Відділ фізіології нейронних мереж

У відділі фізіології нейронних мереж та лабораторії біофізики синаптичної передачі вивчаються актуальні питання сучасної фізіології центральної та периферичної нервових систем та біофізики клітинних мембран: досліджуються електрофізіологічні, біофізичні та фармакологічні властивості окремих та синаптично зв’язаних нейронів, механізми квантового вивільнення нейромедіаторів в синаптичних з’єднаннях, внутрішньоклітинна кальцієва сигналізація.

Основні напрямки досліджень

• Роль різних типів потенціал-керованих калієвих каналів в формуванні фонової активності, модуляції змін внутрішньоклітинної концентрації кальцію, вивільнення нейромедіаторів з нервових закінчень нейронів гіпокампа. Досліджено функціональну роль каналів Kv7- та Kv3.2- родини в культивованих інтернейронах гіпокампа. Показано модулюючий вплив каналів Kv3.1/Kv3.2- родини на кальцієві сигнали, викликані тонічною імпульсацією гангліозних клітин сітківки ока.
• Функціональні властивості синаптичної передачі нативних та культивованих нейронів вегетативних нервової системи. Зареєстровано фонову активність антидромно ідентифікованих нейронів симпатичного ганглія, що іннервують підщелепну залозу. На ізольованому симпатичному ганглії щурів виявлено адренергічну синаптичну відповідь нейронів при стимуляції постгангліонарного нерва. Досліджено формування холінергічних синапсів на культивованих нейронах симпатичного ганглія. На нейронах субепікардиально плетива показано пре- та постсинаптичний розподіл α7- ацетилхолінових рецепторів.
• Роль різних типів потенціал- та ліганд керованих мембранних каналів у внутрішньоклітинній кальцієвій сигналізації. Визначено внесок високо- та низькопорогових потенціал-керованих кальцієвих каналів гангліозних клітин сітківки ока та ацетилхолінових рецепторів нейронів симпатичного ганглія у зміни внутрішньоклітинної концентрації кальцію.
• Вплив активації метаботропних глутаматних рецепторів на зміни внутрішньоклітинної концентрації кальцію в нейронах гіпокампа.
• Функціональні властивості синаптичної передачі між культивованими гангліозними клітинами сітківки ока та центральними нейронами.
• За програмою «Біосумісні наносистеми, біологічні властивості наноматеріалів» досліджуються механізми та форми впливу карбонових нанотрубок, фулеренів та їх нанокомпозитів на основні функції синаптично зв’язаних нервових клітин цетральної нервової системи.
• В рамках наукової програми «Фундаментальні основи молекулярних та клітинних біотехнологій» проводяться дослідження за темою «Молекулярні механізми пластичності синаптичної передачі з первинних аферентних нейронів в центральну нервову систему». На модельній біосистемі - сумісній культурі (co-culture) нервових клітин спінальних гангліїв та нейронів дорсального рогу спинного мозку досліджуються молекулярні механізми передачі сомато-сенсорної інформації: роль пре- та постсинаптичних механізмів пластичності в розвитку довготривалої депресії синаптичної передачі.
• В рамках проекту «Функціональна геноміка, протеоміка та метаболоміка в системній біології» у відділі виконуються дослідження за темою «Функціональна геноміка міжнейронної взаємодії та субнейронних процесів за нормальних та патологічних умов». Дослідження функцій нейронів за допомогою електрофізіологічних, спектрофотометричних методів у поєднанні з методами молекулярної біології та імуноцитохімії дозволяє ідентифікувати молекулярно-генетичні структури та процеси відповідальні за функціональні властивості нейронів за нормальних та патологічних умов.

Співробітники

Академік Веселовський Микола Сергійович	д.б.н., професор	Завідувач відділу	253-07-01
Федулова Світлана Анатолівна	д.б.н., професор	Завідувач лабораторії синаптичної передачі	253-0158
Ремізов Ігор Миколайович	к.б.н.	Ст.н.с.	256-25-66
Войтенко Сергій Валентинович	к.б.н.	Ст.н.с.	256-24-56
Пурнинь Олена Едуардівна	к.б.н.	Ст.н.с.	256-24-55
Григоров Олексій Олегович	к.б.н.	Ст.н.с.	256-24-55
Гоцуляк Ярослав Миколайович,	к.б.н.	Ст.н.с.	256-24-55
Маслов Віталій Юрійович	к.б.н.	Ст.н.с.	256-24-56
Шипшина Марія Сергіївна	к.б.н.	Ст.н.с.	256-24-29
Кузнєцов Кирило Ігорович	к.б.н.	Н.с.	256-24-55
Думанська Ганна Валентинівна,	к.б.н.	Н.с.	256-25-74
Рихальський Олег Володимирович		М.н.с.	256-25-74
Кошелєва Світлана Олексіївна		М.н.с.	256-25-76
Колеснік Оксана Павлівна		М.н.с.	256-24-29
Телька Марія Василівна,		М.н.с.	256-25-74
Мартинюк Наталія Яківна		М.н.с.	256-24-55

У відділі організовано наукову базу для підготовки студентів (бакалаврів та магістрів) Київської філії МФТІ, ФТІ Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» та Київо-Могилянської академії.

Об’єкти дослідження

• Нейрони центральної нервової системи (гіпокампа, підкоркового зорового центру, дорсального рогу спинного мозку)
• Гангліозні клітини сітківки на цілому препараті сітківки ока
• Первинні дисоційовані культури нейронів центральної та периферичної нервової системи (нейрони вегетативних та спінальних гангліїв)
• Сумісні культури периферичних (сенсорних) та центральних нейронів
• Сумісна культура клітин сітківки ока та нейронів верхнього чотирьохгорбкового тіла (superior colliculus)
• Сумісна культура нейронів вегетативної нервової системи та сенсорних нейронів
• Нейрони вегетативних гангліїв (верхній шийний ганглій, субепікардиальне плетиво)

Методи дослідження

• Фіксація мембранного потенціалу (patch-clamp) в конфігурації «ціла клітина» (whole-cell)
• Внутрішньоклітинна мікроелектродна реєстрація мембранного потенціалу
• Парна реєстрація (pair-recording) одночасно від двох синаптично зв’язаних нейронів
• Реєстрація флуоресцентного сигналу від окремої клітини та окремої синаптичної терміналі
• Зворотня транскрипція та полімеразна ланцюгова реакція на окремій клітині (single-cell PCR)
• Дослідження окремої синаптичної терміналі культивованих нейронів
• Імуноцитохімічне забарвлення
• Локальна суперфузія фармакологічних сполук

Лабораторії, з якими відбувається наукове співробітництво

• Відділ фармакології Університетського коледжу Лондон, Лондон, Велика Британія
• Відділ фармакології та токсикології, Медичного факультету, Університет Саарланда, м. Хомбург, ФРН
• Сектор нейрофармакології Інституту молекулярної генетики Російської Академії Наук, Москва, Росія
• Відділ нейронаук Манчестерського Університету, Манчестер, Велика Британія
• Факультет анатомії та нейробіології медичного коледжу Університету Огайо, США

Вибрані публікації

1. Kanemitsu M, Tsupykov O, Potter G, Boitard M, Salmon P, Zgraggen E, Gascon E, Skibo G, Dayer AG, Kiss JZ. EMMPRIN overexpression in SVZ neural progenitor cells increases their migration towards ischemic cortex Exp Neurol. 2017 Nov;297:14-24. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001448861730184X?via%3Dihub, IF 4,7)
2. Zoltowska KM, Maesako M, Lushnikova I, Takeda S, Keller LJ, Skibo G, Hyman BT, Berezovska O. Dynamic presenilin 1 and synaptotagmin 1 interaction modulates exocytosis and amyloid β production. Mol Neurodegener. 2017 Feb 13;12(1):15. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5307796/, IF 6,78)
3. Tornero D, Tsupykov O, Granmo M, Rodriguez C, Grønning-Hansen M, Thelin J, Smozhanik E, Laterza C, Wattananit S, Ge R, Tatarishvili J, Grealish S, Brüstle O, Skibo G, Parmar M, Schouenborg J, Lindvall O, Kokaia Z. Synaptic inputs from stroke-injured brain to grafted human stem cell-derived neurons activated by sensory stimuli. Brain. 2017 Mar 1;140(3):692-706. (https://academic.oup.com/brain/article-abstract/140/3/692/2936871?redirectedFrom=fulltext, IF 10,29)
4. Gerth F, Pechstein A, Kochlamazashvili G, Jäpel M, Lehmann M, Puchkov D, Onofri F, Benfenati F, Nikonenko AG, Maritzen T, Freund Ch, Haucke V. Intersectin associates with synapsin and regulates its nanoscale localization and function. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Nov 7;114(45):12057-12062. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5692602/, IF 9,7)
5. Kopach O, Maistrenko A, Lushnikova I, Belan P, Skibo G, Voitenko N. HIF-1α-mediated upregulation of SERCA2b: The endogenous mechanism for alleviating the ischemia-induced intracellular Ca(2+) store dysfunction in CA1 and CA3 hippocampal neurons. Cell Calcium. 2016 May;59(5):251-61. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143416016300173?via%3Dihub, IF 3,43)
6. Tsupykov O, Kanemitsu M, Smozhanik E, Skibo G, Dayer AG, Kiss JZ. Relationship of Grafted FGF-2-Overexpressing Neural Stem/Progenitor Cells With the Vasculature in the Cerebral Cortex. Cell Transplant. 2016;25(7):1359-69. (http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.3727/096368916X690421?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori%3Arid%3Acrossref.org&rfr_dat=cr_pub%3Dpubmed&, IF 3,43)
7. Nikonenko I, Nikonenko A, Mendez P, Michurina TV, Enikolopov G, Muller D. Nitric oxide mediates local activity-dependent excitatory synapse development. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013, 110(44):E4142-4151. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3816470/, 9,74)