![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
В проекте планируется впервые всесторонне охарактеризовать биохимические процессы, лежащие в основе цинкзависимой нейродегенерации сетчатки, на уровне пациентов, с использованием животных и клеточных моделей, а также в экспериментах in vitro и in silico.
The retina is the neuronal tissue of the eye responsible for the reception and transduction of the visual signal. Damage to retinal neurons due to various reasons underlies the development of glaucoma and age-related macular degeneration (AMD), common ophthalmic diseases leading to irreversible loss of vision. Neurodegenerative processes in these diseases are characterized by a complex etiology associated with the anatomical features and protein composition of the retina, its unique metabolic activity, photosensitivity, immune privilege, and other specific features. One of these features of the retina is the high content of zinc ions. Zinc is one of the main physiological metals, the correct homeostasis of which is critical for the normal functionality of retinal neurons. The lack of zinc, which possesses antioxidant and anti-inflammatory activity, leads to damage to retinal pigment epithelium and photoreceptor neurons in AMD. At the same time, an increase in the concentration of so-called mobile or chelatable zinc in the retina has recently been identified as a key factor causing the degeneration of ganglion neurons in glaucoma, along with oxidative stress, excitotoxicity, and other processes. It is believed that being bound to proteins with different affinities, zinc can perform not only a structural role and the role of a cofactor in enzymes but also a signaling function in the cell. Moreover, at high concentrations, zinc can cause protein aggregation thereby exhibiting cytotoxic effects. Protein targets and molecular mechanisms mediating the neuroprotective and neurotoxic effects of zinc in the retina remain largely unknown. This project is aimed at the comprehensive characterization of the biochemical processes underlying zinc-dependent neurodegeneration of the retina, in human studies, using animal and cellular models, as well as in vitro and in silico experiments. Using samples obtained from patients with various stages of primary open-angle glaucoma, we will conduct a biochemical analysis of aqueous humor (AH). This intraocular fluid provides nutrition and immunity to the eye tissues and its abnormal circulation contributes to the development of glaucoma. AH is in direct contact with the retina (the retina is separated from the bloodstream by the blood-retinal barrier), and the biochemical composition of the AH can reflect the state of this tissue. In this project, we will identify changes in the AH content of zinc and its low molecular weight chelators, associated with the development of glaucoma. In addition, we will characterize other metabolomic and lipidomic changes in AH, including alterations in the content of polyunsaturated fatty acids and their derivatives oxlipins, lipid mediators of oxidative stress, and inflammation. Using the experimental (animal) models of glaucoma and AMD developed in our previous studies, we will determine corresponding changes in the molecular composition of AH. Furthermore, it is planned to characterize the zinc-dependent proteome of the retina and determine changes in the content of zinc-binding retinal proteins in these diseases. We also plan to identify correlations between the detected biochemical effects, the development of pathomorphological changes in the retina, and alterations in its electrophysiological activity in glaucoma and AMD. We will also predict the potential zinc-binding proteins of the retina using novel methods of structural bioinformatics by analyzing the resolved structures of all retinal proteins present in PDB. Using bioinformatic analysis, we will systematize the identified and predicted zinc-dependent proteins and select functionally significant candidates for their further analysis. It is planned to carry out cloning, expression, and purification of the selected proteins and characterization of their zinc-binding and other structural and functional properties in vitro. Finally, using a cellular model of the retina, retinoblastoma Y79 cell line, we will characterize the protective and cytotoxic effects of zinc, and investigate the role of the identified zinc-binding proteins as mediators of these effects. Based on the data obtained, methods of neuroprotective therapy of the retina will be proposed and tested in animal models of glaucoma and AMD using histological, electrophysiological, biochemical, and other methods and approaches. Overall, the proposed studies will establish for the first time biochemical molecules mediating the protective and cytotoxic effects of zinc in the retina, the targeting of which can be considered as a promising therapy for glaucoma and AMD.
грант РНФ |
# | Сроки | Название |
1 | 20 апреля 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Исследование цинк-зависимых механизмов нейродегенерации сетчатки |
Результаты этапа: В 2021 году с использованием когорты пациентов, получавших хирургическое лечение в НМИЦ ГБ имени Гельмгольца, предпринята попытка охарактеризовать механизмы цинкзависимой нейродегенерации сетчатки при первичной открытоугольной глаукоме (ПОУГ) путем комплексного анализа изменений состава водянистой влаги (ВВ), которая обеспечивает питание и иммунитет тканей глаза, и нарушение циркуляции которой лежит в основе патогенеза этого заболевания. В проекте анализировались такие параметры ВВ пациентов, как общая концентрация цинка, содержание широкого спектра низкомолекулярных цинксвязывающих соединений (аминокислоты и родственные метаболиты, трикарбоновые кислоты, витамины, биогенные амины и др.), а также активность биохимических компонентов, относящихся к маркерам окислительного стресса и анитиоксидантой защиты, и содержание липидных медиаторов окислительного стресса и воспаления. Исследования проведены с помощью высокотехнологичных методик, включающих использование атомно-абсорбционной спектрометрии, ГХ-MC и ВЭЖХ-MС/MС, большинство из которых были оптимизированы для измерения параметров ВВ, имеющего ряд особенностей. Обработка полученных результатов выполнена с использованием современных методов статистического анализа. Для более детального изучения механизма нейродегенерации при глаукоме, включая определение взаимосвязей между выявленными изменениями в ВВ и развитием патологического процесса в сетчатке, разработана и оптимизирована модель этого заболевания, включающая индукцию стойкой внутриглазной гипертензии у животных (кроликов) путем введения метилцеллюлозы в переднюю камеру глаза. С помощью клинических, электрофизиологических и гистологических исследований осуществлена подробная характеристика патологических изменений в рамках разработанной модели – клинической картины развивающегося заболевания, включая изменение общего состояния глаза и нарушение электрофизиологической активности сетчатки, механизма индукции повышения ВГД, а также структуры повреждений вовлеченных тканей и компартментов глаза (диск зрительного нерва, сетчатка, передняя камера глаза, трабекулярная сеть). Для выявления корреляций между развитием модельной глаукомы и реального заболевания у пациентов произведены исследования биохимического состава ВВ экспериментальных животных, аналогичных таковым, выполненным для когорты пациентов с ПОУГ. С учетом результатов проведенных исследований и анализа литературных данных отобрано два потенциальных цинксвязывающих белка сетчатки и ВВ, ассоциированных с глаукомой. С применением современных методов структурной биоинформатики, включая КМ/ММ моделирование молекулярной динамики, предсказана структура цинксвязывающих сайтов в этих белках. С помощью физико-химических (инструментальных методов) изучены параметры комплексов этих белков с ионами цинка, а также исследовано влияние связывания цинка на их коформационные свойства, стабильность и склонность к агрегации. Отдельно следует отметить, что в проекте впервые исследовалась применимость оригинального подхода к диагностике ПОУГ с помощью регистрации термодинамических сигнатур слезной жидкости пациентов методом дифференциальной сканирующей флуориметрии с автоматизированной обработкой полученных данных методами искусственного интеллекта (машинного обучения). | ||
2 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Исследование цинк-зависимых механизмов нейродегенерации сетчатки |
Результаты этапа: В рамках исследования цинкзависимых механизмов дегенерации сетчатки завершена скрининговая часть работы, связанная с анализом образцов водянистой влаги (ВВ) пациентов с первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ). Биохимический состав ВВ является отражением секретома сетчатки, т.е. набора низкомолекулярных (металлы, липиды, аминокислоты, другие метаболиты) и высокомолекулярных (белки) соединений, секретируемых нейронами этой ткани. На предыдущем этапе проекта удалось показать, что развитие ПОУГ сопровождается повышением в ВВ пациентов общего содержания ионов цинка. В 2022 году, с применением “омиксных” подходов удалось выявить набор низкомолекулярных соединений, которые обладают собственной активностью (сигнальные молекулы, антиоксиданты и пр.), а также могут образовывать комплексы с цинком, тем самым регулируя его биодоступность и патологическую активность. Аналогичные исследования проведены с использованием животных моделей глаукомы и возрастной макулярной дегенерацией (ВМД), итогом которых стала демонстрация сходных биохимических изменений и механизмов, что позволило использовать указанные модели для исследования белков, таргетируемых мобильным цинком. Впервые осуществлен биохимический поиск, а также системный анализ подобных белков на основе структурного предсказания среди протеомов ВВ и сетчатки. Получены препараты отобранных белков, способных опосредовать цитотоксические эффекты цинка, и с помощью современных инструментальных методов всесторонне охарактеризованы их цинксвязывающие свойства. Это позволило классифицировать белки по функциональной активности и отобрать те из них, которые потенциально важны в контексте механизмов глаукомы и ВМД и таргетирование которых может иметь терапевтические перспективы. | ||
3 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Исследование цинк-зависимых механизмов нейродегенерации сетчатки |
Результаты этапа: |
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".