мозга данных животных. С помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени они определили количественные показатели РНК тех же семи генов митохондриальной ДНК. В результате было обнаружено повышение корреляции между уровнем их экспрессии.
Биоинформатический анализ также позволил установить взаимосвязь между активностью митохондриальных генов и генов, закодированных в ядре клетки. У грызунов с повышенной митохондриальной активностью была отмечена более тесная корреляция между работой митохондриальных генов и генов, участвующих в функционировании нервной системы.
Эта работа созвучна задачам национального проекта «Новые технологии сбережения здоровья», который нацелен на повышение результативности медицинских исследований и практическое применение их результатов. Это включает в себя развитие профилактической медицины и технологий, способствующих увеличению продолжительности жизни, а также обеспечение независимости в производстве лекарств, биомедицинских клеточных продуктов и медицинских изделий.
«Несмотря на то, что уровни экспрессии отдельных генов ND не изменялись в трех исследованных моделях СДВГ, отмечалось увеличение их совместной экспрессии. Данные изменения в работе генов митохондриального комплекса I позволяют предположить наличие нарушений в регуляции функции митохондрий при данном заболевании. Причины этих изменений остаются невыясненными, однако они указывают на важную роль митохондрий в развитии СДВГ и, косвенно, подтверждают, что они могут представлять собой перспективную цель для дополнительной терапии, например, посредством применения антиоксидантных добавок или диетической коррекции, — так пояснила старший научный сотрудник лаборатории нейробиологии и молекулярной фармакологии СПбГУ Анастасия Ваганова.
Ученые считают, что разработка новых методов исследования синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) в перспективе может способствовать изучению этого расстройства у людей. Специалисты из Санкт-Петербургского университета планируют использовать антиоксиданты для коррекции поведения крыс, проявляющих выраженную гиперактивность, поскольку эти вещества положительно влияют на работу митохондрий и энергетический обмен. По мнению исследователей, такое применение может сделать грызунов более спокойными или улучшить их когнитивные способности.
Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ