Sejtszintű és molekuláris neurobiológia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
100 %
Ortelius tudományág: Neurobiológia
zsűri
Idegtudományok
Kutatóhely
Agykéreg Kutatócsoport (HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet)
résztvevők
Kohus Zsolt Schlingloff Dániel
projekt kezdete
2017-12-01
projekt vége
2020-05-31
aktuális összeg (MFt)
19.794
FTE (kutatóév egyenérték)
2.94
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A septo-hippokampális pálya kolinerg komponenséről most közöljük, hogy a GABAerg transzmisszió elemeit is tartalmazza és aktiválására kevert GABAerg-kolinerg események mérhetők serkentő és gátló hippokampális sejtekből. In vitro agykérgi szeletekben a bazális előagyból eredő homológ kolinerg pályában kifejezett ChR2 aktiválásával in vivo megfigyelt mintázatokban aktiválnánk a pályát. Megvizsgálnánk itt is szabadul-e fel GABA az Ach mellett és milyen a két transzmitter kölcsönhatása eltérő kérgi területeken: az asszociációs prefrontális kéregben és a primer szenzoros látókéregben. Vizsgálnánk az egyes területek 3. és 5. rétegi piramis sejtjein, valamint eltérő gátlósejt populációkon kiváltott válaszok eltéréseit, hogy megértsük, hogyan szabályozza a kolinerg bemenet az eltérő agyterületek működését.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A kolinerg projekció fontos a tanulási folyamatok koordinációjában, megfelelő viselkedési helyzetekben hangolja az egyes agykéreg területek működését. Azt kívánjuk vizsgálni, hogy milyen módon hat a bazális előagyi kolinerg pálya a különböző kéregterületek eltérő sejttípusain.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A transzgénikus optogenetikai technológiák forradalmasították a farmakológiát, hiszen példátlan szelektivitással, tér és időbeli mintázatban lehet célzott transzmitter rendszerekből in vivo szerű mintázatban (gyorsan és nagy koncentrációban) transzmittert felszabadítani. Ez lehetővé tesz a kolinerg rendszer agykérgi hatásmechanizmusának teljesen új alapokon nyugvó tanulmányozását. A kolinerg rendszer fontos szerepet tölt be a tanulásban és degenerációja fontos összetevője az Alzheimer kórban megfigyelhető kognitív leépülésnek. Az általunk a kolinerg rendszerben most leírt GABAerg komponens lehetséges elvesztése megmagyarázhatja, miért asszociálódik igen gyakran epilepszia az Alzheimer kórral. Vizsgálataink pontosíthatják a rendszerről rendelkezésünkre álló tudást és támpontot nyújthatnak új stratégiák kidolgozásához az Alzheimer kór és tanulási zavarok kezelésében.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A kolinerg rendszer fontos szerepet tölt be a tanulásban és degenerációja fontos összetevője az Alzheimer kórban megfigyelhető szellemi leépülésnek. Vizsgálataink pontosíthatják a rendszerről rendelkezésünkre álló tudást és segítséget nyújthatnak az Alzheimer kór, illetve tanulási zavarok új kezelési lehetőségeinek kidolgozásában.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Using anatomical and physiological methods, we just described that the cholinergic medial septal-hippocampus projection also contains a functional GABAergic component. We would like to study the homologous basal-forebrain to neocortex pathway in in vitro slices by activating ChR2 labeled cholinergic fibers. We plan to study whether GABA is also released here and how the two transmitters interact in different cortical areas, such as the associational prefrontal cortex and the sensory, unimodal visual cortex. We would also study the difference in the action of the pathway on pyramidal cells of different layers and on inhibitory neuron classes.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The cholinergic pathway is important in the coordination of sleep-wake states and in learning by tuning the activity of different brain areas as a function of behavior. We want to study how does the basal forebrain cholinergic pathway interact with neuron types in distinct cortical areas.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Transgenic and optogenetical technology revolutionized pharmacology, because with it transmitters can be released in a spatially and temporally precise, in vivo like way from targeted transmitter systems. This allows e.g. the study of the action of the cholinergic system in a fundamentally new way. This system is important in the control of behavior associated brain states, learning and its degeneration is an important componenet of the cognitive decline observed in Alzheimer disease. The GABAergic component described in the cholinergic system can explain the observed association between Alzheimer disease and epilepsy. The study can refine our knowledge on the action of the cholinergic system and can suggest new strategies in the treatment of Alzheimer disease and learning impairments.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The cholinergic system is important in learning and its degenertion is an important component of cognitive decline in Alzheimer disease. The study can refine our knowledge on the action of the cholinergic system and can suggest new strategies in the treatment of Alzheimer disease and learning impairments.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Négy új neurokémiailag egyedi kéreg alatti terület illetve pálya leírásában vettünk részt kollaborációk keretében. A sok módszert felvonultató megközelítéshez (anatómia, in vivo vizsgálatok, viselkedés vizsgálat) csoportunk in vitro vizsgálatokkal járult hozzá, melyek a sejtcsoportok tulajdonságait és a jelátvitel sajátosságait tisztázták. A következőket találtuk: 1) A mediális raphe terület egyik sejtcsoportja fontos a negatív tapasztalatokkal kapcsolatos epizódikus memórianyomok kialakításában. 2) a nucleus incertus GABA tartalmú idegsejtjei (melyek a környezet fontos eseményeiről szállítanak infomációt) specifikusan gátolnak egy hippokampális gátlósejt csoportot, ezáltal részt vesznek a fontos eseményekkel kapcsolatos memórianyomok tárolásában. 3) két bazális előagyi cholinerg sejtcsoport azonosítható, melyek a viselkedés eltérő fázisaiban aktiválódnak. 4) bazális előagyi cholinerg végződések GABAt is tartalmaznak a hippokampuszban. A terminálisokban található cholinerg és GABAerg vezikulák külön-külön szabadulnak fel szinaptikus úton, és összetett szinaptikus potenciálokat váltanak ki. A GABAerg komponens egymagában képes gátolni a hippokampéis éles-hullámokat, valamint az epileptikus aktivitást.
kutatási eredmények (angolul)
Using anatomical method our collaborators revealed new neurochemically specific subcortical centers and pathways. Then a collaborative work, using in vitro and in vivo electrophysiology combined with optogenetics and behavioral experiments, revealed the functional significance of these elements. We contributed to these results by characterizing neuronal properties and revealing the transmission features of these elements using in vitro electrophysiology. It was shown that: 1) the median raphe region harbors a cell population that activate aversion- and negative prediction–related brain areas and initiate immediate acquisition of episodic memories of the negative experience. 2) nucleus incertus GABAergic neurons (that receive salient environmental information) selectively inhibit a hippocampal interneuron population. The pathway might be important in fine-tuning memory-acquisition, based on the relevance of environmental inputs. 3) two distinct types of basal forebrain cholinergic neurons exist, that differ in their properties and behavioral correlates. 4) cholinergic terminals of basal forebrain origin establish GABAergic synapses in the hippocampus, and their cholinergic vesicles dock at those synapses only. These synapses co- transmit GABA and acetylcholine via different vesicles and evoke composite postsynaptic potentials. The GABAergic component alone effectively suppresses hippocampal sharp wave-ripples and epileptiform activity.
Szonyi Andras, Sos Katalin E., Nyilas Rita, Schlingloff Daniel, Domonkos Andor, Takacs Virag T., Posfai Balazs, Hegedus Panna, Priestley James B., Gundlach Andrew L., Gulyas Attila I., Varga Viktor, Losonczy Attila, Freund Tamas F., Nyiri Gabor: Brainstem nucleus incertus controls contextual memory formation, SCIENCE 364: (6442) pp. 752-+., 2019
Szőnyi András, Zichó Krisztián, Albert M. Barth, Roland T. Gönczi, Dániel Schlingloff, Bibiána Török, Eszter Sipos, Abel Major, Zsuzsanna Bardóczi, Katalin E. Sos, Attila I. Gulyás, Viktor Varga, Dóra Zelena, Tamás F. Freund, Nyiri Gabor: Median raphe controls acquisition of negative experience in the mouse, SCIENCE, 2019
