Hermosolututkimus

Solutason neurotieteen ryhmä on kiinnostunut oppimisen taustalla olevista solu- ja molekyylitason mekanismeista. Erityishuomion kohteena ovat olleet dendriittien okaset (engl. spines).Tällä hetkellä ryhmä tutkii, miten hermosolujen aktiivisuus säätelee okasten syntyä. Neuropaattisessa kivussa inflammaatio aiheuttaa oppimistyyppisiä muutoksia selkäytimen hermosoluissa. Samaan aikaan inflammaatio vähentää okasia aivoissa. Ryhmän toisena tavoitteena on selvittää kyseisiin muutoksiin johtavia solutason mekanismeja ja niiden aikajanaa.

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. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että okaset ovat osallisena myös kroonisen kivun ”oppimisessa”.

Tavoite: Tavoitteemme on ymmärtää kokonaisvaltaisesti, miten dendriittien okasten syntymistä säädellään hermosoluissa. Tähän mennessä on tunnistettu neljä eri proteiinia, jotka pystyvät aloittamaan okasen kasvamisen. Tutkimme miten näiden okasten kasvun aloittajaproteiinien sijaintia tai ilmentymistä säädellään hermosoluissa. Toisena tavoitteenamme on selvittää, millaisia solutason muutoksia tapahtuu neuropaattisen kivun muodostumisen aikana. Tutkimme sellaisen kivun muodostumista, jossa kivun aiheuttava inflammaatio paranee mutta kipu jää. Käytämme tutkimuksessa niveltulehduksen hiirimallia, jota on jo aiemmin käytetty myös kipututkimuksessa. Haluamme ymmärtää, miten kipu tallentuu hermostoon ja miten kivun ”oppiminen” voidaan estää.

Ryhmänjohtaja

Pirta Hotulainen, FT, dosentti
pirta.hotulainen@helsinki.fi

Ryhmänjäsenet

Aqsa Jabeen, MSc
David Micinski, MSc
Emilia Toissalo, FM

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

Ryhmänjohtaja

Pirta Hotulainen, FT, dosentti
pirta.hotulainen@helsinki.fi

Ryhmänjäsenet

Aqsa Jabeen, MSc
David Micinski, MSc
Emilia Toissalo, FM

Valikoidut julkaisut

Khanal P, Boskovic Z, Lahti L, Ghimire A, Minkeviciene R, Opazo P, Hotulainen P. (2023) Gas7 Is a Novel Dendritic Spine Initiation Factor. eNeuro. 10(4):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*. (2021) Carbonic anhydrase seven bundles filamentous actin and regulates dendritic spine morphology and density. EMBO Rep.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. (2020) Tropomyosin Tpm3.1 Is Required to Maintain the Structure and Function of the Axon Initial Segment. iScience 23:101053.

Minkeviciene R, Hlushchenko I, Virenque A, Lahti L, Khanal P, Rauramaa T, Koistinen A, Leinonen V, Noé FM, Hotulainen, P. (2019) 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. 12, 276.

Hlushchenko I, Khanal P, Abouelezz A, Paavilainen VO, Hotulainen P. (2018) 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.12:217.

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

Saarikangas, J., Kourdougli, N., Senju, Y., Chazal, G., Segerstråle M., Kuurne, J., Minkeviciene, R., Mattila, P.K., Garrett, L., Hölter, S.M., 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, C. and Hotulainen, P. (2015) MIM-Induced Membrane Bending Promotes Dendritic Spine Initiation. Dev. Cell. 33, 644-659. Cited 59.

Koskinen, M., Bertling E., Hotulainen, R., Tanhuanpää, K. and Hotulainen, P. (2014) Myosin IIb controls actin dynamics underlying the dendritic spine maturation. Mol. Cell. Neurosci. 61C, 56-64. Cited 36.

Hotulainen, P., and Hoogenraad, C.C. (2010) Actin in dendritic spines: connecting dynamics to function. J. Cell Biol. 189, 619-629. Cited 605.

Hotulainen, P., Llano, O., Smirnov, S., Tanhuanpää, K., Faix, J., Rivera, C., Lappalainen, P. (2009) Defining mechanisms of actin polymerization and depolymerization during dendritic spine morphogenesis. J. Cell Biol. 185, 323-339. Cited 257.

Rahoittajat

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

Seuraa

Group’s own website: http://www.hotulainenlab.fi
ResearchGate: Pirta Hotulainen
Reseacher-ID: B-8874-2015
ORCID: 0000-0003-0764-8582
X: @PirtaHotulainen