Cellular and molecular basis of senso-motor integrative processing of olfaction in gastropods  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
78224
Type K
Principal investigator Elekes, Károly
Title in Hungarian A szaglás szenzo-motoros integratív folyamatainak celluláris és molekuláris alapjai gastropodákban
Title in English Cellular and molecular basis of senso-motor integrative processing of olfaction in gastropods
Keywords in Hungarian Szaglás - csigák - CNS - PNS - szinaptológia - pályakövetés - - transzmitterek - membrán kompartmentalizáció - ion csatornák - ECM - sejtkultura
Keywords in English Olfaction - gastropods - CNS - PNS - synaptology - tracing - transmitters - membrane compartmentalization - ion channels - ECM - cell culture
Discipline
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)70 %
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Neurochemistry and neuropharmacology (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Panel Neurosciences
Department or equivalent Balaton Limnological Institute, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research)
Participants Balog, Gábor Miklós
Hernádi, László
Hiripi, László
Kiss, Tibor
Pirger, Zsolt
Serfőző, Zoltán
Starting date 2009-04-01
Closing date 2013-03-31
Funding (in million HUF) 24.000
FTE (full time equivalent) 23.09
state closed project
Summary in Hungarian
A gerinctelen állatok idegrendszere viszonylag egyszerű, kevés-sejtes felépítésük miatt kíváló lehetőséget nyújt egyes, a magatartást meghatározó szabályozó folyamatok sejtszintű eseményeinek vizsgálatára. Jelen pályázatunk célja, hogy az összehasonlító, gerinctelen neurobiológiai kutatások egyes modell állataiban, csigákban (Helix pomatia, Limax maximus) elemezzük azokat a szerveződési elveket, melyek a gerincesekével analóg szenzo-motoros információfeldolgozás strukturális és funkcionális alapjait meghatározzák. Kutatásaink tárgya a szaglórendszer, melyben vizsgáljuk az érző (szagló) bemenetek perifériás és központi integrációs rendszereinek felépítését és mintázatait, valamint az ezek által kialakított lokális és a viselkedést meghatározó motoros válaszokhoz tartozó interneuronális és ideg-izom kapcsolatok ultrastrukturális (szinaptológia), neurokémiai (transzmitterek és modulátorok) és fiziológiai (receptorok/ion csatornák) jellemzőit. Az intercelluláris kapcsolatok kialakulását mind a szinapszisok, mind az ioncsatornák és receptorok expressziója szintjén in vitro körülmények között (sejttenyészet) modellezzük, ahol idegnövekedési és adhéziós molekulák szerepét is vizsgáljuk. Kutatási eredményeink alapkutatás jellegűek, de egyúttal rávilágíthatnak az élővilág környezetünket meghatározó öko- és populációs stratégiai folyamatainak infraindividuális hátterére, illetve egyes vonatkozásai a gyógyszerkutatás területén is felhasználhatók lehetnek.
Summary
Because of the relative simple organization of the nervous system of invertebrates, consisting of only a small number of neurons, it provides an excellent comparative model for studying the cellular basis of regulatory processes underlying behavior. The aim of our current proposal is to analyze the organization principles determining the structural and functional basis of senso-motor information processing, analogous with that of vertebrates, in model species, snails (Helix, Limax), of invertebrate neurobiology. Object of our research is the olfactory system, in which we shall investigate the organization and arrangement of peripheral and central processing of sensory (olfactory) inputs, as well as the ultrastructural, (synaptology), neurochemical (transmitters, modulators) and physiological (ion channels/receptors) characteristics of interneuronal and neuromuscular contacts responsible for local and motor responses. Modeling of development and re-establishment of intercellular contacts, including the expression of ion channels and receptors, will be performed under in vitro conditions (cell culture), in the course of which the influence of nerve growth factors and cell adhesion molecules will also be studied. Beyond basic research, our results might shed light on the infraindividual background of eco- and population strategic processes determining environment, and they also could be used potentially in generating novel pharmaceutic compounds.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Nyelesszemű csigák (Helix, Limax) szaglórendszerét vizsgáltuk az olfaktórikus integrációs központ celluláris és neurokémiai szerveződése illetve a környezeti szaginformációkat lokalizáló tapogatók innervációja szintjén. A szaginformációk központi feldolgozásáért felelős procerebrum (PC) sejtes rétegében axo-szomatikus kapcsolatokat és lokális neuropil területeken komplex szinaptikus konfigurációkat tártunk fel, melyek szerepe oszcillációs illetve memória folyamatok szabályozásában feltételezhető. Az extrinsic 5-HTerg elemek innervációs rendszerét és szinaptológiáját is leírtuk; igazoltuk az 5-HT általános moduláló szerepét axo-szomatikus folyamatokban. Leírtuk a lokális field potenciálok (LFP) peptiderg (FMRFamid) szabályozásának elektrofiziológiai és molekuláris alapjait, továbbá a szagmemória folyamatokat befolyásoló NOerg rendszer ultrastruktúrális lokalizációját és intracelluláris cascade rendszerét. Na, Ca, és K feszültségfüggő ioncsatornák eltérő expresszióját és funkcióját igazoltuk a PC sejtekben, továbbá a Kv2.1, Kv3.4, Kv4.3 csatornák előfordulását a teljes CNS-ben is leírtuk. Azonosítottuk a tapogatók térbeli pozicionálását szabályozó flexor izmokat, leírtuk azok központi eredetű innervációját, neuromuszkuláris kapcsolatait, azonosítottuk transzmitterüket (acetilkolin) és aminerg (5-HT, dopamin) modulációjukat. Eredményeink a szaglás evolúciója és sejtszintű mechanizmusai általános törvényszerűségeinek részletesebb megismerését teszik lehetővé.
Results in English
The olfactory system of stylommatophoran snails (Helix, Limax) was investigated at the level of the cellular and neurochemical organization of the integrative center, and the innervation of the tentacles responsible for the localization of odor stimuli. In the cell body layer of the procerebrum (PC), which is the site of olfactory information processing, axo-somatic contacts and complex synaptic configurations in local neuropils were demonstrated. Their role in the regulation of oscillation hence in olfactory memory is suggested. The innervation pattern and synaptology of the extrinsic 5-HTergic system as well as its general modulatory role were also described. The electrophysiological and molecular basis of the peptidergic (FMRFamide) regulation of the local field potentials, as well as the ultrastructural localization and intracellular cascade system of the NOergic system influencing odor memory were revealed. Differential expression and function of voltage dependent Na, Ca, és K channels were demonstrated in the PC cells, in addition to the localization of Kv2.1, Kv3.4, Kv4.3 channels in the entire CNS. Three flexor muscles responsible for the spatial positioning of the tentacles possessing the „nose” were identified. Their central innervation, neuromuscular contacts, fast transmitter (ACh) and aminergic (5-HT, dopamine) modulation were cleared. Our results contribute to a more detailed insight in the evolution and inter- and intracellular mechanisms of olfaction.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=78224
Decision
Yes





 

List of publications

  
Hatakeyama D., Mita K., Kobayashi S., Sadamoto H., Fujito Y., Hiripi L., Elekes K., Ito E.: Glutamate transporters in the central nervous system of a pond snail., J. Neurosci. Res. 88, 1374-1386, 2009
Hiripi L., Elekes K.: A 5-HT1A-like receptor is involved in the regulation of the embryonic rotation of Lymnaea stagnalis L., Comp. Biochem. Physiol. Part C 152, 57-61, 2010
Kiss T., Hernádi L., László Z., N. Fekete Zs., Elekes K.: Peptidergic modulation of serotonin and nerve elicited responses of the salivary duct muscle in the snail, Helix pomatia., Peptides 31, 1007-1018, 2010
Elekes K., Balog G., Kiss T., Hernádi L., Voronezhskaya, E. E., Dobolyi Á., Palkovits M., Hiripi L.: Innervation principles of the peripheral feeding system in gastropods: aminergic and peptidergic modulation., Neuroscience 2009, 39th Annual Meeting of SfN , Chicago, Abst. No. 316.11., 2009
Elekes K., N. Fekete Zs., Battonyai I., Mikite K., Kobayashi S., Ito E.: Organization of the olfactory center of terrestrial snails (Helix, Limax) revisited: massive axo-somatic innervation of the globuli cells in the procerebrum., P2-07. IBRO Int. Workshop, Budapest, 2010. Frontiers in Neuroscience (on-line), 2010
Hiripi L., Hernádi L., E..Ihász K., N. Fekete Zs., Elekes K.: Neurochemical organization of the olfactory system in the terrestrial snail, Helix pomatia: correlation between monoamine and cAMP levels and different odor and food stim, P4-09. IBRO Int. Workshop, Budapest, 2010. Frontiers in Neuroscience (on-line), 2010
Pirger Zs., Kiss T., Battonyai I., Elekes K.: Sodium-channel and membrane current characteristics of the procerebral neurons of Helix pomatia., P2-33. IBRO Int. Workshop, Budapest, 2010. Frontiers in Neuroscience (on-line), 2010
Serfőző Z., Elekes K.: Early observations of nitric oxide synthase in the intact brain and regenerating tentacle of the snail, Helix pomatia., P4-30. IBRO Int. Workshop. Budapest, 2010. Frontiers in Neuroscience (on-line), 2010
Balog G. M., Voronezhskaya E. E., Elekes K., Hiripi L.: A light- and electronmicroscopic immunocytochemical, and pharmacological characterization of the developing 5-HTergic system in the buccal mass of Lymnaea stagnalis., P1-01. IBRO Int. Workshop. 2010, Frontiers in Neuroscience (on-line), 2010
Kobayashi S., Hattori M., Elekes K., Ito E., Matsuo R.:: FMRFamide regulates oscillatory activity of the olfactory center in the slug., Eur. J. Neurosci. 32, 1180-1192, 2010
Nacsa K., Elekes K., Serfőző Z.:: Nitric oxide synthase in the olfactory center of the snail, Helix pomatia. A light- and, Front. Neurosci. Conference. Abstract: 13th Conference of the Hungarian Neuroscience Society (MITT). doi: 10.3389/conf.fnins.2011.84.00003, 2011
Battonyai I., Elekes K.:: Is serotonin a pivotal modulator in the snail olfactory center?, Front. Neurosci. Conference Abstract: 13th Conference of the Hungarian Neuroscience Society (MITT). doi: 10.3389/conf.fnins.2011.84.00094, 2011
Hernádi L., Teyke T., Elekes K.:: Neuronal background of space positioning of olfactory organs in the snail Helix pomatia., Front. Neurosci. Conference Abstract: 13th Conference of the Hungarian Neuroscience Society (MITT). doi: 10.3389/conf.fnins.2011.84.00094, 2011
Pirger Zs., Kiss T., Battonyai I., Elekes K.:: Sodium channel and membrane current characteristics of the procerebral neurons of Helix pomatia., FENS Abstr., vol.5, 082.19, 2010, 2010
Elekes, K, Battonyai, I., Kobayashi, S., Ito, E., Hiripi, L.:: Organization of the procerebrum in terrestrial snails (Helix, Limax): cell mass layer synaptology and its serotonergic input system., P335, Abstract on-line/CD, 2010
Balog G., Voronezhskaya E. E., Hiripi L., Elekes K.:: Organization of the serotonergic innervation of the feeding (buccal) musculature during the maturation of the pond snail, Lymnaea stagnalis, a morphological and biochemic, J. Comp. Neurol. 520, 315-329, 2012
Battonyai I., Elekes K.: The 5-HT immunoreactive innervation of the Helix procerebrum., Acta Biologica Hungarica 63 (Suppl. 2), 96-103, 2012
Battonyai I., Serfőző Z., Elekes. K.: Potassium channels in the Helix central nervous system: preliminary immunhistochemical studies., Acta Biologica Hungarica 63 (Suppl. 2), 146-150, 2012
Hernádi L., Teyke T.: A novel triplet of flexor muscles in the posterior tentacles of the snail Helix pomatia., Acta Biol. Hung. 63 (Suppl.2), 123-128, 2012
Elekes K., Battonyai I., Kobayashi S., Ito E.: Organization of the procerebrum in the terrestrial snails (Helix, Limax) revisited: Cell body layer synaptology and its serotonergic input system., Brain Struct. Funct. 218, 477-490, 2013
Krajcs N., Márk L., Elekes K., Kiss T.: Morphology, ultrasructure and contractile properties of muscles responsible for superior tentacle movements of the snail., Acta Biol. Hung. 63 (Suppl. 2), 129-140, 2012
Nacsa K, Elekes K, Serfőző Z.: Immunodetection and localization of nitric oxide synthase in the olfactory center of the terrestrial snail, Helix pomatia., Acta Biol. Hung. 63 (Suppl. 2), 104-112, 2012
Krajcs N., Battonyai I., Hernádi L., Elekes K., Kiss T.: Neural control of string muscles responsible for patterned tentacle movements of the snail, Helix pomatia, Ideggyógy. Szemle/Clin. Neurosci. 2012;65(S1):39, 2012
Nacsa K., Elekes K., Serfőző Z.: Demonstration of NOS/NO in the olfactory center of the snail, Helix pomatia, Ideggyógy. Szemle/Clin. Neurosci. 2012;65 (S1):47, 2012
Kiss T., László Z., Pirger Z.: Cellular localization and kinetic properties of Nav1.9-, Nav1.8- and Nav1.7-like channel subtypes in Helix pomatia, Neuroscience 203, 78–90, 2012
Hernádi L., Teyke T.: Neuroanatomical background of positioning of the posterior tentacles in the snail Helix pomatia, Cell Tissue Res. 352, 217-225, 2013
Pirger Z., Battonyai I., Krajcs N., Elekes K., Kiss T.: Voltage-gated membrane currents in neurons involved in odor information processing in snail procerebrum, Brain Struct. Funct. DOI 10.1007/s00429-013-0526-6, 2013
Serfőző, Z., Elekes, K.: The periganglionic sheath regulating nervous system homeostasis in snails living in terrestrial or aquatic habitats: a histochemical approach., Gastropods: Diversity, Habitat and Genetics. Eds.: Bianchi A, Fields J. Nova Science Publishers, Inc. ISBN: 978-1-61324-695-5, 2011



Back »