Investigating PACMA31 as a Potential Inhibitor for NO-Induced Growth Cone Collapse of In Vitro Neural Networks
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3160474Utgivelsesdato
2024Metadata
Vis full innførselSamlinger
Beskrivelse
Full text not available
Sammendrag
Hjernen består av nettverk av millioner av nerveceller, koblet sammen av milliarder av synapser. Disse nervene er de grunnleggende byggesteinene i hjernen og er ansvarlige for all informasjonsbehandling via elektriske og kjemiske signaler. Under tidlig hjerneutvikling utvikles nervene fra stamceller, migrerer til spesifikke områder i hjernen, og differensierer og forlenger seg mot ulike mål. Forlengelsen og dannelsen av synapser er mulig gjennom projeksjoner kalt aksoner og en utstrekning av aksonet kjent som vekstkjegle. Ulike faktorer og signalveier påvirker den dynamiske vekstkjeglen, som igjen påvirker utviklingen av de nevrale nettverkene. I tillegg opprettholder synaptisk plastisitet den strukturelle og funksjonelle integriteten til de nevrale nettverkene gjennom utvikling og liv. Dette sikrer effektive kognitive prosesser i hjernen. Vår forståelse av de komplekse signalveiene og faktorene som påvirker vekstkjeglen er fortsatt begrenset. Et potensielt mål for å bedre forstå de dynamiske prosessene i vekstkjeglen er Protein Disulfide Isomerase (PDI). PDI antas å være lokalisert på vekstkjeglen, der den formidler respons på frastøtende signaler. Ved systematisk manipulering og observasjon av strukturelle og funksjonelle endringer kan vi avdekke rollene til ulike molekyler og signalveier. En slik manipulasjon er inhibering av PDI ved hjelp av PACMA31. I denne masteroppgaven undersøker vi de potensielle beskyttende egenskapene PACMA31 har mot nitrogenoksid (NO)-indusert kollaps i vekstkjeglene. For å gjennomføre en strukturell og funksjonell analyse av denne inhiberingen, optimaliserte vi sanntidsmarkering av aktin og analyse av kalsiumbilder. Deretter identifiserte vi konsentrasjoner av SIN-1 som førte til kollaps av vekstkjeglene, før vi bestemte konsentrasjoner av PACMA31 som opprettholdt strukturelt stabile nettverk. Etter å ha vurdert SIN-1 og PACMA31 individuelt, analyserte vi nettverk som ble utsatt for både SIN-1 og PACMA31. Disse nettverkene ble analysert både strukturelt og funksjonelt, og vi fant at PACMA31 kan være en potensiell hemmer av NO-indusert vekstkjeglekollaps. Disse funnene fremhever potensialet for videre forskning på inhibering av vekstkjeglekollaps i forbindelse med nevrodegenerasjon og hjerneskader. The human brain comprises a network of millions of neurons and billions of synaptic connections. Neurons are the fundamental units of the brain that transmit information through electrical and chemical signals. During early development, neurons emerge from neural stem cells and migrate to specific brain regions, where they differentiate and elongate toward their target. Elongation and synaptogenesis are made possible through neuronal projections called axons and an expansion of the axon called growth cones. Various factors and signaling pathways influence the dynamics of these growth cones, which ultimately determines the development of neural networks. In addition, synaptic plasticity maintains the structural and functional integrity of the neural networks throughout development and life, ensuring efficient cognitive processes and behavior. Our understanding of the complex signaling pathways and factors influencing the growth cone dynamics is still incomplete. A proposed target that could help us better understand growth cone dynamics is Protein Disulfide Isomerase (PDI). PDI is thought to be located at the growth cone, where it mediates the response of the outgrowing axon to repulsive guidance cues. We can uncover the roles of different molecules and signaling pathways by systematically manipulating and observing the structural and functional changes in these manipulated networks. One such manipulation is the proposed inhibition of PDI through PACMA31. In this master project, we investigate the potential inhibitory characteristics of PACMA31 in nitric oxide-induced growth cone collapse. To perform structural and functional network analysis of this potential inhibition, we attempted to achieve optimal performance of live actin staining and calcium imaging. Next, we identified the concentrations of SIN-1 that caused growth cone collapse. We then went on to identify the concentrations of PACMA31 that contribute to maintaining a structurally stable network. After having assessed SIN-1 and PACMA31 individually, we employed both structural and functional assessments of the networks in response to co-delivering PACMA31 with SIN-1, which found PACMA31 to be a potential inhibit NO-induced growth cone collapse. Our findings highlight the potential for future research on inhibiting growth cone collapse in neurodegeneration and brain injury.