Proteomika Kutatócsoport
Kutatási témák
Arc1 fehérje vizsgálata
2021-ben indult kutatásunk célja az Arc1 fehérje irányított kapszid képződésének térszerkezeti és funkcionális vizsgálata. Az Arc1 egy, a neuronális aktivitás hatására expresszálódó korai géntermék, melynek változását számos központi idegrendszert érintő betegségben, mint az Alzheimer-kór, autizmus, skizofrénia megfigyelték. Ismert, hogy a fehérje három szerkezeti formában is jelen van a sejtekben, monomer, dimer és kapszid formában. Ez utóbbi jelentőségét az adja, hogy az Arc1 kapszid formában képes mRNS-t tárolni és azt az egyik sejtből a másikba juttatni, ugyanakkor a különböző megjelenési formák funkcionális szerepe még nem tisztázott. Kutatásunkban a Szerves Kémia Tanszék és a Biokémia Tanszék munkatársaival kollaborációban a kapszid képződés és az RNS-transzer megértését, tűztük ki célul, kísérleteinkben in vitro és in vivo vizsgálatokat tervezünk elvégezni, ez utóbbiakat demencia, valamint epilepszia kísérletes állatmodelljein.
Egy-sejt mRNS szekvenálás, neuro-immun interakciók
Egy-sejt mRNS szekvenálási munkánk során azt vizsgáltuk, hogy a prefrontális kérgi piramissejtek és interneuronok között kimutathatók-e olyan transzkriptomikai különbségek, amelyek alapján valószínűsíthető a két sejttípus szelektív farmakológiai targetálásának lehetősége (Ravasz és mtsai., 2021). Ennek megfelelően számos olyan mRNS-t sikerült azonosítani, amelyek kópiaszáma legalább tízszeres különbséget mutat a két sejttípusban és sejtfelszíni receptor vagy ioncsatorna alegységeket kódolnak. A több, mint 19000 transzkriptet tartalmazó szekvenálási adathalmaz emellett arra is lehetőséget biztosított, hogy a sejtes neuro-immun interakciók szempontjából jelentős gének neuronális expresszióját tanulmányozzuk bioinformatikai (in silico) eszközökkel. A neuro-immun interakciók funkcionális jelentőségére fókuszálva akut agyszeletekben végzett patch clamp mérésekkel (ex vivo elektrofiziológia) vizsgáljuk a legfontosabb citokinek neuronális hatásait, valamint LPS-kezelt egerek (a bakteriális fertőzések modellje) felhasználásával tanulmányozzuk az agykéreg elektromos aktivitásának változásait (in vivo elektrofiziológia). A prefrontális kéregben ezzel összefüggésben kialakuló molekuláris változásokat különböző fehérje vizsgálati módszerekkel követjük nyomon (Western blot technikai és egyéb immunjelöléses módszerek, szinaptoszóma preparátum proteomikai vizsgálata). Kísérleteinket kollaborációban végeztük a University Pennsylvania egyetem munkatársaival.
Ravasz L és mtsai., (2021) Cell Surface Protein mRNAs Show Differential Transcription in Pyramidal and Fast-Spiking Cells as Revealed by Single-Cell Sequencing. Cereb Cortex. 2021 31(2):731-745.
Proteomikai vizsgálatok
A két-dimenziós differenciál gélelektroforézis (2D-DIGE) technikát 2006-ban honosítottuk meg laboratóriumunkban, s azóta is az országban egyetlen laboratóriumként végzünk ezzel a technikával proteomikai kísérleteket humán és állati mintákon. Ez idő alatt csak ezen a területen 21 publikációnk jelent meg.
Az utóbbi pár évben főleg a demenciával összefüggő betegségek (Alzheimer-kór (AD), vaszkuláris demencia) állatmodelljeivel végzünk vizsgálatokat különböző megközelítésekkel.
A krónikus hipoperfúzió a vaszkuláris demencia állatmodellje, kísérleteinket patkányokon végezzük, számos a kórképben szerepet játszó agyterület proteomikai vizsgálatával, ezen belül is különböző sejtalkotók (szinaptoszóma, mitokondrium, mitokondrium asszociált membrán (MAM) fehérjekészletének elemzésével (Tukacs és mtsai. 2020).
Az Alzheimer-kór egyik legismertebb állatmodelljét az APP/PS1 kétszeres transzgén egeret számos aspektusból vizsgáltuk és vizsgáljuk. Az amiloid prekurzor fehérje (APP) túltermelése, valamint a β-amiloid (Aβ) és tau fehérjék felhalmozódása az AD fontos jellemzői. Az Aβ-hoz köthető folyamatok progressziójával összefüggésben 3, 6 és 9 hónapos korú egereken végeztünk átfogó vizsgálatot a szinaptikus és nem szinaptikus mitokondriális fehérjekészletek összehasonlításával (Völgyi és mtsai, 2017). Egy másik kísérletünkben ugyanezen egértörzsből származó és C57BL/6 kontroll egerek MAM fehérjekészletét hasonlítottuk össze, mivel az AD patogenezisének jelenlegi hipotézise azt sugallja, hogy a MAM aktívan részt vesz az AD kezdeti szakaszában (Völgyi és mtsai., 2018).
Ismert, hogy számos neurodegeneratív betegség kísérő jelensége a szinapszisvesztés, amely a kognitív funkciók hanyatlását eredményezi. Ismert továbbá, hogy a komplementrendszer egyik tagja a C1q fehérje fontos szerepet játszik a szinaptikus plaszticitásban, konkrétan “kijelöli” a szinapszisokat a mikrogliáknak fagocitózisra. Kísérleteinkben a szinaptikus kapcsolatok eltávolítási mechanizmusának jobb megértését tűztük ki célul a C1q jelölt és nemjelölt szinapszisok proteomikai vizsgálatával (Györffy és mtsai., 2018). De fény derült a neuropentraxinok szerepére is a C1q szinaptikus kötőpartnereiként (Kovács és mtsai., 2021).
Kísérleteinket szoros kollaborációban végezzük a Biokémia Tanszék munkatársaival, valamint az ELKH SZBK Proteomikai Kutatólaboratóriumával, akik a fehérjék MS analízisét végzik.
Kovács RÁ és mtsai. (2021) Identification of Neuronal Pentraxins as Synaptic Binding Partners of C1q and the Involvement of NP1 in Synaptic Pruning in Adult Mice. J. Front Immunol. 11:599771.
Tukacs V. és mtsai. (2020) Chronic stepwise cerebral hypoperfusion differentially induces synaptic proteome changes in the frontal cortex, occipital cortex, and hippocampus in rats. Sci Rep.10(1):15999.
Völgyi K. és mtsai. (2018) Early Presymptomatic Changes in the Proteome of Mitochondria-Associated Membrane in the APP/PS1 Mouse Model of Alzheimer's Disease. Mol Neurobiol.;55(10):7839-7857.
Völgyi K. és mtsai. (2017) Mitochondrial Proteome Changes Correlating with β-Amyloid Accumulation. Mol Neurobiol. 54(3):2060-2078.
Elektrofiziológiai mérések
Laboratóriumunkban a korábban említett ex vivo patch-clamp technikán kívül in vivo elektrofiziológiai kísérletek is folynak akut és szabadon mozgó állatokon. Proteomikai, valamint egy-sejt szekvenálási eredményeink validálása sok esetben elektrofiziológiai mérésekkel történik. Ennek egyik példája az Egy-sejt szekvenálás-i részben bemutatott kísérlet, ahol egereket és patkányokat kezelünk a Gram-negatív baktériumok sejtfalának endotoxinjával, lipopoliszachariddal (LPS), és az így a központi idegrendszerben létrejövő immunválasz hatását vizsgáljuk különböző elektrofiziológiai mérésekkel (EEG, field potenciál, pop-spike).
Sok esetben az elektrofiziológiai méréseket kombináljuk az agyi mikrodialízis technikával.