Az agy sejtszerkezeti és működési vizsgálata. Élettani és Neurobiológiai Tanszék

Átírás

1 Az agy sejtszerkezeti és működési vizsgálata Élettani és Neurobiológiai Tanszék

2 In vivo elektrofiziológiai Élettani és Neurobiológiai Tanszék Oktatók és kutatók ( os tanév) Ex vivo elektrofiziológiai kutatócsoportok Idegi sejtbiológiai Neurokémia Détári László egyetemi tanár Világi Ildikó tanszékvezető Schlett Katalin docens Kékesi Katalin docens Hajnik Tünde adjunktus Varró Petra tanársegéd Tárnok Krisztián adjunktus Tóth Attila adjunktus Moldován Kinga tanársegéd Bencsik Norbert tanársegéd Szalontai Örs tanársegéd Akadémiai kutatócsoportok Szűcs Attila NAP csoport Dobolyi Árpád NAP csoport

3 Oktatási tevékenység Állatélettan előadás BSc III. év 3+0 óra, két félév Állatélettan gyakorlat BSc III. év A-szint 0+6 óra B-szint 0+3 óra Szabályozásbiológia előadás 3+0 óra MSc I. év Szakirány (MSc) Doktori Program Idegtudomány és Humánbiológia Idegtudomány és Humánbiológia TDK és szakdolgozati munkák

4 Élettani és Neurobiológiai Tanszék kutatási területek Idegi sejtbiológiai kutatócsoport (MTA-ELTE NAP) synaptophysin N-tubulin GFAP MAP-2 Ex vivo elektrofiziológiai kutatócsoport In vivo elektrofiziológiai kutatócsoport Molekuláris és rendszer neurobiológiai kutatócsoport (MTA-ELTE NAP)

5 A kutatás tárgya az idegrendszer Golgi-féle ezüst impregnációval fénymikroszkópos vizsgálatra készült metszetek (agykérgi piramissejtek és közti-sejtek)

6 A kutatás tárgya az idegrendszer Az emlősök agyának szerveződése alapvetően hasonló patkány agy emberi agy

7 A kutatás tárgya az idegrendszer dendritek dendrittüskék dendritek sejttest axon kollaterálisok axon Horton and Ehlers, 2004 bonyolult hálózatokat alkotnak

8 A kutatás tárgya az idegrendszer Az agykéreg réteges szerkezete, idegsejtek sejtszintű elektrofizológiai vizsgálata a működések elemzésére

9 A kutatás tárgya az idegrendszer Az agyi szerkezet és működés rendszerszintű vizsgálata szerkezeti elemzés működési elemzés hálózati analízis hálózati analízis agyi működés megismerése

10 A kutatás tárgya az idegrendszer Viselkedési, tanulási vizsgálatok Skinner doboz

11 Élettani és Neurobiológiai Tanszék kutatási területek N-tubulin GFAP synaptophysin MAP-2 Idegi sejtbiológiai kutatócsoport (MTA-ELTE NAP) Mikroszkópos és molekuláris vizsgálatok idegsejttenyészeteken - a hálózati aktivitás sejtszintű modelljeinek elemzése - az idegsejtek dinamikáját és plaszticitását szabályozó jelátviteli útvonalak vizsgálata

12 Idegsejttenyészetek: in vivo lezajló fejlődési és érési folyamatok in vitro vizsgálata, modellezése dendrittüskék dendritek axon kollaterálisok EGFP-t expresszáló transzfektált idegsejt sejtmag 100 mm ~10 nap alatt hosszú axonok, kiterjedt dendritfa és szinaptikus kapcsolatok alakulnak ki

13 A dendritfa kiterjedésének és elágazásainak elemzése

14 A dendrittüskék sűrűségének, típusának elemzése ~0.1 mm ~0.5 mm ~0.5 mm gomba (mushroom) tüske vékony (filamentous) tüske zömök (stubby) tüske elágazó tüske PSD

15 A dendrittüskék átalakulása elemi tanulási folyamatok (LTP) során LTP long term potentiation (hosszú távú szinaptikus hatékonyságfokozódás) A dendrittüskék mozgásának elemzése tenyészetekben 0 min 3 min 6 min 9 min 12 min 0-12 min

16 Hippokampusz-függő térbeli tanulás vizsgálata Morris-féle vízi labirintus: sugárlabirintus teszt:

17 Élettani és Neurobiológiai Tanszék kutatási területek Ex vivo elektrofiziológiai kutatócsoport Idegélettani vizsgálatok túlélő agyszeleteken - normál és kóros agykérgi szinkronizációs folyamatok tanulmányozása - táplálék-szennyezők idegi hatásának elemzése

18 Túlélő agyi preparátumok vizsgálata mérés ingerlés megfelelő agyi blokk kivágása 400 µm vastagságú szeletek készítése vibratómmal mérés regisztráló kamrában, folyamatos ACSF perfúzió mellett mérő és ingerlő elektródok elhelyezése mezőpotenciálok vagy sejten belüli aktivitás mérése üvegelektróddal

19 agykérgi kiváltott válasz Plasztikus változások elemzése - fejlődési problémák tanulmányozása - környezeti szennyezők (növényvédő szerek, gombatoxinok hatásának tanulmányozása) hippokampusz kiváltott válasz LTP indukció hatása páros ingerlés 1 0,5 0 0, before LTP-induction 30 min after LTP-induction -0,5 500 ms 20 ms -1,0-3 EPSP serkentő szinaptikus potenciál POP-spike - csúcspotenciál képe

20 Agyi szinkronizációs alapmechanizmusok tanulmányozása Epileptikus görcstevékenység vizsgálata, farmakológiai hatások elemzése áramforrás sűrűség vizsgálatok CSD Szímítások eredményeként mutatja, hogy honnan indul az aktiváció belső optikai jelek vizsgálata az egész szelet működése látható, ionáramokra utaló jel

21 Sejtazonosítás elektrofiziológiai paraméterek alapján sokcsatornás jel-elvezetések MEA (multi elektród array) eredeti regisztrátum egyedi sejtaktivitások jellemzése

22 Rm (MΩ) V (mv) Rm (MΩ) V (mv) Rm (MΩ) V (mv) 20 mv 20 mv 20 mv Patch clamp mérések sejttenyészeteken, agyszeleteken egyes sejtek jellemzésére Intracelluláris (sejten belüli) mérések az egyes idegsejtek jellemzésére No voltage sag / no PIR Small voltage sag / PIR Large voltage sag / no PIR PIR 100 ms 100 ms voltage sag 100 ms ADP/PIR voltage sag R m,max R m,steady-state 0 0 I (pa) I (pa) I (pa) I (pa) I (pa) I (pa)

23 Élettani és Neurobiológiai Tanszék kutatási területek In vivo elektrofiziológiai kutatócsoport Alvási vizsgálatok, EEG elemzések - az alvás napi ritmusának szabályozása, esetleg alvásmegvonás hatásának elemzése - az alvást befolyásoló agyi területek működésének vizsgálata - gyógyszerjelöltek alvásra gyakorolt hatásainak elemzése

24 Az alvás mélységének változása éber állapot mély alvás álomlátásos alvás (REM) jellegzetes agyi aktivitás mintázatok ébrenlétben és különböző alvási stádiumokban

25 Krónikus kísérletek többnapos EEG és alvás monitorozás többnapos hang-kiváltott potenciál mérés hang-stressz kiváltása anyagbeadás: per os, agykamrába, agyszövetbe magatartási elemek megfigyelése és elemzése circadian ritmus nyomonkövetése (vízivás)

26 Akut kísérletek Mező (field) potenciál mérés 24 pólusú elektróddal current-source-density (CSD) elemzés EEG és egysejt aktivitás mérés és elemzés sejtfeltöltés és azonosítás kiváltott potenciál, ingerület vezetési sebesség

27 Élettani és Neurobiológiai Tanszék kutatási területek Molekuláris és Rendszer Neurobiológiai Kutatócsoport (MTA-ELTE NAP) Viselkedési és molekuláris biológiai vizsgálatok - Az utódgondozás neurobiológiája rendszerbiológiai megközelítésben - Az anyai viselkedés szabályozásának molekuláris szintű leírása

28 Ideg- és endokrin rendszer együttműködése prolaktin elválasztás szabályozása Fink, Pfaff, Levine, 2012, Handbook of Neuroendocrinology; Arc: nucleus arcuatus, DA: dopamin, PRL: prolaktin

29 Nyomjelző anyag célzott sztereotaxikus beadása patkány agyba pályajelölésre, szövettani vizsgálatra beadás helye jelölt sejtek megjelenése anterográd vagy retrográd jelölések

30 Molekuláris biológiai módszerek alkalmazása Gél elektroforézis - fehérjemeghatározás PCR - nukleinsavmeghatározás

31 A thalamusz posterior intralaminar complex régiója (pil) tip39 neuronjai vetülnek a preoptikus areába - retrográd nyomjelzéses vizsgálat CTB beadási hely az MPN magban CTB jelölt TIP39 neuronok a PIL-ben pil preoptikus terület (median preoptic nucleus MPN) bed nucleus of the stria terminalis (BNST) nucleus geniculatus medialis (MG) CTB - cholera toxin b

32 Parathormon 2 (PTH2) receptort expresszáló sejtek tuberoinfundibular peptide(tip-39)-re is érzékeny receptor hisztokémiai megjelenítés Ezen rendszernek szerepe van a szülői (anyai magatartás) szabályozásában

33 Az amylin nevű neuropeptid expressziója anyaállatok preoptikus területén RT-PCR in situ hibridizációs hisztokémia Az amylin a táplálkozás szabályozásával, de a szülői viselkedés szabályozásával is kapcsolatba hozható

34 A gabona Fusarium fertőzöttségét befolyásoló hatások feltárása, a fertőzött táplálék és takarmány egészségügyi, idegrendszeri hatásainak és a kockázatcsökkentés lehetőségeinek tanulmányozása Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH): NVKP_

35 Fusarium toxinok hatásának tanulmányozása A 4 gombatoxin toxicitásmérése kezeletlen állatokból készült primér egér idegsejttenyészetekben (MTT életképességi tesztek) oxidatív stressz (H 2 O 2 kezelés) során alkalmazott gombatoxinok esetleges neurotoxikus hatásának vizsgálata egér kortikális idegsejttenyészetekben, illetve asztroglia sejteken kezeletlen állatokból. Valamint a magzati élet alatt az anya kezelése után (kis dózis, hosszabb idő) izolált idegsejtek elektrofiziológiai jellemzőinek meghatározása whole cell patch clamp módszerrel ( in vitro elektrofiziológia) A 4 toxin in vivo, akut idegsejt aktiváló hatásának tesztelése egerek idegrendszerén. A mérés c-fos technikán alapszik, az aktiválódó neuronok helye és száma mérhető fixált agyakon. Génexpressziós vizsgálatok - toxinnal krónikusan kezelt állat agyából vett mintán a génexpressziós változások funcionális jellemzése. Itt valószínűleg minden toxin hatása nem kerül vizsgálatra, még választunk. A toxinok (először az FB1) szinaptikus hatékonyságra gyakorolt akut hatásának vizsgálata túlélő agyszeleten (ex vivo és in vitro elektrofiziológia) Akut és krónikus toxin kezelések aktivitás terjedésére gyakorolt hatásának elemzése túlélő szövetszeleten és tenyészeten (ex vivo elektrofiziológia) Akut és krónikus gombatoxin-expozíció EEG-s, alvás-ébrenléti- és hangkiváltott potenciálokra gyakorolt hatásai szabadon mozgó patkányokban (in vivo elektrofiziológia) Akut gombatoxin-expozíció hatása szomatoszenzoros kiváltott potenciálokra uretán-altatott állatokban (in vivo elektrofiziológia) Kezelések hatásának elemzése az anyai viselkedésre, kezelt anyák utódainak vizsgálata

36 Köszönöm a figyelmet!