Лаборатория НЕЙРОБИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ

Тема исследований лаборатории:

анализ механизмов функционирования и роли химических посредников в межклеточной координации.

Историческая справка

История коллектива восходит к лаборатории сравнительной физиологии, созданной в 1929 году в Биологическом институте им. К.А. Тимирязева выдающимся советским физиологом Хачатуром Сергеевичем Коштоянцем (1900-1961). С годами менялась административная принадлежность лаборатории, но не ее направление – исследование химической основы функций нервной системы. После кончины Коштоянца лабораторию возглавил Т.М. Турпаев (1918-2003). Дальнейшее развитие привело в 1977 г. к реорганизации, в результате которой лаборатория разделилась на дочерние коллективы. Один из них – лабораторию сравнительной физиологии – возглавил Д.А. Сахаров, который руководил лабораторией до 2003 года, когда ее заведующим стал И.С. Захаров. С 2013 года она называется лабораторией нейробиологии развития и ее состав пополнился сотрудниками группы межклеточных взаимодействий, возглавлявшейся до того Б.Н. Манухиным (1926-2016).

Направления исследований

Эта работа опирается на гипотезу Д.А. Сахарова, согласно которой множественность нейрональных фенотипов понимается как фактор, существенный для формирования выходной активности центральных генераторов поведения. В рамках этой гипотезы проводится экспериментальный анализ нейронных ансамблей, в которых динамические изменения выходной активности (например, агрессивного поведения) вызываются контролируемым воздействием на тонический уровень сигнальных молекул (например, серотонина, оксида азота, и т. п.). Разработан и широко используется оригинальный метод мониторинга нейроактивной среды центральных генераторов поведения с помощью подвижного биосенсора – изолированной нервной клетки. Показано, что динамически меняющийся нейроактивный состав межклеточной среды, омывающей центральный генератор, служит транслятором влияний поведенческого контекста на поведенческий выбор. Нами разработана модель для анализа сложного поведения в витальной ситуации, включающего элементы принятия решения. Показано, что предварительная моторная нагрузка может облегчать принятие решения

Большой прудовик — Lymnaea stagnalis (L.) — излюбленный модельный объект нейробиологов. Нервная система прудовика содержит кpупные, индивидуально идентифицируемые нейроны, с которыми удобно работать микроэлектродными методами.

Был описан ряд генов улитки Helix lucorum, имеющих характерные возрастные особенности в паттерне экспрессии. Так, ген preproGFAD, начинает экспрессироваться в больших нейронных кластерах, содержаших управляющие нейроны полового поведения, в период полового созревания улитки. Паттерн экспрессии гена preproHelSFamide, кодирующего пептид, участвующий в реализации пищевого поведения и в работе обонятельного анализатора, меняется при переходе ювенильного животного к активному поиску пищи, а также и при голодании зрелого животного. Для гена preproHelPep характерна фаза максимального уровня экспрессии в ювенильном возрасте и у зрелых животных при стрессорных воздействиях. Исследование корреляции паттерна экспрессии генов и развития поведения животного может дать понимание механизма онтогенетического развертывания поведенческих программ через регуляцию экспрессии генов в специфических нейронных популяциях. В настоящее время ведется поиск генов, в наибольшей степени вовлеченных в формирование специфических функциональных состояний нервной системы.

Сравнительное изучение личинок трохофорных животных позволило существенно изменить общепринятые представления о дифференцировке нервных клеток и формировании дефинитивной нервной системы и ее регуляторных функций. Показано, что самыми первыми дифференцируются периферические сенсорные нейроны, содержащие FMRFамид и/или серотонин. Отростки этих пионерных транзиторных нейронов маркируют контуры формирующейся центральной нервной системы. При изучении развития пресноводных моллюсков – катушки Helisoma trivolvis и прудовика Lymnaea stagnalis – открыт новый механизм регуляции личиночного развития трохофорных животных. Показано, что в условиях недостатка пищи взрослые особи начинают синтезировать и выбрасывать в воду химический фактор, который детектируется нейронами апикального органа личинок. В ответ эти нейроны усиливают синтез моноамина, который направленно изменяет темпы эмбрионального развития, обеспечивая реализацию адаптивных онтогенетических программ.

Изучается роль специфических рецепторов мембраны эффекторной клетки в реализации нейротрансмиттерных процессов, значение функционального состояния клеточных мембран для нейротрансмиттерных реакций, механизмы передачи внутриклеточного сигнала, взаимосвязь активности аминергической и холинергической регуляторных систем. Для анализа кинетики лиганд-рецепторных взаимодействий в биохимических, радиолигандных и физиологических исследованиях предложены простые математические модели. Метод применим для количественного анализа активности регуляторных систем и ее изменений в онтогенезе, при стрессорных, токсических, терапевтических и других воздействиях.

Для решения поставленных задач в работе используются разные экспериментальные модели и методические подходы. Исследование специфических рецепторов медиаторных систем проводятся на мембранах клеток коры головного мозга, «тенях» и нативных эритроцитах крыс, изолированных органах (неиннервированный амнион куриного эмбриона, семявыносящий проток крысы, сердце виноградной улитки и др.), а также артериальных сосудах in situ и in vivo при регистрации системного артериального давления кроликов.

Исследование базовых закономерностей и механизмов модуляции физиологических процессов на уровнях от субклеточного до организменного и взаимодействия между нейротрансмиттерными системами показало возможность их направленной количественной и качественной регуляции путем изменения эндогенными и экзогенными факторами аффинности мембранных рецепторов, их концентрации, количества пулов и количества моно- и димерных рецепторов в эффекторной системе.