Заведующий лабораторией

Лаборатория сравнительной термофизиологии
Заведующий лабораторией — к.б.н. доцент Ирина Васильевна Екимова
Лаборатория создана в 1993 г. на базе группы сравнительной физиологии терморегуляции, организованной в 1989 г. Основателем лаборатории является академик РАЕН (секция биомедицины) Юрий Федотович Пастухов, который руководил лабораторией в течение 20 лет с 1993 г. по 2013 г. С конца 2013 г. лабораторией заведует к.б.н., доцент Ирина Васильевна Екимова. В настоящее время в штат лаборатории входят два доктора и пять кандидатов биологических наук, а также два ведущих инженера и один младший научный сотрудник. Лаборатория традиционно активно взаимодействует с кафедрой физиологии биолого-почвенного факультета СПбГУ, оказывая научно-методическую помощь СПбГУ. Студенты кафедры на базе лаборатории проходят преддипломную практику, выполняют бакалаврские и магистерские диссертации.
Основные направления научной деятельности
Исследования лаборатории посвящены изучению физиологических и молекулярных механизмов защиты мозга и организма при природной адаптации к экстремальным условиям, включая природный гипометаболизм, в моделях стресса, нарушения сна и поведения, эндотоксемии, эпилепсии, болезни Паркинсона (БП). Исследования лаборатории можно объединить в следующие основные направления.
- 1. Сравнительная термофизиология адаптивных состояний гомеотермии;
- 2. Молекулярные шапероны в защите функций мозга теплокровных животных;
- 3. Интеграция молекулярных систем мозга в модуляции физиологических функций;
- 4. Болезнь Паркинсона: разработка технологии ранней диагностики и шаперонной терапии.
Основные научные достижения
1. Сравнительная термофизиология адаптивных состояний гомеотермии. Объектами анализа служили представители трех больших по численности групп теплокровных животных, обитающих в различных климато-географических регионах: эутермные и зимоспящие млекопитающие, птицы, а также лабораторные животные и рыбы. В результате многолетних исследований сформулировано обобщение: эволюционная адаптация к экстремальным зимним условиям у различных групп млекопитающих, отличающихся по происхождению, массе тела и экологической специализации, имеет единую стратегию выживания – минимизацию расходов энергии. Выявлено усиление роли медленного сна в экономии расходов энергии и восстановлении нервной системы (при фено- и генотипической адаптации млекопитающих к экстремальным условиям, голодании у птиц, после различных видов стресса) и парадоксального сна в механизмах вхождения в торпор и зимнюю спячку. На основании изучения ультрадианных, околочасовых, суточных и сезонных биоритмов физиологических функций, метаболизма, сна и поведения рассчитан годовой бюджет энерготрат у зимоспящих млекопитающих из разных климатических зон, открыт природный феномен синхронизации и «раскачки» эндогенных биоритмов и обоснована методология экологически наиболее адекватных режимов закаливания организма.
2. Молекулярные шапероны в защите мозга теплокровных животных. Иccледована стресс-лимитирующая функция молекулярных шаперонов семейства Heat Shock Protein 70 kDa (HSP70). Впервые установлено, что увеличение содержания главного шаперона индуцибельного Hsp70 в мозге крыс и голубей приводит к увеличению естественного медленного сна, снижению температуры мозга и тонуса мышц. Ключевым механизмом сомногенного действия Hsp70 является его способность взаимодействовать с ГАМКергической и аденозиновой системами в «центре» медленного сна в преоптической области гипоталамуса. Применение Hsp70 после различных видов стресса у крыс и голубей приводит к увеличению медленного сна и его стресс-лимитирующей функции, более раннему восстановлению сомато-висцеральных показателей и уменьшению тревожности, концентрации в крови кортикостерона и пост-стрессового синдрома. В модели эндотоксемии у крыс и голубей показано, что Hsp70 ослабляет воспалительный процесс и ускоряет восстановление цикла сон-бодрствование. Увеличение содержания в мозге эндогенного или экзогенного Hsp70 вызывает противосудорожные эффекты в моделях генерализованной эпилепсии у крыс Вистар и у крыс с наследственной формой эпилепсии. Полученные данные могут служить основанием для апробации в клинике ряда известных ранее и новых лекарственных средств, увеличивающих содержание в мозге шаперонов семейства HSP70 с целью ускорения процессов реабилитации после стресса, политерапии эндотоксемии, эндотоксического шока, разных форм эпилепсии.
3. Интеграция молекулярных систем мозга в модуляции физиологических функций. При исследовании молекулярных механизмов модуляции сна и тревожно-подобного поведения впервые установлено, что снижение экспрессии генов ко-шаперона Hdj1 в интегративном «центре» регуляции сна, вегетативных функций и поведения в преоптической области гипоталамуса крыс с помощью трансфекции лентивектора shRNA-Hdj сопровождается значительным увеличением количества медленного сна и снижением уровня тревожности. Это может быть обусловлено компенсаторным усилением активности системы Hsp70 при нарушении интеграции между молекулярными системами. Снижение экспрессии генов Hsp70 в преоптической области гипоталамуса с помощью лентивектора shRNA-Hsp70 приводит к уменьшению количества медленного сна и повышению уровня тревожности. При этом отмечается компенсаторное повышение в нейронах уровня другого шаперона из того же класса – GRP78. Несмотря на недостаток уровня Hsp70 в нейронах и снижение медленного сна, феномен отдачи сна после депривации оказывается более мощным, чем в контроле. Полученные данные указывают на важное значение тесной интеграции молекулярных систем шаперонов HSP70 и HSP40 и их компенсаторных взаимоотношений в ослаблении нарушений сна, повышенной тревожности и последствий стресса, особенно в пожилом возрасте.
4. Болезнь Паркинсона: разработка технологии ранней диагностики и шаперонной терапии. Поздняя постановка диагноза болезни Паркинсона (БП) требует разработки комплекса ранних немоторных маркеров БП. Для поиска немоторных диагностических маркеров БП и разработки новой технологии терапии БП в лаборатории впервые созданы модели доклинической и клинической стадий БП у крыс на основе ослабления активности убиквитин-протеасомной системы путем использования ее специфического ингибитора лактацистина. В моделях доклинических стадий БП установлены следующие ранние маркеры, отражающие нарушение интегративных функций мозга и состояние компенсаторных и нейропротективных резервов нигростриатной системы: возрастание тревожности, преобладание релаксированного бодрствования, увеличение быстрого сна и переходных состояний, фрагментация медленного сна и уменьшение глубокого сна. Определение этих показателей у пациентов из группы риска по развитию БП в дневных стационарах является финансово не затратной для клиник процедурой и вместе с другими маркерами может найти применение для ранней постановки диагноза БП.
Исследование в лаборатории взаимоотношений системы молекулярных шаперонов HSP70 и УПС позволило выявить, что при умеренном ослаблении функции УПС, имитирующем доклиническую стадию БП, выживают те нейроны черной субстанции, в которых увеличивается содержание шаперона Hsp70. Снижение уровня Hsp70 в нейронах черной субстанции с помощью лентивирусной конструкции shRNA-Hsp70 приводило к усилению процесса нейродегенерации и ускоряло переход нейродегенеративного процесса от доклинической стадии БП к клинической стадии БП. Эти данные явились основанием для разработки в лаборатории новой молекулярной стратегии терапии БП на основе шаперона Hsp70. Впервые установлено, что интраназальное введение препарата рекомбинантного Hsp70 уменьшает в 2 раза потерю дофамин (ДА) -ергических нейронов черной субстанции и устраняет симптомы моторной дисфункции в модели клинической стадии БП, созданной на основе локальных микроинъекций лактацистина в черную субстанцию. Полученные нами данные могут служить основанием для дальнейшей разработки методологии повышения устойчивости ДА-ергических нейронов и терапевтической стратегии замедления или остановки процесса нейродегенерации не только в отдельной области мозга, но и при более широком ее распространении в мозге, типичном для БП.
Гранты:National Science Foundation (NSF USA IBN- 9421921), 1995-1997; РФФИ, по коду «а» 1998-2000; 2001-2003; 2003-2005; 2005-2006; 2008-2010; 2011-2013; 2014-2015; 2014-2016, 2016-2018. Программы Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине» 2003, 2008-2014 и «Механизмы интеграции молекулярных систем при реализации физиологических функций», 2012-2014; Программа ОБН РАН, 2005 и 2006 (исп.); Программа СПб НЦ РАН, 2005, 2006,
Грант РНФ № 16-15-00278
Кандидатские диссертации, выполненные в лаборатории под руководством сотрудников лаборатории: Комарова Т.Г. «Холинергические и NMDA рецепторы преоптической области гипоталамуса в контроле состояний бодрствования-сна и терморегуляции у голубей» (рук. д.б.н. Пастухов Ю.Ф.), 2009; Худик К.А. «Сомногенные, терморегуляторные и противосудорожные эффекты белков теплового шока 70 кДа» (рук. д.б.н. Пастухов Ю.Ф.), 2009; Ницинская Л.Е. «Изучение противосудорожного действия белка теплового шока 70 кДа в моделях генерализованной эпилепсии у крыс», (рук. к.б.н. Екимова И.В.) 2011; Лапшина К.В. «Защитные эффекты белка теплового шока 70 кДа при депривации сна и эндотоксемии» (рук. к.б.н. Екимова И.В.), 2011.
Список сотрудников:
Екимова Ирина Васильевна, зав. лаб., канд.биол.наук, доцент | ||||
Пастухов Юрий Федотович, гл. науч. сотр., д-р. биол. наук, акад РАЕН | ||||
Чернышев Михаил Вячеславович, науч. сотр, канд.биол.наук | ||||
Лапшина Ксения Валерьевна, науч. сотр, канд.биол.наук | ||||
Чеснокова Анастасия Юрьевна, науч. сотр, канд.биол.наук
|
Избранные публикации
Монографии и книги
Ковальзон В.М., Пастухов Ю.Ф., Мухаметов Л.М. Механизмы сна / Физиология человека и животных. - М.: ВИНИТИ. 1986. Т.31. С. 59-177.
Пастухов Ю.Ф., Максимов А.Л., Хаскин В.В. Адаптация к холоду и условиям Субарктики: проблемы термофизиологии. – Магадан: СВНЦ ДВО РАН. 2003. Т. 1. 373 с.
Пастухов Ю.Ф., Чернышев М.В., Екимова И.В., Худик К.А. Молекулярные шапероны – новые модуляторы тревожности и гомеостаза сна // Сон и тревожность / Под ред. Е.В. Вербицкого – Ростов-на-Дону: Южный научный центр РАН. 2008. С.235-268.
Гусев Е.И., Гехт А.Б., Попов Г.Р., Волкова Н.А., Пастухов Ю.Ф., Пронина Т.С., Чеснокова А.Ю., Екимова И.В. Болезнь Паркинсона. Клиника, диагностика и лечение // Нейродегенеративные заболевания: фундаментальные и прикладные аспекты / Под ред. М.В. Угрюмова - М.: «Наука». 2010. С. 52-86.
Пастухов Ю.Ф., Чеснокова А.Ю. Альфа-синуклеин в патогенезе болезни Паркинсона и других нейродегенеративных заболеваний // Нейродегенеративные заболевания: фундаментальные и прикладные аспекты / Под ред. М.В. Угрюмова - М.: «Наука». 2010. С. 189-200.
Пастухов, Ю.Ф., Екимова И.В., Чеснокова А.В. Молекулярные механизмы патогенеза болезни Паркинсона и перспективы превентивной терапии // «Нейродегенеративные заболевания: от генома до целостного организма» / Под ред. М.В. Угрюмова – М.: «Научный мир», 2014, т. 1, С. 291-330.
Статьи
Козловский С.В., Пастухов Ю.Ф. Влияние пептида гипобиоза рыб и бомбезина-14 на терморегуляционное поведение серебряного карася Carassius auratus gibelio // Ж. эволюц. биохим. физиол. 1995. Т. 31. С. 292-298
Седунова Е.В. Температурный гомеостаз и его регуляция в классе птиц // Ж. эволюц. биохим. физиол. 1996. Т.32. № 2. С.129-142. Pastukhov Yu.F. REM sleep as a criterion of temperature comfort and temperature homeostasis «well-being» in euthermic and hibernating mammals // Ann. N.-Y. Acad. Sci. 1997. V. 813. P. 71-73.
Rashotte M.E., Pastukhov Iu.F., Poliakov E.L., Henderson R.P. Vigilance states and body temperature during the circadian cycle in fed and fasted pigeons ( Columba Livia ) // Am. J. Physiol. 1998. V.275. (Regulatory Integrative Comp. Physiol. 44 ) P. R1690-R1702.
Пастухов Ю.Ф. Парадоксальный сон и температура мозга: взаимоотношения в сезонах эутермии и гипометаболизма у гибернирующих больших сусликов Citellus major // Ж. эволюц. биохим. физиол. 1999. Т. 35. С. 237-243.
Sedunova E.V. Heat thermosensitivity ot the brain and spinal cord in Greenfinches // J. Ornis Fennica. 1999. V. 76. P. 221-229.
Rashotte M.E., Sedunova E.V., Johnson F,. Pastukhov Iu. F. Influence of food and water availability on undirected singing and energetic status in adult male zebra finches (Taeniopygia guttata) // Physiol. Behav. 2001. V. 74. P. 533-541.
Екимова И.В., Пастухов Ю.Ф. Участие ГАМКергических механизмов вентролатеральной преоптической области гипоталамуса в регуляции состояний сна-бодрствования и температурного гомеостаза у голубей // Ж. эволюц. биохим. физиол. 2005. Т.41. С. 356-363.
Екимова И.В., Пастухов Ю.Ф., Комарова Т.Г., Ницинская Л.Е., Гужова И.В. Эффекты экзогенного белка теплового шока 70 кДа и кверцетина на NMDA- индуцированные судороги // Докл. Акад. наук. 2008. Т. 418. С. 705-708.
Пастухов Ю.Ф., Екимова И.В., Худик К.А., Гужова И.В. Белок 70кДа в контроле сна и терморегуляции // Ж. эвол. биохим. и физиол. 2008.T. 44. С. 65-71.
Лапшина К.В., Екимова И.В. Исследование защитных эффектов белка теплового шока 70 kDa в модели депривации сна у голубей Columba Livia // Ж. эвол. биохим. и физиол. 2010. Т. 46. С. 386-94.
Lapshina K.V., Ekimova I.V. Effects of sleep deprivation on measures of the febrile reaction and the recovery of somatovisceral functions and sleep in endotoxemia // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2010. Vol. 40. № 4. P. 381-388.
Ekimova I.V., Nitsinskaya L.E., Romanova I.V., Pastukhov Y.F., Margulis B.A., Guzhova I.V. Exogenous protein Hsp70/Hsc70 can penetrate into brain structures and attenuate the severity of chemically-induced seizures // J. Neurochem. 2010. V 115. P. 1035-1044.
Пастухов Ю.Ф., Худик К.А., Екимова И.В. Шапероны в регуляции и восстановлении физиологических функций // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2010. Т. 96. С. 708-772.
Pastukhov Iu.F., Chesnokova A.Yu., Yakimchuk A.A., Ekimova I.V., Romanova I.V., Khudik K.A. Changes in sleep during degeneration of neurons in the substantia nigra induced by the proteasome inhibitor lactacystin // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2012. Vol. 42. № 4. P. 392-400.
Pastukhov Iu.F., Ekimova I.V. The thermophysiology of paradoxical sleep // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2012. Vol. 42. № 9. P. 933-947.
Пастухов Ю.Ф., Екимова И.В., Мешалкина Д.А., Гузеев М.А., Чернышев М.В., Лапшина К.В., Лукина Е.А., Лазарев В.Ф., Худик К.А., Гужова И.В. Изучение участия ко-шаперона Hdj1 в модуляции сна и поведения с использованием технологий микроРНК in vivo // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2012. Т. 98. № 12. С. 1530-1543.
Pastukhov Iu.F., Ekimova I.V., Guzhova I.V., Romanova I.V., Artyukhina Z.E. Chaperone Hsp70 content in dopaminergic neurons of the substantia nigra increases in proteasome dysfunction // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2013. Vol. 43, № 3. P. 380-387.
Khudik K.A., Pastukhov Yu.F., Guzhova I.V. Effects of thermal preconditioning on convulsive activity in rats with an inherited form of epilepsy // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2013. Vol. 43. № 6. Р. 736-742.
Пастухов Ю.Ф. Изменения характеристик парадоксального сна – ранний признак Болезни Паркинсона // Журн. Высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013. Т. 63. № 1. С. 75-85.
Екимова И.В. Сомногенный эффект экзогенного белка теплового шока 70 кДа реализуется через ГАМК(А) рецепторы в преоптической области гипоталамуса. // Докл. Акад. Наук. 2013. Т. 449. № 6. С. 725-728.
Simonova V.V., Guzeev M.A., Ekimova I.V., Pastukhov Yu.F. The participation of chaperone Hsp70 in sleep modulation in rats // J. Sleep Res. 2014. Vol. 23. Suppl. 1. P. 250.
Екимова И.В., Пастухов Ю.Ф. Роль аденозиновых A2A рецепторов преоптической области в реализации сомногенного эффекта белка 70 кДа у голубей // Журн. Эвол. биохим. и физиол. 2014. Т. 50. № 8. С. 428-434.
Пастухов Ю.Ф., Плаксина Д.В., Лапшина К.В., Гужова И.В., Екимова И.В. Экзогенный белок Hsp70 останавливает процесс нейродегенерации в модели клинической стадии болезни Паркинсона у крыс // Докл. Акад. наук. 2014. Т. 457. № 1. С. 225-227.
Пастухов Ю.Ф., Симонова В.В., Гузеев М.А., Мешалкина Д.А., Гужова И.В., Екимова И.В. Шаперон Hsp70 вовлечён в молекулярные механизмы регуляции медленного сна // Докл. акад. наук. 2015. Т. 461. № 2. С. 228–231.
Екимова И.В., Плаксина Д.В., Гужова И.В., Мешалкина Д.А. Роль индуцибельного белка Hsp70 в развитии нейродегенеративной патологии нигростриатной системы, характерной для болезни Паркинсона // Журн. эвол. биохим. физиол. 2016. Т. 52. № 1. С. 73-75.
Екимова И.В., Плаксина Д.В. Влияние кверцетина на нейродегенеративные и компенсаторные процессы в нигростриатной системе в модели преклинической стадии болезни Паркинсона у крыс // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2016. Т. 102. № 6. С. 647-658.
Екимова И.В., Симонова В.В., Гузеев М.А., Лапшина К.В., Чернышев М.В., Пастухов Ю.Ф. Изменения характеристик сна в модели доклинической стадии болезни Паркинсона у крыс, созданной на основе ослабления активности убиквитин-протеасомной системы головного мозга // Журн. эвол. биохим. физиол. 2016. T. 52. № 6. С. 413-422.
Пастухов Ю.Ф. Медленноволновый сон и молекулярные шапероны // Журн. эвол. биохим. физиол. 2016. Т. 52. № 1. С. 79-90.
Лапшина К.В., Гузеев М.А., Екимова И.В. Влияние глюкозо-регулируемого белка Grp78 на характеристики сна и терморегуляции у крыс // Журн. эвол. биохим. и физиол. 2016. Т. 52. N 2. С. 161-167.
Ekimova I.V., Plaksina D.V., Guzhova I.V., Meshalkina D.A. Role of the inducible Hsp70 in modulation of neurodegenerative pathology of nigrostriatal system typical for the Parkinson’s disease // J. Evol. Biochem. and Physiol. 2016. Vol. 52. № 1. P 73-75.
Ekimova I.V., Simonova V.V., Guzeev M.A., Lapshina K.V., Chernyshev M.V., Pastukhov Y.F. Changes in sleep characteristics of rat preclinical model of Parkinson’s disease based on attenuation of the ubiquitin-proteasome system activity in the brain // J. Evol. Biochem. and Physiol. 2016. Vol. 52. № 6. P. 463-474.
Пастухов Ю.Ф., Симонова В.В., Гузеев М.А., Екимова И.В. Молекулярные механизмы нарушений сна на начальном этапе нейродегенерации, вызванной протеасомной дисфункцией // Acta Naturae. 2016. Спецвыпуск. T. 1. C. 52.
Екимова И.В., Плаксина Д.В., Лапшина К.В., Газизова А.Р., Пастухов Ю.Ф. Патологические и компенсаторные процессы в новой модели доклинической стадии болезни Паркинсона у крыс // Acta Naturae. 2016. Спецвыпуск. T. 1. C. 50.
Плаксина Д.В., Екимова И.В., Карпенко М.Н., Пастухов Ю.Ф. Оценка функционального состояния нигростриатной системы мозга в экспериментальной модели доклинической стадии болезни Паркинсона у крыс // Ж. эвол. биохим. и физиол. 2017. Т. 53. № 5. С. 386-388.
Plaksina D.V., Chernyshev M.V., Karpenko M.N., Gazizova A.R., Pazi M.B., Ekimova I.V. Experimental modeling of a preclinical Parkinson`s disease stage in rats by intranasal lactacystin administration // Neurodegener. Dis. 2017. Vol. 17 (suppl. 1). Р. 1655.
Пастухов Ю.Ф., Симонова В.В., Чернышев М.В., Гузеев М.А., Шемякова Т.С., Екимова И.В. Признаки нарушений сна и поведения, сигнализирующие о начальном этапе нейродегенерации в модели болезни Паркинсона // Ж. эвол. биохим. и физиол. 2017. Т. 53. № 5. С. 383-386.
Simonova VV, Guzeev MA, Shemyakova TS, Pastukhov YF. Sleep changes in the model of preclinical-stage Parkinson's disease in adult and aged rats // Sleep Medicine. Vol. 40 (suppl. 1). P. 308.
Симонова В.В., Чернышев М.В., Гузеев М.А., Пастухов Ю.Ф. Медленноволновый сон и уровень тревожности у крыс при хроническом недостатке шаперона Hsp70i в преоптической области гипоталамуса // Рос. физиол. журн. 2017.Т. 103. № 8. С. 884-889.
Карпенко М.Н., Муружева З.М., Пестерева Н.С., Екимова И.В. Инфекционная гипотеза болезни Паркинсона // Рос. физиол. журн. 2017. Т. 103. № 8. С. 841-853.
Abdurasulova I.N., Ekimova I.V., Matsulevich A.V., Gazizova A.R., Klimenko V.M., Pastukhov Y.F. Impairment of non-associative learning in a rat experimental model of preclinical stage of Parkinson's disease // Dokl. Biol. Sci. 2017. Vol. 476. № 1. P188-190.
Ekimova I.V., Plaksina D.V. Effects of quercetin on neurodegenerative and compensatory processes in the nigrostriatal system in a model of the preclinical stage of Parkinson’s disease in rats // Neuroscience and Behav. Physiol. 2017. Vol. 47. № 9. P. 1029-1036.



научный сотрудник

научный сотрудник

научный сотрудник

ведущий инженер

ведущий инженер

младший научный сотрудник
старший лаборант - исследователь
Старший лаборант-исследователь