БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ КОНФЕРЕНЦИИ

<< ГЛАВНАЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 34 |

«XVI ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ с международным участием СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ ЧАСТЬ 2 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК М ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКО Й ...»

-- [ Страница 5 ] --

р « 0.001). Ранее было показано, что более низкий уровень экспрес­ сии гена легче регулируется на уровне транскрипции, в том числе и за счет увеличения количества экзонов и длины последовательности. Повы­ шенные значения для количества экзонов и количества транскриптов, ве­ роятно, связаны с высокой специфичностью этих высоко экспрессирую­ щихся генов.

Помимо анализа распределения экспрессии генов в тканях, нами рас­ сматривалась информация о распределении экспрессии генов в отдельных структурах мозга, на основе базы данных Allen Brain Atlas, содержащей данные об экспрессии генов в ~5*104 вокселях (200рт3 кубиках) мозга мыши. Для 12932 генов мыши нами проведена компьютерная оценка за­ висимости вариабельности уровня экспрессии от степени распространен­ ности их экспрессии в различных районах мозга.

Анализ зависимости между средним уровнем экспрессии EAvt генов экспрессирующихся в N V вокселях мозга мыши, и стандартным откло­ нением а уровня экспрессии генов на микрочипе показал, что наблюдает­ ся достоверная отрицательная корреляция между коэффициентом вариа­ ции экспрессии C V = а / EAvr и iVV (Я = -0.69, р 0.001). То есть чем в большем числе различных участков мозга ген экспрессируется, тем ниже относительная вариабельность его экспрессии.

ISBN 978-5-7262-1899-1 НЕЙРОИНФ ОРМ АТИКА-2014. Часть Некодирующие транскрипты и экспрессия генов Исследование некодирующих последовательностей важно при анализе репрессии генов в тканях мозга. Причиной большинства нейродегенеранмшых заболеваний является прогрессирующая гибель нейронов в опреU-псиных отделах головного мозга [12]. Традиционные способы опреде­ ления нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, иммочают нейропсихологическое тестирование пациентов, специализирои.11111ые технологии сканирования головного мозга. Однако нейродегенерщ'ивные изменения начинаются до проявления заметных клинических и 1менений, соответственно разработка биомаркеров для ранней диагноI гики заболевания, в том числе биомаркеров, основанных на экспрессии Iснов и транскрипции РНК. Кандидатами для таких диагностик являются микроРНК - малые некодирующие РНК, вовлеченные в посттранскриппионную регуляцию генов [13]. Они способны циркулировать в крови, Iканеспецифические профили их экспрессии могут быть определены в жидкостях тела - крови, слюне, моче. Для болезни Альцгеймера, в част­ ности, кандидатами являются miR-9, miR-20a, и miR-132 [13]. Длинные мекодирующие РНК (более 300 нуклеотидов) играют большую роль в разнитии глиом мозга, их экспрессия также имеет предсказательное значе­ ние. Известен ряд некодирующих РНК генов, экспрессия которых значисльно повышена при раке и может служить маркером для диагностики.

По отношению к белок-кодирующим генам такие РНК можно класси­ фицировать как межгенные, внутригенные (в интронах) и антисенсгранскрипты (в противоположной ориентации к экзонам кодирующих генов). Цис-антисенс транскрипты - это кодируемые последовательности, которые транскрибируются в противоположных направлениях и частично перекрываются в геномных координатах. Интересно отметить, что для большого числа цис-антисенс транскриптов в геноме человека характерна активность в клетках мозга.

Для анализа мы использовали базы данных антисенс транскриптов в геноме человека NATsDB (natsdb.cbi.pku.edu.cn/) и USAGDP [14]. Была исследована экспрессия генов на микрочипах Affymetrix U133 на выборке здоровых тканей мозга (21 пациент, данные GEO NCBI) Гены CLUL1, C18orF56, TYMS, ENOSF1 находятся в противоположной ориентации в геноме человека (хромосома 18), пересекаясь по расположению. Есть не­ сколько вариантов проб микрочипа Affymetrix, позволяющих измерить экспрессию этих генов и оценить корреляцию экспрессии по архивным данным. Иллюстрация корреляции экспрессии TYMS и ENOSF1, на вы­ борке 38 тканей по базе BioGPS дана на рис. 2. Каждая точка соответству­ ISBN 978-5-7262-1899-1 НЕЙРОИНФ ОРМ АТИКА-2014. Часть ет уровню экспрессии Affymetrix в одной из тканей организма человека, по оси абсцисс показан уровень для TYMS, по оси ординат - для ENOSF в той же ткани. Измерения в тканях мозга (кортекс, гиппокамп и др.) по­ казаны черными кружками, в других тканях организма человека (печень, почки, легкие и т.д.) показаны светлыми кружками.

Рис. 2. Положительная линейная корреляция экспрессии генов ENOSF1 и TYM S в тканях мозга и незначимая корреляция в других органах, по микрочиповым данным BioG PS (показана величина достоверности линейной аппроксимации) Линейная корреляция экспрессии генов ENOSF1 и TYMS на 12 изме­ рениях в различных тканях мозга (кортекс, гиппокамп и др.) составляет около 0.503 (уровень значимости р 0.01), в то же время по набору дру­ гих тканей из исследованных 38 (печень, почти и т.д.) корреляция экс­ прессии не значима (рис. 2). Гены TYMS, ENOSF1 находятся в противо­ положной ориентации в одном участке геноме человека (хромосома 18), перекрываясь некодирующими частями, что представляет собой интерес­ ный феномен геномной локализации и не предполагает координирован­ ной экспрессии. Отметим положительную корреляцию уровня экспрессии генов, расположенных в геноме человека в цис-антисенс ориентации в целом, рассчитанной ранее [15] на клинических выборах микрочиповых данных (GEO NCBI GSE4290), когда в качестве измерений использова­ лись опухоли мозга пациентов [2]. Наличие геномных механизмов, связан­ ных с альтернативным сплайсингом, повышенным числом транскриптов и экзонов, присутствием транскриптов в антисенс ориентации свидетельству­ ет о большей сложности молекулярных механизмов транскрипцией анти­ сенс транскриптов в генах с высокой экспрессией в клетках мозга.

Развитие новых экспериментальных методов секвенирования ДНК и микрочиповых технологий привело к стремительному росту объемов дан­ ных, в том числе в области экспрессии генов в клетках мозга. Мы рас­ смотрели гены человека, высоко экспрессирующиеся в тканях мозга по сравнению с другими тканями, и в отдельных районах головного мозга (по данным BioGPS и Allen Brain Atlas).

Показано статистическое различие числа экзонов и альтернативных транскриптов для генов активных в тканях мозга и других органов. Ком­ пьютерный анализ вариабельности экспрессии генов в структурах мозга но Allen Brain Atlas показал, что чем шире ген экспрессируется в областях мозга, тем меньшим коэффициентом вариации экспрессии он характери­ зуется [2]. С помощью анализа баз данных определены гены, экспрессия которых повышена в тканях мозга и связана, в том числе, с нейродегенеративными заболеваниями.

В недавних работах авторов [16] на модельных животных показана связь экспрессии определенных генов, ассоциированных с развитием бо­ лезни Альцгеймера у человека. Системное исследование экспрессии генов в клетках мозга с помощью взаимодополняющих экспериментальных подходов является необходимой основой междисциплинарных нейробиологических исследований, которые должны быть продолжены на новых транскриптомных данных, в том числе для моделей животных.

1. Орлов Ю.Л., Виш невский О.В., Витяев Е.Е., Кожевникова О.С., Афонников Д.А., Колчанов Н.А. Биоинформационный анализ экспрессии генов в клетках м оз­ га // Нейроинформатика-2013. X V Всероссийская научно-техническая конферен­ ция. Сборник научных трудов. Ч. 3. М.: М ИФИ. 2013. С. 74-85.

2. М едведева И.В., Виш невский О.В., Сафронова Н.С., Кожевникова О.С., Генаев М.А., Кочетов А.В., Афонников Д.А., Орлов Ю.Л. Компьютерный анализ данных экспрессии генов в клетках мозга, полученных с помощью микрочипов и высокопроизводительного секвенирования // Вавиловский журнал генетики и се­ лекции. 2013. Т. 17(3), С. 202-211.

3. H aw rylycz M.J., Lein E.S., Guillozet-Bongaarts A.L. et al. An anatomically com -prehensive atlas o f the adult human brain transcriptome // Nature, 2012.

V. 489(7416). P. 391-9.

4. L iu-Y esucevitz L., B assell G.J., Gitler A.D., Hart A.C., Klann E., Richter J.D., Warren S.Т., W olozin B. Local R N A translation at the synapse and in disease // J. N eurosci., 2011. V.3 1(45). P. 16086-93.

ISBN 978-5-7262-1899-1 НЕЙРОИНФ ОРМ АТИКА-2014. Часть 5. Sidrauski С., A costa-A lvear D., Khoutorsky A. et al. Pharmacological brakerelease o f m RN A translation enhances cognitive memory // eLiFe, 2 0 13. V.28. e00498.

6. Sun X., Liu J., Crary J.F. et al. ATF4 protects against neuronal death in cellular Parkinson's disease m odels by maintaining levels o f parkin // J. Neurosci., 2013.

V.33(6). P. 2398-407.

7. M enschaert G., Van Criekinge W., Notelaers T. Koch A., Crappe J., Gevaert K., Van Dam m e P. Deep proteome coverage based on ribosome profiling aids m ass spec­ trometry-based protein and peptide discovery and provides evidence o f alternative trans­ lation products and near-cognate translation initiation events // Mol Cell Proteomics, 2013. V. 12(7). P. 1780-90.

8. Dem enkov P.S., Ivanisenko T.V., Kolchanov N.A., Ivanisenko V.A. A N D V isio:

A new tool for graphic visualization and analysis o f literature mined associative gene networks in the A N D System // In Silico B iol., 2011. V. 11(3). P. 149-61.

9. П роскура A.JI., М алахин И.А., Турнаев И.И., Суслов В.В.. Запара Т.А., Ратушняк А.С. М ежмолекулярные взаимодействия в функциональных системах ней­ рона // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17 (в печати).

10. Wu С., O rozco С., Boyer J., L eglise М., G oodale J., Batalov S., Hodge C.L., Haase J., Janes J., H uss J.W. 3rd, Su A.I. BioGPS: an extensible and custom izable portal For querying and organizing gene annotation resources // G enom e B iol., 2009.

V.1 0 ( ll). R130.

11. Park J., Xu K., Park Т., Y i S.V. What are the determinants o F gene expression levels and breadths in the human genom e? // Hum M ol Genet., 201 2.V.2 1(1). P.46-56.

12. Lazarev V.F., Sverchinskyi D.V., Ippolitova M.V., Stepanova A.V., Guzhova I.V., M argulis B.A. Factors affecting aggregate formation in cell m odels o f Huntington's disease and amyotrophic lateral sclerosis // Acta Naturae, 2013. V. 5(2). P. 81-9.

13. Cheng L., Quek C.Y., Sun X., Bellingham S.A., Hill A.F. The detection o f microRNA associated with Alzheim er's disease in biological fluids using next-generation sequencing technologies // Front Genet., 2013. 4:150.

14. Grinchuk O.V., Jenjaroenpun P., Orlov Y.L., Zhou J.. Kuznetsov V.A. Integra­ tive analysis o f the human cis-antisense gene pairs, m iRNA s and their transcription regulation patterns // N u cleic A cids Res., 2010. V.38(2). P.534-47.

15. Orlov Y.L., Zhou J., Lipovich L., Shahab A., Kuznetsov V.A. Quality assess­ ment o f the A ffym etrix U 133A & B probesets by target sequence mapping and expres­ sion data analysis // In S ilico B iol., 2007. 7(3). P.241-60.

16. K ozhevnikova O.S., Korbolina E.E., Stefanova N.A., Muraleva N.A., Orlov Y.L., K olosova N.G. A ssociation o f A M D -like retinopathy developm ent with an A lz ­ heimer's disease m etabolic pathway in O X Y S rats // Biogerontology. 2013. Aug 20.

[Epub ahead o f print].

ISBN 978-5-7262-1899-1 НЕЙРОИНФ ОРМ АТИКА-2014. Часть 'Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино, " Институт биофизики клетки РАН, Пущино, М осковская обл.;

К О ГН И ТИ ВН Ы Е Ф У Н К Ц И И И П РИ Н Е Й РО Д Е ГЕ Н Е РА Ц И И,

В Ы ЗВ А Н Н О Й Э К С А Й Т О Т О К С И Н О М

Крыс Вистар обучали пищедобывательному навыку до внутригиппокампального введения нейротоксина каиновой кислоты в субконвульсивной дозе. Показано, что нейродегенеративные процессы в гиппокампе, развивающиеся под влиянием каиновой кислоты, нарушают процессы памяти и обучения;

причем нарушения нарастают по мере увеличения периода дегенерации. Дефекты воспроизведения навыка меньше, и его восстановление происходит быстрее, если поведенческие эксперименты начинать через 3 дня, а не через 6 дней после повреждения гиппокампа.

Предполагается, что проявление когнитивных дефектов определяется со­ отношением компенсаторных механизмов, с одной стороны, и нарастаю­ щих во времени структурно-функциональных нарушений в гиппокам­ пальной системе, с другой.

Ключевые слова: гиппокамп, нейродегенерация, эксайтотоксичность, каиновая кислота, обучение, память.

'institute o f Theoretical and Experimental B iophysics o f RA S,

CO G N IT IV E FU N C TIO N S D U R IN G N E U R O D E G E N E R A T IO N

IN D U C E D B Y E X C IT O T O X IN

Wistar rats were trained with food-procuring task before intrahippocampal microinjection o f kainic acid in subconvulsive dose. It was shown, that neurodegenerative processes in the hippocampus, developed after kainic acid, dete­ riorate memory and learning;

and disturbances increased along with increase of degeneration processes. Deterioration of memory retrieval were smaller and its ISBN 978-5-7262-1899-1 НЕЙРОИНФ ОРМ АТИКА-2014. Часть recovery was faster if behavioral experiments started after 3 days, rather than days after hippocampal damage. It is assumed that the expression o f cognitive defects isdetermined by compensatory mechanisms on the one hand, and pro­ gressive structural and functional disorders in the hippocampal system, on the other.

Keywords: hippocampus, neurodegenerayion, excitotoxicity, kainic acid, learning, memory.

В настоящее время различают несколько сотен нейродегенеративных заболеваний [1], причины которых, за немногими исключениями, неиз­ вестны. Даже в случае Хореи Хантингтона, этиология которой идентифи­ цирована более двух десятилетий назад, неясно, как мутация в гене белка huntingtin провоцирует заболевание. Проявления болезни (симптомы) на­ чинаются на стадии заболевания, когда число оставшихся нейронов ста­ новится ниже порогового уровня, необходимого для нормального под­ держания функции. Клинические проявления нейродегенеративных забо­ леваний отсрочены нередко годами от начала процесса дегенерации [2], поэтому остается актуальной задача распознавания нейродегенеративных процессов на ранних стадиях, до потери значительного числа клеток. Сре­ ди подходов к решению такой задачи - исследование интегративных, ког­ нитивных функций, которые в наибольшей степени зависят от целостно­ сти мозга, и поэтому их нарушение может произойти при дисфункции самых разных структур центральной нервной системы. Детекция наруше­ ний когнитивных функций (таких как внимание, обучение и память) дает возможность ранней диагностики нейродегенеративных заболеваний.

Согласно классификации «Комитета по клеточной гибели»

(Nomenclature Committee on Cell Death) следует выделять типичные и не­ типичные формы гибели клеток в организме [3]. Для мозга типичными формами гибели клеток являются апоптоз, некроз и аутофагия;

нетипич­ ными - некроптоз и эксайтотоксичность. Различие форм между собой оп­ ределяется молекулярными механизмами и морфологическими особенно­ стями клеточных изменений. Эксайтотоксическую гибель нейронов отно­ сят к нетипичной форме гибели клеток, при которой наблюдается как апоптоз, так и некроз, а в некоторых условиях также аутофагия. Эксайто­ токсичность возникает в результате чрезмерной или продолжительной активации рецепторов глутамата - основного возбуждающего нейроме­ диатора [4]. Гиперакгивация ионотропных рецепторов: NMDA, АМРА и каинатных приводит к входу Са2+ в нейроны, высокая концентрация в ци­ ISBN 978-5-7262-1899-1 НЕЙРОИНФ ОРМ АТИКА-2014. Часть топлазме которого запускает нейротоксические процессы, включающие разобщение митохондриальной транспортной цепи, активацию фермен­ тов, среди которых кальпаины и другие протеазы, протеинкиназы, N 0синтаза, кальцинейрины и эндонуклеазы [4,5]. Эксайтотоксичность явля­ ется важным общим компонентом в механизмах ишемии [6] и многих иейродегенеративных заболеваний [4]. В настоящей работе использовали каиновую кислоту, введение которой в гиппокамп крыс индуцирует эксайтотоксическую гибель пирамидных нейронов, для изучения процессов памяти животных в условиях развивающейся нейродегенерации.

Опыты проводили на крысах-самцах Вистар (и = 30), весом 160-180 г в начале поведенческих экспериментов. Животных содержали и использо­ вали в соответствии с правилами, разработанными Комиссией ИТЭБ РАН.

Крыс содержали в условиях со специальным режимом питания, согласно которому они получали пищу во время поведенческих экспериментов и сразу после их проведения один раз в день. В период адаптации к экспе­ риментальным условиям вес животных снижался не более чем на 20%.

Протокол эксперимента состоял из следующих этапов:



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 34 |
 


Похожие материалы:

«ПРОБА ПЕРА ЕСТЕСТВЕННЫЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ Новосибирск, 2012 г. УДК 50 ББК 2 П78 П78 Проба пера Естественные и математические науки: материалы II школьной международной заочной научно-исследовательской конференции. (29 ноября 2012 г.) — Новосибирск: Изд. СибАК, 2012. — 346 с. ISBN 978-5-4379-0177-9 Сборник трудов II школьной международной заочной научно-исследова- тельской конференции. Проба пера Естественные и математические науки это прекрасная возможность для школьников сделать рывок в ...»






 
© 2013 www.kon.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»