Dažādu beta-amloīda peptīdu sekvenču efekti: fokuss uz īso peptīdu pielietojuma iespējām demences terapijā

Projekta Nr:
VIAA identifikācijas Nr. NFI/R/2014/023,
Latvijas Universitātes Reģ. Nr. NOR2015/26

Vadošais partneris: Latvijas organiskās sintēzes institūts (OSI)

Partneri:
Latvijas Universitāte (LU)
Oslo Universitāte (UiO)

Projekta kopējās izmaksas:  599280.00 EUR (tai skaitā 85,2% ir Norvēģijas finanšu instrumenta līdzfinansējums, 10% valsts budžeta finansējums, 7,5% Latvijas Universitātes finansējums)

Īstenošanas termiņš: 01.05.2015. - 30.04.2017.

Zinātniskā vadītāja LU partnerim: Baiba Jansone (LU MF asoc. profesore)

LU struktūrvienība: Medicīnas fakultāte

Anotācija

Alzheimera slimība (AD) ir izplatītākā neirodeģeneratīvā slimība, skarot ap 30 miljoniem cilvēku, veselības aprūpes izmaksas Alzheimera slimības pacientiem gada laikā sastāda 172 biljonus ASV dolārus (Thies W, Bleider L, 2013). Ap 2040. gadu tiek prognozēts, ka no Alzheimera slimības cietīs jau 80 miljoni pasaules iedzīvotāju (Ferri CP et al., 2005). Visintensīvāk pētītās AD patoloģiskās iezīmes ir beta-amiloida peptīdu ekstracelulāri izgulsnējušās senīlas amiloīda plātnītes  un to cerebrovaskulāra izgulsnēšanās difūzu sakopojumu veidā; kā arī hiperfosforilētā Tau (tau) proteīna intracelulāra akumulēšanās neurofibrilāru plāksnīšu veidā jeb NFTs (van Marum, R.J., 2008). Šo patoloģiski konfigurētu proteīnu progresīva izgulsnēšanās un akumulēšanās smadzeņu audos izraisa plašu neirālu disfunkciju un gala rezultātā kopējo centrālās nervu sistēmas funkcionēšanu pazemināšanos.

Neraugoties uz apjomīgiem  pētījumiem, specifiska terapija Alcheimera slimības (AS) gadījumā joprojām nav pieejama un šīs slimības pētniecība ir liels izaicinājums zinātniekiem.

Projekta mērķis

Sadarbojoties trīs institūciju (LU, OSI un UiO) pētniekiem radīt jaunu pieeju Alzheimera slimības terapijā, kas balstītos uz iespēju šķīdināt amiloīda-beta agregātus centrālajā nervu sistēmā un to tālāku izvadīšanu caur asinsriti no smadzenēm. OSI pētnieku grupa veiks specifiskus strukturālu izmaiņu pētījumus, analizējot agregātu proteīnu aminoskābju sekvenci un sintezējot īsu struktūru peptīdus. UiO un LU pētīs īsu sekvenču peptīdus in vivo modeļos, pielietojot uzvedības un kognīcijas metodes,   tālāk audi tiks analizēti ar dažādām ex vivo metodēm.  

Projekta aktivitātes

Kognīcijas un atmiņas eksperimentālo testu metodikas pielāgošana projekta aktivitāšu izpildei. Eksperimentālo protokolu un programmatūras aprobēšana,  Neurostar automatizētās mikroinjekcijas sistēmas pielietošanu stereotakses manipulācijās.  Alcheimera slimības modelēšana in vivo pētījumos saistot to ar Ethovision jaunāko programmatūru un tās perspektīvām dažādu uzvedības testu datu analīzē. Pilotpētījumu modelēšana  un veikšana Alcheimera slimības eksperimentālajā izpētē: kognīcijas, atmiņas testu un nervaudu analīze ar imūnhistoķīmijas metodi.

Regulāras Skype konferences ar projekta Norvēgijas partnera vadītāju par projekta virzību un metodiskiem jautājumiem.

Imūnhistoķīmijas metodes protokolu apzināšana, analīze, pielāgošana projekta vajadzībām. Smadzeņu griezumu analīze proteīniem (Tirozīna hidroksilāze, GAP43, acetilholīnesterāze). Western blota metodes aprobēšana, pieejamo protokolu apzināšana un pielāgošana projekta metodikai, veiktas analīzes smadzeņu audiem nosakot GAP-43.

Western blota metodes validācija toksisko amoloīda beta 42 un 40 noteikšanai transgēno peļu smadzenēs ar 6E10 antivielu, kas atpazīst gan APP proteīnu (~100 kDa) un amiloīda beta 42 un 40 (~ 4 kDa).

Projekta dalībnieku: projekta vadītāja Baiba Jansone, zinātniskā asistente Ulrika Beitnere, vec. laborants Vladimirs Piļipenko stāžēšanās Olso Universitātē sadarbības partnera Prof. J. Pahnke laboratorijā ar mērķi: dzīvnieku datu bāzes apgūšana, dzīvnieku telpu iepazīšana un darbs dzīvnieku telpās; Alzet pumpju operācija uz pelēm, metodes validācija.

Alzet mikroosmotisko sūkņu intra-cerebrāla implantēšana transgēno in vivo peļu modeļu pētījumā,  kognitīvo testu rezultātu analīze un imūnhistoķīmijas biomarķieru analīžu veikšana.

Divu zinātnisku rakstu par Alzheimera slimība izpēti in vivo izmantojot transgēno peļu modeļus pārbaudot modeļu darbību ar atsauces vielām publicēšana zinātniskā žurnālā ‘Pharmacological Research (Web of Science: Quartile in Category of Q1)

Jansone B, Kadish I, van Groen T, Beitnere U, Plotniece A, Pajuste K, Klusa V. Pharmacol Res. 2016 Nov; 113(Pt B):781-787. doi: 10.1016/j.phrs.2016.06.020.

Klusa V. Pharmacol Res. 2016 Nov;113(Pt B):754-759. doi: 10.1016/j.phrs.2016.05.017. Review.

Projekta rezultāti un ieguvumi

Zinātniskā sadarbības projekta laikā tika veikti pētījumi in vivo un ex vivo Alcheimera slimības izpētē, šie dati publicēti vairākās starptautiski citējamās publikācijās, piemēram,  Pharmacological Research (impact factor 4.8) un citos. 2017. gadā notiek darbs pie kopīgu zinātnisku publikāciju noformēšanas un iesniegšanas.  

Zinātniskais projekts tika realizēts sinerģijā ar ‘Stipendijas’ aktivitātes projektu ‘Enhancing human capital and knowledge in health science by institutional cooperation and mobility between the University of Latvia and three Norwegian universities’ Nr. EEZ/NFI/S/2015/019. Tā rezultātā pētniecības projekta sadarbības partnera prof. Prof. Jens Pahnke laboratorijā Oslo Universitātē Norvēģijā stažējās seši Latvijas Universitātes Medicīnas fakultātes studenti, divi doktoranti Jolanta Upīte un Vladimirs Piļipenko, viena pēcdoktorantūras pētniece Ulrika Beitnere. Kā arī mobilitātes programmas ietvaros sadarbības partneri prof. Jens Pahnke apmeklēja vadošā pētniece prof. Baiba Jansone. 

Pētniecības projekta zinātnisko datu publicitāte tiks veikta arī Latvijas Farmokoloģijas biedrības pavasara sēdē, šī gada 10. maijā, kā arī citos šī gada zinātniskos pasākumos.

2017. gada sākumā tālākas sadarbības attīstīšanai prof. Jens Pahnke (Oslo Universitāte) un prof. Baiba Jansone (Latvijas Universitāte, Medicīnas fakultāte) ir iesnieguši kopēju projektu ERA-NET NEURON 2017 ‘Synaptic Function and Dysfunction in Brain Diseases’ uzsaukumā.

-----

Benefits and detrimental effects of sequence variants of Amyloid-β: towards the use of small peptides for aggregate dissolution therapy in dementia

Project Nr:
VIAA identification Nr. NFI/R/2014/023,
University of Latvia Reg. Nr. NOR2015/26

Leading partner: Latvian institute of organic synthesis (OSI)

Partners:
University of Latvia (LU), University of Oslo (UiO)

Total costs of the project:  599280.00 EUR (including 85,2% Norvegian finance instrument co-funding, 10% state budget funding, 7,5% University of Latvia funding)

Implementation terms: 01.05.2015. - 30.04.2017.

Scientific director from LU partner: Baiba Jansone (assoc. professor at the Faculty of Medicine at LU)

LU department: Faculty of Medicine

Annotation

Alcheimer’s disease (AD) is a widespread neurodegenerative disease that affects more than 30 million people, leading to a 172 billion USD large healthcare costs (Thies W, Bleider L, 2013). It is suggested that around 2040 the number of patients suffering from AD will be nearly 80 million (Ferri CP et al., 2005). The most intensively studied pathological hallmarks of AD are: 1) extracellularly aggregated beta-amyloid peptide senile plaques and their cerebrovascular accumulation as diffuse aggregates; 2) intracellular accumulation of hyperphosphorylated Tau (tau) protein as neurofibrillary tangles (NFTs) (van Marum, R.J., 2008). Progressive deponation of mentioned pathologically folded proteins and their accumulation in the brain tissues causes a massive neural dysfunction that leads to the dramatic decrease in overall functioning of the central nervous system. Although substantial research has been concluded on the topic, a specific therapy for AD is not yet available and stands as a major challenge for the researchers.

The objective of the project

To create a novel approach for the scientists in the area of AD therapy through collaboration between three institutions (LU, OSI and UiO). This approach is based on the possibility of dissolving beta-amyloid aggregates in the central nervous system and providing their elimination from the brain through blood circulation. Scientific group from OSI will carry out research in the specific structural changes by analyzing amino acid sequences of the protein aggregates and synthesizing short sequence peptides. UiO and LU will study the short sequence peptides using in vivo models (by implementing behavioral and cognitive methods) and ex vivo methods.

Project activities

Western blot method validation for the assessment of the toxic amyloid beta 42 and 40 in the transgenic mice brain with 6E10 antibody that recognizes both: APP protein ( ~ 100 kDa) and amyloid beta 42 and 40 ( ~ 4 kDa). Staff mobility: project manager Baiba Jansone, scientific assistant Ulrika Beitnere, laboratory assistant Vladimir Pilipenko to the University of Oslo at the Prof. J. Pahnke lab (Department of Neuro-/-Pathology (PAT) Translational Neurodegeneration and Neuropathology Lab) to obtain skills in animal database acquisition, surgergy with Alzet pumps on mice and method validation and an introduction tour and work at the animal facility.

Intracerebral implantation of osmotic Alzet pumps in vivo transgenic mouse models, performance of cognitive tests and evalution of brain biomarkers by immunohistochemical method.

Two scientific articles published in research journal ‘Pharmacological Research (Web of Science: Quartile in Category of Q1) on Alzheimer's disease in vivo research testing a transgenic mouse model by the reference substances.

Jansone B, Kadish I, van Groen T, Beitnere U, Plotniece A, Pajuste K, Klusa V. Pharmacol Res. 2016 Nov; 113(Pt B):781-787. doi: 10.1016/j.phrs.2016.06.020.

Klusa V. Pharmacol Res. 2016 Nov;113(Pt B):754-759. doi: 10.1016/j.phrs.2016.05.017. Review.

Outcomes and benefits of the project

In vivo and ex vivo research studies are carried out. Research data have been already published in several peer reviewed in journals, for example, Pharmacological Research (impact factor 4.8). In 2017 work several on joint research manuscripts is performed.

This research project is performed in synergy with the Scholarship Activity ‘Enhancing human capital and knowledge in health science by institutional cooperation and mobility between the University of Latvia and three Norwegian universities’ No. EEZ/NFI/S/2015/019. During the project period, six undergraduate students, two PhD students Jolanta Upīte and Vladimirs Piļipenko, one postdoctoral researcher Ulrika Beitnere exchange and mobility of one senior researcher Baiba Jansone from the University of Latvia, Faculty of Medicine has been carried out to the in the collaboration partner lab Prof. Jens Pahnke lab at the University of Oslo in Norway.

Dissemination of results of the project will take place at spring meeting of Latvian Society of Pharmacology, as well as in other scientific meetings of this year. 

At the beginning of 2017 to continue the further cooperation prof. Jens Pahnke (University of Oslo) and prof. Baiba Jansone (University of Latvia, Faculty of Medicine) have submitted a joint project proposal to ERA-NET NEURON 2017 call 'Synaptic Function and Dysfunction in Brain Diseases'.