ИСТИНА

Цель проекта заключается в том, чтобы уточнить вклад таупатии и реактивности астроцитов в разобщение нейроастроваскулярного сопряжения, что позволит глубже понять механизмы прогрессирования БА и выявить потенциальные терапевтические мишени для восстановления функций мозга.

Alzheimer’s disease (AD) progression involves disrupted neuroastrovascular crosstalk, driven by neuronal tau pathology and astrocyte reactivity, yet the mechanisms remain unclear. This Chinese-Russian collaborative project investigates how tau pathology mediates amyloid-β (Aβ) toxicity and engages in crosstalk with astrocytes, leading to neuroastrovascular uncoupling. We hypothesize that tau pathology, via key molecular pairs, induces or mediates Aβ-triggered astrocyte reactivity (marked by mitochondrial redox abnormalities and metabolic reprogramming), leading to neuroastrovascular uncoupling and contributing to AD progression. Objective 1 explores whether tau independently induces or amplifies Aβ-triggered uncoupling, using APP/PS1 mice at 4-5 (Aβ only) and 10 months (Aβ + tau hyperphosphorylation), and tau models (AAV-P301S). Objective 2 examines tau-induced astrocyte reactivity and mitochondrial redox changes in APP/PS1 mice and PS19 mice. Objective 3 identifies molecular pairs driving this crosstalk and uncoupling. The work plan includes: WP1, assessing tau’s role in uncoupling via Raman microspectroscopy and single-cell sequencing (PS19 mice); WP2, dissecting crosstalk stages, phenotypes, and pathways; WP3, validating molecular pairs’ impact on uncoupling and progression. The Russian team (Dr. Brazhe) brings expertise in Raman microspectroscopy, showing AD alters astrocyte ETC and vessel dynamics in mice. The Chinese team (Prof. Zhu) revealed tau activates A1R signaling, inhibiting Cers1, and releases Lcn2, promoting astrocyte reactivity). PS19 single-cell analysis identified tau-vulnerable EN_3 neurons and reactive AS_4 astrocytes with metabolic shifts. Combining Raman imaging and sequencing, this project will elucidate tau-astrocyte crosstalk mechanisms, offering therapeutic insights for AD.

1. Получены данные о редокс-состоянии цитохромов дыхательной цепи митохондрий нейронов и астроцитов соматосенсорной коры мышей линии АРР/PS1 в возрастах 3-4 и 9-10 месяцев, соответствующих накоплению Aβ без таупатии и с таупатией, соответственно. 2. Получены данные об изменении локальной оксигенации крови и изменении диаметра сосудов соматосенсорной коры мышей АРР/PS1 в возрастах 3-4 и 9-10 месяцев, соответствующих накоплению Aβ без таупатии и с таупатией, соответственно. 3. Разработан методический подход на основе FLIM - детекции кинетик затухания флуоресценции окисленного FAD - для сопоставления активностей окислительного фосфорилирования и гликолиза в астроцитах и нейронах соматосенсорной коры мышей in vivo. Применение разработанного подхода для изучения переключения между OXPHOS и гликолизом в клетках мозга мышей линии APP/PS1 при таупатии и без нее. 4. Подготовка препаратов срезов мозга мышей линии АРР/PS1 с визуализацией экстраклеточных накоплений тау-белка и бета-амилоидов, совместимых с последующей регистрацией спектров КР от клеток в срезах. 5. Получены данные о редокс-состоянии цитохромов дыхательной цепи митохондрий клеток в зависимости от расстояния до экстраклеточных скоплений тау-белка и бета-амилоидов, а также о наличии или отсутствии внутриклеточного накопления патологически белков с бета-структурами и перекисном окислении липидов клеточных мембран.

Российский коллектив имеет большой опыт применения конфокальной рамановской микроспектроскопии (микроспектроскопии комбинационного рассеяния, КР) для неинвазивного мониторинга окислительно-восстановительного состояния митохондрий в различных клетках (кардиомиоцитах, макрофагах, бета-клетках и различных клеточных культурах), перфузируемом сердце, переживающих и фиксированных срезах головного мозга, а также в астроцитах и нейронах в головном мозге анестезированных и бодрствующих мышей На основе спектроскопии КР мы разработали методический подход для изучения окислительно-восстановительного состояния цитохромов в митохондриях астроцитов и нейронов, а также для мониторинга оксигенации крови и диаметра сосудов в коре бодрствующих мышей во время покоя и локомоции (рис. 1). Мы установили, что в состоянии покоя ЭТЦ митохондрий астроцитов заполнена электронами больше, чем ЭТЦ нейронов (Рис. 1). Локомоция вызывает увеличенное заполнение электронами ЭТЦ астроцитов и снижение количества электронов в ЭТЦ нейронов (Рис.2 a, c). При этом мы установили, что у трансгенных мышей линии 5xFAD (мышиная модель болезни Альцгеймера) изменяется ответ митохондрий астроцитов в ответ на локомоцию, демонстрируя снижение заполненности электронами ЭТЦ в отличие от контрольных мышей-сиблингов. Важно отметить, что при этом мы не наблюдали отличий в ответе митохондрий нейронов на локомоцию у трансгенных и контрольных животных линии 5xFAD. Также мы установили, что в норме загруженность электронами ЭТЦ астроцитов у мышей при локомоции сопровождается образованием в митоондриях перекиси водорода, Н2О2, которая, как показано, является важной сигнальной молекулой между астроцитами, нейронами и микроглией. Также российским коллективом был разработан подход на основе КР-микроспектроскопии, позволяющий изучать редокс-состояние ЭТЦ в митохондриях индентифицированных нейронов и астроцитов в фиксированных срезах мозга.

Совместное применение рамановской микроспектроскопии, двухфотонной микроскопии и метода FLIM позволит выявить нарушения церебрального кровотока и метаболические изменения в астроцитах и нейронах при изолированном накоплении Aβ и комбинированном воздействии Aβ с гиперфосфорилированным тау, параллельно с идентификацией ключевых молекулярных пар методом одноклеточного секвенирования и их последующей валидацией in vivo. Этот комплексный подход углубит понимание механизмов нейродегенерации и нейроастроваскулярного взаимодействия при болезни Альцгеймера, что откроет новые перспективы для терапии