SAŽETAK PROJEKTA

Iako sisavci imaju zajedničke principe organizacije neuralne mreže kore velikoga mozga, u čovjeka se nalaze i brojni specifični elementi, kao što su asocijativni neuroni sloja III i kalretininski interneuroni. Poznavanje strukturnih, molekularnih i funkcionalnih svojstva ovih neurona ključna su za razumijevanje principa interakcije između i unutar kolumni te odgovoru kako ljudski korteks obrađuje informacije. Cilj projekta je istražiti njihova svojstva u frontalnom asocijativnom korteksu čovjeka gdje se procesuiraju najsloženije spoznajne funkcije. Koristeći histo-molekularne tehnike provesti će se komparativna studija, te u suradnji s INS-Marseille implementirati (metodološko usavršavanje istraživača) eksperimentalne neuro-anatomske metode u istraživanju interakcije na identificiranim populacijama neurona. U suradnji s MPI-EVA u Leipzigu cilj je istražiti promjene organizacije kortiko-strijatalnih krugova u miševa s humaniziranom varijantom za razvoj govora važnog Foxp2 gena.

DETALJNIJI OPIS PROJEKTA ZA JAVNOST MOŽETE PRONAĆI NA SLIJEDEĆEM LINKU

PUBLIKACIJE PROIZAŠLE IZ PROJEKTA

ZNANSTVENE PUBLIKACIJE

1. Džaja D, Hladnik A, Bičanić I, Baković M, Petanjek Z (2014). Neocortical calretinin neurons in primates: increase in proportion and microcircuitry structure. Front. Neuroanat. 8:103. doi: 10.3389/fnana.2014.00103 IF 4.4 (Q1) 
2. Žebec M, Demetriou A, Kotrla-Topić M (2015) Changing expressions of general intelligence in development: A 2-wave longitudinal study from 7 to 18 years of age. Intelligence 49:94-109. doi:10.1016/j.intell.2015.01.004 IF-3,7 (Q1)
3. Hladnik A, Bičanić I, Petanjek Z (2015) Functional neuroanatomy of pain. Periodicum Biologorum 117(2):195-204.
4. Hladnik A, Džaja D, Darmopil S, Jovanov-Milošević N, Petanjek Z (2014) Spatio-temporal extension in site of origin for cortical calretinin neurons in primates. Front Neuroanat. 8:50. doi: 10.3389/fnana.2014.00050. Q1, IF 4.2
5. Butorac K, Orlović A, Žebec m (2016) How do Croatian police officers perceive certain characteristics of police management? VARSTVOSLOVJE, Journal of Criminal Justice and Security 18(2):194-213. (A1)
6. Žebec M, Crnko I, Sumpor D (2016) Selective attention of Croatian railroad engineers from 25 to 59 years of age: empirical findins and implication. ERGONOMICS Book of Proceedings of the 6th Ergonomics Conference: 413-426. (A1)
7. Žebec M, Crnko I, Sumpor D (2016) Perceptual speed of Croatian railroad engineers from 25 to 59 years of age (2016): empirical findins and implication. ERGONOMICS Book of Proceedings of the 6th Ergonomics Conference: 427-438. (A1)
8. Nijenhuisa j, Bakhietc SF, van den Hoeka M, Repkoa J, Allikd J, Žebec MS, Sukhanovskiyf V, Abduljabbarc A (2016) Spearman's hypothesis tested comparing Sudanese children and adolescents with various other groups of children and adolescents on the items of the Standard Progressive Matrices. Intelligence 46-57. doi:10.1016/j.intell.2016.02.010. IF-3,7 (Q1)

STRUČNE PUBLIKACIJE

1. Hladnik A, Petanjek Z (2014) Funkcionalna anatomija autonomnog živčanog sustava. Gyrus 2(6):94-98.

ČLANCI U MEDIJIMA

1. Hladnik A (2015) Mozak i jezik. Zdrav život, obiteljski časopis o zdravlju 130
2. Sedmak G, Hladnik A (2016) Zrcalni neuroni. Zdrav život, obiteljski časopis o zdravlju 132

PROJEKT U MEDIJIMA

1. MEF.HR Prosinac 2014

DOKTORSKE DISERTACIJE

1. Džaja D (2015) Morfološka i kemijska obilježja kalretininskih neurona u neokorteksu primata. Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet.
2. Hladnik A (2016) Tangencijalna migracija stanica telencefalona čovjeka i majmuna u ranom fetalnom razdoblju. Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet.
3. Bičanić I (2017) Morfološke promjene projekcijskih neurona strijatuma u miša s humaniziranim oblikom gena FoxP2. Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet

DIPLOMSKI RADOVI:

1. Simon F (2015) Morfologija neurona supstancije nigre u miša. Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet.
2. Tupek T (2016) Morfološka i funksionalna svojstva piramidnih neurona neokorteksa čovjeka. Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet.
3. Čikić S (2016) Morfološka obilježja kortikalnih neurona sloja VI u štakora i miša. Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet
4. Tomac P (2016) Neuralna elektrofiziološka aktivnost pri kognitivnoj kontroli na početku i kraju mlađe odrasle dobi. Sveučilište u Zagrebu Hrvatski studiji.

POSTERI:

1. Bičanić et al. (Split)
2. Džaja et al. (Split)
3. Hladnik et al. (Split)
4. Jalšovec et al. (Split)
5. Petanjek et al. (Split)
6. Sedmak et al. (Kopenhagen)
7. Sedmak et al. (Split)
8. Sedmak et al. (Dan doktorata Zagreb)
9. Vukšić et al. (Kopenhagen)
10. Bičanić et al. (San Diego)
11. Džaja et al. (Denmark)

SAŽETAK PROJEKTA

Subplate zona je najistaknutiji i najvoluminozniji, ali prolazni, arhitektonski odjeljak stijenke telencefalona u mozgu čovjeka i ostalih primata. Ona ima ključnu ulogu u razvoju neuronskih veza moždane kore, što je prvi puta opisano u ljudskom mozgu (Kostovic i Molliver 1974), a potom potvrđeno i u mozgu rezus majmuna (Rakic 1977). Daljnja istraživanja tog zagonetnog odjeljka telencefalona, kako u ljudskom mozgu tako i na eksperimentalnim životinjama, pokazala su da subplate zone ima rano razvojno porijeklo, da sadrži brojne sinapse, neurone složenih citoloških svojstava i velike molekularne raznovrsnosti, da je uključena u rast i razvoj aferentnih aksona koji u moždanu koru dolaze iz talamusa i bazalnog telencefalona; također je uključena u uspostavu privremenih neuronskih veza, prolaznu ekspresiju neurotransmitera, uspostavu neuronskih krugova moždane kore i njihovu funkcionalnu specifikaciju. Također je bitna za evoluciju moždane kore te njezine promjene u patogenezi neuroloških, kognitivnih i mentalnih poremećaja. Međutim, brojna pitanja koja su bitna za humanu razvojnu neurobiologiju ostala su neriješena: kako se subplate zona povećava tijekom sredine trudnoće? kakva je sublaminarna, sinaptička, neuronalna i glijalna organizacija? kakva je uloga subplate u migraciji neurona? kakvi su odnosi subplate zone s dugim asocijativnim kortiko-kortikalnim vezama? kakva je postnatalna uloga i sudbina subplate neurona? postoji li selektivna vulnerabilnost subplate neurona i različitih klasa aksona i kako to možemo prikazati in vivo MRI metodama? Naša je hipoteza da će veličina, karakteristični neuralni sadržaj i produljeni razvitak zajedno s karakterističnim svojstvima na MRI snimkama omogućiti prikaz onih karakterističnih osobina ljudske (primatske) subplate zone koje su povezane sa složenošću kortikalnih veza. Mi smo oblikovali specifične ciljeve da odgovorimo na gore navedena pitanja, primjenom histoloških, imunocitokemijskih i in vitro, in utero te in vivo MRI tehnika, kao i usporedbom tih podataka s eksperimentalnim materijalom tretiranim s H3-Thymidine kao markerom replikacije DNA (Rakic – Yale University). Rezultati ovog projekta će omogućiti bolji uvid u razvitak osjetljivog mozga fetusa, prijevremeno rođene djece te djece rođene na termin; također će proširiti normativne podatke za pedijatrijski neuroimaging, pružiti nove dijagnostičke kriterije za MRI studije i studije praćenja koje su usmjerene na razvoj kortikalnih veza, te omogućiti dobre polazne osnove za istraživanje neuroloških (cerebralna paraliza, encefalopatija, epilepsija), kognitivnih (autizam, poremećaji govora), mentalnih (shizofrenija) poremećaja te poremećaja ponašanja (ADHD). Zbog toga što ljudska subplate zona ima neka jedinstvena svojstva (koja su uočena jedino u primata i čovjeka), ključno je istražiti neka od navedenih pitanja izravno u fetalnom ljudskom mozgu. Prema svim dostupnim podacima, Hrvatski institut za istraživanje mozga je trenutno jedina istraživačka ustanova u svijetu koja se bavi takvim istraživanjima.

ABSTRACT

Project proposal summary: Subplate zone is the most prominent and voluminous, transient, connectivity related, compartment of the cerebral wall of developing primate brain playing different important developmental roles, described first in the human (Kostović & Molliver 1974) and then in the monkey telencephalon (Rakic 1977). Subsequent studies of this enigmatic neuronal compartment in human brain and experimental models have demonstrated early origin, synapse-rich content, complex cytology and molecular diversity, involvement in growth of thalamo-cortical and basal forebrain fibres, transient connectivity and transmitter expression, functional specificity, role in formation of cortical circuitry, evolutionary significance and prospective role in pathogenesis of neurological, cognitive and mental disorders. However, numerous questions, which are highly relevant for human developmental neurobiology, remain unsolved: 1) How subplate expands during mid-gestation? 2) What is the sublaminar synaptic, neuronal and glial organization? 3) What is the role of subplate in neuronal migration? 4) What are relationships of subplate with long associative cortico-cortical fibres? 5) What is the postnatal role and fate of subplate neurons? 6) Is there selective developmental vulnerability of subplate neurons and different axonal classes and how it can be demonstrated using in vivo MR imaging? It is our hypothesis that prominent size, characteristic neuronal content and prolonged development, together with characteristic MR imaging properties, will facilitate demonstration of those characteristic features of the human subplate, which are related to the complexity of cortical connectivity.  We formulate specific aims to answer the above listed questions, using histological, immunocytochemical and structural MR imaging (in vitro, in vivo and in utero) approaches applied on human brain and compare these data with experimental primate material treated with H3-Thymidine DNA replication marker (dr. Rakic, Yale University). The results of this project will give us new insight into development of fragile fetal, preterm and neonatal brain, expand normative data for pediatric neuroimaging, offer new diagnostic criteria for connectivity related MRI and clinical follow-up studies (direct translational approach!) and give good starting point for study of neurological (cerebral palsy, encephalopathy, epilepsy), cognitive (autism, speech disorders), mental (schizophrenia) and behavioral (ADHD) disorders. Because subplate in human has some unique features not observed in non-primate species, it is essential to examine some of these questions directly in the developing human brain. To our knowledge Croatian Institute for Brain research is the only in the world that is addressing some of these questions.

PUBLIKACIJE PROIZAŠLE IZ PROJEKTNIH AKTIVNOSTI

1. Vasung L, Lepage C, Radoš M, Pletikos M, Goldman JS, Richiardi J, Raguž M, Fischi-Gómez E, Karama S, Huppi PS, Evans AC, Kostovic I (2016) Quantitative and Qualitative Analysis of Transient Fetal Compartments during Prenatal Human Brain Development. Front Neuroanat. 2016 Feb 24;10:11.
2. Duque A, Krsnik Z, Kostović I, Rakic P. Secondary expansion of the transient subplate zone in the developing cerebrum of human and nonhuman primates. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Aug 30;113(35):9892-7.
3. Vasung L, Raguz M, Kostovic I, Takahashi E. Spatiotemporal Relationship of Brain Pathways during Human Fetal Development Using High-Angular Resolution Diffusion MR Imaging and Histology. Front Neurosci. 2017 Jul 11;11:348.
4. Krsnik Ž, Majić V, Vasung L, Huang H, Kostović I. Growth of Thalamocortical Fibers to the Somatosensory Cortex in the Human Fetal Brain. Front Neurosci. 2017 Apr 27;11:233.
5. Charvet CJ, Šimić G, Kostović I, Knezović V, Vukšić M, Babić Leko M, Takahashi E, Sherwood CC, Wolfe MD, Finlay BL. Coevolution in the timing of GABAergic and pyramidal neuron maturation in primates. Proc Biol Sci. 2017 Aug 30;284(1861).
6. Žunić Išasegi I, Radoš M, Krsnik Ž, Radoš M, Benjak V, Kostović I. Interactive histogenesis of axonal strata and proliferative zones in the human fetal cerebral wall. Brain Struct Funct. 2018 Aug 9.
7. Katušić, Ana; Žunić Išasegi, Iris; Radoš, Milan; Raguž, Marina; Grizelj, Ruža; Ferrari, Fabrizio; Kostović, Ivica. Transient structural MRI patterns correlate with the motor function in preterm infants // Developmental medicine and child neurology, in press (2019) (međunarodna recenzija, članak, znanstveni).
8. Kostović, Ivica; Žunić Išasegi, Iris; Krsnik, Željka. Sublaminar organization of the human subplate: developmental changes in the distribution of neurons, glia, growing axons and extracellular matrix // Journal of anatomy, doi (2018), doi; JOA12920, 26 doi:10.1111/joa.12920 (međunarodna recenzija, članak, znanstveni).

DISERTACIJE PROIZAŠLE IZ PROJEKTA

1. Žunić Išasegi, Iris (2019) Analiza mikrostrukture prolaznih fetalnih zona i segmenata bijele tvari ljudskoga mozga histološkim metodama i magnetskom rezonancijom [Microstructural analysis of transient fetal zones and white matter segments of human brain using histological methods and magnetic resonance imaging]. Doktorska disertacija, Medicinski fakultet, Sveučilište u  Zagrebu.
2. Raguž, Marina (2018) Učinak perinatalne hipoksijsko – ishemijske encefalopatije na projekcijske puteve moždanoga debla u nedonoščeta [Impact of hypoxic-ischemic encephalopathy on projection pathways of the premature infant brainstem]. Doktorska disertacija, Medicinski fakultet, Sveučilište u Zagrebu.

SAŽETAK PROJEKTA

Diabetes mellitus tipa 2 (T2DM) i komplikacije koje uzrokuje ova bolest veliki su teret za današnje čovječanstvo. Samo u Europi je danas oko 60 milijuna dijabetičara i samo troškovi liječenja godišnje prelaze 130 milijardi eura. Komplikacije ove bolesti koje nastaju zbog povišene razine glukoze u krvi (hiperglikemija) godišnje uzrokuju smrt oko 3,4 milijuna ljudi u svijetu (podaci Svjetske Zdravstvene Organizacije). Da bi održali homeostazu glukoze kod oboljelih od T2DM i spriječili ili odgodili dijabetičke komplikacije koriste se različiti pristupi, ali samo s ograničenim učinkom (smanjenje stvaranja glukoze, smanjena apsorpcija glukoze iz crijeva regulirana prehranom ili povećano iskorištavanje glukoze tjelovježbom ili terapijom inzulinom). Novi pristup ovom problemu bio bi porast potrošnje glukoze putem aktivacije smeđeg masnog tkiva (eng:
brown adipose tissue, BAT) mehanizmima regulacije putem središnjeg živčanog sustava. BAT ima ulogu peći u našem tijelu koja pretvara glukozu nakon obroka u toplinu u sklopu termogeneze uzrokovane hranom. Funkcija BAT-a propada sa starošću i povećanjem tjelesne težine. Mehanizam aktivacije BAT-a nakon obroka još uvijek nije dovoljno razjašnjen. Nedavno smo otkrili novi protein u mozgu, urogvanilin (UGN), čiji izražaj se mijenja nakon unosa hrane te promjene u njegovoj funkciji u mozgu kod laboratorijskih životinja u odgovarajućoj mjeri prati promjena aktivnosti BAT-a. Cilj ovog projekta je odrediti funkciju UGN-a u mozgu i njegovu ulogu u fiziologiji BAT-a. To će biti istraženo na staničnoj razini (elektrofiziološka istraživanja), na životinjskom modelu (miševi) te će na kraju važnost uloge UGN-a biti određena na zdravoj i dijabetičkoj populaciji. Specifični ciljevi ovog projekta su odrediti: mehanizam djelovanja UGN-a u hipotalamusu, regulacija stvaranja UGN-a u mozgu, posljedične promjene u metabolizmu glukoze te promjene volumena i aktivnosti BAT-a nakon produljene primjene UGN-a. Usporedit ćemo ulogu UGN-a u regulaciji aktivnosti BAT-a kod oboljelih od T2DM i zdravih ispitanika mjerenjem aktivnosti BAT-a nakon obroka. Ta aktivnost biti će uspoređena s promjenama u homeostazi glukoze i sintezom inzulina, glukagonu sličnog peptida-1 (eng: glucagon - like peptide -1, GLP-1) i UGN-a. Moguć utjecaj dobi, spola i tjelesne težine na moždane učinke UGN-a biti će određeni procjenom izražaja njegovog receptora, gvanilat ciklaze C (GC-C), u različitim regijama ljudskog mozga. Aktivnost BAT-a nakon obroka biti će određena jednostavnom, neinvazivnom, ali dovoljno osjetljivom infracrvenom termografijom, umjesto uobičajene pozitronske emisijske tomografije - kompjutorizirane tomografije (PET-CT) koja izlaže pacijenta radioaktivnosti. Svi pokusi biti će izvedeni na oba spola zbog toga što postoje velike razlike u metabolizmu glukoze između muškaraca i žena koje još nisu u potpunosti razjašnjene. Ovaj projekt potaknut će nova istraživanja metaboličkih poremećaja u oba spola. Ovo istraživanje moglo bi dovesti do novog pristupa liječenju hiperglikemije kod oboljelih od T2DM koje bi poboljšalo metabolizam glukoze, smanjilo komplikacije dijabetesa, odgodilo terapiju inzulinom, smanjilo troškove liječenja te sveukupno unaprijedilo kvalitetu života oboljelih od T2DM.

Publikacije financirane projektom

1. Dugandzic A, Ratko M, Habek N. Anxiety-like behavior in female mice changes by feeding, possible effect of guanylate cyclase C. Eur J Neurosci. In press 2019.
2. Habek N, Dobrivojevic Radmilovic M, Kordic M, Ilic K, Grgic S, Farkas V, Bagaric R, Skokic S, Svarc A, Dugandzic A. Activation of brown adipose tissue in diet-induced thermogenesis is GC-C dependent. Pflugers Arch under review