Interacciones astrocito-neurona en circuitos cerebrales y comportamiento

Investigación

Aprender y ejecutar tareas cotidianas, como caminar, beber o tocar el saxofón, requiere que nuestro cerebro forme y remodele sus conexiones. El mínimo error en este proceso puede causar consecuencias devastadoras para controlar tales comportamientos voluntarios básicos. De hecho, las mutaciones genéticas, la degeneración cerebral, el accidente cerebrovascular y la inflamación causan la aparición de enfermedades cognitivas y motoras, como las enfermedades de Parkinson y Alzheimer, el trastorno obsesivo compulsivo y la demencia frontotemporal. Por lo tanto, es vital comprender la función y estructura de estos circuitos, así como los mecanismos celulares, moleculares y genéticos subyacentes. En este contexto, nuestro laboratorio investiga los mecanismos utilizados por los astrocitos, el tipo de células gliales más abundante del cerebro, y las neuronas para dar forma a los circuitos cerebrales y controlar los comportamientos dirigidos a objetivos. En primer lugar, nuestro objetivo es describir la relación causal entre la estructura, la función y la regulación adecuada de los comportamientos dirigidos a objetivos.

Además, estudiamos los mecanismos moleculares por los cuales los astrocitos regulan la actividad neuronal y el comportamiento.

Finalmente, revelaremos los cambios genéticos y epigenéticos inducidos por el aprendizaje y la adaptación de acciones dirigidas a objetivos que preparan las modificaciones estructurales y funcionales de los astrocitos.

Líneas de investigación

Objetivo 1. ¿Cómo cambian la estructura y la función de los astrocitos al aprender y adaptar los comportamientos dirigidos a objetivos?

Objetivo 2. ¿Qué vías moleculares son responsables de las modificaciones estructurales y funcionales de los astrocitos relacionadas a nuestras actividades cognitivas y motoras?

Investigamos las vías moleculares subyacentes a las modificaciones estructurales y funcionales de los astrocitos y su papel en celebros sanos y enfermos.

Utilizamos modelos in vitro e in vivo para investigar las vías de señalización intracelular a través de técnicas para generar transgénicos específicos de astrocitos, optogenética, quimiogenética y técnicas de imágenes en vivo.

Objetivo 3. Mecanismos genéticos y epigenéticos en astrocitos implicados en el control de acciones dirigidas a objetivos

Aprender nuevos comportamientos y adaptarlos a cambios de contingencias deja una «cicatriz» a nivel genómico. Comprender cómo y dónde ocurre dicho proceso podría proporcionar nuevos objetivos terapéuticos y marcadores para tratar o identificar enfermedades cerebrales.
Utilizando técnicas transcriptómicas y genómicas junto con métodos CRISPR/Cas9 específicos de células, nuestro objetivo es revelar nuevos mecanismos que preparan a los astrocitos para el almacenamiento a largo plazo de información relevante para el comportamiento.

Personal

Publicaciones de los últimos años  

1. 1. Ulloa Severino FP*, Lawal O*, Sakers K, Wang S., Kim N, Friedman A, Johnson S., Sriworarat C, Hughes RN, Soderling S, Kim IH, Yin HH, Eroglu C. Training-Induced Circuit-Specific Excitatory Synaptogenesis in mice is Required for Effort Control. Nature Communication, 2023. Online resource.
   2. Petter EA, Fallon IP, Hughes RH, Watson GDR, Meck WH, Ulloa Severino FP, Yin HH. Elucidating a locus coeruleus-dentate gyrus dopamine pathway for operant reinforcement. eLife, 2023. Online resource.
   3. Irala D, Wang S, Sakers K, Nagendren L, Ulloa-Severino FP, Sivadasan Bindu D, Eroglu C. Astrocyte-Secreted Neurocan Controls Inhibitory Synapse Formation and Function. bioRxiv, 2023. Online resource.  
   4. Lawal O, Ulloa Severino FP*, Eroglu C*. The role of astrocyte structural plasticity in regulating neural circuit function and behavior. Glia, 2022. Online resource.
   5. Zhang J, Hughes RN, Kim N, Fallon IP, Bakhurin K, Kim K, Ulloa Severino FP, Yin HH A one-photon endoscope for simultaneous patterned optogenetic stimulation and calcium imaging in freely behaving mice. Nature Biomedical Engineering, 2022. Online resource.
   6. Watson GDR, Hughes RN, Petter EA, Fallon IP, Kim N, Ulloa Severino FP, Yin HH. Thalamic projections to the subthalamic nucleus contribute to movement initiation and rescue of parkinsonian symptoms. Science Advances, 2021. Online resource.
   7. Cortés-Llanos B, Ulloa Severino FP. 3D Carbon-based scaffolds for brain model and tissue engineering. STEMedicine, 2020. Online resource.
   8. Xiao M, Ulloa Severino FP, Iseppon F, Cheng G, Torre V, Tang M. 3D Free-Standing Ordered Graphene Network Geometrically Regulates Neuronal Growth and Network Formation. Nano Letters, 2020. Online resource. 
   9. Dedola F*, Ulloa Severino FP*, Meneghetti N, Lemaire T, Cafarelli A, Ricotti L, Menciassi A, Cutrone A, Mazzoni A, Micera S. Ultrasound Stimulations Induce Prolonged Depolarization and Fast Action Potentials in Leech Neurons. Engineering in Medicine and Biology, 2020. Online resource. 
   10. Tigani W, Pinzan Rossi M, Artimagnella O, Santo M, Rauti R, Sorbo T, Ulloa Severino FP, Provenzano G, Allegra M, Caleo M, Ballerini L, Bozzi Y, Mallamaci A. Foxg1 Upregulation Enhances Neocortical Activity. Cerebral cortex, 2020. Online resource.
   11. Rauti R, Secomandi N, Martín C, Bosi S, Ulloa Severino FP, Scaini D, Prato M, Vázquez E, Ballerini L. Tuning Neuronal Circuit Formation in 3D Polymeric Scaffolds by Introducing Graphene at the Bio/Material Interface. Advanced Biosystem, 2020. Online resource.
   12. Xiao X, Li X, Song Q, Zhang Q, Lazzarino M, Cheng G*, Ulloa Severino FP*, Torre V*. A Fully 3D Interconnected Graphene–Carbon Nanotube Web Allows the Study of Glioma Infiltration in Bioengineered 3D Cortex-Like Networks. Advanced Materials, 2018. Online resource.

*These authors contributed equally. Para ver el listado completo de publicaciones, se puede consultar en ORCID website

1. UlloaSeverinoLab Github: https://github.com/UlloaSeverinoLab

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