Введение

Проблема стресса приобретает все возрастающую значимость и становится одной из главных проблем в жизни современного общества. Стресс определяют как совокупность реакций организма на воздействие различных неблагоприятных факторов. Многочисленные данные свидетельствуют о том, что хронический и острый стресс оказывает влияние на поведение, способность к обучению и память человека. Имеются данные, что около 20% населения Земли страдают теми или иными расстройствами, являющимися последствиями перенесенного стресса [1]. Клинические исследования показали, что у пациентов, перенесших стрессирующие воздействия различной степени тяжести, часто наблюдаются серьезные когнитивные расстройства, такие как дефицит рабочей памяти, селективного внимания и долговременной памяти [2, 3]. Несомненно, что изучение последствий, вызванных стрессирующими воздействиями на физиологическое и психическое состояние организма, является крайне актуальной проблемой, а вопрос о купировании негативных последствий стресса требует принципиально новых путей решения.

Большие надежды в области изучения особенностей стресс-вызванных нарушений можно возлагать на исследования с помощью транскриптомных подходов, которые появились относительно недавно и основаны на полногеномном секвенировании клеточных РНК. Как свидетельствуют многие современные исследования, в ответе на патологическое воздействие участвуют не только кодирующие мРНК, но и различные типы РНК, которые не кодируют белок. Так, микроРНК представляют собой короткие молекулы некодирующих РНК из 20—22 нуклеотидов в длину, которые взаимодействуют с сайтами-мишенями на мРНК. В результате образование микроРНК—мРНК дуплекса приводит к деградации мРНК или репрессии ее трансляции.

В последнее время активно развивается представление о том, что длинные некодирующие РНК (днРНК) могут взаимодействовать с микроРНК и снижать их активность. Такие функции приписывают новому и активно изучаемому в настоящее время типу РНК циклической структуры (циклоРНК). Анализ транскриптома позволяет выявить отдельные гены или РНК, которые специфичны в отношении того или иного физиологического воздействия, а также сигнальные пути и биологические процессы, активность которых может быть связана с природой индуцируемого физиологического ответа у клетки. В рамках настоящего обзора охарактеризовано современное состояние исследований роли мРНК и некодирующих РНК при остром стрессе, а также при действии противострессовых препаратов.

Физиологические особенности острого стресса

Исследования последних лет указывают на то, что хронический и острый стресс оказывает воздействия, которые несут значительные последствия для жизнедеятельности организма [1, 3, 4]. Стресс-вызванные изменения когнитивных функций часто связаны с рядом психических нарушений, такими как тревожность, депрессия, посттравматические стрессовые расстройства и др. [5, 6]. Направленность, выраженность и длительность стресс-вызванных изменений когнитивных функций определяются природой, интенсивностью и длительностью стрессового воздействия. Острый стресс также оказывает значительное влияние на различные фазы процесса обучения — восприятие, выработку рефлекса, консолидацию, приводя зачастую к нарушению извлечения следа памяти [7, 8]. Для изучения механизмов действия стресса на организм используют различные модели стресс-вызванных нарушений у животных. В качестве стрессирующих факторов используются ограничение подвижности (иммобилизация), вынужденное плавание, электроболевое воздействие и др. [9, 10]. Следует отметить, что стресс-вызванные изменения поведения у животных могут во многом определяться их физической выносливостью, болевой чувствительностью и рядом других факторов. Так, иммобилизация для грызунов является неизбегаемой и неконтролируемой стрессорной ситуацией, которая вызывает безусловный нейроэндокринный ответ, включающий значительное возрастание уровня кортикостерона в крови [11, 12]. Модель иммобилизации активно используется для изучения патологических состояний, связанных со стрессом, и последствий острого стресса [12]. Результаты, полученные в условиях моделей, указывают на конкретные пути в разработке терапевтических методов, направленных на уменьшение или предотвращение стресс-вызванных нарушений, одними из которых являются молекулярно-генетические подходы [13].

Роль транскриптома при стрессовых нарушениях

Анализ транскриптома является одним из эффективных подходов к исследованию молекулярно-генетических механизмов, определяющих развитие патологических и стрессовых состояний. К числу исследований в данной области относится работа по анализу молекулярных механизмов стресс-индуцированной депрессии с помощью высокопроизводительного секвенирования РНК в медиальной префронтальной коре у модельных мышей [14]. Эти авторы показали, что был существенно снижен уровень мРНК, которые кодируют белки нейротрансмиттерных систем (ГАМКергические синапсы, дофаминергические синапсы, образование и функционирование синаптических везикул, рост аксонов, амфетамин- и морфин-зависимые процессы). Результат хорошо согласуется с данными о снижении активности нейронов в условиях депрессии [15, 16]. В частности, показано, что на 35-й день хронического непредсказуемого стресса нейроны Cornu Ammonis 1 (CA1) области гиппокампа крыс имеют тонкий пирамидальный клеточный слой с разупорядоченной структурой, нерегулярной морфологией и увеличенным количеством пикнотических клеток по сравнению с контрольной группой [17].

Имеются данные, что уровень микроРНК, которые нацелены на мРНК генов нейротрансмиттерных систем, активируется при стресс-индуцированной депрессии [14]. Известно, что микроРНК как компоненты РНК-индуцированного сайленсинга преимущественно негативно влияют на экспрессию мРНК, вызывая ее деградацию или репрессию ее трансляции [18, 19]. Выявляемая разнонаправленность в изменении экспрессии между микроРНК и мРНК может указывать на возможность реализации микроРНК-опосредованной регуляции экспрессии генов нейротрансмиттерных систем в условиях модели стресс-индуцированной депрессии. В работе M. Zhou и соавт. [17] представлены результаты экспрессии микроРНК в условиях модели хронического непредсказуемого умеренного стресса у крыс. Анализ с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) и микрочипов показал, что в гиппокампе в условиях модели изменяется содержание большого количества микроРНК, ассоциированных с сигнальными путями нейротрофинов, Toll-рецепторов, метаболизма глутатиона, играющих ключевую роль в стрессовом и воспалительном ответе. В другом исследовании было показано, что из 321 микроРНК, изменивших экспрессию в условиях модели хронического непредсказуемого умеренного стресса, 271 микроРНК увеличила экспрессию в гиппокампе [20]. Таким образом, вышеописанные случаи микроРНК-опосредованной регуляции биологических процессов при стрессе, включая репрессию нейротрансмиттерных систем и активацию стрессового и воспалительного ответов, могут служить примерами негативного влияния микроРНК в условиях стресса [14, 17, 20].

В настоящее время активно развивается концепция, связанная с нивелированием действия микроРНК с помощью днРНК, выполняющих функции конкурентных эндогенных РНК (кэРНК). Эти транскрипты конкурируют с мРНК за связывание с микроРНК и подавляют действие микроРНК на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях регуляции экспрессии генов [21, 22]. В ряде последних работ отмечается, что эффективные кэРНК должны иметь множество сайтов связывания микроРНК, а также повышенную стабильность или высокий уровень экспрессии [22, 23]. На сегодняшний день имеются данные о том, что значительная часть днРНК имеет циклическую структуру [24—29]. ЦиклоРНК являются новым и относительно малоизученным классом днРНК, обнаруженным преимущественно в клетках млекопитающих. ЦиклоРНК не подвергаются действию экзонуклеаз [26, 27], чем обеспечивается повышенная устойчивость этого класса РНК. Таким образом, циклоРНК могут более эффективно играть роль кэРНК, что было доказано для их отдельных представителей [23, 30]. В частности, была выявлена способность циклоРНК гена CDR1 (CIRs-7) предотвращать репрессию генов SNCA, EGFR и IRS2, которые являются известными мишенями микроРНК miR-7 [30]. Кроме того, при спорадической болезни Альцгеймера была показана корреляция между уровнем miR-7 и CIRs-7 [31]. Совсем недавно была установлена роль CIRs-7, связанная с ее функционированием в качестве кэРНК, в предотвращении психоневрологических нарушений у мышей [32].

Способность циклоРНК выступать в качестве кэРНК может существенно расширить наши представления о возможности этого типа РНК обеспечивать противострессовое действие. Недавно с помощью высокопроизводительного секвенирования РНК детально были проанализированы профили экспрессии циклоРНК в условиях модели хронического непредсказуемого умеренного стресса у мышей [33]. Было определено большое количество циклоРНК, которые могли бы играть ключевые роли в патогенезе депрессии. Также у больных депрессией была выявлена дифференциальная экспрессия мРНК и днРНК, включая циклоРНК, и построены сети регуляторных взаимодействий между разными типами РНК, ассоциированными с депрессией [34].

Роль транскриптома в терапии стрессовых состояний

К перспективным противострессовым лекарственным препаратам относятся средства на основе природных регуляторных пептидов. Одним из них является синтетический аналог тафтцина селанк. Он представляет собой короткий фрагмент тяжелой цепи иммуноглобулина G человека (Thr-Lys-Pro-Arg), удлиненный с C-конца трипептидом Pro-Gly-Pro для повышения метаболической стабильности [35]. Селанк вошел в клиническую практику в качестве анксиолитического и ноотропного средства. Оценка влияния введения пептида селанк на транскрипционный профиль клеток гиппокампа крысы с использованием технологии кДНК микрочипов позволила обнаружить воздействие селанка на ионзависимые процессы, к которым относятся обучение и формирование памяти [36]. Изучение влияния селанка на уровень мРНК ряда генов в лобной коре крыс с помощью ПЦР показало, что этот пептид влияет на экспрессию генов Adcy7, Cx3cl1, Gabra6, Gabrb1, Gabrb3, Gabre, Gabrq, Hcrt, Slc6a1 и Slc6a11, участвующих в нейросигнализации [37]. Это дает основания рассматривать селанк как модулятор экспрессии генов белков ГАМКергической системы, нейрорецепции и передачи сигналов в нервных клетках в норме и при стрессе.

Также была изучена роль микроРНК в купировании последствий стресса под действием противострессовых агентов. В условиях модели хронического непредсказуемого умеренного стресса 72 микроРНК изменили свою экспрессию в противоположном направлении по отношению к действию стресса после добавления антидепрессанта 7-хлоркинуреновой кислоты [20]. Было показано, что в функционировании данного антидепрессанта участвуют 15 микроРНК TrkB-ERK/Akt сигнального пути, 14 из которых под действием 7-хлоркинуреновой кислоты экспрессию снижают.

Результаты исследований показывают, что микроРНК являются критическими регуляторами центральной нервной системы и играют важную роль в депрессии, а также могут иметь отношение в дальнейшем к терапии стрессовых состояний.

Также в условиях модели хронического непредсказуемого умеренного стресса у мышей были изучены механизмы действия сапонинов растений, препятствующих развитию депрессии, которые влияют на функционирование циклоРНК. Было показано, что сапонины могут значительно ингибировать развитие депрессии у мышей в условиях модели хронического непредсказуемого умеренного стресса, что ведет к существенным изменениям профилей циклоРНК в вентральной медиальной префронтальной коре и тканях гиппокампа. С помощью клеточной линии PC12 было показано, что сверхэкспрессия mmu_circ_0001223 значительно повышала уровни белков CREB1 и BNDF, что может быть важным механизмом, лежащим в основе ингибирования депрессии с помощью сапонинов [33]. Также T. An и соавт. [38] было проведено первое систематическое профилирование мРНК, днРНК и циклоРНК у пациентов с депрессией, которые занимались традиционной китайской лечебной физкультурой Baduanjin. Было показано, что антидепрессантное действие Baduanjin связано с ответом генов иммунной и воспалительной систем, а также с различными сигнальными путями с участием IL-17 и цитокина TNF. Авторами были построены регуляторные сети между мРНК и некодирующими РНК, связанные с антидепрессантным действием Baduanjin. Результаты указывают на существенный вклад транскриптома в регуляцию восстановительных процессов при купировании стрессовых состояний.

Заключение

Различные формы стрессовых состояний относятся к числу главных проблем человека в современном обществе. В борьбе с ними большие надежды возлагаются на новые подходы в изучении развития стрессовых состояний для разработки эффективных противострессовых препаратов. Анализ транскриптома является одним из таких подходов. Данные, представленные в обзоре, показывают, что помимо кодирующих белок мРНК важную роль в формировании физиологических ответов клеток мозга при стрессовых состояниях играют некодирующие РНК, среди которых особый интерес представляют микроРНК и циклоРНК. Реакция на стресс-вызванные нарушения, а также на терапевтическое противострессовое воздействие сопровождается существенными изменениями профилей мРНК, микроРНК и днРНК, включая циклоРНК. Становится очевидным, что изучение механизмов действия терапевтических средств и определение стратегии в достижении нейроактивного эффекта препаратов невозможны без учета вклада различных типов клеточных РНК и их взаимодействий.

Финансирование. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект №19-14-00268).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.