Neuronális migráció, polarizáció és differenciáció a gerincvelői hátsó szarv felszínes zónájában
Title in English
Neuronal migration, polarization and differentiation in the superficial spinal dorsal horn during embryogenesis
Keywords in Hungarian
neuron migráció, polarizáció, gerincvelő fejlődés
Keywords in English
neuronal migration, polarization, spinal cord development
Discipline
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Neurosciences
Department or equivalent
Department of Anatomy, Histology and Embryology (University of Debrecen)
Starting date
2013-09-01
Closing date
2016-08-31
Funding (in million HUF)
11.413
FTE (full time equivalent)
2.10
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A gerincvelői hátsó szarv felszínes lamináiban található neuronok felelősek elsődlegesen a fájdalominformáció fogadásáért, feldolgozásáért és továbbításáért felsőbb agyi központok felé. A gerincvelő más idegsejtjeihez képes ezek a neuronok később differenciálódnak a ventriculáris zóna azon neuroprogenitor sejtjeiből, amelyek a gerincvelő dorzális felének legventrálisabb részén találhatók. Jelenleg kevés ismerettel rendelkezünk arról, hogy az itt differenciálódott neuronok hogyan migrálnak a gerincvelő hátsó szarvának legfelszínesebb lamináiba illetve ott hogyan rendeződnek neuronhálózatokba. Jelen pályázatban vizsgálni kívánjuk a hátsó szarvi neuronok differenciációját valamint ezen folyamatokban résztvevő extracelluláris szignalizációs molekulák szerepét egérembriókban. 12-13 napos Ptf1a-cre transzgenikus egérembriók in utero elektroporációjával a felszínes hátsó szarvat alkotó serkentő és gátló idegsejteket különböző színű fluoreszcens vektorral jelöljük, majd vizsgáljuk azok migrációs útvonalait, polarizációját, morfológiai és neurokémiai jellemzőit. Vizsgálataink számos új adattal szolgálhatnak a gerincvelő hátsó szarv fejlődésében. A pályázati időszakban tett vizsgálataink eredményét várhatóan 4 lektorált tudományos folyóiratban és 6-8 kongresszusi prezentációban fogjuk leírni.
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 gerincvelő hátsó szarvát kialakító idegsejt-populációk migrációja kevéssé ismert, amelynek megértése alapvető fontosságú a hátsó szarvi neuronhálózatok kialakulása szempontjából. Jelen pályázatban a fájdalominformációk gerincvelői szintű feldolgozásáért felelős neuronhálózatok kialakulásának vizsgálatát tűztük ki célul a folyamat három fő kérdésének megválaszolásával: 1) Milyen útvonalon migrálnak a neuronok a gerincvelő hátsó szarvának felszínes lamináiba? 2) Hogyan differenciálódnak ezek a sejtek tovább a gerincvelő hátsó szarvában? 3) Melyek azok a szignalizációs molekulák, amelyek szerepet játszanak ezekben a folyamatokban?
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 gerincvelő hátsó szarvát kialakító idegsejtek migrációs útvonalainak és differenciációjának megismerése fontos lehet a központi idegrendszer más területeinek fejlődésében is. Munkánk során jobban megismerhetjük a fájdalominformációk gerincvelői feldolgozásában és továbbításában szerepet játszó neuron típusokat és azok között létrejövő kapcsolatokat, amelyek közvetett módon fontos adatokkal szolgálhatnak a központi mellékhatásokkal nem rendelkező fájdalomcsillapítás lehetőségeit célzó kutatások számára. Ez kiemelten fontos lehet például az újszülöttek esetén, ahol a gerincvelőben születést követően jelentős szinaptikus átrendeződés történik meg. A gerincvelő hátsó szarvának fejlődésében olyan eddig kevésbé ismert sejttípusokat és migrációs útvonalakat írhatunk le, amelyek segíthetik a fájdalommal összefüggő congenitalis neurodegeneratív betegségek jobb megismerését.
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 fájdalom az egyed szempontjából fontos jelenség, amely segít elkerülni a szervezetet érő károsító hatásokat. A betegség vagy veszélyforrás elmúlásával továbbra is fennmaradt kóros fájdalom azonban jelentősen rontja az életminőségünket és más betegségek kialakulásához is vezethet. A fájdalominformáció fogadásáért, feldolgozásáért és felsőbb agyi központok felé történő továbbítását elsődlegesen a gerincvelő hátsó részében, az ún. hátsó szarvban levő idegsejthálózat végzi. Pályázatunkban e fontos mechanizmus szolgálatában álló idegsejt hálózatok kialakulását vizsgáljuk az embrionális élet során. Ezek idegsejtek az embrionális élet során a gerincvelőben a középvonal közelétől pontosan nem ismert mechanizmusok révén a hátsó szarvba vándorolnak, amely az ott levő idegsejt hálózat kialakulása szempontjából alapvető fontosságú lépés. Munkánk során vizsgáljuk, hogy ezen folyamatok hogyan zajlanak a különböző típusú idegsejtekben. Célunk azon folyamatok és molekulák megtalálása, melyek ezen idegsejtek normális vándorlásához és hálózatba épülésükhöz elengedhetetlenül szükségesek. Kutatásaink fontos adatokkal szolgálhat olyan új típusú fájdalomcsillapítók fejlesztéséhez, amelyek központi mellékhatásokkal nem bírnak.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Neurons in the superficial laminae of the dorsal horn of the spinal cord are primarily responsible for receiving, processing and transmitting information about pain to higher brain centers. These neurons are born relatively later compared to other spinal neurons in embryonic life from those of neuro-progenitor cells are found in the spinal cord at the ventralmost part of the dorsal half of the ventricular zone. Details how these newly formed postmitotic neurons are migrating into the superficial dorsal horn and how they are assembled into neuronal circuits are not well characterized. We intend to examine differentiation of these neurons and the roles of secreted extracellular signaling molecules during these processes in mice embryos. We label the excitatory and inhibitory postmitotic superficial dorsal horn neurons with two different fluorescent colors by in utero electroporation of 12-13 day old transgenic Ptf1a-cre mice embryos following examination of migratory routes, polarization, morphological and neurochemical properties of these labeled neurons. Our results can serve a number of new data on the development of the spinal dorsal horn. We intend to publish 4 scientific papers in peer reviewed journals and prepare 6-8 presentations on scientific conferences from the results of the project.
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 migratory pathways of different neuron populations forming the dorsal horn of spinal cord are little known, however information about these processes are essential for understanding the development of neural circuits in the superficial part of the dorsal horn. In this proposal our aim to examine the development of neuronal network responsible for pain processing at the spinal cord level by answering three main question: 1) What are the migratory routes of neurons settle in the superficial dorsal spinal horn? 2) How these neurons differentiate further in the spinal dorsal horn? 3) What are the signaling molecules that play a role in these processes?
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. Understanding migration and differentiation pathways during spinal dorsal horn development may provide meaningful data for basic researches on development of other areas of the central nervous system as well. We will understand better of different neuron types and their connections which are responsible for pain processing and transmission in the spinal cord, which indirectly may serve important data for research on those of analgesics which have no or little side effect on the brain. This may be particularly important in newborns since a major synaptic remodeling occurs in their spinal cord during its postnatal maturation. As a result of our project we may describe lesser-known cell types and migratory routes in the dorsal spinal horn, which may help us to understand better pain associated with congenital generative diseases.
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 pain is an important phenomenon of life that help us to avoid harmful effects. Remaining chronic pain however significantly impair our quality of life and can also lead to other diseases. Neuronal network are found in the so-called dorsal horn of the spinal cord is responsible for receiving, processing the pain information primarily which then transmitted to higher brain centers. In our application we examine the development of neural networks are responsible for this important mechanism during embryonic life. The nerve cells of the dorsal horn are born close to the midline and migrate into their destination area which is a crucial step for their network formation. Examining of these migration routes of different types of neurons in animal model system are the main aim of our project. We expect to find the key molecules important for these processes which may provide meaningful data for the researches on new types of analgesics, which have no central side effects.
Final report
Results in Hungarian
Kutatócsoportunk a fájdalomérző információk feldolgozását végző elsődleges központi idegrendszeri rész, a gerincvelő hátsó szarv felszínes zónájának fejlődését vizsgálja. Modern génbeviteli technikákkal feltártuk, hogy a felszínes zónába migráló éretlen idegsejtek egy igen szigorú időrend szerint differenciálódnak előalakjaikból. A migrációjuk befejeztével válnak csak polarizált idegsejtekké és kezdik meg axonjaik és dendritjeik növesztését, amely alapvető hatással van a későbbi idegsejt hálózatokba történő rendeződésükre. Gerincvelői szervkultúrákban tett vizsgálatainkkal igazoltuk, hogy ezekben a differenciációs folyamatokban a sejtközötti állomány makromolekulái és egy növekedési faktor fehérjecsalád, a semaforinok jelentős szerepet játszanak. Eredményeinket tudományos konferenciákon ismertettük, melyeket folyóiratokban is tervezzük közölni. Legújabb felfedezéseinket, kísérletes módszertani fejlesztéseinket graduális és posztgraduális egyetemi kurzusok keretében az oktatásban hasznosítottuk.
Results in English
Our research group is focusing on development of the superficial spinal dorsal horn, a part of the central nervous system important for processing of nociceptive information. Using modern gene transfer methodologies, we found that premature neurons migrating into the superficial zones born in a very short time interval and differentiate further. These cells started axo-dendritic polarization, which is fundamental for their circuit assembly after the termination of their migration. Using organotypic spinal cord slice culture, we showed that extracellular macromolecules and a growth factor family semaforins are playing the key role in these differentiation processes. We published our results in conferences and also aimed to publish in peer-reviewed scientific journals. We utilized our newest findings and experimental methodologies in education as well, namely in graduate and postgraduate courses.
Mészár Z; Balázs A; Murakami F; Antal M: Migratory pathways and morphological maturation of neurons populating the superficial spinal dorsal horn neurons, p147 in IBRO Workshop, Debrecen, Jan 16-17, University of Debrecen, Debrecen, 2014
Mészár Z; Balázs A; Antal M: Radial and non-radial migration of DiLA and DiLB neurons in the superficial dorsal horn revealed by time-laps microscopy, p354 in 9th FENS Forum, Milan, Jul 5-9., FENS, Brussels, 2014
Dora F; Luz L; Sivado M; Meszar Z; Szucs P: The paired-domain transcription factor Pax2, as a possible somatic marker for adult GABAergic spinal dorsal horn neurons, 15TH BIANNUAL CONFERENCE OF THE HUNGARIAN NEUROSCIENCE SOCIETY, Jan 22-23, Budapest, 2015
Meszar Z; Varga R; Balazs A; Murakami F; Antal M: Migratory pathways of late born neurons populating the superficial spinal dorsal horn in mice, 15TH BIANNUAL CONFERENCE OF THE HUNGARIAN NEUROSCIENCE SOCIETY, Jan 22-23, Budapest, 2015
Meszar Z; Varga R; Balazs A; Murakami F; Antal M: Radial and non-radial migratory forms of spinal dorsal horn neurons during embryogenesis, 19th Congress of the Hungarian Anatomical Society, June 11-13, Szeged, 2015
Sulik M; Antal M; Mészár Z: In vivo time - lapse imaging of mice embryos for studying neuronal migration in the spinal dorsal horn, IBRO Workshop, Budapest, Jan 21-22, Hungarian Academy of Sciences, Budapest, 2016
Dora F; Hadjikyriakou E; Varga R; Antal M; Szűcs P; Mészár Z: Enzymatic disruption of extracellular matrix promotes dendritic growth and branching of spinal dorsal horn neurons, IBRO Workshop, Budapest, Jan 21-22, Hungarian Academy of Sciences, Budapest, 2016
Mészár Z: A dendrit-növekedés és elágazódás stimulációja extracelluláris makromolekulák enzimatikus bontásával, Magyar Farmakológiai, Anatómus, Mikrocirkulációs és Élettani Társaságok Közös Tudományos Konferenciája, Pécs, Jún 1-4, PTE-ÁOK, 2016
