Development of a high-throughput optical assay for functional connectivity in neuron network cultures

master's thesis

• Title (croatian): Razvoj visoko-propusne optičke metode za određivanje funkcionalne povezanosti mreže živčanih stanica u kulturi
• Author: Tea Tompoš
• Mentor: Ruud Toonen (mentor)
• Mentor: Dubravka Hranilović (sumentor)
• Committee member: Dubravka Hranilović (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Julija Erhardt (član povjerenstva)
• Committee member: Sandra Hudina (član povjerenstva)
• Committee member: Sofia Ana Blažević (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Science; (Department of Biology); Zagreb
• Defense date and country: 2022-09-27, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Biology

Abstract

Neurons connect into networks via synapses which are plastic and stochastic; however, all
under the control of perfectly coordinated molecular machinery which facilitates synaptic
coupling and communication. Any change to the presynaptic apparatus jeopardizes vesicle
release, thus instantaneously altering neuronal activation. Failed or over- activation of neurons
directly changes patterns of functional connectivity in the neural network, whose emergence is
still a big neuroscientific mystery. For that reason, studying synaptic activity is essential for
understanding functional connectivity. Many optical tools are available for probing networkwide dynamics, but little achieve single-synaptic resolution. I used a novel intensity-based
glutamate-sensing fluorescence reporter (iGluSnFR) to explore its potential to report singlesynaptic activity in vitro. iGluSnFR successfully reported evoked and spontaneous synaptic
glutamate release. It also detected subtle differences in genetically modified synaptic activity
when compared to wild-type. Therefore, it proved equipped to resolve many synapse-related
questions. If applied in large-scale network research, iGluSnFR will contribute to better
understanding of physiological and pathological changes in neural networks.

Abstract (croatian)

Neuroni se udružuju u mreže putem sinapsi čija je aktivnost, iako promjenjiva i nepredvidiva,
pod kontrolom koordiniranih molekularnih procesa koji olakšavaju sinaptičko povezivanje i
komunikaciju. Svaka promjena u djelovanju presinaptičkih molekula ugrožava kontrolirano
oslobađanje vezikula, što odmah utječe na daljnju aktivaciju neurona. Neispravna ili pretjerana
aktivacija neurona izravno mijenja obrasce funkcionalne povezanosti u neuronskoj mreži.
Nastanak tih obrazaca još je uvijek velika nepoznanica u neuroznanosti. Iz tog je razloga
proučavanje sinaptičke aktivnosti ključno za razumijevanje funkcionalne povezanosti neurona
u mreži. Postoje mnogi optički alati za ispitivanje aktivacije neurona u mreži, ali malo ih
postiže rezoluciju pojedinačnih sinapsi. U ovom je radu korišten novi fluorescentni reporter
iGluSnFR (eng. intensity-based glutamate-sensing fluorescence reporter) pri čemu je
istraživan njegov potencijal za mjerenje aktivnosti pojedinačnih sinapsi in vitro. iGluSnFR je
pokazao efikasnost u mjerenju presinaptičkog glutamata oslobođenog nakon stimulacije ili
spontane sinaptičke aktivnosti. Također, iGluSnFR je otkrio suptilne razlike u genetski
modificiranoj sinaptičkoj aktivnosti u usporedbi s divljim tipom. Stoga se iGluSnFR pokazao
učinkovitim za rješavanje mnogih pitanja vezanih uz sinaptičku aktivnost. Primjena iGluSnFR
reportera u istraživanju neuronskih mreža pridonijet će boljem razumijevanju njihovih
fizioloških i patoloških promjena.

• Keywords: iGluSnFR; synapse; glutamate; optical reporter; fluorescence imaging
• Keywords (croatian): iGluSnFR; sinapsa; glutamat; optički reporter; fluorescencijska mikroskopija
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:087606
• Study programme: Title: Experimental Biology; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra eksperimentalne biologije (magistar/magistra eksperimentalne biologije)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access; Embargo expiration date: 2024-09-27
• Created on: 2022-10-21 10:00:20