Cellulär neurovetenskap

Gruppen för cellular neurovetenskap är intresserad av de cellulära och molekylära mekanismer som ligger till grund för inlärningen. Särskild uppmärksamhet har ägnats åt dendrittaggar (eng. spines). Dendrittaggar är små utsprång i de neuronala dendriterna där de postsynaptiska komponenterna i excitatoriska synapserna finns i hjärnan. Specifika uppsättningar av nya taggar uppstår när man får nya erfarenheter eller förvärvar nya färdigheter, och utgör grunden för att behålla dem. Därför är störningar i regleringen av dendrittaggar involverade i många neurologiska sjukdomar, från minnesstörningar till psykiatriska sjukdomar. Vårt mål är att på ett övergripande sätt förstå hur uppkomsten av dendrittaggar regleras i nervcellerna.

Ett annat viktigt forskningsobjekt är effekterna av perifer inflammation på inlärning och minne. Även om de direkta effekterna av akut eller kronisk inflammation på hjärnan är relativt välkända, är det oklart om inflammationen orsakar långvariga förändringar i hjärnan. Gruppen undersöker de långsiktiga effekterna av perifer inflammation på kognitiva processer och identifierar de celler som deltar i dessa förändringar.

I studien använder gruppen en musmodell (CAIA) för reumatoid artrit. Genom att kombinera beteendetester, bilddiagnostik, cytokinmätning och elektrofysiologi analyserar gruppen hur inflammation påverkar hjärnans funktion på lång sikt.

Studien undersöker de långsiktiga effekterna av perifer inflammation på kognitiva processer och identifierar de celler som deltar i dessa förändringar. Resultaten visar också hur viktiga de antiinflammatoriska levnadssätten är för hjärnans hälsa. Resultaten av studien kommer att bidra till att utveckla bättre behandlingsstrategier för inflammatoriska neurologiska sjukdomar som Alzheimers sjukdom eller long covid

Metoder: Vi använder en strategi nerifrån och upp, där molekylära mekanismer som lärs in i enklare in vitro-system, såsom provrör, fibroblaster eller dissocierade neuroner i hippocampus, som förs upp till mer komplexa system, såsom organotypiska hjärnskivor och in vivo-mushjärnan. Avancerade mikroskopitekniker spelar en stor roll på alla nivåer.

Utvalda publikationer

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.

Finansiärer av forskningen

Medicinska Understödsföreningen Liv och Hälsa r.f.
Sigrid Jusélius Stiftelse

Följa

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