Hermosolututkimus

Solutason neurotieteen ryhmä on kiinnostunut oppimisen taustalla olevista solu- ja molekyylitason mekanismeista. Erityishuomion kohteena ovat olleet dendriittien okaset (engl. spines). Okaset ovat hermosolujen tuojahaarakkeista, dendriiteistä kasvavia pieniä ulokkeita, joissa synapsien kiihdyttävät reseptorit sijaitsevat. Uusia okasia syntyy uusien kokemusten tai uusien taitojen hankkimisen aikana, ja nämä syntyneet okaset muodostavat perustan opitun säilymiselle. Siksi häiriöt dendriittien okasten säätelyssä ovat osallisina monissa neurologisissa sairauksissa muistihäiriöistä psykiatrisiin sairauksiin. Tavoitteemme on ymmärtää kokonaisvaltaisesti, miten dendriittien okasten syntymistä säädellään hermosoluissa.

Toinen keskeinen tutkimuskohde on perifeerisen tulehduksen vaikutukset oppimiseen ja muistiin. Vaikka akuutin tai kroonisen tulehduksen välittömät vaikutukset aivoihin tunnetaan suhteellisen hyvin, on epäselvää, aiheuttaako tulehdus pidempiaikaisia muutoksia aivoihin. Tutkimus selvittää perifeerisen tulehduksen pitkäaikaisia vaikutuksia kognitiivisiin prosesseihin ja tunnistaa solut, jotka osallistuvat näihin muutoksiin.

Tutkimuksessaan ryhmä käyttää reumaattisen niveltulehduksen hiirimallia (CAIA). Yhdistämällä käyttäytymistestejä, kuvantamista, sytokiinimittauksia ja elektrofysiologiaa ryhmä analysoi, miten tulehdus muokkaa aivojen toimintaa pitkällä aikavälillä.

Tutkimuksen tulokset auttavat kehittämään parempia hoitostrategioita tulehdukseen liittyviin neurologisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin tai long covidiin. Tulokset myös muistuttavat tulehdusta ehkäisevien elämäntapojen merkityksestä aivojen terveydelle.

Menetelmät: Hyödynnämme monipuolisesti solu- ja molekyylibiologian menetelmiä yksinkertaisista koe-asetelmista muuntogeenisiin hiirimalleihin. Edistyneet mikroskooppitekniikat ovat merkittävässä roolissa kaikilla tutkimustasoilla.

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