Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Neurosciences
Department or equivalent
Laboratory of Cellular and Developmental Neurobiology (Institute of Experimental Medicine)
Starting date
2007-07-01
Closing date
2010-07-31
Funding (in million HUF)
10.479
FTE (full time equivalent)
1.91
state
closed project
Summary in Hungarian
Összefoglalás
Annak ellenére, hogy napjainkban egyre inkább előtérbe kerül az őssejt kutatás, az idegi őssejtek és progenitorsejtek élettani jellemzőiről még mindig nagyon keveset tudunk. Ennek részben az az oka, hogy a több helyen is előforduló ős- és progenitorsejtekhez in vivo, nehéz hozzáférni, másrészt az ős- és progenitorsejtek biztonságos azonosítása a mai napig nem megoldott feladat. Az nyilvánvaló, hogy az őssejtek és progenitorsejtek olyan jellegzetes fiziológiai sajátságokkal rendelkeznek, amelyek a környezet fejlődési stádiumától függetlenül képesek fenntartani a differenciálatlan sejtállapotot. A látszólag „nyugalmi állapotban levő őssejtben bizonyos indukciós hatásokra megindulhat a differenciálódás folyamata. Egy sejt „ingerlékenységét”, külső stimulusokra adott válaszoló képességét döntően szabályozza a lokális, intracelluláris ionkoncentráció változások finom összjátéka. Az ioncsatornák expressziójának és működésének változásai meghatározó tényezők az idegszöveti elköteleződés és neuronális differenciálódás folyamataiban. Jelen pályamunkában az elköteleződő őssejtek, differenciálódó progenitorsejtek bioelektromos tulajdonságait és a neuronális differenciálódás során bekövetkező bioelektromos változásokat kívánom vizsgálni. A neurális ős/progenitorsejtek fiziológiájának feltárásával arra keresem a választ, hogy melyek azok a közös bioelektromos tulajdonságok, amelyek eltérő fejlődési állapotokban hozzájárulnak a funkcionális progenitorsejt sajátságok kialakulásához. A differenciálódás során megjelenő feszültségfüggő ionáramok feltérképezésével és ezek működésének elemzésével lehetőség nyílik az eltérő típusú feszültségfüggő ionáramok neuronális differenciálódás folyamatában betöltött szerepének vizsgálatára. Vizsgálataimat az embrionális neuroektoderma eredetű NE-4C őssejtvonalon és primer idegi és gliális sejttenyészeteken végzem. Az in vitro rendszerek lehetőséget teremtenek a differenciálódó őssejtek és progenitorsejtek azonosítására és fiziológiai tulajdonságainak vizsgálatára.
Summary
Summary
Despite of the intensive interest and accumulating data, the physiological characteristics of neural stem- and progenitor cells are largely unknown. The limited availability of neural stem and progenitor populations and the uncertainty of their identification strongly hinder the in vivo experimentation. According to the accepted view, characteristic cell-physiological properties of stem and progenitor cells enable these cells to maintain a non-differentiated status even among dynamically developing environing cells, but to respond with differentiation to specific inductive signals. The cellular “excitability” and responsiveness to environmental stimuli are strongly influenced by the local changes in the intracellular distribution of ions. Changes in the expression and functional properties of ion channels play deterministic role in the processes of both neuronal commitment and neuronal differentiation. The aim of the proposed study is to characterise some basic bioelectric properties of neural stem cells and committed neural progenitors, and to monitor some important changes of membrane properties in the course of neuronal differentiation. By studying the physiological properties of various stem and progenitor cells, I would like to find some bioelectric features, which help to maintain the non-differentiated progenitor-status in highly different stages of neural development. By characterising and timing the appearance of voltage-dependent currents, I would like to get data on the possible roles of different voltage-dependent channels in the formation of the neuronal phenotype. The studies will be carried out on NE-4C cloned embryonic neuroectodermal stem cells and on primary cultures of mouse neurons and astrocytes. The in vitro model-systems provide tools to identify various stem and progenitor cells and to analyse their physiological properties.
Final report
Results in Hungarian
1) Az MTA KOKI Idegi Sejt és Fejlődésbiológia Laboratóriumában felszereltem és beállítottam az elekrofiziológiai mérésekhez szükséges munkaállomást. A rendszer segítségével whole cell patch-clamp méréseket végeztem fejlődő idegi stem/progenitor sejteken.
2) Az NE-4C idegi őssejtek mellett jellemeztem a primer agyszövetből izolált radiális gliasejtek elektrofiziológiai sajátságait. Megállapítottuk, hogy az idegi ős-progenitorsejtekre általánosan jellemző a többszörös GJ kapcsoltság és ennek függvényében a passzív konduktancia. A sejt „ingerlékenységét”, külső stimulusokra adott válaszoló képességét feltehetően a passzívan mozgó kálium-és kloridionok eloszlásának finom összjátéka szabályozza. A differenciálódás során a GJ kapcsolatok megszűnnek és feszültségfüggő ioncsatornák szabályozzák a sejten belüli ionkoncentrációt. Az idegsejt irányú elköteleződés legelső fiziológia jelei ezek a változások. Eredményeink alapján, a nagyon korán megjelenő KDR áram fejlődési állapot specifikus alegység összetétellel bír, ami további indikátora lehet az idegi differenciálódás megfelelő stádiumainak.
3) Elsőként kimutattuk, hogy az idegi ős-progenitorsejtekben expresszálódik és működik az eddig főleg kifejlett idegrendszerben ismert EAAT4 glutamát transzporter. A transzporter jelenlétét in vivo is igazoltuk a fejlődő agyhólyag neurogén területein. A transzporter korai jelenléte a sejtek kloridion háztartása szemponjából lehet fontos. Az EAAT4 jelentős kloridion konduktanciával rendelkezik, a kloridion áramot a sejtek nyugalmi potenciálja és a sejten kivüli glutamát koncentráció szabályozza.
Results in English
1) The electrophysiological workstation had been set up and whole cell patch-clamp assays have been running.
2) Besides the NE-4C neuroectodermal stem cells, we characterized the electrophysiological properties of radial glial cells isolated from mouse brain tissue. The main bioelectric characteristics of stem-progenitors cells is the multiple ionic coupling and as a consequence, the high passive conductance. While these features may contribute to the maintenance of the non-committed stem-like phenotype, the passive movement of potassium and chloride ions may sensibly tune the excitability and responsiveness of the coupled group of progenitor cells. With the appearance of neuronal morphology, neighboring cells cease GJ communication and voltage dependent ionic channels take the role in setting the IC ion concentration. The changes of these bioelectrical properties are the first physiological signs of neuronal commitment. Delayed rectifier potassium currents (KDR) are present already in stem cell stage but the current is hindered by multiple GJ coupling. The pharmacology of KDR seems to be characteristic to defined developmental stages.
3) We have shown that the EAAT4 glutamate transporter is present and has function in neural stem cells. The in vivo expression of the protein was verified at the neurogenic regions of developing forebrain. The early presence of the transporter may play important roles in regulating the chloride homeostasis. EAAT4 has significant chloride conductance regulated by the resting membrane potential and by the EC glutamate concentration.
Király M., B. Porcsalmy, A. Pataki, K. Kádár, M. Jelitai, B. Molnár, P. Hermann, I. Gera, W. Grimm, B. Ganss, A. Zsembery, G. Varga: Simultaneous PKC and cAMP activation induces differentiation of human dental pulp stem cells into functionally active neurons, Neurochem. Int. 2009 55: 323-332, 2009
Jelitai M, Anderova M, Chvatal A, Madarász E: Electrophysiological Characterization of Neural Stem/progenitor Cells During in Vitro Differentiation: Study With an Immortalized Neuroectodermal Cell Line, J NEUROSCI RES, 2007
M.Neubrandt, B.Varga, E.Madarasz, M.Jelitai: The role of EAAT4 glutamate transporter in neural stem cells, FENS Forum Amsterdam, Netherland 07/3-7/2010, 2010
Jelitai M., K. Marko, N. Hadinger, E. Madarasz: Ion currents and gap junction coupling in isolated radial glial cells, Meeting oh Hungarian Society of Neuroscience, Pecs, Hungary, 2010
Marko K., T. Kohidi, M. Jelitai, N. Hadinger, E. Madarasz: Selective adhesion and longterm culturing of radial glia-like neural stem cells on a synthetic peptide-conjugate, FENS Forum, Amsterdam, Netherland 07/3-7/2010, 2010
Jelitai M., Marko K., Hádinger N., Madarász E: Ion currents and gap junction coupling in isolated radial glial cells and cloned embryonic neuroepithelial stem cells, ISSCR Conference, Barcelona, 2009
Neubrandt M., M. Jelitai, B. Varga, E. Madarasz: Studies on EAAT4 glutamate tansporter during early neural development, Meeting of Hungarian Society of Neuroscience, 2009
Jelitai M., B. Varga, Zs. Kornyei, M. Neubrandt, E. Madarasz: Non-genomic regulation of glutamate uptake by retinoic acid in developing neural cells, FENS Forum 2008, 2008
