Cellulär neurovetenskap

Cellulär neurovetenskap gällercellulära och molekylära mekanismer som ligger till grund för lärandet. Särskilt fokus har varit på dendrittaggar. För närvarande fokuserar gruppen på att förstå hur neuronaktiviteten reglerar taggarnas initiering. Vid neuropatisk smärta inflammation inducerar nya taggar i ryggmärgsneuronerna men leder till förlust av taggar i hjärnan. Ett annat syfte med gruppen är att karakterisera tidslinjen och de cellulära mekanismerna som leder till dessa förändringar.

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. Följaktligen är defekter i regleringen av dendrittaggarna involverade i många neurologiska sjukdomar från minnesstörningar till psykiatriska sjukdomar. Dessutom har nyare forskning visat att taggarna också är involverade i ”inlärningen” av kronisk smärta.

Målsättning: Vi siktar på en omfattande förståelse för hur tagginitieringen regleras i neuroner. Hittills har fyra tagginitieringsfaktorer identifierats. Vår nuvarande forskning fokuserar på att förstå hur lokalisering eller uttryck av dessa tagginitieringsfaktorer regleras i neuronerna. Ett annat syfte är att förstå cellförändringar som sker under uppkomsten av neuropatisk smärta. Med hjälp av en musmodell för artrit, som också används för smärtstudier, kommer vi att studera uppkomsten av en sådan smärta, där inflammationen, som orsakar den primära smärtan, läker, men smärtan kvarstår. Vi vill förstå hur smärta lagras och hur ”inlärningen” av smärtan kan förhindras.

Gruppledare

Pirta Hotulainen, FD, docent
pirta.hotulainen@helsinki.fi

Gruppmedlemmar

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

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.

Gruppledare

Pirta Hotulainen, FD, docent
pirta.hotulainen@helsinki.fi

Gruppmedlemmar

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

Utvalda publikationer

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.

Finansiärer av forskningen

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

Följa

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