 |
Szinaptikus kapcsolatok változása Alzheimer kórban
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
125643 |
| típus |
NN |
| Vezető kutató |
Freund Tamás |
| magyar cím |
Szinaptikus kapcsolatok változása Alzheimer kórban |
| Angol cím |
Synaptic connectivity changes in Alzheimer’s disease |
| magyar kulcsszavak |
Alzheimer, bazális előagy, hippocampus, APP-NL/F-KI, kolinerg, GABAerg, rabies virus, AAV, parvalbumin, egér |
| angol kulcsszavak |
Alzheimer, basal forebrain, hippocampus, APP-NL/F-KI, cholinergic, GABAergic, rabies virus, AAV, parvalbumin, mouse |
| megadott besorolás |
| Neuroanatómia és idegélettan (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 50 % | | Sejtszintű és molekuláris neurobiológia (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma) | 50 % | | Ortelius tudományág: Neurobiológia |
|
| zsűri |
Idegtudományok |
| Kutatóhely |
Agykéreg Kutatócsoport (HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet) |
| résztvevők |
Kohus Zsolt
Mayer Márton István
Nyíri Gábor Péter
Papp Péter
Schlingloff Dániel
Sós Katalin
Szőnyi András
Tresóné Takács Virág
Zichó Krisztián
|
| projekt kezdete |
2017-12-01 |
| projekt vége |
2021-11-30 |
| aktuális összeg (MFt) |
48.000 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
8.00 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az Alzheimer kór (AK) óriási teher a társadalom számára és nincs ismert gyógymódja. Az AK-ban leginkább érintett agyterületek a bazális előagy (BE), különösen annak kolinerg pályái, valamint a hippokampusz (HIPP). A BE és HIPP alapvető szerepet játszanak a tanulás, memória, éberség, félelem, szorongási és emócionális folyamatokban. Egy forradalmian új AK modell egér törzset vizsgálunk a legmodernebb virális, elektronmikroszkópos és genetikai technológiák segítségével, és bíztató elő-eredményeinken felbátorodva célunk az AK kifejlődésében és progressziójában szerepet játszó új mechanizmusok felderítése: (1) Elsőként használva veszettség vírusokat AK kutatásában, vizsgálni fogjuk a BE-ból a HIPP-ba vetítő kolinerg sejtek szinaptikus bemeneteinek a változását. (2) Előeredményeink szerint a HIPP réteg specifikus bemenetet kap különböző BE területekről, mely bemeneteknek potenciálisan különböző érzékenysége az AK-ban segíthet azon agyterületek azonosításában, melyek elsődleges célpontjai lehetnek majdani vírusos génterápia alkalmazásának emberekben. (3) Előeredményeink szerint, - az általános elképzelésekkel ellentétben - , minden kolinerg terminális létesít szinapszist, és ezek acetilkolint és GABÁ-t is használnak transzmitterként. Vizsgálni fogjuk ezen GABAerg/kolinerg szinapszisok sérülékenységét AK-ban, hiszen ezek hibás működése felelős lehet az AK-ban előforduló epileptiform aktivitásokért is. (4) Végül, tanulmányozni fogjuk a parvalbumin tartalmú GABAerg sejteket AK-ban, melyek fontos célpontjai lehetnek az AK-ban rosszul szabályozott béta-szekretáz enzim aktivitásának. Vizsgálataink segíteni fognak ismerni a BE-HIPP rendszer esetleges terápiás célpontjait AK-ban.
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.
Célunk az AK-ban szerepet játszó sejtbiológiai mechanizmusok vizsgálata egy forradalmian új egér modellben (APP-NL/F-KI), amely minden eddiginél nagyobb hűséggel mutatja az emberi AK patológiai jellegzetességeit. A korábbi modellektől eltérően itt az amyloid prekurzor fehérje eredeti példánya humanizált és 2 ismert AK-ra hajlamosító génmutációt hordoz, erős külső forrásból származó promoter nélkül. Kísérleteinkben vizsgáljuk a BE HIPP-t célzó kolinerg sejtjeire érkező bemeneteket és e kolinerg sejtek réteg-specifikus kimeneteit, valamint az általuk létrehozott GABAerg szinapszisok változásait egészséges és AK modell egerekben. Ugyanitt tervezzük a parvalbumin (PV) pozitív neuronok vizsgálatát is. Több génmódosított egérvonalat használunk, melyek kolinerg vagy GABAerg sejtjeinek altípusaiban cre-rekombináz enzim fejeződik ki. Ezen egerek sejtjeit, fluoreszcens festékek, különféle fényérzékeny ioncsatornák vagy specifikus madár receptorokat kifejező cre-dependens AAV vírusokkal jelöljük. A madár receptort kifejező sejteket fluoreszcens festéket kifejező veszettség vírusokkal fertőzve a vírusok egy szinapszis átugrásával eljutnak az ezekre a sejtekre bemenetet adó neuronokba. Így lehetőségünk nyílik a neuronokra vagy membrán-doménekre vonatkozó célszelektivitás hatékony vizsgálatára fény, konfokális, STORM és 3D block-face scanning elektron mikroszkópia használatával. A pre- és poszt-szinaptikus jelátviteli rendszereket érintő változásokat szintén vizsgáljuk immunhisztokémiai módszerekkel. A HIPP rétegeiben zajló kolinerg/GABAerg ko-transzmisszió szerepét, valamint annak hippokampális oszcillációkat szabályozó hatását fiziológiai kísérletek során vizsgáljuk majd.
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!
Bár az Alzheimer kór (AK) egyre komolyabb közegészségügyi vészhelyzettel fenyeget, gyógymódja ismeretlen. A betegség korai tüneteiért felelős sejthálózati változások kutatása ezért rendkívül fontos. Kísérleteinkhez egy forradalmian új egérmodellt, az APP-NL/F-KI törzset használjuk, amely minden eddiginél nagyobb hűséggel mutatja a humán AK patológiai jellegzetességeit. Előeredményeink és szakirodalmi adatok alapján olyan új mechanizmusok vizsgálatát tervezzük, melyek felelősek lehetnek a betegség korai szakaszának kifejlődéséért és az általános tünetekért. Nincs tudomásunk olyan korábbi vizsgálatról, amelyben monoszinaptikus veszettség vírus technológiát alkalmaztak volna az AK állatmodelljeiben megfigyelhető szinaptikus kapcsolatok változásainak tanulmányozásához, noha ez a módszer kulcsfontosságú lehet az AK-ra jellemző szinaptikus újraszerveződés megértéséhez. Veszettség vírusok alkalmazásával lehetővé válik a bazális előagyból (BE) a hippokampuszba (HIPP) vetítő kolinerg vagy vagy GABAerg (parvalbumin pozitív) sejtekre érkező szinaptikus bemenetek vizsgálata. A HIPP pedig alapvetően érintett az AK legsúlyosabb tüneteiben. A HIPP BE-ból eredő rétegspecifikus kolinerg beidegzésére vonatkozó eredményeink nemcsak az emléknyom képződés kolinerg modulációjának egy alapvetően új aspektusára deríthetnek fényt, hanem olyan új területeket azonosíthatnak a BE-ban, melyek elsődleges célpontok lehetnek humán betegek jövőbeli virális génterápiája számára. Vizsgáljuk majd a kolinerg terminálisok szinaptikus GABAerg jelátvitelének esetleges rendellenességeit, melyek magyarázhatják, miként vezet a kolinerg rostok GABAerg jelátvitelének gyengülése az AK-ban szenvedő betegekre jellemző epileptiform aktivitáshoz. Végül, a PV pozitív neuronok AK-ban tapasztalt különleges sérülékenységének vizsgálata további fontos adatokkal szolgálhat annak megértéséhez, milyen szerepet játszik a GABAerg jelátvitel zavara az AK-ban jelentkező epileptiform aktivitás létrehozásában.
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.
Az agy működésének, a neurodegeneratív vagy neuropszichiátriai rendellenességek kifejlődésének, illetve lefolyásának megismeréséhez, esetleges megelőzéséhez, gyógyításához meg kell értenünk az agy szerkezetét, meg kell ismernünk a különböző sejttípusokat, a köztük lévő kapcsolatokat, kommunikációs törvényszerűségeiket. Két fontos agyterület, az úgynevezett bazális előagy és a hippocampus alapvető fontosságú a különböző típusú tanulási, memória, éberségi, félelmi, szorongási, és érzelmi folyamatokban, míg működészavaruk elbutuláshoz, Alzheimer-kór (AK) vagy más kognitív rendellenességek kialakulásához vezet. A projekt során egy forradalmian új AK egérmodellt fogunk használni, amely az eddig ismert modellekhez képest a legnagyobb hűséggel reprodukálja az emberi AK kórtani folyamatait. Genetikailag módosított vírusok és egerek használatával szelektíven megjelöljük és meghatározzuk a bazális előagy főbb sejttípusait, valamint a ki- és bemeneti kapcsolatait, miközben megvizsgáljuk bizonyos gátlósejtek sérülékenységét. Ezeknek a különböző pályáknak a vizsgálata rávilágít a bazális előagy és a hippocampus sejtjeinek összeköttetéseiben kialakuló rendellenességekre, és segíthet megtalálni a jövőbeli virális génterápia, illetve gyógyszeres kezelés elsődleges célpontjait emberi betegeknél.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Alzheimer’s disease (AD) creates an enormous burden on society and has no existing cure. The brain regions primarily affected in AD are the basal forebrain (BF), especially its cholinergic pathways, and the hippocampus (HIPP). The BF and HIPP are crucial for learning, memory, arousal, fear, anxiety and emotional processing. Using a revolutionary new AD model mice, state-of-the-art viral, electron microscopic and genetic technologies and encouraged by preliminary data, we aim to explore new mechanisms responsible for AD initialization and progression: (1) Using rabies viruses in Alzheimer research for the first time, we will study changes in synaptic inputs onto HIPP-projecting BF cholinergic cells. (2) Our preliminary results revealed that HIPP receives layer specific cholinergic inputs from different BF areas, the potentially different vulnerability of which inputs in AD would help identify BF areas that could be prime targets for future viral gene therapy in human patients. (3) Our preliminary data show that, contrary to common belief, all cholinergic terminals establish synapses and these are both cholinergic and GABAergic. We will investigate the sensitivity of these GABAergic synapses in AD, the malfunction of which could be responsible for epileptiform activities in AD. (4) Finally, we will investigate the vulnerability of GABAergic parvalbumin cells in AD, which seem to be sensitive targets of dysregulated beta-secretase enzyme activity in AD. These studies will help better understand potential therapeutic targets in the BF-HIPP system in AD.
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.
We aim to reveal previously unrecognized cellular mechanism in AD progressions. Experiments will address changes in a revolutionary new AD model mouse, APP-NL/F-KI that reproduce the human AD pathology with the highest known fidelity. Unlike in any other existing AD mouse models, here, the original copy of the amyloid precursor protein is humanized and has 2 known AD-susceptibility gene mutations, without an exogenous strong promoter. Experiments will investigate specific inputs and layer specific outputs of BF cholinergic cells targeting the HIPP and will address potential changes in the GABAergic synapses they establish in healthy and AD model mice. Furthermore, we will investigate changes in parvalbumin (PV) positive neurons in these AD mice. We make use of different transgenic mice with cre-recombinase expressed in cholinergic or specific GABAergic cell subtypes that will be targeted by cre-dependent AAV virus vectors expressing fluorescent dyes with or without different light-sensitive channels or with a specific avian receptor. Avian receptor expressing cells will be targeted selectively by fluorescent-dye-expressing rabies viruses capable of jumping one synapse into input neurons. These techniques allow the effective light, confocal, STORM and 3D block-face scanning electron microscopic analyses of target selectivity (for neurons or membrane domains) and identification of changes in pre- and postsynaptic transmitter systems, selectively, using immunohistochemistry. Physiological experiments will investigate the role of cholinergic/GABAergic co-transmission into different hippocampal layers and the way they can regulate HIPP oscillations.
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.
Although Alzheimer’s disease (AD) is gradually becoming a public health emergency, a cure is nowhere in sight, therefore, exploring network mechanisms responsible for early events in the development of AD is of high importance. We will use a revolutionary new AD model mouse, APP-NL/F-KI that reproduce the human AD pathology with the highest known fidelity. Based on our preliminary results and literature data, we propose to explore new mechanisms that may be responsible for initial disease progression or symptoms. To our knowledge, monosynaptic rabies virus technologies have never been used to study changes in synaptic inputs in AD model animals that, however, may be key for the deeper understanding of the synaptic (re)organization of connectivity during AD. Rabies viruses allow the investigation of synaptic inputs of BF cholinergic or PV positive cells targeting the hippocampus, which region has a fundamental role in the most serious symptoms in AD. Furthermore, our analyses of layer specific cholinergic input into the HIPP from different BF areas may not only suggest a fundamentally new aspect of cholinergic input dependent modulation of memory formations, but would also identify BF areas that could be prime targets for future viral gene therapy in human patients. We will examine potential malfunctions of synaptic GABAergic signaling at cholinergic terminals that could explain how a decrease of inhibitory signaling from cholinergic fibers causes known epileptiform activity in human AD patients. Finally, our investigation of the special vulnerability of PV cells in AD could further reveal how dysregulation of GABAergic signaling may play an important role in AD related epileptiform activity.
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.
In order to understand brain functions, how neurodegenerative or neuropsychiatric disorders develop or progress and how they can be prevented or cured, we need to understand the structure of the brain, recognize its cell types, their connections and how they communicate with their target neurons. Two mammalian brain areas, called the basal forebrain and the hippocampus are fundamental for different types of learning, memory, arousal, fear, anxiety, and emotional processing, while their dysfunction may lead to dementias, Alzheimer’s disease (AD) or other cognitive disorders. We will use a revolutionary new AD model mouse that reproduce the human AD pathology with the highest known fidelity. Using genetically engineered viruses and mice, we will selectively label and examine the main cell types in the basal forebrain and their input and output connections selectively, while we will also examine the vulnerability of specific inhibitory cells. Investigation of these different pathways will shed more light on dysregulations at the cellular connections in the basal forebrain and hippocampus, and could help us find the prime targets for future viral gene therapy or pharmacological treatments in human patients.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| Raymond Wong, Nikolett Lénárt, Laura Hill, Lauren Toms, Graham Coutts, Bernadett Martinecz, Eszter Császár, Gábor Nyiri, Athina Papaemmanouil, Ari Waisman, Werner Müller, Markus Schwaninger, Nancy Rothwell, Sheila Francis, Emmanuel Pinteaux, Adam Denés, Stuart M. Allana: Interleukin-1 mediates ischaemic brain injury via distinct actions on endothelial cells and cholinergic neurons, Brain Behav Immun. 2018 Nov 16. pii: S0889-1591(18)30403-3. doi: 10.1016/j.bbi.2018.11.012. [Epub ahead of print], 2018 | | Fekete, C ; Vastagh, C ; Denes, A ; Hrabovszky, E ; Nyiri, G ; Kallo, I ; Liposits, Z ; Sarvari, M: Chronic Amyloid beta Oligomer Infusion Evokes Sustained Inflammation and Microglial Changes in the Rat Hippocampus via NLRP3., Neuroscience Volume 405, 1 May 2019, Pages 35-46, 2019 | | 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 | | 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 | | Sos Katalin E., Mayer Márton I., Takács Virág T., Major Abel, Bardóczi Zsuzsanna, Beres Barnabas M., Szeles Tamás, Saito Takashi, Saido Takaomi C., Mody István, Freund Tamás F., Nyiri Gábor: Amyloid β induces interneuron-specific changes in the hippocampus of APPNL-F mice, PLOS ONE 15 : 5 Paper: e0233700 , 28 p. (2020), 2020 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
