Razvitak transkriptoma specifičnih populacija neurona u kortikalnim područjima ljudskog mozga bitnim za jezik i sustave zrcalnih neurona

Voditelj

Prof.dr.sc. Miloš Judaš, Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

 

Istraživači

Prof.dr.sc. Božo Krušlin, Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Prof.dr.sc Zdravko Petanjek, Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Doc.dr.sc. Željka Krsnik, Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Dr.sc. Maja Cepanec, Edukacijsko rehabilitacijski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Dr.sc. Goran Sedmak, Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

Mihovil Pletikos, dr.med., Medicinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu

 

Iznos potpore

1.345.850,00 kuna

 

Početak projekta

01.12.2012

 

Kraj projekta

30.11.2015

 

Trajanje projekta

3 godine

 

SAŽETAK PROJEKTA

Ovaj projekt je nastavak i proširenje naše dugotrajne suradnje sa profesorom Nenadom Šestanom (Zavod za Neuroznanost, Yale University School of Medicine). U protekle dvije godine tri člana našeg tima (Goran Sedmak, Mihovil Pletikos, Željka Krsnik) također su bili članovi Šestanovog vodećeg međunarodnog tima koji je izradio veliku (od strane N.I.H. naručenu) analizu cijelog transkriptoma ljudskog mozga (za detalje pogledaj http://www.humanbraintranscriptome.org). Sada su se vratili u Zagreb sa sveobuhvatnim znanjem i iskustvima potrebnim za stvaranje i analiziranje transkriptoma na razini eksona i pridruženih podataka genotipizacije. Kao suradnici na tom projektu, imamo neograničen pristup transkriptomskoj bazi podataka i nastavljamo biti uključeni u stvaranje sveobuhvatnog transkripcijskog atlasa razvoja ljudskog mozga (prijašnje istraživanje na Yale-u je obuhvatilo 11 neokortikalnih polja i dodatnih 5 područja mozga kroz cijeli životni vijek). U predloženom projektu, proširujemo prostorno-vremensku analizu transkriptoma ljudskog mozga na staničnu razinu usredotočujući se na: (a) mrežu kortikalnih polja uključenih u jezik, kogniciju i sustav zrcalnih neurona (4 već obrađena polja plus jedno dodatno polje – donji tjemeni režnjić); (b) fetalnu subplate zonu (koja je smještena ispod ovih polja) i intersticijske neurone koji su „potomci“ subplate neurona u odraslom mozgu. Subplate je prolazni fetalna struktura, važna za pravilan razvoj kortikalne mape i njezinih ulazno-izlaznih veza. Zbog toga je povezana sa patogenezom mnogih razvojnih i kognitivnih poremećaja mozga kao što su autizam i shizofrenija. Ipak, transkriptom subplate zone je i dalje većinom nepoznat, jer su prijašenje studije obuhvatile samo nekoliko kortikalnih polja i razvojnih stadija. Novije studije na eksperimentalnim modelima su podastrijele važna nove spoznaje: postoje gene specifični za subplate zonu kao i značajne razlike između glodavaca i ljudi. Zbog toga podaci dobiveni na životinjskim modelima ne mogu biti izravno preneseni u klinička istraživanja. Analiza ekspresije gena kortikalnih polja i subplate zone radit će se u tri ključna razvojna razdoblja: (1) sredinom drugog trimestra (vrhunac razvoja subplate zone); (2) krajem trećeg trimestra/novorođenačko razdoblje (nestajanje subplate zone); (3) odraslo razdoblje (kad ostaci subplate neurona su smješteni u bijeloj tvari ispod kore mozga kao intersticijski neuroni). Žarište naše analize bit će na tri aspekta transkriptoma subplate zone: regionalne i vremenske razlike u ekspresiji gena, i u potrazi za specifičnim genima za subplate zonu. U potrazi za expresijom gena specifičnom za ljude, usporedit ćemo podatke o ljudskom transkriptomu sa istovjetnim podacima već objavljenim za miša. Za takve izabrane gene kandidate, analizirati ćemo ekspresiju u pojedinim staničnim skupinama koristeći in-situ hibridizaciju i imunohistokemiju. Kako su prijašnji podaci studije transkriptoma na Yale-u dobiveni iz homogenata tkiva (koji onemogućuje analizu transkriptoma u pojedinačnim skupinama stanica), ova analiza pruža važan znanstveni doprinos i podiže konkurentnost našeg prijedloga. Na kraju, sve histološke preparate ćemo digitalizirati koristeći digitalni skener visoke rezolucije kako bi naši ključni rezultati postali javno dostupni kroz naše mrežne stranice. Podaci dobiveni ovim projektom bit će važni, kako za kliničke tako i translacijske studije, sužavajući žarište istraživanja na gene sa specifičnom ekspresijom tijekom razvoja ili ograničene na određeno područje i/ili povezanim sa specifičnim razvojnim poremećajima mozga. Naši rezulatati stvorit će potencijal za kreiranje specifičnih dijagnostičkih metoda kao i za prijave patenata.

 

ODABRANE PUBLIKACIJE VODITELJA I ISTRAŽIVAČA

 

  1. Kwan KY, Lam MM, Johnson MB, Dube U, Shim S, Rašin MR, Sousa AM, Fertuzinhos S, Chen JG, Arellano JI, Chan DW, Pletikos M, Vasung L, Rowitch DH, Huang EJ, Schwartz ML, Willemsen R, Oostra BA, Rakic P, Heffer M, Kostović I, Judaš M, Sestan N (2012) Species-dependent posttranscriptional regulation of NOS1 by FMRP in the developing cerebral cortex. Cell 149:899-911
  2. Kang HJ, Kawasawa YI, Cheng F, Zhu Y, Xu X, Li M, Sousa AM, Pletikos M, Meyer KA, Sedmak G, Gunnel T, Shin Y, Johnson MB, Krsnik Z, Mayer S, Fertuzinhos S, Umlauf S, Lisgo SN, Vortmeyer A, Weinberger DR, Mane S, Hyde TM, Huttner A, Reimers M, Kleinman JE, Sestan N (2011) Spatio-temporal transcriptome of the human brain. Nature 478:483-489
  3. Johnson MB, Kawasawa YI, Mason CE, Krsnik Z, Coppola G, Bogdanovic D, Geschwind DH, Mane SM, State MW, Sestan N (2009) Functional and evolutionary insights into human brain development through global transcriptome analysis. Neuron 62:494-509
  4. Petanjek Z, Judaš M, Šimić G, Rašin MR, Uylings HBM, Rakic P, Kostović I (2011) Extraordinary neoteny of synaptic spines in the human prefrontal cortex. Proc Natl Acad Sci USA 108:13281-13286
  5. Kostović I, Judaš M, Sedmak G (2011) Develolopmental history of the subplate zone, subplate neurons and interstitial white matter neurons: relevance to shizophraenia . Int J Develop Neurosci 29:193-205
  6. Jovanov-Milošević N, Petanjek Z, Petrović D, Judaš M, Kostović I (2010) Morphology, moleculat phenotypes and distribution of neurons in developing human corpus callosum. E J Neurosci 32: 1423-1432
  7. Judaš M, Sedmak G, Pletikos M, Jovanov-Milošević N (2010) Population of subplate and interstitial neurons in fetal and adult human telencephalon. J Anat 217:381-399
  8. Fertuzinhos S, Krsnik Ž, Kawasawa YI, Rašin MR, Kwan KY, Chen JG, Judaš M, Hayashi M, Šestan N (2009) Selective depletion of molecularly defined cortical interneurons in human holoprosencephaly with severe striatal hypoplasia. Cereb Cortex 19:2196-2207
  9. Petanjek Z, Judas M, Kostovic I, Uylings HB. (2007) Lifespan Alterations of Basal Dendritic Trees of Pyramidal Neurons in the Human Prefrontal Cortex: A Layer-Specific Pattern. Cereb Cortex. 18 (4):915-929. 6,7
  10. Kostovic I, Judas M (2007) Transient patterns of cortical lamination during prenatal life: Do they have implications for treatment?, Neuroscience and Biobehavioral Reviews 31(8): 1156-1168 8,2
  • Print