Nervecellesignalering ved normale hjernefunksjoner og ved utvikling av hjernesykdommer

Hjernefunksjoner beror på signalering mellom nerveceller. Glutamin er utgangsstoff for glutamat og GABA - hhv viktigste stimulerende og hemmende signalstoff. Endringer i glutamintilførsel kan forstyrre funksjoner som læring og hukommelse og føre til sykdommer som epilepsi og angst.

Bakgrunn

Mye av den medisinske forskning er rettet mot forståelsen av hjernens oppbygning og hvordan den fungerer normalt. Dette er igjen essensielt for forståelsen av hjernesykdommenes etiologi og for utvikling av målrettet behandling. Det har skjedd store fremskritt de siste ti-årene, men man vet fortsatt lite om årsakene til kjente hjernesykdommer som senil demens, Parkinson's sykdom eller hvordan vi kan helbrede/redusere skadevirkningene etter hjerneslag.

Vi har fokusert våre studier rundt signalformidling mellom nerveceller. En synapse er et spesialisert område hvor to nerveceller kommer i nær kontakt med hverandre. Her frisettes signalstoffet (transmittersubstansen) som er lagret i synaptiske vesikler som svar på en nerveimpuls. Disse molekylene diffunderer så over til membranen på neste celle og utøver sin effekt ved å reagere med spesifikke reseptorer. Ved de fleste synapsene i hjernen er en aminosyre transmitter - glutamat har eksitatorisk virkning, mens GABA og glycin har inhibitorisk virkning. Slik signalformidling krever kontinuerlig produksjon av transmitter og er helt avgjørende for alle typer hjernefunksjoner, slik som koordinerte bevegelser, smertefølelse, tenkning, hukommelse m.m.

Aminosyren glutamin er det viktigste råstoffet for produksjon av glutamat og GABA. Glutamin dannes i gliaceller, en type ”støtteceller”, som omgir synapser, og transporteres dernest til nerveceller for transmitterproduksjon. Inntil nylig har det vært en gåte hvordan denne transporten har foregått. Vi har lyktes i å klone proteiner/transportører som er i stand til å transportere glutamin over cellemembraner (Chaudhry et al.). Vi har vha. undersøkelser med elektronmikroskop og konfokal fluorescens mikroskop vist at glutamintransportørene SN1 og SN2 er på gliamembraner, mens SAT1 og SAT2 uttrykkes på nerveterminaler. Ioner driver slik transport, og ulik kobling av ioner til disse proteinene gjør at SN1 og SN2 frigjør glutamin fra gliaceller, mens SAT1 og SAT2 transporterer glutamin inn til nerveceller, se review.

Endringer i slik regulert transport av glutamin kan føre til endret kommunikasjon mellom nerveceller, som f.eks. ved epilepsi (for mye aktivering) eller schizofreni (for lite aktivering). Disse proteinene kan også få endrede egenskaper ved andre sykdommer. SN1 oppreguleres f.eks. ved kreft i gliaceller og bidrar til den ukontrollerte veksten av tumoren. SN1 induseres også ved f.eks. kronisk metabolsk acidose i nyreceller. Dermed øker influksen av glutamin med påfølgende økt glutaminmetabolisme. Dette resulterer i økt dannelse av HCO3- som frigjøres til blodbanen og motvirker acidosen. En fungerende SN1 er derfor helt fundamental i pH regulering i kroppen.

Problemstilling

Vår gruppe har klonet nye proteiner som uttrykkes på cellemembranen (såkalte glutamintransportører) og som hjelper glutaminet til å trenge igjennom det. Vi ønsker å studere molekylære mekanismer som bidrar til glutamintransport mellom ulike celler for signalstoffdannelse. Slik transport er energikrevende og drives ofte av ioner som er koblet til transporten av glutamin. Vi ønsker å forstå transportørenes kinetiske egenskaper. Vi ønsker å vise glutamintransportørenes subcellulære lokalisasjon vha. konfokal- og elektronmikroskopi. Vi ønsker også å kartlegge hvordan transportørene reguleres under normale betingelser og hvordan de bidrar til patologiske tilstander. Til sist ønsker vi å utforske muligheten for å anvende denne kunnskapen terapeutisk.

Mål og metode

  1. Demonstrere glutamintransportørers lokalisasjon i hjernen og avsløre deres bidrag til signalstoffdannelse vha konfokal- og elektron mikroskop.   
  2. Studere endringer i ekspresjon og funksjon ved forskjellige sykdommer i dyremodeller og humant materiale.
  3. Lage mutasjoner i transportørene (site-directed mutations) og påvise deres betydning for sykdomsutvikling ved elektrofysiologiske teknikker og imaging.
  4. Teste effekten av medikamenter på transportørenes funksjon i forskjellige cellesystemer.
  5. Genetisk inaktivere proteinene i mus (lage knock-out mus) for å studere deres betydningen for normal utvikling og f­­­ysiologiske prosesser.

Studentens arbeidsoppgaver

Studentens oppgaver vil være avhengig av studentens interesser. Hun/han vil bli opplært i noen basale teknikker innenfor en av hovedsatsningene (se ovenfor), og siden bli veiledet til å utvikle det feltet.  

Om forskningsmiljøet

Vår gruppe består av både postdoktorer, ph.d.kandidater, master- og forskerlinjestudenter. Gruppens hovedfokus er basalforskning men med translasjon som et hovedmål. 10 tidligere og 2 nåværende forskerlinjestudenter har bidratt til resultater av stor betydning. Disse er blitt publisert i de mest anerkjente tidsskrifter (f.eks. Nemani et al., Nissen-Meyer et al., Moen et al.).

Det er av stor interesse å studere de fysiologiske, anatomiske, molekylærbiologiske, biokjemiske og farmakologiske egenskapene til glutamintransportører og pga. den store arbeidsmengden og de gode erfaringene, ønsker vi å engasjere flere forskerlinjestudenter til å delta i vårt arbeid. Full opplæring vil bli gitt. Ta gjerne kontakt for en uforpliktende samtale eller deltagelse på vårt laboratorium.

Emneord: Laboratorieprosjekt, Celler og molekyler, Hjerne og nervesystem, Kroppens organer, Sykdommer
Publisert 9. sep. 2019 15:34 - Sist endret 30. aug. 2021 10:33