Középagyi neuromodulációs munkacsoport

KTIA_13_NAP-A-I/10.

 

 

Főbb kutatási területek

 

1.  A nucleus pedunculopontinus (PPN) neuronjainak csoportosítása, morfológiai és funkcionális sajátságaik

2.  A PPN-ben érvényesülő neuromodulációs hatások vizsgálata

3.  A PPN neuronok M-áramának szerepe azok működésében

4.  Az asztrocita-neuron kommunikáció részvétele középagyi neuromodulációs mechanizmusokban

5.  Az asztrocita-neuron kommunikáció szerepe a neuronális excitábilitás szabályozásában

 

            A nucleus pedunculopontinus (PPN) a retikuláris aktivációs rendszer egyik kolinerg magja, amely számos szubkortikális struktúra kolinerg bemenetét biztosítja.  A PPN jelentős szerepet kap a szenzoros kapuzásban, az alvás-ébrenlét szabályozásában és a mozgásszabályozásban.  Kórélettani jelentőségét az adja, hogy a Parkinson-kór egyes típusaiban, skizofréniában és peduncularis hallucinosisban megfigyelték érintettségét.

            A PPN neuronjain számos, bizonyos esetekben egymással átfedő hatású neuromodulációs hatás érvényesül.  Kimutattuk, hogy az eddig leírt kolinerg neuromodulációs hatás (depolarizáció egyes neuronokon, máshol hiperpolarizáció, egyes neuronokon válaszhiány) nagyrészt átfed a kannabinoidok CB1 receptoron keresztül érvényesülő hatásaival.  A CB1 receptor stimulációja –azon túl, hogy a preszinaptikus lokalizációjú CB1 receptorokon keresztül mind a serkentő, mind a gátló neurotranszmissziót gátolja- az asztrocitákat stimulálja CB1 receptoron keresztül, és ezen a hatáson keresztül tónusos, metabotróp glutamátreceptor-függő depolarizációt vagy hiperpolarizációt indukál a neuronokon.  A tónusos hatásokon kívül megfigyeltünk fázisos, asztrocita-függő serkentő áramokat is ("slow inward current", SIC).

            A neuromodulációs hatások egy másik, neuronális támadáspontja az M-áram.  Az M-áram egy feszültségfüggő káliumáram, amelyet több metabotróp receptor (pl. muszkarinos acetilkolin receptor) modulál.  Az M-áramért felelős csatornát a Kv7.2-7.5 (KCNQ2-5) alegységek alkotják.

            Kimutattuk, hogy az M-áram mérhető a PPN kolinerg neuronjainak a szómáján, míg nem található meg a GABAerg neuronok szómáján.  Ez a különbség hozzájáruk a neuronok tüzelési sajátságai közti eltérésekhez és az. ún. magas küszöbű membránpotenciál-oszcillációkhoz.

 

A munkacsoport tagjai

 

A munkacsoport közleményei

 

A munkacsoport korábbi projektjei

 

Technikák

 

1. Transzgén egértörzsek fenntartása, használata (fluoreszcens markereket, channelrhodopsin-2 (ChR2)-t specifikusan kifejező egértörzsek)

2. Kombinált szelet-elektrofiziológiai és kalcium imaging mérések

3. Optogenetika, flash fotolízis

4. Neuronok és asztrociták morfológiai rekonstrukciója, immunhisztokémia

5. Humán akut agyszeletek használata műtéti mintákból


 

1. ábra. Az asztrociták optogenetikai aktivációja befelé és kifelé irányuló tónusos áramokat és fázisos serkentő áramot (SIC) hoz létre a környező neuronokon.  A.  A kísérleti elrendezés (patch clamp technika, 470 nm LED megvilágítás, kalcium imaging).  B. A mért és feltöltött neuron ("rec.", patch pipetta sárga színnel) és a környező asztrociták (piros jelölések).  C. A GFAP-ChR2 egérből származó asztrocitákon lassú kalciumhullámok jönnek létre 470 nm-es fénnyel történő megvilágítás hatására (kék négyzet). D. A neuronok egy része befelé irányuló tónusos áramot és a spontán excitatorikus posztszinaptikus áramok frekvencia- és amplitúdónövekedését, más neuronok kifelé irányuló tónusos áramot mutatnak.  A SIC-ek (csillag) frekvenciája megemelkedik.  A ChR2-t nem kifejező mintán (GFAP-cre) nincs változás.

 


 

 

2. ábra. Kombinált patch clamp és kalcium imaging mérés PPN neuronokon és asztrocitákon. a. és A. Egy asztrocita morfológiai és funkcionális azonosítása.  Lassú kalciumhullámokkal (A panel, jobb oldal) és passzív membránsajátságokkal (A panel, balra) rendelkezik, és jellegzetes asztrocita morfológiát mutat (a).  b. és B. A CB1 receptor agonista ACEA által előidézett neuronális membránpotenciál-változásokat (felső görbék a B panelen) megelőzte az asztrociták kalciumhullám-frekvenciájának a növekedése (alsó görbék a B panelen). c és C. A lassú kalciumhullámokat produkáló sejtek nem-excitábilis sejteknek bizonyultak loose patch mérések alapján (felső görbe a C panelen: lassú kalciumhullámok, alsó görbe: a loose patch clamp méréseken nem látszottak tüskék; Kőszeghy Áron mérése)