Neuronala nätverk – från krets till beteende
- Diarienummer
- FFL18-0112
- Projektledare
- Boije, Henrik
- Start- och slutdatum
- 200401-250228
- Beviljat belopp
- 12 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Livsvetenskaperna
Summary
Att förstå hur nervsystemet bildas och fungerar är en monumental uppgift där studier av mindre, väl definierade, neurala kretsar kan ge oss insikt i grundläggande frågor rörande nätverksorganisation och signalering. Det motoriska nätverket i ryggmärgen kan ses som en metronom vilken genererar rytmiska signaler till musklerna samt koordinerar höger/vänster alternering. Förlust av en population av interneuroner i DMRT3 mutanter resulterar i störd rytm hos hästar och möss. Tekniska framsteg har gjort zebrafisk till en unik modell där dessa cellers bildning, integrering i nätverket, samt funktion kan studeras in vivo. Dmrt3 uttrycks i ryggmärgen hos zebrafisk och preliminära data indikerar att mutanter har motoriska defekter. Via optogenetik kommer nervsignaler initieras eller förhindras specifikt i Dmrt3-celler och kalciumindikatorer uttryckta i Dmrt3-celler eller motorneuroner tillåter visualisering av individuella nervimpulser. Genom att kombinera dessa tekniker med beteendeanalys kan vi få en bild av hur Dmrt3-cellerna signalerar, hur detta påverkar cellerna i omgivningen, samt observera den resulterande effekten på djurets rörelsemönster. En hypotes är att Dmrt3-cellerna fungerar som en växellåda under acceleration. Projektets mål är att koppla samman hur en krets bildas med hur den fungerar, både på cellulär nivå och på organismnivå. Detaljerad kunskap om neurala kretsar ökar vår förståelse av effekterna då dessa nätverk fallerar vid traumatiska skador och sjukdomar.
Populärvetenskaplig beskrivning
Vårt nervsystem är det mest komplicerade organ vi känner till med cirka 100 miljarder celler av uppskattningsvis 10 000 olika typer. Genom att studera mindre, väl definierade nervkretsar, kan vi öka vår förståelse av hur nervsystemet bildas och fungerar som helhet. Det motoriska nätverket i ryggmärgen kan ses som en metronom som genererar rytmiska signaler till musklerna. I zebrafisk har man identifierat tre sub-moduler av det lokomotoriska nätverket som aktiveras vid långsamma, intermediära och snabba simrörelser. Genom att rekrytera olika moduler av nätverket vid olika hastigheter kan koordinationen inom och mellan olika ryggmärgssegment optimeras för det önskade rörelsemönstret. Det finns indirekta bevis för en liknande sub-modularitet hos människa där olika faser av rörelser, och olika rörelser, kan kopplas till specifik rekrytering av nervceller i ryggmärgen. Genom att studera hur regleringen av hastighetsmoduler sker hos zebrafisk kan vi lära oss grunderna till hur fasta nätverk samarbetar och koordineras för att skapa komplexa rörelser. Ambitionen är att koppla samman hur en krets bildas med hur den fungerar, både på cellulär nivå men även på organismnivå, vilket ger projektet en originell aspekt. Denna studie kommer att öka vår kunskap om hur nervsystemet bildas och hur det fungerar. Detta är ett kritiskt steg för att förstå effekten av sjukdomar och skador som påverkar dessa neurala kretsar. Specifikt i ryggmärgen finns det autoimmuna och degenerativa sjukdomar, ALS och spinal muskelatrofi, samt traumatiska ryggmärgsskador som påverkar det lokomotoriska nätverket. Dessa kan alla ge upphov till störda rörelsemönster. Insikter i hur det lokomotoriska nätverket bildas och fungerar kan leda till utvecklandet av nya metoder för att minimera sjukdomens/skadans omfattning och eventuellt återskapa delar av de motoriska funktionerna.