Hermosolututkimus

Tutkimusryhmämme tutkii oppimisen taustalla olevia solu- ja molekyylimekanismeja, keskittyen erityisesti dendriittiset okaset (dendritic spines). Dendriittiset okaset ovat hermosolujen tuojahaaroissa eli dendriiteissä sijaitsevia pieniä ulokkeita, joihin suurin osa aivojen kiihdyttävien synapsien postsynaptisista osista on sijoittunut. Näillä okasilla on kriittinen rooli oppimisessa ja muistissa, sillä kokemusten tai uuden taidon oppimisen myötä muodostuu uusia okasia, jotka toimivat pohjana muistijäljen säilymiselle. Dendriittien okasten säätelyhäiriöt liittyvät useisiin neurologisiin tiloihin, kuten muintisairauksiin ja psykiatrisiin sairauksiin.

Nykyinen tutkimuksemme painopiste on selvittää, miten systeeminen/perifeerinen tulehdus vaikuttaa aivoihin ja hiirten käyttäytymiseen. Vaikka akuutin tai kroonisen tulehduksen välittömät vaikutukset aivoihin tunnetaan suhteellisen hyvin, on edelleen epäselvää, jättääkö jo parantunut tulehdus pysyviä muutoksia aivoihin. Ryhmämme tutkii perifeerisen tulehduksen pitkäaikaisia seurauksia hiirten käyttäytymiseen ja tunnistaa ne täsmälliset solut, jotka ovat osallisina näissä muutoksissa.

Näiden kysymysten ratkaisemiseksi tutkimusryhmämme hyödyntää nivelreuman hiirimallia (CAIA). Yhdistämällä käyttäytymisanalyyseja, edistynyttä kuvantamista ja sytokiinimittauksia ryhmä arvioi, miten tulehdus muovaa aivojen toimintaa ajan myötä.

Tämä tutkimus pyrkii määrittelemään uudelleen ymmärryksemme siitä, miten ohimenevä tulehdus vaikuttaa aivojen pitkäaikaiseen terveyteen. Löydökset voivat auttaa kehittämään parempia hoitostrategioita tulehdukseen liittyviin neurologisiin tiloihin ja korostaa tulehdusta ehkäisevien elämäntapojen merkitystä. Selvittämällä tulehduksen aiheuttamien aivomuutosten taustalla olevat mekanismit, voimme mahdollisesti edistää muun muassa nivelreuman, Alzheimerin taudin ja long covidin hoitoa.

Valikoidut julkaisut

Micinski D, Hotulainen P. Actin polymerization and longitudinal actin fibers in axon initial segment plasticity. Front Mol Neurosci. 2024; 17:1376997.

Khanal P, Boskovic Z, Lahti L, Ghimire A, Minkeviciene R, Opazo P, Hotulainen P. Gas7 Is a Novel Dendritic Spine Initiation Factor. eNeuro. 2023; 10:ENEURO.0344-22.2023.

Bertling E, Blaesse P, Seja P, Kremneva E, Gateva G, Virtanen MA, Summanen M, Spoljaric I, Uvarov P, Blaesse M, Paavilainen VO, Vutskits L, Kaila K, Hotulainen P*, Ruusuvuori E*. Carbonic anhydrase seven bundles filamentous actin and regulates dendritic spine morphology and density. EMBO Rep. 2021; 22:e50145. *PH and ER contributed equally to this work as senior authors

Abouelezz A, Stefen H, Segerstråle M, Micinski D, Minkeviciene R, Lahti L, Hardeman EC, Gunning PW, Hoogenraad CC, Taira T, Fath T, Hotulainen P. Tropomyosin Tpm3.1 Is Required to Maintain the Structure and Function of the Axon Initial Segment. iScience. 2020; 23:101053.

Minkeviciene R, Hlushchenko I, Virenque A, Lahti L, Khanal P, Rauramaa T, Koistinen A, Leinonen V, Noé FM, Hotulainen, P. MIM-Deficient Mice Exhibit Anatomical Changes in Dendritic Spines, Cortex Volume and Brain Ventricles, and Functional Changes in Motor Coordination and Learning. Frontiers in Mol. Neurosci. 2019; 12:276.

Hlushchenko I, Khanal P, Abouelezz A, Paavilainen VO, Hotulainen P. ASD-Associated De Novo Mutations in Five Actin Regulators Show Both Shared and Distinct Defects in Dendritic Spines and Inhibitory Synapses in Cultured Hippocampal Neurons. Front Cell Neurosci. 2018; 12:217.

Bertling E, Englund J, Minkeviciene R, Koskinen M, Segerstråle M, Castren E, Taira T and Hotulainen P. Actin Tyrosine-53-Phosphorylation in Neuronal Maturation and Synaptic Plasticity. J Neuroscience. 2016; 36:5299-5313.

Saarikangas J, Kourdougli N, Senju Y, Chazal G, Segerstråle M, Kuurne J, Minkeviciene R, Mattila PK, Garrett L, Hölter SM, Becker L, Racz I, Hans W, Klopstock T, Wurst W, Zimmer A, Fuchs H, Gailus-Durner V, Hrabě de Angelis M, von Ossowski L, Taira T, Lappalainen P, Rivera O, Hotulainen P. MIM-Induced Membrane Bending Promotes Dendritic Spine Initiation. Dev Cell. 2015; 33:644-659.

Hotulainen P, Hoogenraad CC. Actin in dendritic spines: connecting dynamics to function. J Cell Biol. 2010; 189:619-629.

Hotulainen P, Llano O, Smirnov S, Tanhuanpää K, Faix J, Rivera C, Lappalainen P. Defining mechanisms of actin polymerization and depolymerization during dendritic spine morphogenesis. J Cell Biol. 2009; 185:323-339.

Rahoittajat

Medicinska Understödsföreningen Liv och Hälsa r.f.
Sigrid Juséliuksen Säätiö

Seuraa

ResearchGate: Pirta Hotulainen
Reseacher-ID: B-8874-2015
ORCID: 0000-0003-0764-8582
X: @PirtaHotulainen
Bluesky: @pirtahotulainen.bsky.social