Skip to main content
Publicerad: 2020-07-07 09:29 | Uppdaterad: 2020-07-07 09:52

Purkinjeceller i lillhjärnan organiserade i olika typer enligt ny studie på zebrafiskar

Purkinjeceller i lillhärnan på vuxna zebrafiskar. Bild: Konstantinos Ampatzis

I en ny studie som publiceras i PNAS, visar forskare från Karolinska Institutet, KTH, Nagoya University o Technische Universität Braunschweig en oupptäckt heterogenitet av purkinjeceller hos vuxna zebrafiskar som avslöjar förekomsten av anatomiskt och funktionellt distinkta celltyper.

bild på purkinjecellens morfologi hos zebrafiskar.
Purkinjecellens morfologi (i zebrafiskar). Bild: Konstantinos Ampatzis

Lillhjärnan kallas ibland för "livets träd", och är en viktig del av hjärnan som gör att vi kan utföra smidiga och samordnade rörelser. Purkinjeceller, som är en typ av nervceller som finns i lillhjärnan, har tidigare studerats som en enhetlig grupp nervceller med liknande funktionella egenskaper.

– I vår senaste studie, som utfördes på vuxna zebrafiskar, visar vi att purkinjecellerna bildar en blandad population av nervceller med tydliga egenskaper, förklarar Konstantinos Ampatzis, forskare vid institutionen för neurovetenskap, och huvudförfattare till studien.

– Det visade sig att de olika typerna av purkinjeceller kommunicerade i stor utsträckning, och kodade rörelsemönster på olika vis, vilket leder oss att tro att dessa organisatoriska egenskaper också kan gälla andra funktioner i lillhjärnan, fortsätter han.

Förutom lillhjärnans självklara roll i och med motorisk funktion så finns det studier som visar att den också är involverad i funktioner såsom kognition, känslor, lärande och sociala interaktioner. Därmed skulle avvikelser i lillhjärnan även kunna finnas i psykiatriska sjukdomar som autism. En gemensam faktor bakom flera sjukdomars patofysiologi är den partiella förlusten av just purkinjeceller.

− Förlusten av purkinjeceller har tidigare ansetts vara slumpmässig eftersom de ansågs vara identiska, men vi kan nu avslöja att dessa celler är olika och vi räknar med att framtida studier kommer att avslöja förekomsten av en viss sårbarhet i olika purkinjecelltyper, vilket är ett vanligt inslag i alla neurodegenerativa sjukdomar" tillägger Konstantinos Ampatzis.

Konstantinos Ampatzis. Photo: Stefan Zimmerman

Studien undersökte organisationen av purkinjecellpopulationen och deras bidrag till förflyttning med hjälp av anatomiska, elektrofysiologiska och beteendemässiga metoder hos vuxna zebrafiskar. Den utmanar uppfattningen att purkinjeceller alla är identiska genom att uppvisa detaljerade bevis organiserade i olika typer.

Vilka är de viktigaste resultaten?

– Vi hoppas att vår forskning kommer att leda till en bättre förståelse av lillhjärnans roll i motoriska och icke-motoriska funktioner och därmed förtydliga purkinjecellernas patofysiologi, säger Konstantinos Ampatzis.

Fyra forskare från Karolinska Institutet, och en vardera från Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), Nagoya-universitetet i Japan och Technische Universität Braunschweig i Tyskland ligger bakom studien.

Publikation

Functionally-distinct Purkinje cell types show temporal precision in encoding locomotion
Chang W, Pedroni A, Hohendorf, V, Giacomello S, Hibi M, Köster R.W, Ampatzis K
PNAS, 6 July 2020; https://doi.org/10.1073/pnas.2005633117

Contact

Publicerad: 2020-06-29 08:00 | Uppdaterad: 2020-06-29 08:27

Ny metod för kartläggning av hjärnans områden

Forskare har kartlagt mushjärnan utifrån en molekylär profil. Mer info om projektet finns på www.molecularatlas.org.

I en ny studie har forskare vid Karolinska Institutet och KTH tagit fram en helt ny typ av hjärnkarta som bygger på en innovativ metod för att kartlägga hur hjärnvävnaden kan delas upp i områden utifrån en molekylär profil. Studien publiceras i Science Advances.

Close-up portrait of Dinos Meletis
Konstantinos Meletis. Foto: Erik Flyg

Många av de kartor som används idag för att beskriva hjärnans organisation, både hos människor och hos andra däggdjur, har byggt på synliga skillnader i hur celler och nervbanor är organiserade eller hur de vanligaste signalsubstanserna är spridda.

– Dessa kartor har varit oerhört viktiga inom hjärnforskning för att planera och tolka experiment, men de har också debatterats eftersom kartorna har utvecklats av olika experter som har använt sig av olika typer av definitioner, säger Konstantinos Meletis, docent vid institutionen för neurovetenskap på Karolinska Institutet och författare till studien.

Fångar upp molekyler i hjärnvävnaden

Den studie som nu presenteras undersöker om det i stället finns ett mer oberoende sätt att definiera hjärnkartor utifrån data och fakta. Studien, som är baserad på hjärnan hos en vuxen mus, är ett resultat av ett nära samarbete mellan Konstantinos Meletis grupp på KI och KTH-professorn Joakim Lundebergs grupp vid Science for Life Laboratory (SciLifeLab).

– För att genomföra denna kartläggning har vi använt en metod som kallas för spatial transkriptomik. Den gör det möjligt att fånga upp de molekyler som kodar för cellernas identitet och funktion, förklarar Konstantinos Meletis.

Metoden för att extrahera RNA-molekyler har utvecklats av bland annat Joakim Lundeberg vid KTH. Den ligger till grund för att identifiera RNA-molekylernas exakta position i hjärnvävnaden. RNA är en förkortning av ribonukleinsyra, som fungerar som budbärare mellan generna och de proteiner som generna kodar för. Trots att musens hjärna är liten, handlar det om en storskalig kartläggning med sammanlagt 35 000 olika mätpunkter som pågått i närmare tre år.

Kartläggningen gjorde det möjligt för forskarna att återskapa en virtuell 3D-karta över hela mushjärnan med information om över 15 000 gener som är aktiva i de olika områdena.

Kan användas för att identifiera sjukdomar

Studien visar att det är möjligt att bygga en detaljerad karta utan att använda tidigare kunskaper och erfarenheter om neuroanatomin. Det öppnar upp för en helt datadriven definition av hjärnans olika områden, och ger därför forskare en grund för att både jämföra studier och för att kartlägga hjärnans anatomi i andra djurarter. Metoden skulle med fördel även kunna användas för att kartlägga den mänskliga hjärnan, för att till exempel kunna identifiera de molekylära förändringar som uppstår i olika hjärnområden vid vissa sjukdomar.

– Vi vet att olika typer av obalans i hjärnan kan leda till psykisk eller neurologisk sjukdom. I arbetet med att finna nya behandlingar är det därför helt avgörande att först ha kunskap om de molekylära skillnaderna i hjärnans områden och hur dessa påverkar nervcellernas funktion, förklarar Konstantinos Meletis.

Projekt om den mänskliga hjärnan

Joakim Lundeberg, professor vid KTH/SciLifeLab.
Joakim Lundeberg, professor vid KTH/SciLifeLab. Foto: KTH

Det pågår också studier för att förstå hur utveckling av den mänskliga hjärnan bygger på samma molekylära principer, något som sker i samarbete mellan Joakim Lundebergs grupp och projektet Human Developmental Cell Atlas (HDCA).

– Det är fantastiskt att vi nu kan återskapa hela hjärnans detaljerade anatomi genom att endast fånga den molekylära profilen, utan att kunskap om hjärnan eller molekylernas funktion behövs, säger Joakim Lundeberg.

Som en del i projektet har forskarna skapat en webbportal med den molekylära kartan över mushjärnan. Portalen är en öppen resurs för alla som vill studera hjärnan och ta del av kunskapen: https://www.molecularatlas.org/

Studien är finansierad med medel från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Stiftelsen för Strategisk Forskning, Hjärnfonden, KI och KTH.

Publikation

”Molecular atlas of the adult mouse brain”. Cantin Ortiz, Jose Fernandez Navarro, Aleksandra Jurek, Antje Märtin, Joakim Lundeberg, Konstantinos Meletis. Science Advances, online 26 juni 2020, doi: 10.1126/sciadv.abb3446.

 

Publicerad: 2020-06-12 14:26 | Uppdaterad: 2020-06-12 14:55

Nya rön avslöjar ny organisation av claustrum

Forskare vid Karolinska Institutet och Nanyang Technological University (NTU) i Singapore har funnit att claustrum, en tunn hinna intill striatum i storhjärnan, egentligen är indelat i funktionella anslutningsmoduler, vilket kullkastar den rådande idén att den agerar som ett nav. Studien publiceras i Current Biology.

illustration som visar hur claustrum är organiserad.
Med hjälp av elektrofysiologi och optogenetik, visar Chia et al att claustrum är indelat i minst två funktionella moduler.

– Vi har fastställt att claustrum i själva verket består av organiserade moduler, ungefär som E4:an eller tunnelbanan, förklarar Gilad Silberberg, professor vid institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet, och huvudförfattare till studien.

Forskningsprojektet är resultatet av Karolinska Institutets forskarutbildningssamarbete med Nanyang Technical University i Singapore (NTU).

Arbetet utfördes genom att kombinera elektrofysiologi, optogenetisk manipulation, och anatomisk spårning. Små glaspipetter infördes i grupper av celler i claustrum, och aktiviteten registrerades efter ljusaktivering av synapser från andra hjärnregioner.

– Störningar i claustrumnätverket har antytts vara en bidragande orsak till schizofreni, epilepsi, medvetslöshet och Parkinsonism. Genom att belysa claustrums funktionella nätverk, har vi lagt grunden för fortsatta studier och framtida utveckling av medicinska behandlingar, menar Zach Chia, doktorand vid KI-NTU och medlem i Gilad Silberbergs forskargrupp, som ligger bakom själva studien.

Projektet har finansierats av Wallenbergstiftelsen och Singapores Utbildningsdepartement.

Studien stöds av Knut & Alice Wallenbergs Stiftelse, Europeiska forskningsrådet (ERC), Hjärnfonden, Statens forskningsråd (VR-M), Karolinska Institutets strategiska program för neurovetenskap (StratNeuro) och anslag från Karolinska Institutet till Gilad Silberberg; och ett bidrag från Singapore utbildningsdepartement till George Augustine.

Publikation

Synaptic Connectivity between the Cortex and Claustrum is Organized into Functional Modules
Chia Z, Augustine GJ, Silberberg G.
Current Biology,11 June 2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.05.031

Contact

Publicerad: 2020-06-12 14:01 | Uppdaterad: 2020-06-16 14:44

KI forskare får tvåårigt anslag från Hjärnfonden för projekt om Hortons huvudvärk

Huvudvärk Foto: Pixabay,Mohamed Hassan

Stort grattis till Andrea Carmine Belin och Caroline Ran, från institutionen för neurovetenskap, som har fått Hjärnfondens forskningsanslag 2020 i två år för sitt projekt om Hortons huvudvärk, en neurovaskulär sjukdom som leder till extrem smärta och för vilken det i dagsläget saknas botemedel.

Porträtt på Andrea Carmine Belin vid skrivbord
Andrea Carmine Belin. Foto: Katrin Wellfelt

Vad är det för forskningsanslag ni fått?

– Vi har blivit tilldelade Hjärnfondens forskningsbidrag 2020 för vårt projekt "Genetisk screening av Hortons huvudvärk i relation till behandling och dygnsrytm", berättar Andrea Carmine Belin, som driver forskningsprojektet tillsammans med Caroline Ran.

Hjärnfonden stödjer varje år kvalificerad forskning om hjärnan och övriga nervsystemet samt sjukdomar, skador och funktionsnedsättningar i hela nervsystemet. Forskningsbidraget delas ut två år och är på totalt 1 200 000 kronor.

Porträtt på Caroline Ran i labbmiljö
Caroline Ran. Foto: Katrin Wellfelt

Berätta lite kortfattat om projektet ni ska driva!

– Hortons huvudvärk är en neurovaskulär sjukdom som leder till extrem smärta och än idag saknas det botemedel. Sjukdomsmekanismerna är okända, men kopplingar har gjorts till både ärftlighet och dygnsrytm, förklarar Caroline Ran.

– Med hjälp av en unik biobank kommer vi främst kunna identifiera ärftliga markörer kopplade till Hortons huvudvärk, samt karakterisera den biologiska effekten av dessa genetiska markörer och dygnsrytm i förhållande till sjukdom, fortsätter hon.

– Vi kommer även att studera varför läkemedelsresponsen på tillgänglig behandling ser olika ut inom denna patientgrupp, säger hon.

Andrea Carmine Belins forskargruppinstitutionen för neurovetenskap driver projektet i samarbete med neurologer på Karolinska Universitetssjukhuset.

Vilken patientgrupp kommer gagnas av forskningen och hur?

– Det är främst patienter med primär huvudvärk med fokus på Hortons huvudvärk, säger Andrea Carmine Belin.

– Vår forskning möjliggör insikter i de bakomliggande sjukdomsmekanismerna, vilket i sin tur kan leda till identifiering av nya lämpliga läkemedel samt utveckling av nya och effektivare behandlingsstrategier baserade på individuella skillnader på gennivå, menar Andrea Carmine Belin.

Contact

Event type
Annan
Onlineseminarium via Zoom med Can Dincer: "CRISPR powered electrochemical nucleic acid diagnostics"

2020-06-10 13:00 - 14:00 Add to iCal
Location
onlineseminarium via Zoom
Lead

Välkommen till en onlineföreläsning via Zoom med Can Dincer, University of Freiburg onsdag den 10 juni kl. 13:00-14:00.

Content

Titel

"CRISPR powered electrochemical nucleic acid diagnostics"

Talare

Can Dincer, University of Freiburg, Germany

Abstract

"Nucleic acid testing is decisive for the diagnosis of many diseases in medicine. Besides its wide application in gene editing, CRISPR technology features a powerful tool for the highly sensitive and selective quantification of nucleic acids. In this talk, the first CRISPR/Cas13a powered electrochemical microfluidic biosensor for on-site miRNA detection will be presented. Without any target amplification, it offers a low-cost, easily scalable, and multiplexed approach for nucleic acid diagnostics."

Anmälan

Anmäl dig till föreläsningen på https://survey.ki.se/Survey/20946

Du får bekräftelse via e-post med mötes-ID till Zoommötet.

Värd

Onur Parlak

Contact

Event type
Annan
Onlineseminarium via Zoom med Peter Nilsson: "Multimodal ligands for combating proteopathic neurodegenerative diseases"

2020-05-27 10:00 - 11:00 Add to iCal
Location
onlineseminarium via Zoom
Lead

Välkommen till en onlineföreläsning via Zoom med Peter Nilsson, Linköpings universitet, onsdag den 27 maj kl. 10:00-11:00.

Content

Titel

"Multimodal ligands for combating proteopathic neurodegenerative diseases"

Talare

Peter Nilsson, Linköpings universitet

Abstract

"The accumulation of protein aggregates is the pathological hallmark of many devastating proteopathic neurodegenerative diseases (PNDs), including Alzheimer´s and Parkinson´s diseases (AD and PD). Despite a common origin in the accumulation of specific proteins, the clinical and pathologic phenotype of these diseases exhibit conspicuous variability within and among patients. These heterogeneous phenotypes have been anticipated to occur due to the existence of distinct protein aggregate morphotypes. 

For over a decade, we have developed multimodal thiophene-based ligands that can be used for optical assignment of distinct protein aggregates and in this talk, I will show how these ligands have evolved to become an outstanding method for assessing protein aggregate polymorphism in PNDs. Overall, the chemical design of novel ligands for ex vivo and in vivo detection of protein aggregates by a variety of fluorescent modes, such as hyperspectral- and fluorescence life-time imaging, will be discussed and exemplified by multidisciplinary studies that have generated novel molecular insights regarding the underlying pathogenesis of PNDs. In addition, the chemical evolution of these ligands towards clinical diagnostic and therapeutic use will be presented. Finally, the concept of applying multimodal thiophene-based ligands within other research areas, such as cancer stem cells and bacterial infection will be demonstrated."

Anmälan

Anmäl dig till föreläsningen på https://survey.ki.se/Survey/20578

Du får bekräftelse via e-post med mötes-ID till Zoommötet.

Värd

Agneta Richter-Dahlfors

Contact

Event type
Föreläsningar och seminarier
Neuroscience seminar series för doktorander med Antonio Páez

2020-05-29 14:00 Add to iCal
Campus Solna
Location
onlineseminarium via Zoom
Lead

Välkommen till den sjunde föreläsningen i seminarieserien för doktorander inom neurovetenskap fredagen den 29 maj 2020 kl. 14:00: "Alzheimer Management by Albumin Replacement: The AMBAR Project".

Content

Titel

"Alzheimer Management by Albumin Replacement: The AMBAR Project"

Föreläsare

Antonio Páez, Alzheimer's Research Group, GRIFOLS, Barcelona, Spanien

Anmälan

Via Zoomlänk

Ett samtal kring grunderna inom neurovetenskap.

Seminarieserien stöds av forskarutbildningsprogrammet i neurovetenskap.

Intresserad? Hör av dig via e-post till lea.van.husen@ki.se eller julen.goicolea@ki.se

Contact

Publicerad: 2020-05-20 07:47 | Uppdaterad: 2020-05-20 07:52

Uppväxtmiljön påverkar hjärnans utveckling i tonåren

Uppväxtmiljö och socioekonomisk status påverkar ungdomars kognitiva förmåga och hjärnans utveckling under hela tonårsperioden, oberoende av genetiska faktorer. Det visar forskare vid Karolinska Institutet i en ny studie som publiceras i tidskriften PNAS. Studien belyser hur viktig miljön är, inte bara under de tidiga barnaåren utan under hela uppväxten.

Hur genetik och miljö påverkar hjärnan och den kognitiva förmågan är ett hett debatterat ämne, men tidigare studier har inte tagit hänsyn till genetik när man beskrivit miljöeffekter. Forskare vid Karolinska Institutet har därför studerat både miljöfaktorer och ett nytt genetiskt mått – ett indexvärde som är baserat på en hopslagning av de cirka 5000 ställen på DNA:t som har starkast koppling till utbildningsnivå.

I studien ingick 551 ungdomar från olika socioekonomiska miljöer och från olika länder i Europa. Vid 14 års ålder lämnade de ett DNA-prov, gjorde kognitiva tester och avbildade hjärnan i en MR-kamera. Fem år senare återkom deltagarna och gjorde på nytt tester och en ny MR-undersökning.

Skillnader i hjärnbarkens totala yta

Vid 14 års ålder var både genetik och miljö, oberoende av varandra, associerade med kognitiv förmåga (mätt med olika arbetsminnestester) och hjärnans struktur. Miljöeffekterna var dock 50–100 procent starkare än de genetiska effekterna. Skillnader i socioekonomisk status var relaterat till skillnader i hjärnbarkens totala yta.

– Tidigare har man debatterat om det är något speciellt område som är påverkat av miljön, såsom långtidsminnet eller språkliga områden. Men vi kunde visa att effekten finns över hela hjärnbarken och därför sannolikt påverkar en mängd olika funktioner, säger Nicholas Judd, doktorand vid institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet, som tillsammans med forskaren Bruno Sauce vid samma institution är försteförfattare till publikationen.

Skillnader i genetik var också kopplat till hjärnans struktur. Det hade dels en effekt på hjärnbarkens totala yta, men dessutom en särskild effekt på ytan i höger parietallob, ett område som man sedan tidigare vet är viktigt för matematisk förmåga, problemlösning och arbetsminne. Det är första gången man identifierat ett område i hjärnan som är kopplat till detta genetiska index.

Följde upp fem år senare

Porträttfoto av professor Torkel Klingberg
Torkel Klingberg. Foto: Sara Mac Key

När forskarna följde upp ungdomarna fem år senare kunde de sedan undersöka hur gener och miljö hade påverkat hjärnans utveckling under tonårsperioden. Det visade sig att genetik inte förklarade något av hjärnans förändringar, men det gjorde miljön. Däremot vet man inte vilken del av miljön som är ansvarig för detta.

– Det kan finnas en rad olika förklaringar, som kronisk stress, kost eller intellektuell stimulans, men studien belyser hur viktig miljön är, inte bara under de tidiga barnaåren. Att hitta de viktigaste miljöfaktorerna för att optimera barns och ungdomars utveckling är något för framtida forskning, säger Torkel Klingberg, professor i kognitiv neurovetenskap vid institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet, som lett analysarbetet.

Forskningen finansierades av bland andra Vetenskapsrådet (medicin) och Wenner-Gren Stiftelserna.

Publikation

“Cognitive and brain development is independently influenced by socioeconomic status and polygenic scores for educational attainment”.
Nicholas Judd, Bruno Sauce, John Wiedenhoeft, Jeshua Tromp, Bader Chaarani, Alexander Schliep, Betteke van Noort, Jani Penttilä, Yvonne Grimmer, Corinna Insensee, Andreas Becker, Tobias Banaschewski, Arun L. W. Bokde, Erin Burke Quinlan, Sylvane Desrivières, Herta Flor, Antoine Grigis, Penny Gowland, Andreas Heinz, Bernd Ittermann, Jean-Luc Martinot, Marie-Laure Paillère Martinot, Eric Artiges, Frauke Nees, Dimitri Papadopoulos Orfanos, Tomáš Paus, Luise Poustka, Sarah Hohmann, Sabina Millenet, Juliane H. Fröhner, Michael N. Smolka, Henrik Walter, Robert Whelan, Gunter Schumann, Hugh Garavan, Torkel Klingberg.
PNAS, online 19 maj 2020, doi: 10.1073/pnas.2001228117.

Event type
Föreläsningar och seminarier
Neuroscience seminar series för doktorander med Andreas Kardamakis

2020-05-22 14:00 Add to iCal
Campus Solna
Location
onlineseminarium via Zoom
Lead

Välkommen till den sjätte föreläsningen i seminarieserien för doktorander inom neurovetenskap fredagen den 22 maj 2020 kl. 14:00: "Crashcourse to vision".

Content

Titel

"Crashcourse to vision"

Föreläsare

Andreas Kardamakis, Karolinska Institutet, Institutionen för neurovetenskap

Anmälan

Via Zoomlänk

Ett samtal kring grunderna inom neurovetenskap.

Seminarieserien stöds av forskarutbildningsprogrammet i neurovetenskap.

Intresserad? Hör av dig via e-post till lea.van.husen@ki.se eller julen.goicolea@ki.se

Contact

Event type
Annan
Onlineseminarium via Zoom med Johan Boström: "A High-Content Cell Cycle Study - Comparing Strategies for Visualizing High-Dimensional Data"

2020-05-18 13:00 - 14:00 Add to iCal
Location
onlineseminarium via Zoom
Lead

Välkommen till en onlineföreläsning via Zoom med Johan Boström, Karolinska Institutet, Institutionen för laboratoriemedicin, måndag den 8 maj kl. 13:00.

Content

Talare

Johan Boström, Karolinska Institutet, Institutionen för laboratoriemedicin

Abstract

"I will use a recent high-content study on the ubiquitin system using a siRNA library in U2OS cells to discuss and compare methods of analysing high-dimensional phenotypical data.

The talk will focus on analysis strategies immediately after extraction of raw data, but laboratory high-content imaging techniques and image analysis using Cellprofiler will also be briefly touched upon."

Anmälan

Anmäl dig till föreläsningen på https://survey.ki.se/Survey/20360

Du får bekräftelse via e-post med mötes-ID till Zoommötet.

Värd

Karen Butina, Karolinska Institutet, Institutionen för neurovetenskap

Contact

Subscribe to Neurovetenskap