Főbb kutatási területek:
- A nucleus pedunculopontinus (PPN) neuromodulációs hatásai és az azokat befolyásoló kórélettani tényezők
- Az asztrocita-neuron kommunikáció szerepe a neuronális ingerlékenység szabályozásában
A nucleus pedunculopontinus (PPN) a retikuláris aktivációs rendszer egyik kolinerg magja, amely számos szubkortikális struktúra kolinerg bemenetét biztosítja. A PPN jelentős szerepet kap a szenzoros kapuzásban, az alvás-ébrenlét szabályozásában és a mozgásszabályozásban. Kórélettani jelentőségét az adja, hogy a Parkinson-kór egyes típusaiban, a progresszív szupranukleáris parézisben, skizofréniában és peduncularis hallucinosisban megfigyelték érintettségét.
A PPN neuronjain számos, bizonyos esetekben egymással átfedő hatású neuromodulációs hatás érvényesül. Kimutattuk, hogy több neuromodulációs hatás (endokannabinoid, kolinerg, szerotoninerg) a PPN neuronok egy csoportján depolarizációt, egy másik csoportján hiperpolarizációt okoz, míg egy további csoportra nem hat. Ezek a hatások asztrocita- és metabotróp glutamát receptor aktiváción keresztül érvényesülnek. A tónusos hatásokon kívül megfigyeltünk fázisos, asztrocita-függő, extraszinaptikus NMDA receptor aktiváción keresztül létrejövő serkentő áramokat is ("slow inward current", SIC).
Bár az ex vivo körülmények között megfigyelt hatás robusztusnak bizonyult, az in vivo jelentőségük jelenleg nem ismert. További kutatásaink egyik célja, hogy a PPN asztrocita aktiváció és az általa létrehozott neuromodulációs hatások élettani és kórélettani jelentőségét feltárja. Ehhez a kutatáshoz az asztrociták kemogenetikai aktivációját és viselkedési teszteket kívánunk használni.
Az asztrocita neuron kommunikáció egy jellegzetes jelenségét, a SIC-eket humán és egér mintákon vizsgáljuk. A SIC-ek szinaptikus plaszticitásban betöltött szerepét és életkorfüggését kívánjuk megismerni. Eddigi adataink alapján úgy tűnik, hogy az asztrocita-neuron kommunikáció ezen aspektusát eltérően érinti a fiziológiás öregedés egérben és emberben.
Technikák:
- Transzgén egértörzsek fenntartása, használata (fluoreszcens markereket, opto- és kemogenetikai aktuátorokat, glutamát- és kalciumszenzorokat specifikusan kifejező egértörzsek)
- Kombinált szelet-elektrofiziológiai és kalcium imaging mérések
- Optogenetika, kemogenetika, flash fotolízis
- Neuronok és asztrociták morfológiai rekonstrukciója, immunhisztokémia
- Humán akut agyszeletek használata műtéti mintákból
- Viselkedési tesztek
1. ábra.
Az egér neocorticalis piramissejtek lassú inward áramai (SIC-ei) asztrocitafüggőek. A. OGB-vel töltött, kizárólag mCherry-t kifejező asztrociták kalciumhullámai kontroll esetben és CNO kezelés alatt. B. hM3D-t kifejező asztrociták kalciumhullámai az A. panelhez hasonló körülmények között. C. A kalciumhullámok időegység alatti integráljának statisztikai összehasonlítása. D-G. A SIC-ek asztrocita-aktiváció következményei. D. mCherry fluoreszcens protein (és hM3D kemogenetikai aktuátor, piros) expressziója és egy biocitinnel jelölt piramissejt (zöld) két konfokális rétegfelvételen. E. Reprezentatív árammérések kontroll körülmények között, 0,1% DMSO-val és CNO-val (szelektív asztrocita aktiváció). F. Az F panelen bemutatott mérési körülmények SIC aktivitásának (összes percenkénti töltésmozgás) összehasonlítása. G-H. Kontroll állatokon (kizárólag mCherry expresszió) történő mérések az F-G panelekkel azonos elrendezésben. (Oszlopok: átlag ± SEM; szürke pontok: egyedi adatpontok; *: p < 0.05; **: p < 0.01; *** p< 0.001)
2. ábra.
Az akusztikus startle reflex vizsgálata. a-e. A mérőrendszer részei. a. Transzducer. b-e. A nyíllal jelölt doboz belseje: b. riasztósziréna, c. hangszóró, d. kamera, e. felfüggesztett plexi doboz az egérrel. f. 5 egymás utáni akusztikus startle reflex amplitúdója és 5 eset statisztikai értékelése (az első startle amplitúdóra normalizálva,
átlag ± SEM). A fényképen a témavezetésem alatt dolgozó PhD hallgató, Baneen Maamrah végzi a kísérletet.
Munkatársak:
- Dr. Pál Balázs (egyetemi docens)
- Dr. Deák-Pocsai Krisztina (tud. munkatárs, részidőben)
- Dr. Kovács Adrienn (tud. segédmunkatárs)
- Baneen Maamrah (PhD hallgató, Stipendium Hungaricum)
- Csemer Andrea (tud. segédmunkatárs, PhD hallgató)
- Sokvári Cintia (PhD hallgató)
Korábbi munkatársak:
- Bordás Csilla (PhD hallgató, 2016-ban védett)
- Kovács Ágnes (PhD hallgató)
- Dr. Baksa Brigitta (PhD hallgató, 2020-ban védett)
- Dr. Tsogbadrakh Bayasgalan (PhD hallgató, Stipendium Hungaricum, 2022-ben védett. Jelenleg posztdoktor Dr. Juan Mena-Segovia laboratóriumában, Rutgers University, NJ, USA)
Külső kollaborációk:
- Dr. Kalló Imre (MTA KOKI, Budapest)
- Dr. Juan Mena-Segovia (Rutgers University, NJ, USA)
- Dr. Guillermo Spitzmaul (Universidad Nacional del Sur, Bahia Blanca, Argentina)
Válogatott közlemények:
Kőszeghy Á, Kovács A, Bíró T, Szücs P, Vincze J, Hegyi Z, Antal M, Pál B (2015) Endocannabinoid signaling modulates neurons of the pedunculopontine nucleus (PPN) via actions on the neuron-glia communication. Brain Structure and Function, 220(5):3023-41.
Kovács A, Bordás Cs, Bíró T, Hegyi Z, Antal M, Szücs P, Pál B (2017) Direct presynaptic and indirect astrocyte-mediated mechanisms both contribute to endocannabinoid signaling in the pedunculopontine nucleus of mice. Brain Structure and Function, 222(1): 247-266. D1 (Anatomy, medicine)
Kovacs A, Pál B (2017) Astrocyte-dependent slow inward currents (SICs) participate in neuromodulatory mechanisms in the pedunculopontine nucleus (PPN). Front Cell Neurosci.; 11:16. Q1
Bardóczi Z, Pál B, Kőszeghy Á, Wilheim T, Watanabe M, Záborszky L, Liposits Z, Kalló I (2017) Glycinergic input to the mouse basal forebrain cholinergic neurons. J Neurosci. 37(39):9534-9549. D1
Pál B (2018) Involvement of extrasynaptic glutamate in physiological and pathophysiological changes of neuronal excitability. Cellular and Molecular Life Sciences, 75(16): 2917-2949. D1
Baksa B, Kovács A, Bayasgalan T, Szentesi P, Kőszeghy Á, Szücs P, Pál B. (2019) Characterization of functional subgroups among genetically identified cholinergic neurons in the pedunculopontine nucleus. Cellular and Molecular Life Sciences, 76(14):2799-2815, D1
Dautan D, Kovács A, Bayasgalan T, Diaz-Acevedo MA, Pal B, Mena-Segovia J. (2021) Modulation of motor behavior by the mesencephalic locomotor region. Cell Rep. 36(8):109594. D1
Bayasgalan T, Stupniki S, Kovács A, Csemer A, Szentesi P, Pocsai K, Dionisio L, Spitzmaul G, Pál B. (2021) Alteration of mesopontine cholinergic function by the lack of KCNQ4 subunit. Front Cell Neurosci. 15:707789. Q1