Mats Sandberg

 

 

 

 

 

Research project: Molecules in nerve cell death
Collaborators: Mattias Tranberg, Malin Stridh

Summary:

Målgrupp: Allmänhet/skola
DÖDS- OCH MINNESMOLEKYLER
Jag forskar om hjärnans signalsystem, som styr våra tankar och rörelser och ger oss vårt minne och medvetande. De elektriska signalerna transporteras från nervcell till nervcell med kemiska ämnen, signalsubstanser. Signalen alstras när signalsubstansen sätter sig fast på mottagarmolekyler, receptorer, på nervcellerna. Jag studerar bland annat glutamat, en av hjärnans viktigaste signalsubstanser. En kraftig kort stimulering av glutamat kan ge upphov till förstärkt signalering, en form av minne på cellnivå. Men om stimuleringen håller på för länge dör nervcellen. Det sker bland annat vid slaganfall, när en propp i ett blodkärl ger syrebrist i hjärnan. Vid syrebristen svämmar stora mängder glutamat ut från nervcellerna. Mottagarcellerna blir överstimulerade och dör, antingen genast eller efter något dygn. Om celldöden är fördröjd kan det finnas tid att stoppaden, genom att tillföra ett ämne som blockerar glutamatets skadliga effekter. Jag försöker dels ta reda på mekanismerna bakom celldöden dels förhindra den. Jag odlar hjärnvävnad från råtta och utsätter den för syrebrist. Sedan mäter jag giftiga substanser som syrebristen skapar. Jag undersöker också vilka celler som dött och vilka som överlevt. Forskningen kan på sikt användas för att få fram läkemedel som minskar hjärnskador efter slaganfall och andra sjukdomar i hjärnan.

Målgrupp: Högskolestuderande
MOLEKYLER I NERVCELLSDÖD 
Bakgrund
Elektriska signaler i hjärnan styr allt ifrån våra mest basala beteenden till de mest komplexa funktioner. Överföring av elektriska signaler mellan nervceller förmedlas vid nervändslut av kemiska signalämnen (transmittorer). Aminosyran glutamat är transmittor i ca 50% av hjärnans synapser, dessutom har ett hundratal olika kemiska ämnen som kan modulera överföring vid nervändsluten identifierats. Frisättning av glutamat och aktivering av glutamat-receptorer är alltså fundamentalt för vår existens på alla plan. En kraftig kort retning av glutamat-receptorer kan leda till en synaptisk potentiering som kallas långtidspotentiering (LTP), en minneslik förstärkning av synapssvaret som kan bestå upp till flera veckor. Märkligt nog orsakar längre (>10 min) överaktivering av glutamat-receptorer nervcellsdöd, s.k. excitotoxicitet (detta har gjort att man myntat begreppet "Jekyl and Hyde molecule" för glutamat). Sådan överaktivering sker bl.a. vid okontrollerad frisättning av glutamat under syrebrist vid t.ex. stroke. Vissa nervceller dör omgående via cellsprängning (nekros) emedan andra uppvisar skador först efter ett eller flera dygn, s.k. fördröjd nervcellsdöd av apoptostyp. Vid stroke anses nekros dominera i det område som utsatts för kraftigast syrebrist emedan apoptos sannolikt är dominerande för nervcellsdöd i randzonen mellan infarkten och den friska vävnaden (den s.k. penumbran). Eftersom apoptos är en fördröjd process och sker stegvis ges möjlighet till farmakologisk intervention förutsatt att de cellulära mekanismerna är klarlagda. Ett flertal studier visar att bildning av fria radikaler, calcium-inflöde samt caspas-aktivering är möjliga induktorer av den kaskad som sedan leder till celldöd. Excitotoxicitet och apoptos anses vara viktiga mekanismer för nervcellsdöd även vid epilepsi och mekaniskt trauma samt bidrar troligtvis till nervcellsdöd vid sjukdomar som innefattar kronisk nervcellsdegeneration, t.ex. Alzheimers och Parkinsons sjukdomar samt AIDS-relaterad demens.

Under ca. 15 år har vi varit inriktade på studier av fr.a. olika aminosyror vid excitotoxicitet och normal transmission. Framgent kommer forskningen även att inrikta sig på jämförande studier mellan peptid och proteinuttryck i modeller för minne (L-LTP) och stroke-liknade nervcellsdöd (excitotoxicitet). En central fråga är: finns det döds- och minnes-molekyler även bland protein och peptidfamiljen? Mycket tyder på detta eftersom blockering av proteinsyntes blockerar L-LTP och i vissa fall excitotoxicitet.

Projekt 
1) Pågående: klarlägga betydelsen av ett av kroppens viktigaste kroppsegna fria radikal fångare, glutation, dess metabolism och frisättning vid fördröjd nervcellsdöd. En huvudhypotes är att calcium-beroende frisättning av glutation ger en sänkning i den intracellulära kapaciteten till att inaktivera fria radikaler. Frisättning av glutation från neuron skulle alltså kunna vara en möjlig induktor av apoptos i nervceller efter glutamat-receptoraktivering. Projektet har ekonomiskt stöd från bl.a. NFR. Samarbete med bl.a. professor Owe Orwar.
2) Planerade och delvis pågående: utveckla en metod för att i organotypiska kulturer (se nedan) elektrofysiologiskt och neurokemiskt under flera dagar följa utvecklingen av L-LTP och fördröjd nervcellsdöd. Projektet utförs i samarbete med professor Holger Wigström. 
3) Planerade och delvis pågående: karaktärisera peptiduttrycket (differential peptide display) vid olika tidpunkter efter induktion av fördröjd nervcellsdöd och L-LTP. Projektet utförs i samarbetsform med bl.a. Prof. Stephen Weber (Pittsburg Univ.) och har projektstöd från NIH.
4) Planerade: karaktärisera proteinuttrycket (differential protein display) vid olika tidpunkter efter induktion av fördröjd nervcellsdöd och L-LTP. Projektet kommer att utföras i samarbetsform med olika experter inom proteinseparation med 2D-gel elektrofores och detektion med bl.a. masspektroskopi.

Metodik
Vi har under de senaste åren etablerat metodik för odling av organotypiska hippokampuskulturer (skivor av hjärna som odlas på membran). Dessa kulturer har fördelen att ha samma mikroanatomi och selektiva skadebenägenhet efter syrebrist som hjärnvävnad in vivo men erbjuder samtidigt en lättillgänglighet som saknas in vivo. I samarbetsprojekt utnyttjas även in vivo modeller, andra kultur-modeller och analyser på encellsnivå. Metodinriktningen är i huvudsak neurokemisk med inslag av molekylärbiologi och elektrofysiologi i samarbetsprojekt.

BACK