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.

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.