Oddělení buněčné neurofyziologie

Oddělení buněčné neurofyziologie

Oddělení buněčné neurofyziologie

 

 
 
 

Vedoucí: Ing. Miroslava Anděrová, CSc.

E-mail: anderova@biomed.cas.cz
Tel.: +420 241 062 050
 
Oddělení se zabývá morfologickými a elektrofyziologickými vlastnostmi astrocytů a polydendrocytů (NG2 gliových buněk) v patofyziologii globální a fokální cerebrální ischemie a v progresi Alzheimerovy choroby a mechanismy vápníkové signalizace u gliových buněk.

 

 
 
 
Vědečtí pracovníci:
Ing. Miroslava Anděrová, CSc.
Mgr. Olena Butenko, PhD.
Mgr. Pavel Honsa, PhD
MUDr. Helena Pivoňková, Ph.D.
Doc. MUDr. Lýdia Vargová, PhD.
Mgr. Ivan Voříšek, PhD.
 
Postgraduální studenti:
Mgr. Denisa Kirdajová
Mgr. Denisa Koleničová
Mgr. Ján Kriška
Mgr. Hana Matušková
Mgr. Jana Turečková
Mgr. Martin Valný
 
Pregraduální student:
Zuzana Heřmanová
Bc. Tomáš Knotek 
Bc. Eliška Waloschková
 
Techničtí pracovníci:
Ing. Markéta Hemerová
Helena Pavlíková

Významné výsledky v roce 2015

 

1. Kvantitativní analýza glutamátových receptorů u gliových buněk v mozkové kůře GFAP/EGFP myší po ischemickém poškození: zaměřeno na NMDA receptory.

V této práci jsme se zaměřili na expresní profily glutamátových receptorů u gliových buněk v mozkové kůře GFAP/EGFP myší, především na expresi podjednotek NMDA receptoru, jak na genové, tak i proteinové úrovni. Ukázali jsme, že exprese GluN3A podjednotky stoupá v post-ischemických gliích a funkční studie ukázala, že propustnost NMDA receptoru pro vápník v post-ischemických gliích značně snížena. 

 

Focal ischemia increases expression of most of the glutamate receptors (GluRs) in GFAP/EGFP glia. As for the NMDA receptor subunits, immunohistochemical analysis confirmed their presence in GFAP/EGFP glia, and their detection was even increased after ischemic insult. The Ca2+ imaging results indicate diminished NMDA receptor Ca2+ permeability after focal ischemia, which is probably due to the involvement of GluN3A subunit.

Immunohistochemical analysis of the GluN1, GluN2A-D and GluN3A-B subunits of the NMDA receptors in the cortex of adult GFAP/EGFP mice under control conditions (CTRL) and 14 days after MCAo (D14). Coronal brain sections from CTRL (A) and D14 (B) animals stained with triphenyltetrazolium chloride. The white color in B indicates the volume of ischemic tissue at D14. The boxed areas indicate the regions in which the immunohistochemical analysis was performed. The arrowheads in C - P indicate the overlay of GFAP/EGFP+ cells and NMDA subunit staining – see figure insets for detailed images of cells in white rectangles. Note the overlap of the EGFP signal with GluN3A staining in CTRL tissue and GluN1, GluN2B-D and GluN3A staining at D14. The same scale bar applies to all non-inset images.

 

Významné výsledky v roce 2014

 

1. Zvýšená exprese hyperpolarizací a nukleotidy regulovaných (HCN) kanálů u reaktivních astrocytů po ischemickém poškození

Pomocí genového profilování, imunohistochemie a elektrofyziologických metod jsme identifikovali a charakterizovali hyperpolarizací a nukleotidy regulované (HCN) kationtové kanály u reaktivních astrocytů v post-ischemické tkáni. Vzhledem k tomu, že HCN kanály jsou především propustné pro sodné a draselné ionty, mohou významně ovlivňovat regulaci objemu astrocytů a následně, i rozsah poškození nervové tkáně. HCN kanály u astrocytů tak mohou být významným cílovým proteinem v léčbě ischemicky poškozené nervové tkáně.

 

Exprese Hcn genů je významně zvýšena u astrocytů v mozkové kůře GFAP/EGFP myší po fokální cerebrální ischemii - RT-qPCR profilování na úrovni jednotlivých buněk. (A)Schéma ukazuje oblasti mozku, z které byly EGFP+ buňky izolovány. Ischemické poškození mozku bylo vizualizováno pomocí barvení tetrazolium chloridem. (B) Procenta EGFP+ buněk v post-ischemické mozkové kůře myši (7 a 14 dní po fokální cerebrální ischemii (FCI), D7 a 2W) exprimují Hcn1, 2, 3 a 4. (C) Relativní hladiny exprese Hcn1-4 genů u EGFP+ buněk v nepoškozené (kontrola) a ischemicky poškozené mozkové kůře; významný nárůst exprese těchto genů byl detekován 2W po FCI.

Imunohistochemická analýza exprese HCN1 kanálů v CA1 oblasti nepoškozeného hipokampu a hipokampu 5 týdnů po globální cerebrální ischemii. Tkáňové řezy byly barveny protilátkou anti-HCN1 a anti-GFAP (gliální fibrilární acidický protein). Šipky ukazují HCN1-pozitivní astrocyty po ischemii (s.p., stratum pyramidale; s.r., stratum radiatum). Měřítko, 50 µm.

 
Spolupráce: Biotechnologický ústav AV ČR – Prof. Mikael Kubista
 
Publikace: 
Honsa P, Pivoňková H, Harantová L, Butenko O, Kriška J, Džamba D, Rusnaková V, Valihrach L, Kubista M. and Anděrová M, (2014): Increased expression of hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (HCN) channels in reactive astrocytes following ischemia. Glia 62 (12), 2004–2021. IF 5,466
 
 
 
2. Změny v regulaci objemu u astrocytů mozkové kůry alfa-syntrofin negativních myší

Ukázali jsme, že delece α-syntrofinu, který je zodpovědný za ukotvení aquaporínu-4 v astrocytární membráně, významně ovlivňuje zvětšování/regulaci buněčného objemu u astrocytů v mozkové kůře v průběhu patologických stavů (in situ). Kvantifikace objemových změn astrocytů ukázala, že delece α-syntrofinu má za následek menší/pomalejší změny objemu astrocytů za podmínek hypoosmotického stresu, deprivace kyslíkem a glukózou a vysokých extracelulárních hladin K+.

 

Změny objemu v těle a výběžcích u astrocytů za hypotonického stresu, zvýšené mimobuněčné koncentrace K+ a deprivace kyslíkem a glukózou (OGD).

Příspěvek výběžků a buněčného těla k celkovému zvětšování objemu je změněný u astrocytů, kterým chybí α-syntrophin.

 
Spolupráce: 2LF UK, Praha, Biotechnologický ústav AV ČR
 
Publikace: 
Anděrová M, Benešová J, Mikešová M, Džamba D, Honsa P, Kriška J, Butenko O, Novosadová V, Valihrach L, Kubista M, Dmytrenko L, Cicanič M, Vargová L (2014): Altered Astrocytic Swelling in the Cortex of α-Syntrophin-Negative GFAP/EGFP Mice, PLoS One. 9(11):e113444. IF 3.534
 
 
 
3. Intracelulární Na+ inhibuje objemově-regulované aninontové kanály u astrocytů v mozkové kůře potkana

S použitím metody terčíkového zámku, jsme ukázali, že u astrocytů izolovaných z mozku potkana zvýšené koncentrace intracelulárního sodíku, které jsou detekovány v průběhu ischemie, snižují tok iontů skrze objemově regulované aniontové kanály (VRAC). VRAC jsou aktivovány objemovými změnami astrocytů, atˇ již ischemickým poškozením mozku či hypotonickým stresem. Tato práce je prvním důkazem, že intracelulární koncentrace Na mohou modulovat toky iontů přes membránu astrocytů, jež jsou spjaty s regulací objemu a tedy i s rozvojem mozkového edému v průběhu ischemie.

 

Zvýšená vnitrobuněčná koncentrace Na+ u kultivovaných potkaních astrocytů snižuje aktivitu VRAC kanálů, která byla měřena pomocí metody terčíkového zámku.

 
Spolupráce: University of Bologna, Italy, Prof. Stefano Ferroni
 
Publikace: 
Minieri L, Pivoňková H, Harantová L, Anděrová M, and Ferroni S, (2014): Intracellular Na+ inhibits volume regulated anion channel in rat cortical astrocytes, J Neurochemistry, doi: 10.1111/jnc.12962., IF 3.973
 
 
 
 
4. Transgenní potkaní model Huntingtonovy choroby – co se můžeme naučit o neurodegenerativním procesu?

Transgenní potkani tgHD51 CAG představují model Huntingtono-vy choroby, který vykazuje charakteristiky shodné s histopatolo-gickými změnami u pacientů trpících formou HD s pozdním nástupem. U tgHD51 CAG potkani jsme sledovali neurodegenerativní procesy (NDP) ve striatu a porovnali je se vzorky mozkové tkáně HD pacientů (post-mortem). Naše analýzy ukázaly, že neurodegenerativní procesy u transgenních potkanů tgHD51 CAG jsou pomalejší a reaktivní glióza není tak rozsáhlá jako u progrese HD u lidí.


Spolupráce: LF UK Hradec Králové
 
Publikace: 
Mazurova Y., Anderova M., Nemeckova I., Bezrouk A. (2014): Transgenic Huntington’s disease rat model – what can we learn about the neurodegenerative process? Biomed Res Int. 2014;2014:291531. doi: 10.1155/2014/291531.; (formerly Journal of Biomedicine and Biotechnology); doi:10.1155/2014/291531 IF 2.71
 

Významné výsledky v roce 2013

 

1. Lokální mozková ischemie indukuje neurogenní potenciál Dach1- exprimujících buněk v dorsální části postranních komor
Dach1 gen je v myši exprimován neurálními kmenovými buňkami během rané neurogeneze a jeho exprese pokračuje také v části buněk, které se nalézají v dorsální části postranních komor v dospělém mozku. V této studii jsme ukázali, že buňky, které exprimují Dach1 gen, hrají za fyziologických podmínek roli především v gliogenezi, zatímco po ischemickém poškození tyto buňky vykazují neurogenní diferenciační potenciál, avšak nejsou schopné migrovat do ischemické oblasti, kde by připívaly k regeneraci.
 

 

Ischémie zvýšila procento DCX+/GFP+ buněk v dorsální části postranních komor. 
(A) Graf ukazující procento DCX+ buněk ze všech GFP+ buněk v dorsální části postranních komor. Hvězdičky ukazují významné rozdíly mezi kontrolou a post-ischemickou dorzální částí postranních komor. (B) Obrázek ukazuje DCX+ a GFP+ buňky v dorsální části postranních komor v kontrolním mozku. (C) Obrázek ukazuje DCX+ a GFP+ buněk v dorsální části postranních komor na ipsilaterální straně ischemického mozku. (D) Obrázek ukazuje DCX+ a GFP+ buňky v dorsální části postranních komor na kontralaterální straně ischemického mozku. Všimněte si výrazně zvýšeného počtu GFP+ buněk v dorsální části postranních komor a většího výskytu DCX+ buněk po celé kontralaterální postranní komoře. Šipky ukazují GFP+/DCX+ buňky. Měřítko, 50 µm.

 

 
Publikace:
Honsa P, Pivonkova H, Anderova M, Focal cerebral ischemia induces the neurogenic potential of mouse Dach1-expressing cells in the dorsal part of the lateral ventricles, Neuroscience 240 (2013)39–53, IF 3,38
 
 
 
2. Heterogenita astrocytů: v průběhu vývoje i v patologii – analýza genové exprese na úrovni jedné buňky
Astrocyty vykonávají kontrolní a regulační funkce v centrálním nervovém systému a jejich heterogenita je stále předmětem sporu. Pro objasnění této heterogenity během postnatálního vývoje a po lokální mozkové ischemii jsme použili metodu genového profilování na úrovni jedné buňky. Identifikovali jsme 3 populace astrocytů během postnatálního vývoje a další tři subpopulace byly identifikovány během 14 dnů po ischemii: klidové glie, rané reaktivní glie a permanentně reaktivní glie.
 

 

 
Změna v genové expresi EGFP+ buněk po MCAO.
(A) Změny v genové expresi velmi exprimovaných astrocytálních/NG2 gliálních markerů a membránových proteinů P50 (modrá) , D3 (oranžová) , D7 (zelená) a D14 (červená). (B) PCA třídění buněk ze všech post- ischemické fázích a P50. Stádia jsou označena barevně ( P50 modrá , D3 oranžová , zelená D7 , D14 červené), a tři skupiny identifikované SOM analýzou jsou označeny symboly (čtverečky pro B3 , kruhy pro B1 a trojúhelníky pro B2. (C) Výskyt buněk ze tří subpopulací v post- ischemické fázích a P50 . Geny pod tabulkou ukazují vysoce exprimované geny v jednotlivých podskupiách. (D)Distribuce buněk v jednotlivých subpopulacích.
 

 

 
Publikace:
Rusnakova V, Honsa P,Dzamba D, Stahlberg A, Kubista M, Anderova M, Heterogeneity of astrocytes: from development to injury - single cell gene expression, PLoS One 2013 Aug 5;8(8), IF 3,703
 
 
3. NMDA Receptory v gliových buňkách: nezodpovězené otázky
Objevy posledních 25 let prokázaly aktivní úlohu NMDA receptorů v gliových buňkách. Nicméně, existuje mnoho nevyřešených otázek spojených s NMDA receptory u glií. Hlavním cílem této práce je objasnění těchto nejasností shrnutím výsledků ze všech významných publikací týkajících se astrocytů, oligodendrocytů a polydendrocytů u pokusných zvířat, které jsou dále rozšířené studiemi na lidských gliových buňkách.
 

 

Nejpravděpodobnější složení NMDA receptorů v astrocytech, oligodendrocytech a polydendrocytech v jednotlivých oblastech CNS za fyziologických a patologických podmínek. Otazníky označují neznámé složení NMDA receptoru.
 

 

 
Publikace:
Dzamba D, Honsa P, Anderova M, NMDA Receptors in Glial Cells: Pending Questions, Curr Neuropharmacol. 2013 May;11(3):250-62, IF 2,847
GA CR, P304/12/G069, Project of excellence in neuroscience, 2012-2018
 
GA CR, 13-02154S, Single cell gene expression profiling and functional characterization of glial cell subpopulations following ischemic brain injury, 2013-2016
 
GA CR, P303/15-02760S Role of the aquaporin channel AQP4 in the development of cytotoxic brain edema following brain ischemia/reperfusion 2015-2017
 
GA CR, P303/16-10214S Age-related changes in brain diffusivity, extracellular matrix composition and glial physiology - impact on pathogenesis of ischemia 2016-2018
 
GAUK 13615 The role of NG2 glia in aging and Alzheimer’s disease 2015-2017
 
GAUK 26214 The role of Wnt signaling in the regeneration after ischemic brain injury 2014-2016

2016

Džamba D., Harantová L., Butenko O., Anděrová, M.: (2015) Glial cells – the key elements of Alzheimer´s disease. Curr. Alzheimer Res., 13(8): 894-911.

Džamba, D., Valihrach, L., Kubista, M., Anděrová, M.: (2016) The correlation between expression profiles measured in single cells and in traditional bulk samples. Scientific Reports, 16(6): 37022.

Forostyak, O., Butenko, O., Anděrová, M., Forostyak, S., Syková, E., Verkhratsky, A., Dayanithi, G.: (2016) Specific profiles of ion channels and ionotropic receptors define adipose- and bone marrow derived stromal cells. Stem Cell Res., 16(3):622-634.

Honsa, P., Valný, M., Kriška, J., Matušková, H., Harantová, L., Kirdajová, D., Valihrach, L., Androvic, P., Kubista, M., Anděrová, M.: (2016) Generation of reactive astrocytes from NG2 cells is regulated by sonic hedgehog. Glia, 64(9): 1518-1531.

Janečková, L., Fafilek, B., Krausová, M., Horazná, M., Vojtěchová, M., Alberich-Jorda, M., Sloncová, E., Galusková, K., Sedláček, R., Anděrová, M., Kořínek, V.: (2016) Wnt Signaling Inhibition Deprives Small Intestinal Stem Cells of Clonogenic Capacity. Genesis, 54(3): 101-114.

Kriška, J., Honsa, P., Džamba, D., Butenko, O., Koleničová, D., Janečková, L., Nahacká, Z., Anděra, L., Kozmik, Z., Taketo, M.M., Kořínek, V., Anděrová, M.: (2016) Manipulating Wnt signaling at different subcellular levels affects the fate of neonatal neural stem/progenitor cells. Brain Res., 1651: 73-87.

Lee, C.Y., Dallérac, G., Ezan, P., Anděrová, M., Rouach, N.: (2016) Glucose Tightly Controls Morphological and Functional Properties of Astrocytes. Front. Aging Neurosci., 8(82): 1-12.

Valný,M., Honsa, P., Kirdajová,D., Kamenik,Z., Anděrová, M.: (2016) Tamoxifen in the Mouse Brain: Implications for Fate-Mapping Studies Using the Tamoxifen-Inducible Cre-loxP System. Front. Cell. Neurosci., 10: 243.

 

 

2015

Džamba, D., Honsa, P., Valný, M., Kriška, J., Valihrach, L., Novosadová, V., Kubista, M., Anděrová,M.: (2015) Quantitative Analysis of Glutamate Receptors in Glial Cells from the Cortex of GFAP/EGFP Mice Following Ischemic Injury: Focus on NMDA Receptors. Cell Mol Neurobiol. 35(8): 1187-1202.

Džamba D., Harantová L., Butenko O., Anděrová, M.: (2015) Glial cells – the key elements of Alzheimer´s disease. Current Alzheimer Research IN PRESS

Chvátal, A.: (2015) Discovering the structure of nrve tissue: part 1: from Marcello Malpighi to Christian Berres. J. Hist. Neurosci., 24(3): 268-291.

Chvátal, A.: (2015) Jiří Procháska (1749-1820): Part 2: "De structura nervorum"--studies on a structure of the nervous system. J. Hist. Neurosci., 24(1): 1-25.

Chvátal, A.: (2015) Jan Křtitel Boháč (1724-1768) a jeho disertace o bolesti z roku 1746. (Jan Křtitel Boháč (1724-1768) and dissertation on pain from 1746). Bolest, 18(1): 8-20.

Chvátal A. : (2015) Výzkum struktury nervové tkáně III: od Jana Evangelisty Purkyně (1787–1869) k Ludwigovi Mauthnerovi (1840–1894). Československá fyziologie, 2: 52-72.

Minieri, L., Pivoňková, H., Harantová, L., Anděrová, M., Ferroni S.: (2014) Intracellular Na+ inhibits volume regulated anion channel in rat cortical astrocytes. J. Neurochem. 132(3): 286-300.

 

2014

Anděrová, M., Benešová, J., Mikesová, M., Džamba, D., Honsa, P., Kriška, J., Butenko, O., Novosadová, V., Valihrach, L., Kubista, M., Dmytrenko, L., Cicanič, M., Vargová, L.: (2014) Altered astrocytic swelling in the cortex of α-syntrophin-negative GFAP/EGFP mice. PloS One. 9(11): e113444.

Honsa, P., Pivoňková, H., Harantová, L., Butenko, O., Kriška, J., Džamba, D., Rusňáková, V., Valihrach, L., Kubista, M., Anděrová, M.: (2014) Increased expression of hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (HCN) channels in reactive astrocytes following ischemia. Glia. 62(12): 2004-2021

Chvátal, A.: (2014) Jiří Procháska (1749-1820): Part 1: A Significant Czech Anatomist, Physiologist and Neuroscientist of the Eighteenth Century. J. Hist. Neurosci. 23(4): 367-376

Chvátal, A.: (2014) Discovering the Structure of Nerve Tissue: Part 1: From Marcello Malpighi to Christian Berres. J. Hist. Neurosci.In press.

Mazurová, Y., Anděrová, M., Němečková, I., Bezrouk, A.: (2014) Transgenic Rat Model of Huntington's Disease: A Histopathological Study and Correlations with Neurodegenerative Process in the Brain of HD Patients. Biomed. Res. Int. 2014: 291531.

 

2013

Dmytrenko, L., Cicanič, M., Anděrová, M., Voříšek, I., Ottersen, O. P., Syková, E., Vargová, L.: (2013) The Impact of Alpha-Syntrophin Deletion on the Changes in Tissue Structure and Extracellular Diffusion Associated with Cell Swelling under Physiological and Pathological Conditions. PLoS One. 8(7): e68044.

Džamba, D., Honsa, P., Anděrová, M.: (2013) NMDA Receptors in Glial Cells: Pending Questions. Curr. Neuropharmacol. 11: 250-262.

Honsa, P., Pivoňková, H., Anděrová, M.: (2013) Focal cerebral ischemia induces the neurogenic potential of mouse Dach1-expressing cells in the dorsal part of the lateral ventricles. Neuroscience. 240: 39-53.

Minieri, L., Pivoňková, H., Caprini, M., Harantová, L., Anděrová, M., Ferroni, S.: (2013) The inhibitor of volume regulated anion channels DCPIB activates TREK potassium channels in cultured astrocytes. Br. J. Pharmacol. 168(5): 1240-1254.

Rusnaková, V., Honsa, P., Džamba, D., Stählberg, A., Kubista, M., Anděrová, M.: (2013) Heterogeneity of Astrocytes: From Development to Injury – Single Cell Gene Expression. PLoS One 8(8): e69734.

Stählberg, A., Rusnaková, V., Forootan, A., Anděrová, M., Kubista, M.: (2013) RT-qPCR work-flow for single-cell data analysis.Methods. 59(1): 80-88.

 

 

Ústav molekulární genetiky AV ČR

2. Lékařská fakulta Univerzity Karlovy

Biotechnologický ústav AV ČR