Відділ цитології

Г.Г. Скибо

Відділ цитології було організовано в 1996 р. на базі лабораторії нейроцитології. Незмінним завідувачем відділу і керівником наукових досліджень є доктор медичних наук, професор, лауреат премії ім.О.О. Богомольця, заслужений діяч науки і техніки України Галина Григорівна Скибо.

Наукова діяльність

Наукова діяльність відділу цитології спрямована на дослідження молекулярних і клітинних механізмів ушкоджень нервової тканини, що виникають при розвитку нейродегенеративних захворювань (церебральна ішемія, хвороба Альцгеймера, хвороба Паркінсона,) або супроводжують перебіг патологічних станів (перинатальна патологія ЦНС, травма головного мозку, стрес, екзокринна панкреатична недостатність), та вивчення підходів до профілактики та корекції нейродегенеративних процесів. Важливою складовою дослідної роботи є тестування фармакологічних препаратів з метою виявлення їх нейропротекторних властивостей. Розпочато вивчення можливостей використання ембріональної нервової тканини та стовбурових клітин для корекції нейродегенеративних процесів, спричинених церебральною ішемією.

Типи синапсів: червона стрілка – прості, жовта – перфоровані, зелені – множинні

Науковцями відділу було встановлено, що короткочасна церебральна ішемія в модельних системах (in vitro та in vivo) обумовлює розвиток деструктивних змін нейронів та перебудову синаптичного апарату в СА1 зоні гіпокампа - структури головного мозку, яка відповідає за процеси формування пам’яті та навчання і є надзвичайно чутливою до нестачі кисню та глюкози. При використанні методів світлової та електронної мікроскопії були досліджені структурні характеристики відтермінованої загибелі нейронів СА1 зони гіпокампа при ішемічному впливі різної тривалості та періоду реперфузії. Встановлено, що в ранні строки ішемічного ураження відбувається ремоделювання синаптичного апарату, а саме: змінюється просторовий розподіл синаптичних везикул у пресинаптичних терміналях, збільшується товщина та подовженість постсинаптичної щільності, змінюється співвідношення типів синаптичних терміналей в бік збільшення перфорованих та множинних, значно збільшуються об’єм астрогліальних відростків та площа їх контакту з пре- та постсинаптичними елементами синапсів. Отримані дані свідчать про те, що ішемічний вплив індукує пластичні перебудови синаптичного апарату, а наявність чіткої кореляції між змінами структурних елементів підтверджує концепцію «tripartite synapse», згідно з якою відростки астрогліїї, що огортають синапс, є третьою функціональною складовою разом з пресинаптичним бутоном та постсинаптичною терміналлю.

Був виявлений структурний та функціональний зв’язок між проявами деструктивних змін нейронів та рівнем реактивності гліальних клітин (гіперплазія мікроглії та гіпертрофія астроцитів) гіпокампа при ішемічному впливі.

File:Hippocamp.jpg

Тривимірне реконструювання для вивчення синаптичної пластичності нейронів гіпокампа та реакції глії на ішемічне ураження

На моделі культивованих зрізів гіпокампа було показано, що в умовах дефіциту кисню і глюкози пірамідальні нейрони гіпокампа CA1 зони є найбільш уразливими. Інтернейрони, астрогліальні і мікрогліальні клітини в порівнянні були більш стійкими до киснево-глюкозної деривації (КГД), крім того, спостерігається їх активація, що свідчить про потенційну можливість для інтернейронів і глії модулювати функції пірамідальних нейронів та впливати на функціонування всієї системи. Показано зміни рівня експресії субодиниць HIF-1α, HIF-3α, SERCA2b та PMCA1-2 в нейронах СА1 та СА3 зони гіпокампа у відповідь на проведення КГД та аноксичного прекондиціонування та зниження кількості ушкоджених клітин в обох зонах гіппокампа за умов стабілізації HIF-1.

Було розроблено оригінальну комп’ютерну програму аналізу зображення, з використанням якої при моделюванні церебральної ішемії in vivo та in vitro було досліджено зміни просторового розподілу синаптичних везикул в терміналях зони СА1 гіпокампа. Показано, що після ішемічного епізоду просторовий кластер, сформований везикулами, ставав більш дифузним, а самі органели віддалялись від активної зони синапсу. При вивченні засобів корекції ішемічного ураження мозку були отримані дані стосовно нейропротекторної дії ароматичних амінокислот, FGL - пептидного міметика NCAM, біофлавоноїдів, зокрема корвітину. В умовах експериментальної ішемії мозку був виявлений нейропротекторний вплив гіпоксичного пре- та посткондиціонування на стан СА1 зони гіпокампу. Було виявлено залежність морфо-функціонального стану нейронів гіпокампа від екзокринної функції підшлункової залози та отримані дані щодо можливості корекції панкреатичної енцефалопатії з допомогою замісної ферментативної терапії.

Інтеграція стовбурових клітин в нервову тканину при ішемічному ушкодженні

В модельних системах in vivo та in vitro було проведено дослідження регенеративного потенціалу стовбурових клітин різного ґенезу при ішемічному ураженні. Показано, що стовбурові клітини, трансплантовані після експериментального ішемічного впливу в обох моделях, здатні виживати в тканині реципієнта тривалі строки, диференціюватися як в зрілі нейрони, так і в клітини астроглії, та інтегруватися у тканину реципієнта. Встановлено, що стереотаксична трансплантація нейральних прогеніторних клітин сприяє відновленню просторової пам’яті у тварин після ішемічного ушкодження мозку.

За умов клініки у хворих на ішемічний інсульт досліджено частоту алельного поліморфізму генів, що кодують субодиниці конституційної та імунопротеасом. При відтворені ішемічного інсульту in vivo було здійснено вимірювання трьох видів протеолітичної активності протеасоми (трипсиноподібна, хімотрипсиноподібна та пептидглутаміл пептидгідролазна) в тканинах головного мозку щурів. Отримані дані свідчать про порушення функцій протеасом в умовах ішемічного інсульту.

Склад відділу

Співробітники

1. Скибо Г.Г. - зав.відділу, д.мед.н., проф.
2. Коваленко Т.М. – к.б.н., пров. н сп.
3. Пивнева Т.А. – д.б.н., пров. н. сп.
4. Никоненко О.Г. – д.б.н., пров. н. сп.
5. Цупиков О.М. – к.мед.н., пров. н. сп.
6. Войтенко Л.П. – к.б.н., пров. н. сп.
7. Лушнікова І.В – к.б.н., ст. н. сп.
8. Осадченко І.О – к.б.н., ст. н. сп.
9. Пацева М.А. – к.б.н., н. сп.
10. Майстренко А. М. – м.н.с
11. Никандрова Є.О. – м.н.с
12. Рибачук О. А. – м.н.с
13. Савчук О. І.– м.н.с
14. Сможаник К.Г. – пров. інженер
15. Майоренко П.П. – пров. інженер
16. Мельничук Л.П.- ст. лаборант.

Аспіранти

1. Гончарова К.
2. Забенько Є.
3. Малеєва Г.

У відділі організовано наукову базу для підготовки студентів (бакалаврів та магістрів) Навчально-Наукового Центру "Інститут Біології" КНУ ім. Т.Г.Шевченка, Київської філії МФТІ та Київо-Могилянської академії.

Дослідна діяльність

Основні напрямки досліджень

• вивчення життєздатності та резистентності клітин гіпокампа при моделюванні нейропатологій різного генезу (ішемія мозку, стрес, хвороба Альцгеймера) та пошук засобів нейропротекції
• дослідження патофізіологічних механізмів перінатальної патології центральної нервової системи різного ґенезу та можливостей її терапевтичної модуляції
• вивчення клітинних механізмів ранніх етапів нейродегенерації у ротеноновій моделі хвороби Паркінсона
• дослідження залежності структурних та функціональних особливостей головного мозку від функції шлунково-кишкового тракту
• дослідження регенеративних особливостей стовбурових клітин при експериментально викликаних нейродегенеративних патологіях головного мозку (ішемія, травма головного мозку)

Об’єкти досліджень

• тварини (щури, миші, піщанки, свині),
• культури клітин (органотипові та дисоційовані культури)

Методи досліджень

• моделювання нейродегенеративних станів in vivo (церебральна ішемія, хвороба Паркінсона, перинатальна патологія ЦНС, травма головного мозку, екзокринна панкреатична недостатність) та in vitro (церебральна ішемія, хвороба Альцгеймера, стрес);
• мікроскопія: світлова, конфокальна, електронна,
• методи імуногістохімії,
• зворотня транскрипція та полімеразна ланцюгова реакція (single-cell RT-PCR),
• імуноблотінг,
• кількісний ультраструктурний аналіз,
• комп'ютерний аналіз зображень,
• морфометрія.

Перелік лабораторій, із якими відбувається наукове співробітництво

• Відділення біології клітини та організму Лундського Університету, Швеція
• Інститут нейробіології Словацької АН, Кошице, Словакія
• Інститут динаміки мозку Національного інституту здоров'я та медичних досліджень (INSERM), Марсель, Франція
• Макс Дельбрук Центр Молекулярної Медицини, група Нейронаук, Берлин-Бух, Німеччина

Наукові досягнення. Вибрані публікації за 2011-2014 роки

1. Tsupykov O, Kyryk V, Smozhanik E, Rybachuk O, Butenko G, Pivneva T, Skibo G. Long-term fate of grafted hippocampal neural progenitor cells following ischemic injury. J Neurosci Res. 2014 Apr 22.
2. Rybachuk O. A., Kyryk V. M, Poberezhnyi P. A., Butenko G. M., Skibo G. G., Pivneva T. A. Effect of bone marrow multipotent mesenchymal stromal cells on the neural tissue after ischemic injury in vitro, Cell and organ transplantology, - 2014, 2, № 1, p. 96-100.
3. Pierzynowski S, Ushakova G, Kovalenko T, Osadchenko I, Goncharova K, Gustavsson P, Prykhodko O, Wolinski J, Slupecka M, Ochniewicz P, Weström B, Skibo G. Impact of colostrum and plasma immunoglobulin intake on hippocampus structure during early postnatal development in pigs. Int J Dev Neurosci. 2014 Mar 15. pii: S0736-5748(14)00037-9.
4. Nikonenko I, Nikonenko A, Mendez P, Michurina TV, Enikolopov G, Muller D. Nitric oxide mediates local activity-dependent excitatory synapse development. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013, 110(44):E4142-4151.
5. Rybachuk О. А, Levin R. E., Кyryk V. М., Susarova D. K., Tsupykov О. M., Smozhanik E. G., Butenko G. M., Skibo G. G., Troshin P. A., Pivneva Т. А. Effect of a water soluble derivative of fullerene C60 on the features neural progenitor cells in vitro, Cell and organ transplantology, 2013, 1, № 1, 96-107
6. Никоненко А.Г. Введение в количественную гистологию. Киев: Книга плюс, 2013, 256с. 500 прим. 15,5 друк. арк.
7. Tress O, Maglione M, May D, Pivneva T, Richter N, Seyfarth J, Binder S, Zlomuzica A, Seifert G, Theis M, Dere E, Kettenmann H, Willecke K. Panglial gap junctional communication is essential for maintenance of myelin in the CNS. J. Neurosci. 2012. 32(22). P.7499-518.
8. Pierzynowski S, Swieboda P, Filip R, Szwiec K, Valverde Piedra JL, Gruijc D, Prykhodko O, Fedkiv O, Kruszewska D, Botermans J, Svendsen J, Skibo G, Kovalenko T, Osadchenko I, Goncharova K, Ushakova G, Weström B. Behavioral changes in response to feeding pancreatic-like enzymes to exocrine pancreatic insufficiency pigs. J Anim Sci. 2012 Dec;90 Suppl 4:439-41.
9. Woliński J, Słupecka M, Weström B, Prykhodko O, Ochniewicz P, Arciszewski M, Ekblad E, Szwiec K, Ushakova, Skibo G, Kovalenko T, Osadchenko I, Goncharova K, Botermans J, Pierzynowski S. Effect of feeding colostrum versus exogenous immunoglobulin G on gastrointestinal structure and enteric nervous system in newborn pigs. J Anim Sci. 2012 Dec;90 Suppl 4:327-30.
10. Pierzynowski S, Szwiec K, Valverde Piedra JL, Gruijc D, Szymanczyk S, Swieboda P, Prykhodko O, Fedkiv O, Kruszewska D, Filip R, Botermans J, Svendsen J, Ushakova G, Kovalenko T, Osadchenko I, Goncharova K, Skibo G, Weström B. Exogenous pancreatic-like enzymes are recovered in the gut and improve growth of exocrine pancreatic insufficient pigs. J Anim Sci. 2012 Dec;90 Suppl 4:324-6.
11. Kopach O, Kruglikov I, Pivneva T, Voitenko N, Verkhratsky A, Fedirko N. Mitochondria adjust Ca(2+) signaling regime to a pattern of stimulation in salivary acinar cells. Biochim Biophys Acta. 2011 Oct;1813(10):1740-8.
12. Puchkov D, Leshchyns'ka I, Nikonenko AG, Schachner M, Sytnyk V. NCAM/spectrin complex disassembly results in PSD perforation and postsynaptic endocytic zone formation. Cereb Cortex. 2011 Oct;21(10):2217-32.
13. Tsupykov O.M., Poddubnaya A.O., Smozhanyk K.G., Kyryk V.M., Kuchuk O.V., Butenko G.M., Semenova E.A., Pivneva T.A., Skibo G.G. Integration of grafted neural progenitor cells in host hippocampal circuitry after ischemic injury// Neurophysiology. – 2011. – V.43., №.4., P. 372-375.
14. Lushnikova I, Skibo G, Muller D, Nikonenko I. Excitatory synaptic activity is associated with a rapid structural plasticity of inhibitory synapses on hippocampal CA1 pyramidal cells. Neuropharmacology. 2011 Apr;60(5):757-64.
15. Lushnikova I, Orlovsky M, Dosenko V, Maistrenko A, Skibo G. Brief anoxia preconditioning and HIF prolyl-hydroxylase inhibition enhances neuronal resistance in organotypic hippocampal slices on model of ischemic damage. Brain Res. 2011 Apr 22;1386:175-83.