Bakgrunn
Synaptisk plastisitet er en betegnelse på endring av styrke og andre egenskaper i hjernens synapser. Det er den molekylære mekanismen som ligger til grunn for læring og hukommelse, og atferd og tenking generelt. Vår gruppe fokuserer bl.a. på hvordan kalsium, som er et viktig intracellulært signalstoff, regulerer synaptisk plastisitet, og hvordan kalsium kan opp- og nedreguleres ved hjelp av intracellulære kalsiumkanaler.
Hjernens synapser er biologiske mikrodatamaskiner. Vår hjerne er et gigantisk nettverk av omtrent én billiard (engelsk: 1000 trillioner) slike mikrodatamaskiner. Funksjonen til hver enkelt synapse reguleres av ulike ioner, mange forskjellige lipider, og 2-3000 proteiner. Mange av proteinene kan produseres lokalt i synapsen, uavhengig av hva som skjer i cellelegemet. Slike synapser har to grunnleggende funksjoner: For det første å tillate signaloverføring fra én nervecelle til den neste, men for det andre også å forandre styrken i slike signaloverføringer, og på den måten kunne danne et varig minne. Dette siste kalles synaptisk plastisitet og er det biologiske grunnlaget for at vi kan huske og lære. Uten denne funksjonen ville vi være komplett statiske, uten evne til hukommelse og refleksjon.
Frigjøring av nevrotransmittere fra presynaptiske vesikler til synapsespalten igangsettes på signal av kalsium, som slipper inn i nerveterminalen gjennom spenningsavhengige ionekanaler. Vi har imidlertid funnet svært høye konsentrasjoner av kalsium også inne i vesiklene, og vi har vist at vesikkelmembranen har en eller to ulike kalsiumkanaler: IP3R1 og også muligens ryanodin-reseptorer (RyR). Disse kanalene åpnes ved binding av henholdsvis inositol trifosfat (IP3) og kalsium, og kan dermed være intracellulære kilder til kalsium. Såkalte SERCA-kanaler kan pumpe kalsium inn igjen i vesiklene. Forskning på slike intracellulære kilder til kalsium, samt ulike intracellulære kalsiumkanaler, har vært begrenset. Vi ønsker med dette prosjektet å forstå nærmere hvilken betydning disse kalsiumkanalene har i synapsene ved både normal synaptisk transmisjon og ulike former for synaptisk plastisitet.
IP3R har vist seg å ha betydning ikke bare for synaptisk plastisitet generelt, men også for sykdommer som demens, avhengighet, og autisme.
Problemstilling
Vår gruppe ønsker å kartlegge konsentrasjonen av kalsium i synaptiske vesikler. Vi ønsker også å undersøke hvilke kalsiumkanaler som finnes på synaptiske vesikler, samt i synapsen for øvrig. Dette gjelder spesifikt IP3R1, RyR og SERCA. Vi har fremstilt IP3R1-knockout-mus, og det er aktuelt å jobbe videre med å fremstille såkalte conditional knockout-mus for å undersøke signifikansen av IP3R1 ifm. kalsiumutslipp fra synaptiske vesikler. Videre ønsker vi å undersøke om disse kalsiumkanalene har en rolle i ulike typer av synaptisk plastisitet. Til dette vil vi gjøre elektrofysiologiske eksperimenter, inkludert paired-pulse facilitation og long-term potentiation (LTP). Det kan også være aktuelt å gjøre atferdsstudier som del av prosjektet.
Mål og metode
- Demonstrere innhold og konsentrasjon av kalsium i presynaptiske vesikler ved å bruke immunflourescence.
- Studere lokalisasjon av de ulike intracellulære kalsiumkanalene i synapser vha. elektronmikroskopi.
- Undersøke om slike kalsiumkanaler er uttrykt på synaptiske vesikler, bl.a. ved bruk av immunfluorescence (ko-lokalisasjonsstudier).
- Teste utslipp av kalsium gjennom kalsiumkanalene ved bruk av selektive agonister ved bruk av fluorescence-mikroskopi.
- Gjøre elektrofysiologiske studier (inkludert paired-pulse facilitation og LTP) på eksisterende IP3R1-knock-out-mus og sammenlikne med kontroll, samt ved bruk av selektive kalsiumkanal-antagonister.
- Gjøre atferdsstudier på knock-out-mus ved å sammenlikne hukommelsesfunksjoner med kontroll-mus.
Studentens arbeidsoppgaver
Studentens arbeidsoppgaver vil kunne tilpasses studentens interesser, men vil hovedsakelig kunne dreie seg om enten elektronmikroskopi, immunfluorescence eller calcium imaging, samt evt western blotting, lysmikroskopi, genotyping, eller være delaktig i elektrofysiologiske eksperimenter (som LTP-indusering).
Om forskningsmiljøet
Vår gruppe er et hyggelig og inkluderende forskningsmiljø. Håvard Ringsevjen, veileder på dette prosjektet, er lege, tidligere forskerlinjestudent, og forsvarer sin doktorgrad våren 2022. Gruppen består av postdoktor, ph.d.-kandidater, forskerlinjestudenter og masterstudenter, en laboratorieingeniør, og ledes av professor Svend Davanger. Vi har et hovedfokus på å forstå hjernens grunnleggende egenskaper ved å forske på synapser og deres intrikate maskineri av ulike proteiner. Vi er engasjerte og ambisiøse og publiserer jevnlig i internasjonale tidsskrifter.
Ta gjerne kontakt for et uforpliktende møte, og bli gjerne med på et av våre jevnlige labmøter.