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

• Metaloproteaza macierzy zewnątrzkomórkowej, MMP-9 w plastyczności neuronalnej i chorobach neuro-psychicznych.
• Białko SRF, regulator transkrypcji plastyczności neuronalnej
• Rola ciała migdałowatego w uczeniu apetytywnym i uzależnieniu od alkoholu
• Lokalizacja sygnałów Ca2+ zaangażowanych w uwalnianie glioprzekaźników
• Obrazowanie pobudzenia całego mózgu przy użyciu mikroskopii arkusza światła

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

Salamian A., Legutko D., Nowicka K., Badyra B., Kaźmierska-Grębowska P., Caban B., Kowalczyk T., Kaczmarek L., Beroun A.  Inhibition of matrix metalloproteinase 9 activity promotes synaptogenesis in the hippocampus. Cerebral Cortex, in press.

de Hoz L., Gierej D., Lioudyno L., Jaworski J., Blazejczyk M., Cruces-Solís H., Beroun A., Lebitko T., Nikolaev T., Knapska E., Nelken I., Kaczmarek L. Blocking c-Fos expression reveals the role of auditory cortex plasticity in sound frequency discrimination learning. Cerebral Cortex, 28: 1645–1655, 2018.

Lepeta K., Purzycka K., Pachulska-Wieczorek K., Mitjans M., Begemann M., Vafadari B., Bijata K., Adamiak R., Ehrenreich H., Dziembowska M., Kaczmarek L., A normal genetic variation modulates synaptic MMP-9 protein levels and the severity of schizophrenia symptoms. EMBO Molecular Medicine, 9: 1100-1116, 2017.

Stefaniuk M., Beroun A., Lebitko T., Markina O., Leski S., Meyza K., Grzywacz A., Samochowiec J., Samochowiec A., Radwanska K., Kaczmarek L. Matrix metalloproteinase-9 and synaptic plasticity in the central amygdala in control of alcohol seeking behavior. Biological Psychiatry, 81: 905–906, 2017.