StratNeuro

Störningar i hjärnans funktion är, i höginkomstländer, bland de vanligaste orsakerna till funktionsnedsättning. European Brain Council har beräknat att en tredjedel av Europas invånare kommer att drabbas någon gång under sin livstid, men det saknas effektiva förebyggande metoder och behandlingar.

Vid Umeå universitet stöttar StratNeuro forskningsmiljöer med fokus på infrastrukturer för forskning inom tre strategiska områden, vilket skapar breda möjligheter till samverkan och tvärvetenskaplighet.

3 forskningslinjer

1.  Kognitiv neurovetenskap

3 tesla Magnetisk resonanstomografi (MRI) vid Norrlands universitetssjukhus i Umeå

BildMikael Stiernstedt

StratNeuro stödjer humanforskning på hjärnavbildningsplattformar för magnetisk resonanstomografi (MRI), Positron Emission Tomography (PET) och hybrid PET-MRI kopplat till Umeå centrum för funktionell hjärnavbildning, UFBI.

Forskning vid UFBI undersöker den neurala grunden för mänsklig kognition i hälsa, åldrande och sjukdom, liksom translationell forskning inriktad mot kognitiv neurovetenskap. Hjärnavbildningsplattformarna används också av flera kliniska och prekliniska projekt. Anslutna forskare som använder UFBIs neuroimaging-infrastruktur.

Flera framstående hjärnavbildningsstudiekohorter har samlats in vid UFBI, inklusive Betula-studien (funktionell och strukturell MRI), Cobra-studien (PET och MRI) och DyNAMiC-studien (PET och MRI). Betula-studien har också införlivats i National E-infrastructure for Aging Research (NEAR) och i PREDICT forskningsinitiativet och flera internationella konsortier som Lifebrain och ENIGMA.

Arbetet inom StratNeuro syftar till att stärka befintlig och framtida forskning inom human kognitiv neurovetenskap vid Umeå universitet genom att till exempel arrangera möten och workshops, främja ökad interaktion mellan neurovetenskaplig forskning på människa och djur, uppmuntra representation av UFBI vid nationella vetenskapliga möten, samt fokusera på stärka samarbeten med KI och KTH.

Utvalda, aktuella publikationer som stötts av StratNeuro

Stiernman L, Grill F, McNulty C, Bahrd P, Panes Lundmark V, Axelsson J, Salami A, Rieckmann A. Widespread fMRI BOLD Signal Overactivations during Cognitive Control in Older Adults Are Not Matched by Corresponding Increases in fPET Glucose Metabolism. J Neurosci. 2023 Apr 5;43(14):2527-2536. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1331-22.2023. Epub 2023 Mar 3. PMID: 36868855; PMCID: PMC10082451.

Mediavilla T, Özalay Ö, Estévez-Silva HM, Frias B, Orädd G, Sultan FR, Brozzoli C, Garzón B, Lövdén M, Marcellino DJ. Learning-related contraction of gray matter in rodent sensorimotor cortex is associated with adaptive myelination. Elife. 2022 Nov 9;11:e77432. doi: 10.7554/eLife.77432. PMID: 36350292; PMCID: PMC9678357.

Karalija N, Johansson J, Papenberg G, Wåhlin A, Salami A, Köhncke Y, Brandmaier AM, Andersson M, Axelsson J, Riklund K, Lövdén M, Lindenberger U, Bäckman L, Nyberg L. Longitudinal Dopamine D2 Receptor Changes and Cerebrovascular Health in Aging. Neurology. 2022 Sep 20;99(12):e1278-e1289. doi: 10.1212/WNL.0000000000200891. Epub 2022 Jul 5. PMID: 35790424; PMCID: PMC9576296.

Giacobbo BL, Özalay Ö, Mediavilla T, Ericsson M, Axelsson J, Rieckmann A, Sultan F, Marcellino D. The Aged Striatum: Evidence of Molecular and Structural Changes Using a Longitudinal Multimodal Approach in Mice. Front Aging Neurosci. 2022 Jan 24;14:795132. doi: 10.3389/fnagi.2022.795132. PMID: 35140600; PMCID: PMC8818755.

Stiernman LJ, Grill F, Hahn A, Rischka L, Lanzenberger R, Panes Lundmark V, Riklund K, Axelsson J, Rieckmann A. Dissociations between glucose metabolism and blood oxygenation in the human default mode network revealed by simultaneous PET-fMRI. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Jul 6;118(27):e2021913118. doi: 10.1073/pnas.2021913118. PMID: 34193521; PMCID: PMC8271663.

Fullständig lista över forskningspublikationer från UFBI

2. Fysiologi och plasticitet av hjärnans mikrokretsar in vivo

Multiphoton network imaging in vivo.

BildPaolo Medini

Vi har i Umeå byggt en forskningsinfrastruktur som gör det möjligt att kombinera en- och tvåfotonavbildning av neuronala nätverk med avancerad intra- och extracellulär elektrofysiologi, med opto/kemogenetisk stimulering (även med multifotonholografi!) i vakna djur.

Virtual reality-stimulering, spänningskänslig färgämnesavbildning och kvantitativ neuroanatomi finns också tillgängligt, tillsammans med en elektromekanisk workshop.

Result of multiphoton holographic stimulation of neurons expressing the opsin bReaches in vivo.

BildPaolo Medini

Fokus ligger på förståelsen av mikrokretsgrunden för den integrativa funktionen hos sensoriska-motoriska kortikala kretsar och deras plasticitet (efter inlärning eller efter lesioner), i linje med de strategiska syftena med StratNeuro-projektet i Umeå.

Anslag till StratNeuro används för att täcka infrastrukturkostnader (servicekostnader, tid för forskningsingenjör inkl. optisk forskningsingenjör och programmeringskostnader för analysrutiner), samt till förbrukningskostnader för att tillåta användning av transgena linjer av möss som uttrycker kalciumindikatorer eller opsiner i identifierade celltyper (inkl. produktionskostnader för viral vektor).

Denna forskningsinfrastruktur är - genom sin kombination av tekniker - för närvarande unik i sitt slag i Skandinavien. Den är öppen för samverkan för neurovetare vid Umeå universitet och inom StratNeuro-nätverket, men även utanför dessa nätverk. Mer om: Multiphoton holographic photostimulation induces potassium-dependent spike silencing in label-free mouse cortex in vivo (se bild ovan).

Se video nedan om calcium nätverk avbildning (S. Papaioannou - Medinis grupp).

Network calcium imaging in mice expressing the genetically-encoded calcium indicator GCamp6.

Utvalda, aktuella publikationer som stötts av StratNeuro

Ivica N, Censoni L, Sjöbom J, Richter U, Petersson P. Differential effects of skilled reaching training on the temporal and spatial organization of somatosensory input to cortical and striatal motor circuits. J Neurophysiol. 2022 Jan 1;127(1):225-238. doi: 10.1152/jn.00464.2021. Epub 2021 Dec 22. PMID: 34936519.

Kuznetsova T, Antos K, Malinina E, Papaioannou S, Medini P. Visual stimulation with blue wavelength light drives V1 effectively eliminating stray light contamination during two-photon calcium imaging. J Neurosci Methods. 2021 Oct 1;362:109287. doi: 10.1016/j.jneumeth.2021.109287. Epub 2021 Jul 10. PMID: 34256082.

Tripathi A, Sato SS, Medini P. Cortico-cortical connectivity behind acoustic information transfer to mouse orbitofrontal cortex is sensitive to neuromodulation and displays local sensory gating: relevance in disorders withauditory hallucinations? J Psychiatry Neurosci. 2021 May 27;46(3):E371-E387. doi: 10.1503/jpn.200131. PMID: 34043305; PMCID: PMC8327972.

Andersson B, Tan EP, McGreal SR, Apte U, Hanover JA, Slawson C, Lagerlöf O. O-GlcNAc cycling mediates energy balance by regulating caloric memory. Appetite.2021 Oct 1;165:105320. doi: 10.1016/j.appet.2021.105320. Epub 2021 May 23. PMID: 34029673.

Sjöbom J, Tamtè M, Halje P, Brys I, Petersson P. Cortical and striatal circuits together encode transitions in natural behavior. Sci Adv. 2020 Oct 9;6(41):eabc1173. doi: 10.1126/sciadv.abc1173. PMID: 33036974.

Kokinovic B, Medini P. Loss of GABA_B -mediated interhemispheric synaptic inhibition in stroke periphery. J Physiol. 2018 May 15;596(10):1949-1964. doi: 10.1113/JP275690. Epub 2018 Apr 17. PMID: 29508394; PMCID: PMC5978350.

A full list of research publications can be found at the lab web sites of the group leaders permanently sharing the infrastructure at the moment:

Group Paolo Medini

Group Per Petersson

Group Olof Lagerlöf

Group Kristoffer Sahlholm

Collaborations resulting in publications: Anna Berghard, Leif Carlsson, Andrei Chabes, Sjoerd Wanrooij, Nasim Sabouri.

3. Neurodegeneration på molekylär nivå: ALS-forskning

StratNeuro stödjer forskningsplattformar baserade på transgena mössmodeller, både de som har utvecklats i Umeå och de som har förvärvats i samarbete med andra forskare.

För jämförelser med mänsklig vävnad har vi för våra modeller tillgång till obduktionsmaterial. Därför utgör vår plattform en världsunik resurs för utredning av neurodegenerativ sjukdom. Transgena djurmodeller tillåter studier av molekylära detaljer för initierande händelser i neurodegeneration som inte är möjliga hos levande människor.

Dessutom är det en plattform som möjliggör inokuleringsexperiment med hög precision. Det gör det möjligt för forskare att exakt definiera början av de initierande händelserna och ge en stabil grund för att testa effektiviteten av interventioner. Plattformarna har använts för att fastställa den första beskrivningen av prionnaturen av amyotrofisk lateralskleros inducerad av mutationer i superoxiddismutas-1.

Resurs för inokuleringsexperiment med hög precision med fysiologiskt kontrollerad inställning.

BildMatthew Marklund

Utvalda, aktuella publikationer som stötts av StratNeuro

Nordström U, Lang L, Ekhtiari Bidhendi E,  Zetterström P, Oliveberg M, Danielsson J,  Andersen PM, Marklund SL. Mutant SOD1 aggregates formed in vitro and in cultured cells are polymorphic and differ from those arising in the CNS. J Neurochem 164:1 (2023) 77-93. https://doi.org/10.1111/jnc.15718.

Forsberg, K.M., Graffmo, K.S., Stenvall, E. et al. Widespread CNS pathology in amyotrophic lateral sclerosis homozygous for the D90A SOD1 mutation. Acta Neuropathol 145, 13–28 (2023). https://doi.org/10.1007/s00401-022-02519-z.

Günther, R.; Pal, A.; Williams, C.; Zimyanin, V.L.; Liehr, M.; von Neubeck, C.; Krause, M.; Parab, M.G.; Petri, S.; Kalmbach, N.; Marklund, S.L.; Sterneckert, J.; Munch Andersen, P.; Wegner, F.; Gilthorpe, J.D.; Hermann, A. Alteration of Mitochondrial Integrity as Upstream Event in the Pathophysiology of SOD1-ALS. Cells 2022, 11, 1246. https://doi.org/10.3390/cells11071246.

Shlomit Ezer, Muhannad Daana, Julien H Park, Shira Yanovsky-Dagan, Ulrika Nordström, Adily Basal, Simon Edvardson, Ann Saada, Markus Otto, Vardiella Meiner, Stefan L Marklund, Peter Munch Andersen, Tamar Harel, Infantile SOD1 deficiency syndrome caused by a homozygous SOD1 variant with absence of enzyme activity, Brain, Vol 145:3, March 2022, Pages 872–878, https://doi.org/10.1093/brain/awab416

Keskin I, Ekhtiari Bidhendi E, Marklund M, Andersen PM, Brännström T, Marklund SL.  Nordström U.  Peripheral administration of SOD1 aggregates does not transmit pathogenic aggregation to the CNS of SOD1 transgenic mice. Acta Neuropathologica Communications vol 9,  111 (2021) https://doi.org/10.1186/s40478-021-01211-9