ИБК РАН
  

Поиск

Яндекс метрика

Яндекс.Метрика

Оптимизация ресурса

Баннеры

 

Руководитель: Е.Г. Новоселова, доктор биол. наук, профессор
Основной научной проблемой, на которую направлена работа группы, является исследование молекулярных механизмов адаптации млекопитающих к воздействию внешних факторов (стрессовых и повреждающих). Объектом исследования являются иммунные клетки, а также  инбредные, гибридные и трансгенные мыши. Методы исследования: биохимические, иммуноферментные, иммуногистологические, культивирование линий клеток, создание животных моделей (стресс, сепсис, рассеянный склероз, сепсис, диабет 1 типа).   
Исследование особенностей иммунной системы мышей, побывавших в космосе.

В настоящее время человечество активно осваивает космическое пространство. Многочисленные исследования доказывают, что как длительное, так и кратковременное пребывание человека и животных в космосе вызывает существенные изменения в функционировании клеточного иммунитета. Проведенное нами исследование иммунного статуса мышей, побывавших в 30-ти дневном космическом полете по Программе БИОН-М1, показало, что в целом ответ организма на длительный космический полет не похож на классический «стрессовый ответ», который мы ранее наблюдали при действии различных факторов. Известно, что стрессовый ответ обычно сопровождается увеличением продукции про-воспалительных цитокинов, а в наших экспериментах показано, что концентрация цитокинов в крови мышей, побывавших в полете, по крайней мере, ИЛ-6 и ИФН-гамма, даже снижена. Кроме того, не было отмечено изменений активности каскада SAPK/JNK в лимфоцитах селезенки. Между тем, эта стресс-активируемая протеинкиназа обычно активируется при широком наборе стрессовых воздействий, как химической, так и физической природы. Еще один факт – стрессовые воздействия вызывают обычно очень быструю, но обратимую, инволюцию тимуса. Наши же измерения показали, что опустошение тимуса спустя 7 дней после полета выражено даже серьезнее, чем сразу после приземления космического аппарата. Более того, показана прямая корреляция между степенью опустошения тимуса и уровнем апоптоза тимоцитов. Эксперименты показали, что полет вызывал увеличение активности каскада NF-кB в лимфоцитах селезенки, но этот эффект был более значительным через 7 дней после приземления. В совокупности полученные результаты показывают, что отмеченные нарушения гомеостаза иммунных клеток могут являться результатом воздействия повреждающих факторов не очень высокой интенсивности. Во всяком случае, похожие эффекты вызывают, например, малые дозы ионизирующих излучений. Поскольку космический полет связан не только с гравитационными изменениями, но и с другими факторами, не исключено, что иммунный дисбаланс, отмеченный в работе, вызван сочетанным действием нескольких факторов. Полагаем, что в этом плане очень важны исследования отдаленных эффектов космических полетов.
Novoselova EG, Lunin SM, Khrenov MO, Parfenyuk SB, Novoselova TV, Shenkman BS, Fesenko EE. Changes in immune cell signalling, apoptosis and stress response functions in mice returned from the BION-M1 mission in space. Immunobiology. 2015 220 (4):500-509.
Модуляция иммунных ответов при диабете 1 типа

Нами были определены этапы развития сахарного диабета 1 типа на основании сравнения иммунного дисбаланса на разных стадиях развития этой патологии. Впервые было доказано, что при диабете первого типа у мышей наблюдаются две стадии развития этой патологии, характеризующиеся разной степенью иммунного дисбаланса. Так, пре-диабет вызывал уменьшение концентрации IL-4, IL-5 и IL-10 в плазме крови животных, что указывает на снижение активности Th2 и Treg популяций Т клеток, но не Th1 лимфоцитов. Пре-диабет также характеризовался усилением активности основных сигнальных путей (NF-кB, TLR4, SAPK/JNK) и систем стрессовых белков (HSP72 и HSP90). Напротив, при развитом диабете наблюдали снижение активностей Th1 и Tregs, но не Th2 лимфоцитов, о чем свидетельствовало уменьшение уровня IFN-gamma, IL-6, TNF-alpha и IL-10. Кроме того, при развитом диабете наблюдали угнетение активности ключевых сигнальных и стрессовых белков. Использование иммуномодуляторов (ингибитор активности каскада NF-кB, тимулин и диета с жирорастворимыми антиоксидантами) вызывало снижение уровня иммунного дисбаланса; при этом, что особенно важно, наблюдали снижение уровня гибели панкреатических бета клеток у диабетных мышей и уменьшение степени гипергликемии. Таким образом, были получены новые сведения об эффективности применения иммуномодуляторов для восстановления иммунного статуса при сахарном диабете.
Рисунок. Экспрессия инсулина в поджелудочной железе мышей с пре-диабетом и диабетом. Условные обозначения : иммуногистохимия А – контроль, В- предиабет, С – диабет, D –  применение тимулина, E – использование ингибитора Inhibitor XII, F – диета с антиоксидантами, G – гистохимия поджелудочной железы контрольных мышей.

Novoselova EG, Glushkova OV, Lunin SM, Khrenov MO, Novoselova TV, Parfenyuk SB, Fesenko EE. Signaling, stress response and apoptosis in pre-diabetes and diabetes: restoring immune balance in mice with alloxan-induced type 1 diabetes mellitus. Int Immunopharmacol. 2016, 31, 24-31.
Молекулярные механизмы стрессовых и провоспалительные ответов иммунных клеток

Впервые было доказано, что и воспалительные, и стрессовые ответы, независимо от природы вызывающего их сигнала, развиваются как адаптивная реакция, направленная на восстановление гомеостаза. Там не менее, были выявлены особенности неспецифических защитных ответов на низкоинтенсивное излучение и на ЛПС грамотрицательных бактерий. Во-первых, были обнаружены отличия на уровне сенсоров стресса и воспаления. Во-вторых, показаны различия на уровне активации неспецифических сигнальных путей при стрессе и воспалении и обнаружена альтернативная стимуляция сигнального каскада NF-kappaB при ответах иммунных клеток на ЭМИ СВЧ. В-третьих, эффекторным ответом иммунной клетки и организма в целом на слабое излучение являлась адаптация, усиление иммуногенности и противовирусной устойчивости, в то время как иммунный дисбаланс, соответствующий иммунодепрессии, наблюдался в течение длительного времени после контакта иммунных клеток или организма мышей с бактериальным токсином. Использование ингибиторного анализа выявило наличие компенсаторной активации альтернативной неспецифической сигнализации в условиях блокирования каждого из ключевых сигнальных путей защитного ответа иммунных клеток на ЭМИ СВЧ.

Glushkova OV, Khrenov MO, Novoselova TV, Lunin SM, Parfenyuk SB, Alekseev SI, Fesenko EE, Novoselova EG. The role of the NF-κB, SAPK/JNK, and TLR4 signalling pathways in the responses of RAW 264.7 cells to extremely low-intensity microwaves. Int J Radiat Biol. 2015;91(4):321-8.
Рассеянный склероз: молекулярные механизмы протекания аутоиммунного процесса и поиск регуляторов

Аутоиммунные ответы против антигенов из центральной нервной системы могут приводить к ряду заболеваний, наиболее распространенным из которых является рассеянный склероз. У пациентов с этим заболеванием аутоагрессивные клоны Т-клеток проникают в головной и спинной мозг, вызывая димиелинизацию, приводящую к парестезии, парезам, нейритам и атаксии. С использованием модели рассеянного склероза, не сопровождающегося летальностью, впервые показано, что аутоиммунное воспаление характеризуется двухфазной активацией разных популяций Т-хелперов (Th1 и Th17). На этой модели тимулин более эффективно, чем тимопентин, корректировал ответ клеток Th17, ассоциированных с аутоиммунным воспалением, и его влияние было более пролонгированным. С другой стороны, тимопентин снижал “типичный” провоспалительный ответ, связанный с популяцией клеток Th1.

Рисунок. Оценка тяжести заболевания по стандартной шкале у мышей с рассеянным склерозом в динамике развития патологии. Группы животных: нелеченные мыши (ЭАЭ); получавшие тимулин (ЭАЭ+тм); получавшие ингибитор IKK Inhibitor XII (ЭАЭ+инг); и получавшие тимулин в сочетании с ингибитором (ЭАЭ+тм+инг).
С использованием модели рассеянного склероза с более серьезной симптоматикой и высокой летальностью подтвержден двухфазный характер цитокинового ответа. Впервые установлено, что использование тимулина и ингибитора каскада NF-кB (IKK Inhibitor XII) снижало ранний провоспалительный ответ и улучшало состояние животных. Сходство эффектов тимулина и ингибитора, а также отсутствие аддитивности эффектов указывает на общий механизм их действия через подавление активности каскада NF-кB.
Lunin SM, Khrenov MO, Novoselova TV, Parfenyuk SB, Glushkova OV, Fesenko EE, Novoselova EG. Modulation of inflammatory response in mice with severe autoimmune disease by thymic peptide thymulin and an inhibitor of NF-kappaB signalling. Int Immunopharmacol. 2015 25(2):260-6. doi: 10.1016/j.intimp.2015.01.021.
Исследование возможности регуляции провоспалительных ответов при остром воспалении

Воспаление, вызванное грамотрицательными бактериями, наиболее часто встречается в клинической практике и может приводить к серьезным осложнениям, вплоть до развития сепсиса. Исследование иммунных клеток мышей с острым воспалением выявило существенную активацию внутриклеточной сигнализации врожденного иммунитета на рецепторном уровне, на уровне активации ключевых киназ – IKK и JNK, на уровне фосфорилирования транскрипционного фактора NF-kB и на уровне усиления продукции защитных белков – индуцибельных белков теплового шока. Это приводило к усилению продукции провоспалительных цитокинов и оксида азота иммунными клетками мышей и увеличению их содержания в сыворотке крови.
 
Коллективом было показано, что как иммуномодуляторы широкого спектра действия (диета, обогащенная комплексом витаминов-антиоксидантов, тимулин), так и специфические ингибиторы ключевых участников сигнального пути TLR4 – антитела к TLR4, ингибитор IKK, гелданамицин – обладают существенным противовоспалительным потенциалом при остром воспалении у мышей. Впервые показано, что в условиях острого воспаления наиболее эффективными регуляторами провоспалительного ответа являются агенты, оказывающие ингибирующее действие не только на NF-kB-, но и на JNK-сигнализацию. Совместное применение диеты, обогащенной комплексом витаминов-антиоксидантов и ингибитора сигнального пути NF-kB (Inhibitor IKK XII) оказывает наиболее сильное противовоспалительное действие при остром воспалении, вызванном грамотрицательными бактериями у мышей.
Novoselova EG, Khrenov MO, Glushkova OV, Lunin SM, Parfenyuk SB, Novoselova TV, Fesenko EE. Anti-inflammatory effects of IKK inhibitor XII, thymulin, and fat-soluble antioxidants in LPS-treated mice. Mediators Inflamm. 2014, Article ID 724838. doi: 10.1155/2014/724838.
Список публикаций c  2010 г.
1. E.G. Novoselova, O.V. Glushkova, S.M. Lunin, M.O. Khrenov, T.V. Novoselova, S.B. Parfenyuk, E.E. Fesenko. Signaling, stress response and apoptosis in pre-diabetes and diabetes: Restoring immune balance in mice with alloxan-induced type 1 diabetes mellitus. International Immunopharmacology. 2016, 31, 24-31.
2. Novoselova E.G., Glushkova O.V.,  Lunin S.M., Khrenov M.O., Novoselova T.V.,  Parfenyuk S.B., Fesenko E.E.  Signaling, stress response and apoptosis in pre-diabetes and diabetes: Restoring immune balance in mice with alloxan-induced type 1 diabetes mellitus. International Immunopharmacology, 2016, V. 31, P. 24-31.
3. Глушкова О.В., Хренов М.О. , Виноградова Е.В., Лунин С.М., Фесенко Е.Е.,  Новоселова Е.Г. Роль протеинкиназы р38 в ответах мышей на низкоинтенсивное электромагнитное излучение сантиметрового диапазона. Биофизика, 2016, Т. 61(4), С. 799-807.
4. E.G. Novoselova, S.M. Lunin, M.O. Khrenov, S.B. Parfenyuk, T.V. Novoselova, B.S. Shenkman, E.E. Fesenko. Changes in immune cell signalling, apoptosis and stress response functions in mice returned from the BION-M1 mission in space. Immunobiology, 2015, 220, 500-509.
5. Glushkova OV, Khrenov MO, Novoselova TV, Lunin SM, Parfenyuk SB, Alekseev SI, Fesenko EE, Novoselova EG. The role of the NF-κB, SAPK/JNK, and TLR4 signalling pathways in the responses of RAW 264.7 cells to extremely low-intensity microwaves. International Journal of Radiation Biology. 2015. 91(4):321-328.
6. Lunin S.M., Khrenov M.O., Novoselova T.V., Parfenyuk S.B., Glushkova O.V., Fesenko E.E., Novoselova E.G.  Modulation of inflammatory response in mice with severe autoimmune disease by thymic peptide thymulin and inhibitor of NF-kappaB signaling. International Immunopharmacology, 2015, 25, 260-266
7. Глушкова О.В., Хренов М.О., Новоселова Т.В., Лунин С.М., Фесенко Е.Е., Новоселова Е.Г.  Роль протеинкиназы СК2 в стрессовом ответе макрофагов RAW 264.7. Доклады Академии наук, 2015, 464, № 4, 15-17.
8. E.G. Novoselova, M.O. Khrenov, O.V. Glushkova, S.M. Lunin, S.B. Parfenyuk, T.V. Novoselova, E.E. Fesenko. Anti-inflammatory effects of IKK Inhibitor XII, thymulin, and fat-soluble antioxidants in LPS-treated mice. Mediators of Inflammation, 2014, Article ID 724838. doi: 10.1155/2014/724838.
9. M.S. Kondratyev, S.M. Lunin, A.V. Kabanov, A.A. Samchenko, V.M. Komarov, E.E. Fesenko, E.G. Novoselova. Structural and dynamic properties of thymopoietin mimetics. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 2014, 32 (11), 1793-1801.
10. Новоселова Е.Г., Хренов М.О., Парфенюк С.Б., Новоселова Т.В., Лунин С.М., Фесенко Е.Е. Роль сигнальных каскадов NF-κB, IRF3 и SAPK/JNK в иммунных клетках животных при развитии сахарного диабета 1 типа. Доклады Академии наук, 2014, том 457, № 3, с. 360–362.
11. Новоселова Т.В., Глушкова О.В., Парфенюк С.Б., Хренов М.О., Лунин С.М., Смолихина Т.И., Фесенко Е.Е., Новоселова Е.Г. Влияние in vitro и in vivo ряда ингибиторов сигнальных каскадов на продукцию цитокинов и сигнальных белков в макрофагах RAW 264.7 и в лимфоцитах мышей. Биофизика, 2014, том 59, вып. 1, c. 112–117.
12. O.V. Glushkova, S.B. Parfenyuk, M.O. Khrenov, T.V. Novoselova, S.M. Lunin, E.E. Fesenko, and E.G. Novoselova. Inhibitors of TLR-4, NF-B, and SAPK/JNK signaling reduce the toxic effect of lipopolysaccharide on RAW 264.7 cells.  Journal of Immunotoxicology, 2013, 10(2), 133-140.
13. Lunin S.M., Glushkova O.V., Khrenov M.O., Novoselova T.V., Parfenyuk S.B., Fesenko E.E., Novoselova E.G. Thymic peptides restrain the inflammatory response in mice with experimental autoimmune encephalomyelitis. Immunobiology, 2013, 218, 3, 402-407.
14. Парфенюк С.Б., Глушкова О.В., Хренов М.О., Новоселова Т.В., Лунин С.М., Фесенко Е.Е., Новоселова Е.Г. Диета с липорастворимыми антиоксидантами защищает иммунные клетки мышей от токсического действия атмосферных примесей аммиака. Доклады Академии наук, 2013, 449, № 6, 722-724.
15. Новоселова Е.Г., Парфенюк С.Б., Глушкова О.В., Хренов М.О., Новоселова Т.В., Лунин С.М., Фесенко Е.Е.  Влияние некоторых ингибиторов внутриклеточной сигнализации на продукцию цитокинов и сигнальных белков в клетках RAW 264.7 в присутствии низкой концентрации аммиака. Биофизика, 2012, 57, вып. 3, 437–445.
16. Lunin SM, Glushkova OV, Khrenov MO, Parfenyuk SB, Novoselova TV, Fesenko EE, Novoselova EG. Thymus peptides regulate activity of RAW 264.7 macrophage cells: Inhibitory analysis and a role of signal cascades. Expert Opinion On Therapeutic Targets, 2011, 15 (12), 1337-1346.
17. S.M. Lunin, E.G. Novoselova. Thymus hormones as prospective anti-inflammatory agents. Expert Opinion on Therapeutic Targets, Review, 2010, 14, № 8, 775-786.
18. А.В.Куликов, Л.В. Архипова, Г.Н. Смирнова, Е.Г. Новоселова, Н.А. Шпурова, Н.В. Шишова, Г.Т. Сухих. Замедление темпа необратимой возрастной атрофии вилочковой железы с помощью атопической аутотрансплантации длительно криоконсервированной ее ткани. Успехи геронтологии, 2010, Т. 23, № 1, 76-80.
19. Д.А. Черенков, О.С. Корнеева, Е.П. Анохина, Е.Г. Новоселова, А.С. Глущенко, А.А. Слепокуров, И.В. Черемушкина. β-маннаназы различного происхождения: получение, характеристика и перспективы практического применения. Успехи современной биологии, 2010, Т. 130, № 2, 190-199.
20. О.В. Глушкова, Т.В. Новоселова, М.О. Хренов, С.Б. Парфенюк, Л.М. Лунин, Е.Е. Фесенко, Е.Г. Новоселова. Роль белка теплового шока HSP 90 в формировании защитных ответов при остром токсическом стрессе у мышей. Биохимия, 2010, Т. 75, Вып. 6, 702-707.
21. Парфенюк С.Б., Хренов М.О., Новоселова Т.В., Глушкова О.В., Лунин С.М., Фесенко Е.Е.,  Новоселова Е.Г. Стрессовые эффекты химических токсинов в низких концентрациях. Биофизика, 2010, 55, вып. 2, 375-382.
4. Состав коллектива
1.Новоселова Е.Г., главный научный сотрудник,  доктор биол. наук, профессор
2.Глушкова О.В., ведущий научный сотрудник, доктор биол. наук
3.Лунин С.М., ведущий научный сотрудник, доктор биол. наук
4.Хренов М.О., научный сотрудник, кандидат биол. наук
5.Новоселова Т.В., научный сотрудник, кандидат биол. наук
6.Парфенюк С.Б., научный сотрудник, кандидат биол. наук
7.Виноградова Е.В., магистрант
8.Правикова Т.В., старший лаборант
9.Ярошенко Л.А., старший лаборант
5. Перспективы исследований
В ближайшей перспективе планируются исследования по разработке новых подходов для коррекции патологий, связанных с иммунным дисбалансом (сепсис, рассеянный склероз, диабет 1 типа и др). Ожидается, что разработка препаратов на основе наночастиц, содержащих тимусные пептиды, блокаторы сигнальных каскадов и апоптоза, а также их комбинаций, позволит получить новые эффективные лекарства  для стимуляции иммунной системы, как средства для восстановления иммунного статуса животных с системными воспалениями. Это новое направление может быть предложено в качестве нескольких тем для работы 2-х магистрантов и 2-х аспирантов.
6. Контакты
Новоселова Е.Г. – Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Глушкова О.В. – Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Лунин С.М. – Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

novoselova

 

Группа «Адаптация ЦНС» в составе лаборатории механизмов рецепции ИБК РАН.

 

 

 

Предмет, объект и методы исследования.

 

Главный предмет исследований - расшифровка механизмов генерации и функциональной роли биопотенциалов мозга (электроэнцефалограммы – ЭЭГ) человека. С помощью оригинальной модификации динамического анализа тонкой спектральной структуры ЭЭГ впервые продемонстрирована резонансная природа ЭЭГ реакций человека на ритмическую фотостимуляцию (Рис. 1). Установлено, что выявляемые ЭЭГ осцилляторы индивидуально специфичны и стабильны, а их активация может сопровождаться выраженными сдвигами функционального состояния. Эти и другие экспериментальные данные позволили сформулировать оригинальные концепции о закономерностях проявления резонансных и адаптационных реакций мозга на ритмические сенсорные воздействия [1], а также о роли нелинейных процессов в межсистемных взаимодействиях [2].

 

 

 

 

Рис. 1. При плавном увеличении частоты фотостимуляции от 1 до 20 Гц выявляются отдельные узкочастотные участки индивидуального спектра ЭЭГ (ЭЭГ осцилляторы), резонансно активирующиеся у данного субъекта при совпадении частоты стимуляции или ее гармоник с их собственной частотой.

Рис. 2. Два контура обратной связи от ЭЭГ осцилляторов пациента. В первом контуре (сплошные линии) на основе одного ЭЭГ осциллятора генерируются звуковые или музыкальные сигналы обратной связи, подаваемые пациенту через наушники. Во втором контуре (пунктирные линии) параметры ритмической стимуляции автоматически настраиваются на частоту другого доминирующего у пациента ЭЭГ осциллятора с целью его резонансной активации.

 

Результаты.

 

Разработана оригинальная технология нейробиоуправления с двойной обратной связью от ЭЭГ осцилляторов индивида (Рис. 2). К настоящему времени данная технология экспериментально протестирована при подавлении стресс-индуцированных расстройств [3, 4], устранении рисков надежности специалистов высокотехнологичных профессий [5] и при коррекции психогенных функциональных расстройств музыкальными воздействиями, управляемыми ЭЭГ осцилляторами пациента [6-9]. Кроме того, разработана и проходит апробацию методология эффективного применения вариантов данной технологии для активизации познавательной деятельности и процессов обучения у человека [10], регуляции сна [11] и лечения синдрома дефицита внимания с гиперактивностью [12].

 

Публикации.

 

  1. Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Семёнов В.С. Нелекарственная коррекция функциональных расстройств у человека. Принцип двойной обратной связи от ЭЭГ осцилляторов пациента. – Saarbrucken: LAP Lamberts Academic Publishing, 2010. – 79 с.

  2. Бондарь А.Т., Федотчев А.И., Шубина Л.В. Нелинейные взаимодействия ритмов в центральной нервной системе. Статья в сборнике материалов 3-й Всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях». Нижний Новгород: изд. ИПФ РАН, 2013, с. 16-19.

  3. Fedotchev A.I. On efficiency of biomanagement with negative feedback from patient's EEG in correction of functional disorders, caused by stress // Human Physiology. 2010 Jan-Feb;36(1):100-5.

  4. Федотчев А.И., О Сан Чжун, Семикин Г.И. Сочетание технологии ЭЭГ биоуправления с музыкальной терапией для эффективной коррекции стресс-вызванных расстройств // Современные технологии в медицине. 2014. Т. 6. № 3. С. 60-63.

  5. Федотчев А.И., О Сан Чжун, Матрусов С.Г. Устранение профессиональных функциональных расстройств через использование прямых и обратных связей в системе «человек-машина» // Медицинская физика. 2015. № 3. С. 68-73.

  6. Федотчев А.И. Возможности коррекции психофизиологического состояния человека с помощью музыкальных воздействий, управляемых биопотенциалами мозга пациента // Психическое здоровье. 2013. Т. 11. № 3. С. 51-55.

  7. Федотчев А.И., Радченко Г.С. Музыкальная терапия и музыка мозга: состояние, проблемы и перспективы исследований // Успехи физиол.наук. 2013. Т. 44. № 4. С. 34-48.

  8. Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С.. Эффекты музыкально-акустических воздействий, управляемых ЭЭГ осцилляторами субъекта // Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова. 2015. Т. 101. № 8. С. 970-977.

  9. Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С.. Музыкально-акустические воздействия, управляемые биопотенциалами мозга, в коррекции неблагоприятных функциональных состояний // Успехи физиологических наук. 2016. Т. 47. № 1. С. 67-79.

  10. Земляная А.А., Федотчева Т.А., Федотчев А.И. Современные подходы к активизации познавательной деятельности человека // Успехи физиол.наук. 2010. Т. 41. № 4. С. 45-62.

  11. Fedotchev A.I. Modern non-drug methods of human sleep regulation // Human Physiology. 2011. V. 37. N 1. P. 113-120.

  12. О Сан Чжун, Семикин Г.И., Федотчев А.И. Использование прямых и обратных связей в системе человек-машина при устранении рисков функциональной надежности специалиста // Живая психология. 2015, Т. 2(4),. С. 292-300. (опубликована 30.12.2015).

  13. Федотчев А.И., Земляная А.А., Полевая С.А., Савчук Л.В. Синдром дефицита внимания с гиперактивностью и современные возможности его лечения методом нейробиоуправления. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С.Корсакова,. 2016,. Т. 116(5), С. 98-101. Doi: 10.17116/jnevro20161165198-101.

  14. Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Семёнов В.С. Эффективность фотостимуляции, автоматически формируемой на основе ЭЭГ субъекта, снижается при отставлении обратной связи. Физиология человека, 2016, Т. 42(4), С. 38-42. DOI: 10.1134/S0362119716030087.

  15. Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Григорьева В.Н., Катаев А.А., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С. Трансформация ЭЭГ осцилляторов пациента в музыкоподобные сигналы при коррекции стресс-индуцированных функциональных состояний. Современные технологии в медицине, 2016, Т. 8(1), С. 93-98. Doi: 10.17691/stm2016.8.2.01.

  16. Федотчев А.И., Бондарь А.Т., Бахчина А.В., Парин С.Б., Полевая С.А., Радченко Г.С.. Музыкально-акустические воздействия, управляемые биопотенциалами мозга, в коррекции неблагоприятных функциональных состояний. Успехи физиологических наук. 2016, Т. 47(1), С. 67-79

 

Состав коллектива.

 

- Федотчев Александр Иванович, д.б.н., в.н.с., рук. группы; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

- Бондарь Александр Тимофеевич, к.б.н., с.н.с.; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

- Журавлев Геннадий Иванович, к.б.н., с.н.с.; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

- Шавырев Евгений Алексеевич, ст. инж.;

 

- Радченко Григорий Сергеевич, аспирант Нижегородского госуниверситета; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

- О Сан Чжун, аспирант МГТУ им. Н.Э.Баумана; Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Перспективные исследовательские темы:

 

  • Системообразующие ритмические процессы организма (ритмы ЭЭГ, ритм дыхания и ритм сердцебиений) в регуляции функционального состояния человека методом биоуправления с обратной связью.

  • Роль параметров сенсорной стимуляции, управляемой ЭЭГ осцилляторами субъекта, в эффективности воздействий.

  • Биопотенциалы мозга, сердца и дыхательной системы в мониторинге и коррекции состояний человека.

 

МЕДИАТОРНАЯ РОЛЬ ЦИКЛИЧЕСКОГО ГУАНОЗИНМОНОФОСФАТА В ВОЗБУЖДЕНИИ ФОТОРЕЦЕПТОРА КЛЕТКИ

     Электрический ответ фоторецепторной клетки на свет является следствием снижения проницаемости плазматической мембраны для ионов Na+. Этот процесс протекает при участии медиатора, играющего ключевую роль в передаче сигнала с мембраны диска фоторецептора, содержащей родопсин, на плазматическую мембрану. Проблема природы медиатора долгие годы оставалась одной из главных проблем фоторецепции. Существовали две гипотезы относительно природы медиатора. Первая из них постулировала медиаторную роль ионов Ca2+, вторая - циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ). Выбор между этими возможностями на основе экспериментов на целой клетке сделать было нельзя, т.к. и ионы Ca2+ и циклические нуклеотиды входят в систему взаимосвязанных внутриклеточных медиаторов, так что изменение концентрации одного из них влечет за собой изменение концентрации второго. Не исключено было также, что медиатором является некое третье вещество. В первых работах Института [1-3] в экспериментах на модельных системах было установлено, что ионы Ca2+ по ряду причин не могут служить медиатором в ответе фоторецептора на свет. Эти работы не привлекли большого внимания, т.к. большинство исследователей было уверено, что именно ионы Ca2+ являются медиатором. Оставалось получить доказательства того, что медиатором является цГМФ или иное вещество. Эта задача была решена с помощью изучения проводимости небольшого фрагмента плазматической мембраны, вырванного из состава целой клетки и доступного со стороны цитоплазмы (метод пэтч-кламп). Эти прямые эксперименты показали, что цГМФ способен эффективно регулировать проводимость мембраны, а ионы Ca2+ такой способностью не обладают. Регуляция проводимости мембраны,- и это было неожиданным,- осуществлялась цГМФ без участия процессов фосфорилирования, что по-видимому существенно для реализации быстрой реакции на свет. Эти эксперименты однозначно решили проблему медиатора и определили конечное звено в цепи трансдукции сигнала в фоторецепторной клетке - цГМФ - зависимые катионные каналы. Было установлено, что эти каналы имеют необычно малую удельную проводимость - порядка 0.1 пСм, что на два порядка меньше, чем проводимость других ионных каналов. При такой высокой концентрации цГМФ, который открывает каналы, плазматическая мембрана имеет высокую проницаемость для ионов Na+. Квант света запускает каскад ферментативных реакций, которые снижают концентрацию цГМФ, что приводит к переходу части каналов в закрытое состояние и, как следствие, уменьшению проницаемости для ионов Na+ и генерации электрического сигнала (гиперполяризации).

РОД - родопсин, ТД - трансдуцин, ФД - фосфодиэстераза.

1. Fesenko E.E. and Lubarsky A.L. (1977) Effect of light on artificial lipid membranes modified by photoreceptor membrane fragments. Nature 268, 562-563.
2. А.Г.Гаспарян, Н.Я.Орлов, Е.Е.Фесенко. (1980) Быстрые фотоиндуцированные изменения светорассеяния препаратов фоторецепторных мембран позвоночных. Изучение суспензии наружных сегментов палочек сетчатки. Биофизика 25, 87-92.
3. С.А.Куркин, Е.Е.Фесенко. (1982) Действие циклических нуклеотидов на проводимость цитоплазматической мембраны наружного сегмента палочки сетчатки. Докл. АН СССР 262, 1269-1272.
4. Fesenko E.E., Kolesnikov S.S. and Lubarsky A.L. (1985) Induction by cGMF of cationic conductance in plasma membrane of retinal rod outer segment. Nature, 313, 310-313.
5. Fesenko E.E., Kolesnikov S.S., Lubarsky A.L. (1986) Direct action of cGMF on the conductance of retinal rod plasma membrane. Biochem. Biophys. Acta 856, 661-671.
6. G.B.Krapivincky, G.N.Filatov, E.A.Filatova, A.L.Lubarsky and E.E.Fesenko (1989). Regulation of cGMF- dependent conductance in cytoplasmic membrane of rod outer segments by transducin. FEBS Lett. 247, 435-437.

 

КОМПОНЕНТЫ ОБОНЯТЕЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ, СВЯЗЫВАЮЩИЕ ПАХУЧИЕ ВЕЩЕСТВА

     Установлено, что обонятельный эпителий позвоночных содержит семейство специфических мембранных гликопротеидов с молекулярными массами 88 кДа у млекопитающих (gp 88) и 98 кДа у рыб (gp 98), которые эффективно связывают молекулы пахучего вещества [1,2]. После связывания пахучего вещества с данными белками с последними связываются ГТФ-связывающий белок (55 кДа для млекопитающих и 56 кДа для рыб), при этом его ГТФ-азная активность существенно увеличивается [3]. Приведенные данные свидетельствуют об участии указанных гликопротеидов в первичных процессах восприятия пахучих веществ, возможно, в качестве рецепторных элементов обонятельного анализатора.

 

1. Новоселов В.И., Быстрова М.Ф., Фесенко Е.Е. (1987) Свойства рецепторных элементов из обонятельного эпителия крысы. Сенсорные системы, 1, 1-13.
2. Novoselov V.I., Krapivinskaya L.D., Fesenko E.E. (1988) Amino acid binding glycoproteins from the olfactory epithelium of skate Dasyatis pastinaca. Chemical senses, 13, 267-278.
3. Novoselov V.I., Krapivinskaya L.D., Krapivinsky G.B., Fesenko E.E. (1988) GTR-binding protein associated with amino acid binding proteins from olfactory epithelium of skate, Dasyatis pastinaca. FEBS Lett., 234, 471-474.

 

НОВЫЙ 28-кДа БЕЛОК-АНТИОКСИДАНТ

     Идентифицирован 28-кДа белок-протектор, новый представитель недавно обнаруженного семейства "тиол-специфических антиоксидантов" [1,2]. Белок секретируется в слизь, покрывающую эпителий верхних дыхательных путей млекопитающих. Высокая концентрация этого белка в эпителиальных тканях, непосредственно контактирующих с атмосферой, указывает на его большую физиологическую значимость в защите клеток от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Основной функцией 28-кДа белка-протектора является разрушение органических и неорганических перекисей, образующихся под воздействием кислорода и других активных компонентов атмосферы Земли. К настоящему времени методами молекулярной биологии показано, что семейство "тиол-специфических антиоксидантов" отличается высокой консервативностью и его представители присутствуют практически во всех живых организмах от бактерий и растений до человека.

28-кДа белок-протектор разрушает перекиси и образующиеся в результате их распада свободные радикалы за счет цикла окисления - восстановления цистеина, входящего в состав 28-кДа белка.

1. Пешенко И.В., Новоселов В.И., Евдокимов В.А., Попов В.И., Николаев Ю.В., Шуваева Т.М., Липкин В.М., Фесенко Е.Е. (1996) Выделение и биохимический анализ нового секреторного 28-кДа белка из обонятельного эпителия крысы. Сенсорные системы. 10, 97-109.
2. Peshenko I.V., Novoselov V.I., Evdokimov V.A., Nikolaev Yu.V., Shuvaeva T.M., Lipkin V.M., Fesenko Е.Е. (1996) Novel 28-kDa secretory protein from rat olfactory epithelium. FEBS Lett. 381,14-19.

 

НОВЫЕ ДАННЫЕ ОБ УЧАСТИИ ОБРАТИМЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ДЕНДРИТНЫХ ШИПИКОВ В СИМПАТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕ И ФОРМИРОВАНИИ ПАМЯТИ В МОЗГЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

     В основе механизмов симпатической передачи, формирования кратковременной и долговременной памятей в ЦНС лежит, в частности, работа дендритных шипиков, представляющих субмикронных размеров выпячивания дендритов. Однако вот уже почти в течение века их функция и механизм работы остается загадкой. Для решения этой проблемы в ИБК РАН нами была предложена уникальная естественная биологическая модель - мозг суслика в процессе зимней спячки, когда высокий уровень электрической активности мозга в состоянии нормотермии сменяется практически полной блокадой синаптической передачи при входе в холодовое оцепенение [1-2]. Это состояние характеризуется резким уменьшением в цитоплазме нейронов числа свободных и мембран-связанных полирибосом, редукцией эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи, тогда как уже через 2 ч после спровоцированного пробуждения все эти органеллы практически восстанавливаются до уровня в состоянии нормотермии. Такое восстановление сопровождается переходом ядрышек из неактивного состояния в состояние усиленного синтеза рибосом и их транспортом в цитоплазму и дендроплазму и соответственно включением белкового и липидного синтеза [1-4]. Используя иммуногистохимические методы световой и электронной

Показано три участка дендритов пирамидных нейронов из СА1 поля гиппокампа сусликов, находящихся в состоянии нормотермии (А), через 2 часа после спровоцированного пробуждения (В) и в состоянии холодового оцепенения (С). По сравнению с "активным" состоянием в состоянии холодового оцепенения видны, главным образом, “грибовидные” шипики и “стволовые” синапсы, то есть, синаптические контакты пресинаптических терминалей непосредственно на самих дендритах. Для реконструкции каждого из этих сегментов потребовалось по 75-100 серийных ультратонких срезов*(5).

микроскопии, в таких нейронах можно проследить последовательность включения как ранних генов, так и их продуктов, например, синаптических белков и липидов обеспечивающих синаптическую передачу и другие аспекты работы ЦНС. Нами [5] методом ультратонких серийных срезов был проведен количественный стереологический анализ категорий синапсов и дендритных шипиков, включая 3-D реконструкцию дендритов*, на примере пирамидных нейронов гиппокампа гибернирующих сусликов в трех функциональных состояниях: (1) холодовое оцепенение (tмозга 2-4°С); (2) нормотермия ((tмозга 37°С); (3) 2 ч искусственное пробуждение из состояния холодового оцепенения (tмозга >28°С). На примере СА1 пирамидных нейронов гиппокампа установлено, что состояние холодового оцепенения сопровождается ретракцией "тонких" (thin) дендритных шипиков за счет увеличения числа "коротких” (stubby) шипиков и "стволовых" (shaft) синапсов. Существенно, что плотность синапсов на 100 mm3 остается неизменной (около 145). То есть, основные изменения связаны с обратимой ретракцией “тонких" дендритных шипиков. Установлено, что доля “грибовидных” (mushroom) шипиков, так и локализованных именно в них перфорированных (perforated) постсинаптических уплотнений не зависит от функционального состояния и составляет 13-15% от всех синапсов. Показано, что относительный размер как "сплошных"(macular), так и "перфорированных" постсинаптических уплотнений не зависит от функционального состояния мозга. Установлено, что пластические изменения в нейронах ЦНС прямо коррелируют с рибосомальным синтезом. Полученные результаты впервые показывают, что наиболее лабильными являются "тонкие" шипики, тогда как число “грибовидных" шипиков не изменяется. Эти результаты позволяют предположить участие "тонких" шипиков в процессе формирования кратковременной памяти, тогда как "грибовидные" шипики ответственные за долговременную память. Кроме того, наши данные согласуются с гипотезой о нейропротекторной функции дендритных шипиков, заключающейся в том, что высокие концентрации кальция, необходимые для передачи нервного импульса с одного нейрона на другой и токсичные для клетки, специально связаны с аккумуляцией в "тонких" и "коротких" шипиках и их ростом из неактивных "стволовых" синапсов. Неизменность же "грибовидных" шипиков обеспечивается локализованным в них специальным шипиковым аппаратом состоящим из системы анастомозирующих цистерн и везикул гладкого ретикума, участвующим в регуляции концентрации ионов кальция в таких шипиках. Данная работа выполнена на базе Image Graphics Laboratory of Harvard Medical School, Boston, USA совместно с Drs. Kristen Harris and John Fiala.

1. Popov V.I., Bocharova L.S., Bragin A.G. (1992) Repeated changes of dendritic morphology in the hyppocampus of ground squirrels in the course of hibernation. Neuroscience 48, 45-51.
2. Popov V.I., Bocharova L.S. (1992) Hibernation-induced structural changes in synaptic contacts between mossy fibres and hippocampal pyramidal neurons. Neuroscience 48, 53-62.
3. Bocharova L.S., Gordon R.Ya., Popov V.I.( 1992) RNA metabolism in the brain of hibernators. II. Rapid changes in the neuronal ribosomal RNA content. In: Mechanisms of Natural Hypometabolic States (eds. Kolaeva S., Popova N., Solomon N., Wang L.), Pushchino, p.125-132.
4. Коломийцева И.К., Потехина Н.И., Жарикова А.Д., Попов В.И., Кузин А.М. Сезонные изменения фосфолипидов в мембранах синапсом головного мозга суслика. ДАН. 1997. Т. 352(3). С. 413-415.
5. Popov V.I. Fiala J.C., Harris K.M. (1997) Retraction and recovery of thin dendritic spines in the hyppocampus of siberian ground squirrels during hibernatuion and arosal. In preparation.

 

РЕЗОНАНСНЫЙ ЭЭГ ПОРТРЕТ ЧЕЛОВЕКА

     Разработан метод выявления эндогенных ЭЭГ осцилляторов мозга, характерных для данного индивида и отражающих резонансные свойства его ЦНС [1]. Метод основан на динамическом анализе тонкой спектральной структуры ЭЭГ при ритмической стимуляции, частота которой плавно изменяется в диапазоне основных ритмов электрической активности мозга (рис.). Установлено, что при линейном изменении частоты импульсов резонансные ЭЭГ реакции носят нелинейный характер. На резонансных кривых, отражающих амплитуду отдельных ритмических составляющих ЭЭГ при стимуляции на их частоте, отмечается наличие нескольких пиков, количество и частотные параметры которых индивидуальны и стабильны у разных испытуемых. Показано, что характеристики выявляемого резонансного ЭЭГ портрета могут быть успешно использованы в качестве параметра модуляции внешних воздействий эндогенными ритмами организма и в процедурах адаптивного биоуправления функциями с обратной связью от ЭЭГ [2,3]. Разработанный подход представляется эффективным рабочим инструментом в исследованиях резонансных явлений как усилительных механизмов ЦНС, обеспечивающих наличие выраженных биологических эффектов при низкоинтенсивных воздействиях физических факторов.

При ритмической стимуляции с плавно изменяющейся частотой выявляются дискретные участки индивидуального спектра ЭЭГ, резонансно активирующиеся у данного субъекта при совпадении частоты стимуляции или ее гармоник с их собственной частотой.

1. Федотчев А.И., Бондарь А.Т. (1990) ЭЭГ реакции человека на прерывистые световые воздействия разной частоты. Успехи физиол. наук. 21, 97-109.
2. Федотчев А.И. (1996) Эндогенные ритмы организма как фактор модуляции параметров стимуляции. Биофизика. 41, 718-722.
3. Федотчев А.И. (1997) Анализ резонансных ЭЭГ реакций для повышения эффективности сенсорных воздействий. Физиология человека. 23, 1-7.