Kierownik pracowni

Zespół

Profil badań

Dalekosiężnym celem naszych badań jest poznanie relacji mózg-umysł. Uważamy, że można zlokalizować w mózgu czynności umysłu oraz wyjaśnić ich molekularne i komórkowe podłoże. Podglądamy te zjawiska przez okno jakie tworzą uczenie się i pamięć, które można skutecznie poznawać u zwierząt doświadczalnych. Uważamy, że podstawą tych procesów jest tzw. plastyczność synaptyczna, czyli zmiany siły połączeń między komórkami nerwowymi w mózgu. Zmiany te zaś określają funkcjonowanie sieci neuronalnych, przechowujących, przenoszących i modyfikujących informacje. Ponad 25 lat temu odkryliśmy zjawisko zmian aktywności genów w komórkach nerwowych w mózgu w wyniku uczenia się i tworzenia pamięci długotrwałej. Zaobserwowane wówczas zmiany ekspresji genu c-fos, który koduje składnik regulatora aktywności genów, czyli czynnika transkrypcyjnego, zwanego AP-1 zainicjowały poszukiwania genów kontrolowanych przez AP-1 i doprowadziły nas do układu enzymów proteolitycznych macierzy zewnątrzkomórkowej na synapsie pobudzającej. W szczególności nasze dzisiejsze badania ogniskują się wokół MMP-9 (ang. Matrix metalloproteinase-9), metaloproteazy macierzowej. Odkryliśmy jej synaptyczne występowanie, lokalną translację i wydzielenie po pobudzeniu komórki nerwowej. Zidentyfikowaliśmy niektóre substraty. Wykazaliśmy także ważny udział MMP-9 w plastyczności synaptycznej, uczeniu się i pamięci. Obecnie badamy zwłaszcza uczenie apetytywne, czyli prowadzące do zapamiętania zdarzeń przyjemnych. Odkryliśmy, że pewna struktura mózgu, tzw. jądro środkowe ciała migdałowatego odgrywa tu wielką rolę.  Więcej informacji na stronie pracowni

Aktualna działalność badawcza

  • Metaloproteazy macierzy zewnątrzkomórkowe, zwłaszcza MMP-9 oraz ich endogenne inhibitory (np, TIMP-1) w plastyczności neuronalnej i neurodegeneracji.
  • Kinaza zależna od wapnia i kalmoduliny w plastyczności neuronalnej
  • Białko SRF, regulator transkrypcji plastyczności neuronalnej
  • Cyklina D2 w neurogenezie w mózgu dorosłego zwierzęcia, jej rola w uczeniu się, pamięci, depresji i uzależnieniach.

 

Uczenie apetytywne i plastyczność synaptyczna ciała migdałowatego w ramach projektu TEAM Zrozumieć uzależnienia

 

Projekt grantowy Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej finansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014 – 2020 (PO IR), Oś IV; Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.4: Zwiększanie potencjału kadrowego sektora B+R, Program TEAM (POIR.04.04.00-00-1ACA/16-00).

 

Celem projektu jest zidentyfikowanie specyficznych obwodów neuronalnych, czyli zestawów komórek nerwowych gromadzących pamięć apetytywną i sterujących zachowaniami mającymi na celu podążanie za bodźcami przyjemnymi. Stawiamy hipotezę, że po pierwsze istnieje taki obwód w obrębie ciała migdałowatego (prowadząc z tzw. jądra podstawnego do jądra środkowego lub jego bezpośredniej okolicy). Co więcej, proponujemy, że zmiany plastyczne tego obwodu, czyli modulacja efektywności działania sieci neuronalnej, oparta o modyfikacje przewodności połączeń między komórkami nerwowymi (synaps) zależy od określonych białek. A na koniec sugerujemy, że plastyczność tego samego, lub bardzo podobnych obwodów neuronalnych jest podłożem zarówno uczenia się apetytywnego, jak i rozwoju uzależnienia od alkoholu. Skupienie się na wybranych białkach, kluczowych dla procesów plastyczności synaptycznej z jednej strony pozwoli nam na obrazowanie neuronów i synaps, w których obecność tych białek wskazuje na zachodzące zmiany przewodności. Z drugiej strony, poprzez złożone manipulacje genetyczne, pozwoli na wykorzystanie tej wiedzy do stworzenia narzędzi doświadczalnych, umożliwiających kontrolę wybranych neuronów i synaps, a z trzeciej wreszcie otworzy drogę do wykorzystania tych informacji do kontroli zachowań. W szczególności oczekujemy, że dostarczymy silnych argumentów na rzecz opracowania nowych terapii bardzo dolegliwych i złożonych ludzkich zaburzeń zachowania, takich jak tych prowadzących do otyłości, jadłowstrętu (anoreksji), czy też uzależnień.

Wybrane publikacje

Radwanska K. , Medvedev N.I., Pereira G.S., Engmann O., Thiede N., Moraes M.F.D., Villers A., Irvine E.E., Maunganidze N.S., Pyza E., Ris L., Szymańska M., Lipiński M., Kaczmarek L., Stewart M.G., Giese K.P. A mechanism for long-term memory formation when synaptic strengthening is impaired. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 108: 18471–18475, 2011.

Kiryk A., Mochol G., Filipkowski R.K., Wawrzyniak M., Lioudyno V., Knapska E., Gorkiewicz T., Balcerzyk M., Łęski S., , Van Leuven F., Lipp H.P., Wójcik D.K., Kaczmarek L. Cognitive abilities of Alzheimer’s disease transgenic mice are modulated by social context and circadian rhythm. Current Alzheimer Research, 8: 883-892, 2011.

Michaluk P., Wawrzyniak M., Alot P., Szczot M., Wyrembek P., Mercik K., Medvedev N., Wilczek E., DeRoo M., Zuschratter W., Muller D., Wilczynski G.M., Mozrzymas J.W., Stewart M.G., Kaczmarek L., Wlodarczyk J. Influence of matrix metalloproteinase, MMP-9 on dendritic spine morphology. Journal of Cell Science, 124, 3369–3380, 2011.

Konopka W., Kiryk A., Novak M., Herwerth M., Parkitna J.R., Wawrzyniak M., Kowarsch A., Michaluk P., Dzwonek J., Arnsperger T., Wilczyński G.M., Merkenschlager M., Theis F., Kohr G., Kaczmarek L., Schutz G. (2010) microRNA loss enhances learning and memory in mice. Journal of Neuroscience, 30: 14835-14842.

Michaluk P., Mikasova L., Groc L, Frischknecht R, Choquet D., Kaczmarek L. (2009) Matrix metalloproteinase-9 controls NMDA receptor surface diff usion through integrin b1 signaling. Journal of Neuroscience, 29: 6007-6012.

Rylski M., Amborska A., Żybura K., Mioduszewska B., Michaluk P., Jaworski J., Kaczmarek L. (2008) Yin Yang 1 is a critical repressor of matrix metalloproteinase-9 expression in brain neurons. Journal of Biological Chemistry, 283: 35140-35153.

Wilczyński G.M., Konopacki F.A., Wilczek E., Lasiecka Z., Gorlewicz A., Michaluk P., Wawrzyniak M., Malinowska M., Okulski P., Kołodziej L.R., Konopka W., Duniec K., Mioduszewska B., Nikolaev E., Walczak A., Owczarek D., Gorecki D.C., Zuschratter W., Ottersen O.P., Kaczmarek L. (2008) Important role of matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) in epileptogenesis. Journal of Cell Biology, 180: 1021-1035.