1.    Введение

Контроль позы и равновесия тела обеспечивается спинальными рефлекторными механизмами, активируемыми и модулируемыми супраспинальными нисходящими сигналами [1,2]. Дофамин (ДА) является одним из важнейших нейромодуляторов распределения мышечного тонуса, конфигурации позы тела и координации мульти-мышечной активности во время движений [3,4]. ДА тесно связан с формированием мотивационного поведения и осуществлением интегративного контроля движениями [5]. Ослабление дофаминергической нейротрансмиссии приводит к снижению двигательной активности и скорости двигательных реакций, ригидности и постуральной дестабилизации, характерной для болезни Паркинсона (БП, паркинсонизма) и дистонии [6,7]. Наиболее часто используемые модели дефицита дофамина на лабораторных животных основаны на необратимом поражении дофаминергических нейронов нигростриарного пути нейротоксинами: l-метил-4-фенил,2,3,6-тетрагидропиридином (МФТП) и 6-гидроксидофамином (6-OHDA), что вносит ограничения при использовании данного подхода [8] и требует разработки новых моделей. 

Основным регулятором внутри- и внеклеточного уровня ДА является дофаминовый транспортер (ДАТ/DAT), обеспечивающий его захват обратно в пресинаптическую терминаль [9,10]. Показано, что у крыс нокаут DAT (DAT-KO) приводит к восьмикратному увеличению базального внеклеточного уровня ДА [11]. Однако, ранее было показано [12], что ингибирование тирозингидроксилазы (ТГ) α-метилпаратирозином (АМПТ) приводит к блокированию синтеза катехоламинов и снижению уровня тканевого ДА у мышей линии DAT-KO до 0,2% от нормального уровня. Подобное дофаминовое истощение приводит к проявлениям, характерным для БП, включая выраженную акинезию, ригидность, тремор и птоз [12]. В нашем предыдущем исследовании АМПТ вызывал аналогичные эффекты у крыс DAT-KO [13,14]. 

Данное исследование описывает акинетический фенотип и дофамин-зависимые изменения стабильности позы у крыс DAT-KO и дикого типа (ДТ) после лечения AМПT на основе электромиографического (ЭМГ) анализа кинематики и активности в положении стоя перед и после бокового горизонтального смещения опорной платформы [15]. 

2. Материалы и методы

2.1 Экспериментальные животные

Все процедуры проводились в соответствии с Директивой 2010/63/ЕС от 22 сентября 2010 г. (Directive 2010/63/EU of 22 September 2010), а протоколы экспериментов на лабораторных животных были одобрены этическим комитетом Санкт-Петербургского государственного университета (г. Санкт-Петербург, Россия, регистрационный номер - 131-03-6). В экспериментах использовали самцов крыс дикого типа (ДТ, n = 4) и линии DAT-KO (n = 4) в возрасте 3–5 месяцев. Нокаут дофаминового транспортера у крыс был осуществлён в лабораториях «SAGE® Labs» с использованием технологии цинк-пальцевых нуклеаз (ZFNs) [16,17]. Разведение и генотипирование крыс DAT-KO и ДТ было проведено согласно ранее использованному протоколу [9]. Интактные крысы содержались в домашних клетках в группах по 3-5 животных, и были распределены индивидуально после проведения хирургических манипуляций. Содержание животных в виварии соответствовало стандартным лабораторным условиям, включая 12-часовой цикл освещения, температуру помещения 21 ± 1 °C и влажность 40–70%, со свободным доступом к корму и питьевой воде. Все эксперименты проводились во время светлой половины суток. 

2.2. Хирургические манипуляции

Для регистрации ответов ЭМГ проводилась имплантация проволочных электродов из нержавеющей стали (AS632, Cooner Wire, Чатсворт, Калифорния, США) в левый сгибатель (переднюю большеберцовую мышцу / Tibialis anterior m. – TA_L) и билатерально в разгибатели (левую (GM_L) и правую (GM_R) икроножную латеральную мышцу / Tibialis anterior m.) с использованием изофлурановой анестезии. Для формирования проводящих поверхностей электродов с их концов был удален слой изоляции, длиной 0,5 мм. Электроды вживлялись с помощью иглы калибра 23G посередине мышцы в наиболее чувствительную область, которая определялась электростимуляцией, как «горячая точка». Затем электроды фиксировались вместе с помощью хирургической нити «Ethilon 4» на входе и выходе из мышцы [18]. Референтный электрод был имплантирован подкожно в правое плечо с использованием той же проволоки. Коннекторы фиксировались на черепе четырьмя винтами и покрывались стоматологическим цементом. Все эксперименты проводились на свободно передвигающихся крысах после 5–8-дневного восстановительного периода.

2.3. План эксперимента 

Для изучения дофаминергического контроля постуральных реакций были сформированы три экспериментальные группы: животные с нормальным уровнем ДА (ДТ), умеренной недостаточностью ДА (после 1 ч введения 250 мг/кг [14,19] АМПТ, ДТ + АМПТ), и сильным дофаминовым истощением (DAT-КО после введения АМПТ, DАТ-КО + АМРТ). Предварительно было установлено общее положение тела крыс. Опознавательные метки наносились нетоксичным маркером на выбритую кожу в центре таза, холки (гребень между лопатками животного) и больших вертелах обеих бедренных костей. Высоту таза измеряли как расстояние между опознавательной меткой и опорной поверхностью. Ширину бедра измеряли как суммарное расстояние слева и справа от опознавательной метки на большом вертеле. Соотношения различных параметров использовались для фактической оценки постуральных характеристик независимо от морфометрических различий животных (Рис. 1 А, В–Е): отношение высоты таза к ширине бедер использовалось для оценки высоты таза над подвижной платформой, расстояния между пятками к расстоянию между бёдрами при широкой стойке, а также отношение высоты таза к расстоянию между пятками в качестве меры зависимости высоты таза от ширины стойки. Для сравнения рострокаудальных наклонов тела рассчитывался угол между линиями: от запястного сустава до холки и от холки до таза (α на Рис. 1B), а также угол между линиями: от лодыжки до таза и от таза до холки (β на Рис. 1B). Помимо углов, рассчитывалось отношение между высотой холки и высотой таза (Рис. 1F–H). Для данных измерениях иммобилизация животного не производилась, а для анализа использовались наиболее подходящие эпизоды, когда голова животного находилась строго параллельно опорной поверхности, все четыре конечности расслаблено стояли на платформе и сохраняли подвижность. Для оценки двигательных нарушений, вызванных введением АМПТ, проводился подсчёт количества шагов в течение 90 с у животных всех экспериментальных групп. Стимулирование шагания производилась лёгким подталкиванием животного экспериментатором.  Для оценки динамической постуральной устойчивости крыс экспериментатор производил быстрые горизонтальные смещения приподнятой опорной платформы (8 см в ширину) на 2,5 см влево или вправо, относительно животного, таким образом, что животное оставалось стоять на всех четырёх конечностях (Рис. 1).  Ускорение смещений контролировалось так, чтобы не позволять животному поддерживать равновесие позы с помощью шагов (максимальная скорость смещений составляла 18–22 см/с). Параметры смещения платформы контролировались механическим датчиком – для анализа выбирались только смещения, близкие по механическим параметрам. Смещения производились со случайной периодичностью от 10 до 30 раз для каждой крысы. Сигналы ЭМГ дифференциально усиливались (A-M Systems, Секвим, Вашингтон, США, модель 1700, частотный диапазон 10 Гц–5 кГц), оцифровывались при частоте 20 кГц (LTR11, L-Card, Москва, Россия) и далее отфильтровывались в диапазоне 100–2000 Гц. В группе ДТ ЭМГ-ответы на горизонтальные смещения регистрировались дважды: в исходном состоянии без введения препаратов и через 1 ч после внутрибрюшинного введения 250 мг/кг АМПТ.        

         2.4. Анализ экспериментальных данных

         Анализ ЭМГ-ответов производился с помощью самостоятельно написанных скриптов в интерактивной среде разработки «MATLAB» (MathWorks Inc., Натик, Массачусетс, США). Поскольку смещения платформы проводились вручную, их продолжительность различалась в пределах 216 ± 13 мс. Поэтому, для нормализации использовались не абсолютные значения времени, а отдельные интервалы для дальнейшего анализа. В частности, проводился анализ распределения амплитуд выровненного сигнала ЭМГ, разделенного на 70 равных интервалов и нормализованного по суммарной мышечной активности относительно этих интервалов. Период от 30-го до 40-го интервала соответствовал боковому смещению платформы. Для проверки того, что крыса спокойно стояла до и после смещения платформы, рассматривались сегменты, в три раза превышающие длительность до (1–29 интервалы) и сразу после (41–70 интервалы) смещения.  

Все статистические анализы проводились с использованием программы GraphPad Prism 9 (GraphPad Software, Inc., Сан-Диего, Калифорния, США). Все данные представлены как среднее арифметическое значение ± стандартная ошибка среднего (standard error of mean / SEM). Нормальное распределение результатов проверяли с помощью критерия Колмогорова–Смирнова. Для оценки значимости использовался однофакторный дисперсионный анализ (обычный для Рис. 1 и c повторными измерениями (repeated measures (RM) ANOVA) для других; результаты дисперсионного анализа были представлены значениями критерия Фишера (F): DFn, DFd) с апостериорным критерием Бонферрони. Уровень значимости статистических различий (p) между экспериментальными данными определялся на уровне < 0,05.      

3. Результаты 

         3.1. Основные локомоторные показатели крыс с дофаминовым истощением 

         Постуральная конфигурация тела крыс (Рис.1) DAT-KO изменилась после инъекции AMПT. В частности, в положении стоя у крыс DAT-KO + AMПT тонус разгибателей снижался – отношение высоты таза к ширине бедер (вид сзади, Рис. 1 А,В) не имело достоверных различий (F(2, 9) = 2,264, p = 0,1598), но наблюдалась тенденция (DAT-KO + AMПT: 1,15 ± 0,06 по сравнению ДТ: 1,4 ± 0,13 и ДТ + AMПT: 1,4 ± 0,13, p = 0,3580 и p = 0,2512, соответственно). Отношение расстояния между пятками к ширине бедер (ширина постановки задних конечностей) достоверно различалось между группами (F(2, 9) = 17,28, p = 0,0008), а именно было выше у DАТ-КО + АМПТ по сравнению с ДТ и ДТ + АМПТ (1,4 ± 0,05 в отличие от 0,01 и 1,1 ± 0,03, p = 0,0019 и p = 0,0020, соответственно) (Рис. 1 D). Отношение высоты таза к расстоянию между пятками (рис. 1D) достоверно различалось между группами (F(2, 9) = 6,215, p = 0,0202): у крыс с истощением ДA было меньше, чем в других группах (DAT-KO + AMПT:  0,86 ± 0,04 по сравнению с ДТ: 1,3 ± 0,13 и ДT + AMПT: 1,3 ± 0,09, где p = 0,0485 и p = 0,0355, соответственно), что также свидетельствует о более широкой стойке у DAT-KO + AMПT крыс. Рострокаудальный наклон тела (вид сбоку, Рис. 1 B,F–H) у крыс всех трех групп не отличался, о чем свидетельствуют измерения углов между линиями: 1 - от запястного сустава до холки, 2 – от холки до таза (α) и линиями: 1 – от лодыжки до таза, 2 – от таза до холки (β), а также отношение высоты холки к высоте таза.

         У крыс DAT-KO после введения AMПT также наблюдались эпизоды тремора при стоянии на платформе (Рис. 1 I), тогда как у животных из других групп этого не наблюдалось (Рис. S1 дополнительных материалов). Крысы ДТ + AMПT продемонстрировали легкие нарушения инициации движения, но по сумме шагов в течение 90 с (Рис. 1 J) не показали существенной разницы по сравнению с крысами ДТ (p > 0,9999), в то время как DAT-KO + AMПT из-за прогрессирующей потери двигательной активности совершали всего по несколько шагов (F(2, 9) = 15,81, p = 0,0011, DAT-KO + AMПT: 2,5 ± 1,2 по сравнению с ДT 29,75 ± 5 и ДT + AMПT 27,25 ± 4,1, где p = 0,0020 и p = 0,0038, соответственно). 

         3.2. Постуральные реакции интактных крыс на боковое смещение платформы 

         Пример постуральной реакции на смещение платформы влево (ЛС) представлен на рисунке 2. Во время ЛС тело крысы отклонялось вправо относительно платформы; затем платформа замедлялась, туловище инерционно отклонялось влево и появлялись первые пики ЭМГ-активности, что было связано с действием левого сгибателя (ТА_L) и правого разгибателя (GM_R). Далее, после остановки платформы, тело крысы отклонялось вправо, возвращаясь в исходное положение, и появлялся второй пик активности левого сгибателя (ТА_L), возможно, связанный с растяжением мышцы, а также пик левого разгибателя (GM_L), обеспечивавшего разгибание левой конечности, тогда как за счёт правой конечности (пик правого разгибателя, GM_R) происходила стабилизация позы.

         Анализ мышечной активности проводился в течение интервалов, соответствующим боковому смещению (30–39), и интервалов, сразу следующих за смещением платформы (40–49). В этих временных диапазонах наблюдалось нормальное распределение мышечной активности (критерий Колмогорова-Смирнова, p < 0,05). Такая двухфазность мышечных ответов была наиболее выражена для ипсилатеральной ТА_L и контралатеральной GM относительно направления смещения у крыс ДТ (Рис. 3). Как ранние, так и поздние ответы на смещения вправо (ПС) или влево (ЛС) существенно не отличались по сравнению с нормализованной ЭМГ TA_L и GM_R у крыс ДT (таблица 1). 

3.3. Изменение способностей постурального контроля у крыс с небольшим и сильным дофаминовым истощением

Начальное повышение ЭМГ-активности ответов разгибателей (GM) и сгибателя (ТА) на ЛС и ПС было практически одинаковым и не имело существенных различий между группами (Рис. 3). При небольшом дефиците ДA (ДT + AMПT) ипсилатеральная активность разгибателей (GM) при смещении платформы значительно ниже, чем у сгибателя (активность L_GM по отношению к ЛС и R_GM к ПС, Рис. 3 и таблица 1), и основная активность возникает с задержкой в диапазоне интервалов 40–49 без какой-либо совместной активации. При преждевременном ответе у этих крыс также наблюдалось снижение ипсилатеральной ЭМГ-активности разгибателей (GM) по отношению к смещению по сравнению с другими группами (Рис. 4 и таблица 2).   

В таблице представлены уровни статистической значимости (p). Величины статистической значимости представлены цветовыми спектрами разной интенсивности: красный спектр – статистически значимые различие, синий спектр – отсутствие различий 

Сильное дофаминовое истощение (DAT-KO + AMПT) приводило к одновременной активации сгибателей (TA) и разгибателей (GM) в ответ на ЛС и ПС (Рис. 3) на начальных интервалах ЭМГ, однако впоследствии соактивация снижалась до отсутствия статистических различий (таблица 1).  По сравнению с группами ДТ и ДТ+АМРТ более высокая контралатеральная активность разгибателя по отношению к смещению наблюдается в поздних интервалах ЭМГ, тогда как ипсилатеральная активность проявляется в ранних интервалах ЭМГ (Рис. 4 и таблица 2).    

4. Обсуждение

         Данные были получены при исследовании крыс с разным уровнем дофаминового истощения с учётом общих сенсомоторных нарушений и изменения постуральных реакций в положении стоя.

         4.1. Экспериментальная модель прогрессирующего понижения уровня дофамина 

         Наиболее распространенные модели, используемые для изучения механизмов и терапии ДА-ассоциированных нарушений на животных, основаны на использовании нейротоксинов и блокаторах дофаминовой передачи [8]. Острая доза нейротоксина МФТП вызывает блокировку митохондриального комплекса, приводящей к окислительному стрессу, который вызывает гибель дофаминергических нейронов и нейровоспаление. Нейродегенеративные процессы продолжаются в течение нескольких часов, и в течение нескольких дней состояние стабилизируется [20], о чём свидетельствует восстановление номальной локомоторной функции [21]. Многократные инъекции низких доз вызывают развитие необратимых симптомов в течение нескольких месяцев, которые могут сохраняться долгое время после прекращения введения препарата [22]. В итоге, использование этого препарата предполагает значительные временные затраты на стабилизацию модели, так и на возможность продолжительных исследований, учитывая непредсказуемость нейродегенеративных изменений. При односторонних внутримозговых инъекциях другого нейротоксина, 6-OHDA, возникают ассиметричные моторные нарушения и стереотипные вращательные движения [23], тогда как двусторонние инъекции часто вызывают адипсию, афагию, судороги и высокую смертность [24].

           Соединения, снижающие уровень ДА, влияют на высвобождаемое и циркулирующее количество ДА двумя путями [25]. Первый заключается в блокировании везикулярных переносчиков моноаминов. Таким образом действуют, например, резерпин или тетрабеназин, которые обладают побочными эффектами, связанными также с высвобождением гистамина, норадреналина и серотонина. Второй путь включает ингибирование экспрессии тирозингидроксилазы (TГ), катализирующей превращение тирозина в L-ДОФА, которая предшествует синтезу дофамина и других катехоламинов. Известным блокатором ТГ является использованный в данном исследовании AMПT. Показано, что введение АМПТ здоровым крысам вызывает снижение уровня ДА и норадреналина с одинаковой динамикой в течение первого часа [26]. Однако, дофаминовая передача у животных DAT-KO полностью зависит от продолжающегося синтеза нейромедиатора, а введение AMПT вызывает резкое снижение уровня ДА, в то время как уровень норадреналина остается не менее 75% от нормального уровня, наблюдаемого у мышей ДТ [12].

           Предложенный в данном исследовании подход фармакологической модуляции дофаминового истощения у животных линии DAT-KO с помощью AMПT может быть полезен для моделирования гиподофаминергических состояний, таких как болезнь Паркинсона (паркинсонизм) и дистония. Мы наблюдали быстрое развитие двигательной недостаточности: уже через 10 мин после введения АМПТ у крыс DАТ-КО наблюдалось нарушение инициации движения, а через 40 мин — тремор и акинезия, причем такое состояние продолжалось в течение нескольких часов до восстановления подвижности. Таким образом, DAT-KO + AMПT представляет собой удобную, быструю, обратимую модель прогрессирующего развития ДА-ассоциированных заболеваний, которая может быть использована для изучения механизмов двигательных нарушений, а также разработки и апробации методов терапии в дополнение к существующим: методу глубокой стимуляции головного мозга (DBS), стимуляции спинного мозга (SCS), электростимуляции и фармакологическим методам нейромодуляции.

           4.2. Роль дофамина в регуляции сенсомоторного поведения

           ДА является важнейшим нейротрансмиттером локомоторной активности и реакций поддержания позы тела [27,28]. Основным источником ДА является компактный слой черной субстанции, а влияние ДА на сенсомоторную функцию осуществляется через нигростриарный путь и модуляцию базальных ганглиев. Однако, в последние годы появились данные о прямом влиянии ДА на моторную кору [29] и спинной мозг [30–32]. Недостаток ДА приводит к нарушению инициации движения у человека и грызунов [8,20,22].

           Хорошо наблюдаемое быстрое развитие тяжелого акинетического фенотипа у крыс DAT-KO после введения AMПT вследствие избирательного истощения ДA в пресинаптических терминалях дофаминергических нейронов DA-ергических окончаниях подтверждает более ранние наблюдения на мышах [12] и крысах [13,14] лини DAT-KO. Кроме того, мы наблюдали изменения в постуральной конфигурации тела после инъекции AMПT. У крыс DAT-KO + AMPT наблюдалось заметное опущение таза, что вероятно связано с изменением тонуса разгибателей. Ранее было показано, что разгибательная активность наиболее уязвима именно у крыс [33] и человека [34] с дефицитом ДА. Кроме того, у спинализированных мышей и крыс введение агониста Д1 рецепторов потенцировало активность разгибателей [31] и вызывало ритмические движения сгибания и разгибания [30]. В то время как введение агонистов Д2 рецепторов облегчало сгибание, уменьшало разгибание и стабилизировало походку [31]. Однако, агонисты ДA-рецепторов могут оказывать влияние на серотонинергическую, адренергическую системы и иметь ряд других побочных эффектов. Наконец, введение АМПТ животным DAT-KO привело к более широкой постановке задних конечностей, чем у крыс с нормальным уровнем ДA, что согласуется с предыдущими наблюдениями на крысах сильным дофаминовым истощением [35] и у людей с БП [36]. 

           4.3. Специфическое изменение постуральных реакций при слабом и значительном дофаминовом истощении  

           ДA играет ключевую роль для поддержания равновесия и постуральных реакций [27,37]. Тесты, которые обычно проводятся для оценки осанки, могут быть статическими при использовании двигательных задач с низкой амплитудой [38] или динамическими, включающими смещения и наклонами опорной поверхности или же прямое физическое воздействие на объект исследования [2,39,40]. Боковые смещения платформы широко используются для исследования постурального контроля на различных моделях животных [39,41–44], а крыса является одним из самых удобных модельных организмов для изучения нейрональных механизмов контроля позы [45]. Боковые смещения, использованные в нашем исследовании, предназначены для более подходящей динамической оценки локомоции четвероногих животных, чем отклонение опорной платформы назад, используемое в исследованиях на людях. 

           Очевидно, что мышечная активность в ответ на раздражитель зависит от схемы эксперимента, основанной на передвижении или неподвижном поддержании позы, и вида модельного организма. Например, у стоящей кошки наблюдается снижение активности разгибателей (GM), противоположных направлению смещения платформы [39,43]. Аналогично экспериментам на кошках [39,43] и мышах [44], данное исследование состояло из двух фаз: ранней реакции, обусловленной фактическим ускорением сдвига платформы, и поздней, обусловленной поддержанием баланса при действии инерционной силы после замедления платформы. В нашем случае не было обнаружено разницы между нормализованной ЭМГ-активностью ранних или поздних ответов сгибателя (TA_L) по сравнению с разгибателем (GM_L) у крыс ДT. Однако паттерны ЭМГ-активации сгибателей и разгибателей были противоположны направлению смещения платформы у крыс ДT и аналогичны таковым у ходячих мышей, но имели более высокую активность разгибателей по сравнению со сгибателями [44]. 

           Начало роста ЭМГ-активности ответов разгибателей и сгибателей на левостороннее (ЛС) или правостороннее (ПС) смещение платформы было практически одинаковым и не зависело от уровня ДА во всех экспериментальных группах, что согласуется с исследованием на пациентах с БП [27]. Различная степень дефицита ДA приводит к соответствующим изменениям в структуре мышечной активности. Однако, при сравнении активности сгибателей и разгибателей в период раннего ответа на смещение (интервалы 30–39) у крыс с легкой недостаточностью ДА (ДT + AMПT) наблюдались различия, возможно, за счет нарушения механизмов инициации движения. Практическое отсутствие ДА приводит к одновременным и одинаковым ответам всех анализируемых мышц в обеих фазах (ранней и поздней), что может лежать в основе выраженной брадикинезией и ригидности, характерных для пациентов с БП [46]. Такая соактивация может являться защитной реакцией на возможные новые колебания опорной поверхности в период восстановления равновесия, однако не является быстрым ответом, ввиду ригидности мышц на ранних и поздних этапах активности, что препятствует своевременному поддержанию баланса при смещении платформы [46,47]. Таким образом, степень дофаминового истощения вызывает различные изменения постуральных реакций, а ДА контролирует динамическое равновесия у крыс.

           Предположительно у крыс DAT-KO + AMПT происходит нарушение инициации постуральных ответов, аналогично крысам с унилатеральным дофаминовым истощением, у которых конечности не теряли способность к нормальному поддержанию опоры, однако наблюдалось нарушении инициации контроля позы [48]. Наибольшие различия между группами с разным уровнем ДА наблюдались между разгибателями (GM_L к ЛС и GM_R к ПС). Этим наблюдениям может быть несколько возможных объяснений: ДА-контроль в большей степени влияет на разгибатели [30,31,33,34], либо разгибатели играют важную роль в корректировке осанки [44,45,49], что может происходить одновременно. Тем не менее, специфическая роль ДА в постуральных реакциях в положении стоя и при активных движениях требует дальнейшего изучения. 

           5. Заключение

           Подводя итог, совмещение генетической линии DAT-KO с фармакологическим ингибированием синтеза дофамина с помощью AMПT может быть эффективной моделью для исследований механизмов патогенезе гиподофаминергических болезней, таких как паркинсонизм. Главным образом, AMПT вызывает снижение локомоции, тремор и в некоторых случаях акинезию у крыс DAT-KO в течение нескольких часов до восстановления нормальной подвижности. Недостаток ДА приводит к изменению позы у таких животных, включая более широкую расстановку задних конечностей и опущенный таз. Введение AMПT крысам дикого типа (легкий дефицит ДA) не вызывало изменений позы в положении стоя, но постуральные реакции мышц-разгибателей на смещения опорной платформы протекали с задержкой. Сильное дофаминовое истощение у крыс DAT-KO приводило к ранней соактивации разгибателей (GM) и сгибателей (TA) при боковом смещение. Таким образом, представленная модель дофаминового истощения может быть использована для изучения механизмов дофаминового контроля различных сенсомоторных реакций, а также для разработки новых стратегий терапии и нейрореабилитации стратегий заболеваний, связанных с дофаминовой нейротрансмиссией.

Список опубликованных работ по 5
этапу проекта

По результатам работы в 2023 г. лабораторией
опубликовано 15 научных работ, из них 12 статей в рецензируемых изданиях общим
IF=18,195, из которых 9 в WOS/Scopus, 3 РИНЦ, 3 статья в журналах Q1-Q2, 2 статьи на
этапе подачи в журналы.

Статьи в рецензируемых
журналах: 

1.             
D. Kalinina, V. Lyakhovetskii, O. Gorskii, P. Shkorbatova, N. Pavlova, E. Bazhenova, Yu. Sysoev, R. Gainetdinov, P. Musienko. Alteration of postural reactions in
rats with different levels of dopamine depletion. Biomedicines. - 2023.  - Vol 11, No 7. P. 1958,   https://doi.org/10.3390/biomedicines11071958 , (Scopus,
WoS, РИНЦ, IF=4,757). Quartile: Q1

2.             
Yury Ivanenko, Elena Y Shapkova, Daria A Petrova, Daria F Kleeva , Mikhail A Lebedev Exoskeleton gait
training with spinal cord neuromodulation. Front Hum Neurosci. 2023 May
11:17:1194702.  https://doi.org/10.3389/fnhum.2023.1194702
(Scopus, WoS, РИНЦ, IF=3,473). Quartile: Q2

3.             
Sysoev Yuriy , Bazhenova Elena ,
Shkorbatova Polina , Kovalev Gleb , Labetov Ivan , Merkulyeva Natalia ,
Shkarupa Dmitry and Musienko Pavel/ Functional mapping of the lower urinary
tract by epidural electrical stimulation of the spinal cord in decerebrated cat
model.  На рецензировании в журнале Scientific Reports(Scopus. WoS, РИНЦ, IF=4,595). Quartile: Q1.

4.             
M. Makarov, Yu. I. Sysoev, O. Agafonova [et al.]
Color-Coding Method Reveals Enhancement of Stereotypic Locomotion by Phenazepam
in Rat Open Field Test. Brain Sciences. – 2023. – Vol. 13, No. 3. https://doi.org/10.3390/brainsci13030408 (Scopus,
WoS, РИНЦ, IF=3,458). Quartile: Q3

5.             
Makarov, M.S., Sysoev, Y.I., Guzenko,
M.K. et al. Color Coding Assessment of Haloperidol Effects on Animal
Behavior in the Open Field Test. J Evol Biochem Phys  59, 274–284
(2023). https://doi.org/10.1134/S0022093023010222 (Scopus,
WoS, РИНЦ, IF=0,6). Quartile: Q4

6.             
Sysoev, Y.I., Shustov, M.V., Prikhodko,
V.A. et al. Exploring the Molecular and Genetic Mechanisms of Action
of the α2-Adrenergic Agonist Mafedine in Experimental Traumatic Brain Injury in
Rats. J Evol Biochem Phys 59, 554–568 (2023). https://doi.org/10.1134/S0022093023020217 (Scopus,
WoS, РИНЦ, IF=0,6). Quartile: Q4

7.             
P. Yu. Shkorbatova, V. A. Lyakhovetskii, O. V.
Gorsky, N. V. Pavlova, E. Yu. Bazhenova, D. S. Kalinina, P. E. Musienko, and N.
S. Merkulyeva*. Electric Epidural Stimulation of the Spinal Cord of the
Decerebrated Rat.  IISSN 00220930,
Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, 2023, Vol. 59, No. 3, pp.
990–1005. DOI 10.1134/S1234567823040365, (Scopus, WoS, РИНЦ, IF=0,444).
Quartile: Q4

8.             
Lyakhovetskii, V.A., Shkorbatova, P.Y., Gorskii,
O.V. et al. Stepping in Decerebrated Cats at Simultaneously Different
Speeds on a Split Treadmill. Neurosci Behav Physi 53, 873–881 (2023).
https://doi.org/10.1007/s11055-023-01480-y (Scopus,
WoS, РИНЦ, IF=0,147). Quartile: Q4

9.             
Сысоев Ю.И.
Электрокортикография в нейрофармакологических исследованиях на мелких лабораторных животных/ Ю. И.
Сысоев, Д. Д. Шиц, М. М. Пучик, В. А. Приходько, С. В. Оковитый.    Экспериментальная и клиническая фармакология · October 2023  Том 86, № 11s (2023) https://doi.org/10.30906/ekf-2023-86s-143(Scopus, РИНЦ, IF=0,121). Quartile: Q4

10.          
 Giacomo
Valle, Natalija Katic Secerovic, Dominic Eggemann, Oleg Gorskii, Natalia
Pavlova, Paul Cvancara, Thomas Stieglitz, Pavel Musienko, Marko Bumbasirevic,
Stanisa Raspopovic. Biomimetic computer-to-brain communication restoring
naturalistic touch sensations via peripheral nerve stimulation. bioRviv July
18, 2023. Preprint.  doi: https://doi.org/10.1101/2023.07.15.549130 (SSRN,
RePEc, arXiv)

11.          
Сысоев   Фармакоэнцефалографическая оценка дозозависимости эффектов антипсихотических средств у крыс / Ю.И. Сысоев, Д.Д. Шиц, М.М, Пучик, И.С. Князева, М.С. Корелов, В.А. Приходько, И.А. Титович, Н.О. Селизарова, С.В. Оковитый // Рос.физиол. журн. им. И. М. Сеченова. – 2023. – Т. 109, № 11. – С.
1-19.  Preprint  DOI
0.31857/S0869813923110110

12.          
Сысоев Ю.И.
Изучение эффектов агониста α2-адренорецепторов мафедина на поведение белых беспородных мышей при
однократном введении / Н.С.Курмазов, С.А.Червонецкий,  В.А.Приходько, Ю.И.Сысоев, С.В.Оковитый /        Разработка и регистрация лекарственных
средств /  2023. Preprint

Статьи на стадии рецензирования и
подачи в журналах:

1.          
Sysoev Y. I. Shkorbatova P. Y. ,
Prikhodko V. A., Kalinina D. , Okovityi S. V., Bader M.,
Alenina N. , Gainetdinov R. R. , Musienko P. E. / CENTRAL
SEROTONIN DEFICIENCY IMPAIRS RECOVERY OF SENSORIMOTOR ABILITIES AFTER SPINAL
CORD INJURY IN RATS. На
рецензировании в журнале Neurorehabilitation and Neural Repair

2.          
  Сысоев Ю.И. , Шиц Д.Д. , Пучик М.М. ,
Гутий Т.А. , Федорова Е.В. , Приходько В.А. , Мелехова А.С. , Беспалов А.Я. , Шусто Е.Б. в, Оковитый С.В. / Фармакологический скрининг нового производного
вальпроевой кислоты с использованием метода фармакоэнцефалографии у крыс

Тезисы:

1.          
Сысоев, Ю.
И., Баженова, Е. Ю., Шкорбатова, П. Ю., Ковалев, Г.
В., Лабетов, И. А., Горский, О. В., Шкарупа, Д.
Д. & Мусиенко П.Е., РАЗРАБОТКА НЕЙРОМОДУЛЯЦИОННЫХ ПОДХОДОВ ДЛЯ
КОРРЕКЦИИ НАРУШЕНИЙ РАБОТЫ НИЖНИХ МОЧЕВЫВОДЯЩИХ ПУТЕЙ, 2023, НЕЙРОКАМПУС
2023: Эволюция. Нейротехнологии будущего. Москва, стр.
21-22 2 стр.

2.          
Пространственно-временная
нейромодуляция сенсомоторных сетей спинного мозга Мусиенко, П.
Е., Шкорбатова, П. Ю., Павлова, Н.
В., Capogrosso & Courtine, G., Приматология прошлое,
настоящее, будущее. Всероссийская конференция с Международным участием.
2023, стр. 40-41. 2 стр. Санкт-Петербург.

3.         
Мусиенко, П.
Е. Интегративные механизмы двигательного и висцерального контроля в норме и
патологии / П. Е. Мусиенко // Физиол. о-во им. И. П. Павлова: съезд XXIV
(Санкт-Петербург, 11-15 сент. 2023 г.): сб. тез. съезда. – СПб, 2023. – С. 163.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Horak, F.B. Postural Orientation and Equilibrium: What
Do We Need to Know about Neural Control of Balance to Prevent Falls? Age Ageing
2006, 35, ii7–ii11.

2. Deliagina, T.G.; Beloozerova,
I.N.; Zelenin, P.V.; Orlovsky, G.N. Spinal and Supraspinal Postural Networks.
Brain Res. Rev. 2008, 57, 212–221. https://doi.org/10.1016/j.brainresrev.2007.06.017.

3. Visser, J.E.; Bloem, B.R. Role of
the Basal Ganglia in Balance Control. Neural Plast. 2005, 12, 161.
https://doi.org/10.1155/NP.2005.161.

4. Matsumoto, N.; Hanakawa, T.;
Maki, S.; Graybiel, A.M.; Kimura, M. Nigrostriatal Dopamine System in Learning
to Perform Sequential Motor Tasks in a Predictive Manner. J. Neurophysiol.
1999, 82, 978–998. https://doi.org/10.1152/JN.1999.82.2.978.

5. Groenewegen, H.J. The Basal
Ganglia and Motor Control. Neural Plast. 2003, 10, 107–120.

6. Stoker, T.B.; Greenland, J.C.
Parkinson’s Disease: Pathogenesis and Clinical Aspects; Codon Publications:
Singapore, 2018.

7. Barker, R. Age-Related
Dopamine-Dependent Disorders. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 1995, 59, 344.

8. Konnova, E.A.; Swanberg, M.
Animal Models of Parkinson’s Disease; Stoker, T.B., Greenland, J.C., Eds.;
Brisbane, QL, Australia, 2018; ISBN 978-0-9944381-6-4.

9. Lohr, K.M.; Masoud, S.T.;
Salahpour, A.; Miller, G.W. Membrane Transporters as Mediators of Synaptic
Dopamine Dynamics: Implications for Disease. Eur. J. Neurosci. 2017, 45, 20.
https://doi.org/10.1111/EJN.13357.

10. Sotnikova, T.; Beaulieu, J.-M.;
Gainetdinov, R.; Caron, M. Molecular Biology, Pharmacology and Functional Role
of the Plasma Membrane Dopamine Transporter. CNS Neurol. Disord. Drug Targets
2006, 5, 45–56. https://doi.org/10.2174/187152706784111579.

11. Leo, D.; Sukhanov, I.; Zoratto,
F.; Illiano, P.; Caffino, L.; Sanna, F.; Messa, G.; Emanuele, M.; Esposito, A.;
Dorofeikova, M.; et al. Pronounced Hyperactivity, Cognitive Dysfunctions, and
BDNF Dysregulation in Dopamine Transporter Knock-out Rats. J. Neurosci. 2018,
38, 1959–1972. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1931-17.2018.

12. Sotnikova, T.D.; Beaulieu, J.M.;
Barak, L.S.; Wetsel, W.C.; Caron, M.G.; Gainetdinov, R.R. Dopamine-Independent
Locomotor Actions of Amphetamines in a Novel Acute Mouse Model of Parkinson
Disease. PLoS Biol. 2005, 3, e271. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0030271.

13. Sukhanov, I.; Leo, D.; Tur,
M.A.; Belozertseva, I.V.; Savchenko, A.; Gainetdinov, R.R. Dopamine Transporter
Knockout Rats as the New Preclinical Model of Hyper- and Hypo-Dopaminergic
Disorders. V.M. Bekhterev Rev. Psychiatry Med. Psychol. 2019, 4, 84–85.
https://doi.org/10.31363/2313-7053-2019-4-1-84-85.

14. Sukhanov, I.; Dorotenko, A.;
Fesenko, Z.; Savchenko, A.; Efimova, E.V.; Mor, M.S.; Belozertseva, I.V.;
Sotnikova, T.D.; Gainetdinov, R.R. Inhibition of PDE10A in a New Rat Model of
Severe Dopamine Depletion Suggests New Approach to Non-Dopamine Parkinson’s
Disease Therapy. Biomolecules 2022, 13, 9.
https://doi.org/10.3390/BIOM13010009.

15. Macpherson, J.M.; Lywood, D.W.;
Van Eyken, A. A System for the Analysis of Posture and Stance in Quadrupeds. J.
Neurosci. Methods 1987, 20, 73–82.
https://doi.org/10.1016/0165-0270(87)90040-9.

16. Geurts, A.M.; Cost, G.J.;
Freyvert, Y.; Zeitler, B.; Miller, J.C.; Choi, V.M.; Jenkins, S.S.; Wood, A.;
Cui, X.; Meng, X.; et al. Knockout Rats via Embryo Microinjection of
Zinc-Finger Nucleases. Science 2009, 325, 433.

17. Brown, A.J.; Fisher, D.A.;
Kouranova, E.; McCoy, A.; Forbes, K.; Wu, Y.; Henry, R.; Ji, D.; Chambers, A.;
Warren, J.; et al. Whole-Rat Conditional Gene Knockout via Genome Editing. Nat.
Methods 2013, 10, 638–640. https://doi.org/10.1038/nmeth.2516.

18. Capogrosso, M.; Wagner, F.B.;
Gandar, J.; Moraud, E.M.; Wenger, N.; Milekovic, T.; Shkorbatova, P.; Pavlova,
N.; Musienko, P.; Bezard, E.; et al. Configuration of Electrical Spinal Cord
Stimulation through Real-Time Processing of Gait Kinematics. Nat. Protoc. 2018,
13, 2031–2061. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0030-9.

19. Nissbrandt, H.; Sundström, E.;
Jonsson, G.; Hjorth, S.; Carlsson, A. Synthesis and Release of Dopamine in Rat
Brain: Comparison between Substantia Nigra Pars Compacts, Pars Reticulata, and
Striatum. J. Neurochem. 1989, 52, 1170–1182. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.1989.tb01863.x.

20. Dauer, W.; Przedborski, S.
Parkinson’s Disease: Mechanisms and Models. Neuron 2003, 39, 889–909.
https://doi.org/10.1016/s0896-6273(03)00568-3.

21. Sedelis, M.; Schwarting, R.K.;
Huston, J.P. Behavioral Phenotyping of the MPTP Mouse Model of Parkinson’s
Disease. Behav. Brain Res. 2001, 125, 109–125.
https://doi.org/10.1016/s0166-4328(01)00309-6.

22. Fox, S.H.; Brotchie, J.M. The
MPTP-Lesioned Non-Human Primate Models of Parkinson’s Disease. Past, Present,
and Future. Prog. Brain Res. 2010, 184, 133–157.
https://doi.org/10.1016/S0079-6123(10)84007-5.

23. Ogawa, M.; Zhou, Y.; Tsuji, R.;
Goto, S.; Kasahara, J. Video-Based Assessments of the Hind Limb Stepping in a
Mouse Model of Hemi-Parkinsonism. Neurosci. Res. 2020, 154, 56–59.
https://doi.org/10.1016/j.neures.2019.05.002.

24. Jackson-Lewis, V.; Blesa, J.;
Przedborski, S. Animal Models of Parkinson’s Disease. Park. Relat. Disord.
2012, 18, S183–S185. https://doi.org/10.1016/S1353-8020(11)70057-8.

25. Shih, L.C.; Tarsy, D. Dopamine
Depletors and Movement Disorders. Encycl. Mov. Disord. 2010, 1, 321–323.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374105-9.00235-5.

26. Widerlöv, E. Dose-Dependent
Pharmacokinetics of Alpha-Methyl-p-Tyrosine (Alpha-MT) and Comparison of
Catecholamine Turnover Rates after Two Doses of Alpha-MT. J. Neural Transm.
1979, 44, 145–158. https://doi.org/10.1007/BF01253059.

27. Horak, F.B.; Frank, J.; Nutt, J.
Effects of Dopamine on Postural Control in Parkinsonian Subjects: Scaling, Set,
and Tone. J. Neurophysiol. 1996, 75, 2380–2396.
https://doi.org/10.1152/jn.1996.75.6.2380.

28. Sherman, D.; Fuller, P.M.;
Marcus, J.; Yu, J.; Zhang, P.; Chamberlin, N.L.; Saper, C.B.; Lu, J. Anatomical
Location of the Mesencephalic Locomotor Region and Its Possible Role in
Locomotion, Posture, Cataplexy, and Parkinsonism. Front. Neurol. 2015, 6, 140.
https://doi.org/10.3389/fneur.2015.00140.

29. Vitrac, C.; Benoit-Marand, M.
Monoaminergic Modulation of Motor Cortex Function. Front. Neural Circuits 2017,
11, 72. https://doi.org/10.3389/fncir.2017.00072.

30. Lapointe, N.P.; Rouleau, P.;
Ung, R.-V.; Guertin, P.A. Specific Role of Dopamine D1 Receptors in Spinal
Network Activation and Rhythmic Movement Induction in Vertebrates. J. Physiol.
2009, 587, 1499–1511. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2008.166314.

31. Musienko, P.; van den Brand, R.;
Märzendorfer, O.; Roy, R.R.; Gerasimenko, Y.; Edgerton, V.R.; Courtine, G.
Controlling Specific Locomotor Behaviors through Multidimensional Monoaminergic
Modulation of Spinal Circuitries. J. Neurosci. 2011, 31, 9264–9278.
https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5796-10.2011.

32. Barbeau, H.; Rossignol, S.
Initiation and Modulation of the Locomotor Pattern in the Adult Chronic Spinal
Cat by Noradrenergic, Serotonergic and Dopaminergic Drugs. Brain Res. 1991,
546, 250–260.

33. Metz, G.A.; Tse, A.; Ballermann,
M.; Smith, L.K.; Fouad, K. The Unilateral 6-OHDA Rat Model of Parkinson’s
Disease Revisited: An Electromyographic and Behavioural Analysis. Eur. J.
Neurosci. 2005, 22, 735–744. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2005.04238.x.

34. Xia, R.; Markopoulou, K.;
Puumala, S.E.; Rymer, W.Z. A Comparison of the Effects of Imposed Extension and
Flexion Movements on Parkinsonian Rigidity. Clin. Neurophysiol. Off. J. Int.
Fed. Clin. Neurophysiol. 2006, 117, 2302–2307. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2006.06.176.

35. Hsieh, T.-H.; Chen, J.-J.J.;
Chen, L.-H.; Chiang, P.-T.; Lee, H.-Y. Time-Course Gait Analysis of
Hemiparkinsonian Rats Following 6-Hydroxydopamine Lesion. Behav. Brain Res.
2011, 222, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2011.03.031.

36. Bovonsunthonchai, S.;
Vachalathiti, R.; Pisarnpong, A.; Khobhun, F.; Hiengkaew, V. Spatiotemporal
Gait Parameters for Patients with Parkinson’s Disease Compared with Normal
Individuals. Physiother. Res. Int. J. Res. Clin. Phys. Ther. 2014, 19, 158–165.
https://doi.org/10.1002/pri.1579.

37. Rinalduzzi, S.; Trompetto, C.;
Marinelli, L.; Alibardi, A.; Missori, P.; Fattapposta, F.; Pierelli, F.; Currà,
A. Balance Dysfunction in Parkinson’s Disease. Biomed Res. Int. 2015, 2015,
17317069. https://doi.org/10.1155/2015/434683.

38. Benninger, F.; Khlebtovsky, A.;
Roditi, Y.; Keret, O.; Steiner, I.; Melamed, E.; Djaldetti, R. Beneficial
Effect of Levodopa Therapy on Stooped Posture in Parkinson’s Disease. Gait
Posture 2015, 42, 263–268. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2015.05.015.

39. Macpherson, J.M. Strategies That
Simplify the Control of Quadrupedal Stance. I. Forces at the Ground. J.
Neurophysiol. 1988, 60, 204–217. https://doi.org/10.1152/JN.1988.60.1.204.

40. Kuhman, D.J.; Walker, H.C.;
Hurt, C.P. Dopamine-Mediated Improvements in Dynamic Balance Control in
Parkinson’s Disease. Gait Posture 2020, 82, 68–74.
https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2020.08.132.

41. Kato, M.; Murakami, S.;
Hirayama, H.; Hikino, K. Recovery of Postural Control Following Chronic
Bilateral Hemisections at Different Spinal Cord Levels in Adult Cats. Exp.
Neurol. 1985, 90, 350–364. https://doi.org/10.1016/0014-4886(85)90024-X.

42. Musienko, P.E.; Zelenin, P.V.;
Lyalka, V.F.; Orlovsky, G.N.; Deliagina, T.G. Postural Performance in
Decerebrated Rabbit. Behav. Brain Res. 2008, 190, 124–134.
https://doi.org/10.1016/J.BBR.2008.02.011.

43. Karayannidou, A.; Zelenin, P.V.;
Orlovsky, G.N.; Sirota, M.G.; Beloozerova, I.N.; Deliagina, T.G. Maintenance of
Lateral Stability During Standing and Walking in the Cat. J. Neurophysiol.
2009, 101, 8–19. https://doi.org/10.1152/jn.90934.2008.

44. Murray, A.J.; Croce, K.; Belton,
T.; Akay, T.; Jessell, T.M. Balance Control Mediated by Vestibular Circuits
Directing Limb Extension or Antagonist Muscle Co-Activation. Cell. Rep. 2018,
22, 1325–1338. https://doi.org/10.1016/J.CELREP.2018.01.009.

45. Deliagina, T.; Beloozerova,
I.N.; Popova, L.B.; Sirota, M.G.; Swadlow, H.A.; Grant, G.; Orlovsky, G.N. Role
of Different Sensory Inputs for Maintenance of Body Posture in Sitting Rat and
Rabbit. Mot. Control. 2000, 4, 439–452. https://doi.org/10.1123/MCJ.4.4.439.

46. Dimitrova, D.; Horak, F.B.;
Nutt, J.G. Postural Muscle Responses to Multidirectional Translations in
Patients with Parkinson’s Disease. J. Neurophysiol. 2004, 91, 489–501.
https://doi.org/10.1152/jn.00094.2003.

47. Henry, S.M.; Fung, J.; Horak,
F.B. EMG Responses to Maintain Stance during Multidirectional Surface
Translations. J. Neurophysiol. 1998, 80, 1939–1950.
https://doi.org/10.1152/jn.1998.80.4.1939.

48. Miklyaeva, E.I.; Woodward, N.C.;
Nikiforov, E.G.; Tompkins, G.J.; Klassen, F.; Ioffe, M.E.; Whishaw, I.Q. The
Ground Reaction Forces of Postural Adjustments during Skilled Reaching in
Unilateral Dopamine-Depleted Hemiparkinson Rats. Behav. Brain Res. 1997, 88,
143–152. https://doi.org/10.1016/S0166-4328(97)00043-0.

49. Mori, S.; Kawahara, K.;
Sakamoto, T.; Aoki, M.; Tomiyama, T. Setting and Resetting of Level of Postural
Muscle Tone in Decerebrate Cat by Stimulation of Brain Stem. J. Neurophysiol.
1982, 48, 737–748. https://doi.org/10.1152/JN.1982.48.3.737.