Süsteemibioloogia labor
Uurimisrühma juht
Seotud struktuuriüksus
TalTech prioriteetne teadussuund
Ülevaade
Süsteemibioloogia laboratoorium tegutseb biofüüsika ning bioenergeetika vallas, keskendudes südamerakus toimuvate protsesside uurimisele. Kasutades nii eksperimentaaltööd kui matemaatilist modelleerimist uuritakse rakusisest kompartmentatsiooni ning difusioonitakistusi ning nende mõju rakuenergeetikale; mitokondrite funktsionaalse struktuuri mõju rakuhingamisele; energia ülekande mehhanisme rakkudes ning südameraku mehaanika ning energeetika omavaheline seost.Uurimisrühma väljundiks on ka vabatarkvara arendamine rühmas väljatöötatud analüüsitehnikatele nagu näiteks bioloogiliste protsesside kineetika katseandme sisestus- ja töötlusplatform, dekonvolutsioon konfokaal mikroskoopia piltide parendamiseks, sarkomeeri pikkuse reaalajas määramise algoritm.
Uurimisrühma liige
Klassifikaator (Frascati)
Võtmesõna
süda
biofüüsika
bioenergeetika
elektrofüsioloogia
biomehaanika
rakusisene difusioon
fluorestsentsmikroskoopia
fluorestsentsi korrelatsioonispektroskoopia
Seotud projektid
Uuenduslik digitaalne platvorm varjatud nähtuste avastamiseks bioloogilistes funktsioonides tehisintellekti abil
Processing of confocal microscopy images (collaboration with PerkinElmer, USA)
Tähtsamad tulemused
2024. aastal keskenduti südamerakus toimuvate protsesside uurimisele. Kasutades nii eksperimentaaltööd kui matemaatilist modelleerimist uuriti rakusisest kompartmentatsiooni ning difusioonitakistusi ning nende mõju rakuenergeetikale; mitokondrite funktsionaalse struktuuri mõju rakuhingamisele; energia ülekande mehhanisme rakkudes ning südameraku mehaanika ning energeetika omavahelist seost. Südamelihasrakus on kirjeldatud kaht tüüpi difusioonitaksistusi, mis arvatavalt mängivad suurt rolli energia ülekandes, signaliseerimises, apoptootiliste faktorite ja reaktiivsete hapniku radikaalide jaotuses. Oma uuringutes keskendusime nende difusioonitakistuste rolli määramisele nii terves südames kui ka patoloogilistes tingimustes. Selleks on kasutusel muundatud rakuenergeetika süsteemiga geenmuundatud hiireliin, mis võimaldab meil hinnata erinevate ioonide ja molekulide voogude mõju ja ka selle kaudu difusioonitakistuste rolli südamerakkudes. Kasutades eelpool mainitud hiiri, näitasime kuidas rakuenergeetikas olulise metaboliidi (kreatiini) puuduslikkus viib rakusiseste kohanemisteni nii energiaülekandesüsteemides kui ka kaltsiumi signaliseerimises. Antud uuringud on baasiks rühmagrandi projektile, mis keskendub erinevate protsesside interaktsioonide uurimisele südamelihasrakus.
- Birkedal, R., Laasmaa, M., Branovets, J., Vendelin, M. Ontogeny of cardiomyocytes : ultrastructure optimization to meet the demand for tight communication in excitation–contraction coupling and energy transfer // Philosophical Transactions of the Royal Society B : Biological Sciences (2022) vol. 377, 1864, art. 20210321.
https://doi.org/10.1098/rstb.2021.0321 - Shen, X., Brink, J. van den , Bergan-Dahl, A., Kolstad, T. R., Norden, E. S., Hou, Y., Laasmaa, M., Aguilar-Sanchez, Y., Quick, A. P., Espe, E. K. S. et al. Prolonged β-adrenergic stimulation disperses ryanodine receptor clusters incardiomyocytes and has implications for heart failure // eLife (2022) vol. 11, art. e77725.
https://doi.org/10.7554/eLife.77725 - Bartkova, S., Vendelin, M., Sanka, I., Pata, P., Scheler, O. Droplet image analysis with user-friendly freeware CellProfiler // Analytical methods (2020) vol. 12, 17, p. 2287-2294 : ill.
https://doi.org/10.1039/D0AY00031K - Barsunova, K., Vendelin, M., Birkedal, R. Marker enzyme activities in hindleg from creatine-deficient AGAT and GAMT KO mice - differences between models, muscles, and sexes // Scientific reports (2020) vol. 10, 1, Art. 7956, 9 p.
https://doi.org/10.1038/s41598-020-64740-8 - Branovets, J., Karro, N., Barsunova, K., Laasmaa, M., Lygate, C.A., Vendelin, M., Birkedal, R. Cardiac expression and location of hexokinase changes in a mouse model of pure creatine deficiency // American journal of physiology-heart and circulatory physiology (2021) vol. 320, 2, p. H613−H629.
https://doi.org/10.1152/ajpheart.00188.2020 - Vendelin, M., Laasmaa, M., Kalda, M., Branovets, J., Karro, N., Barsunova, K., Birkedal, R. IOCBIO Kinetics : an open-source software solution for analysis of data traces // PLoS computational biology (2020) vol. 16, 12, art. e1008475.
https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008475 - Laasmaa, M., Branovets, J., Barsunova, K., Karro, N., Lygate, C. A., Birkedal, R., Vendelin, M. Altered calcium handling in cardiomyocytes from arginine-glycine amidinotransferase-knockout mice is rescued by creatine // American journal of physiology-heart and circulatory physiology (2020) vol. 320, 2, p. H805-H825.
https://doi.org/10.1152/ajpheart.00300.2020 - Kalda, M., Vendelin, M. Cardiac muscle regulatory units are predicted to interact stronger than neighboring cross-bridges // Scientific reports (2020) vol. 10, 1, art. 5530, 13 p. : ill.
https://doi.org/10.1038/s41598-020-62452-7 - Bartkova, S., Vendelin, M., Pata, P., Scheler, O. Cellprofiler is a fit tool for droplet digital image analysis // 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2019) Basel, Switzerland, 27 – 31 October 2019. New York : Chemical and Biological Microsystems Society, 2020. art. 163704, p. 1644-1645.
https://doi.org/10.1101/811869 - Lu, P., Veletić, M., Laasmaa, M., Vendelin, M. et al. Multi-nodal nano-actuator pacemaker for energy-efficient stimulation of cardiomyocytes // Nano Communication Networks (2019) vol. 22, dec., art. 100270, 11 p. : ill.
https://doi.org/10.1016/j.nancom.2019.100270 - Karro, N., Laasmaa, M., Vendelin, M., Birkedal Nielsen, R. Respiration of permeabilized cardiomyocytes from mice: no sex differences, but substrate-dependent changes in the apparent ADP-affinity // Scientific reports (2019) vol. 9, 1, art. 12592.
https://doi.org/10.1038/s41598-019-48964-x - Laasmaa, M., Lu, P., Veletic, M., Vendelin, M. et al. Energy-efficiency of cardiomyocyte stimulation with rectangular pulses // Scientific reports (2019) vol. 9, 1, art. 13307, p. 1−9.
https://doi.org/10.1038/s41598-019-49791-w - Laasmaa, M., Karro, N., Birkedal, R., Vendelin, M. IOCBIO Sparks detection and analysis software // PeerJ (2019) vol. 7, Issue 3, art. e6652, 28 p. : ill.
https://doi.org/10.7717/peerj.6652 - Engelbrecht, J., Peets, T., Tamm, K., Laasmaa, M., Vendelin, M. On the complexity of signal propagation in nerve fibres // Proceedings of the Estonian Academy of Sciences (2018) vol. 67, 1, p. 28-38 : ill.
https://doi.org/10.3176/proc.2017.4.28 http://www.ester.ee/record=b2355998*est https://artiklid.elnet.ee/record=b2835629*est - Laasmaa, M., Branovets, J., Stolova, J., Shen, X., Rätsepso, T., Balodis, M. J., Grahv, C., Hendrikson, E., Louch, W. E., Birkedal, R., Vendelin, M. Cardiomyocytes from female compared to male mice have larger ryanodine receptor clusters and higher calcium spark frequency // Journal of Physiology (2023) vol. 601, 18, p. 4033-4052 : ill.
https://doi.org/10.1113/JP284515 - Risti, R., Gunn, K. H., Hiis-Hommuk, K., SeebaN-N., Karimi, H., Villo, L., Vendelin, M., Neher, S. B., Lõokene, A. Combined action of albumin and heparin regulates lipoprotein lipase oligomerization, stability, and ligand interactions // PLoS ONE (2023) vol. 18, 4, art. e0283358, 24 p. : ill.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0283358 - Branovets J., Soodla K., Vendelin M., Birkedal R. Rat and mouse cardiomyocytes show subtle differences in creatine kinase expression and compartmentalization // PLoS ONE (2023) art. 18, 11, art. e0294718.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0294718 - Jaska, L., Birkedal, R., Laasmaa, M., Vendelin, M. Simple analysis of gel images with IOCBIO gel software // Bio-protocol (2024) vol. 14, 16, art. e5053, 12 p.
https://doi.org/10.21769/BioProtoc.5053 - Suut-Tuule, E., Jarg, T., Tikker, P., Lootus, K-M., Martõnova, J., Reitalu, R., Ustrnul, L., Ward, J. S.; Rjabovs, V., Shubin, K., Nallaparaju, J. V., Vendelin, M., Preis, S., Öeren, M., Rissanen, K., Kananovich, D., Aav, R. Mechanochemically driven covalent self-assembly of a chiral mono-biotinylated hemicucurbit[8]uril // Cell reports physical science (2024) vol. 5, 9, art. 102161.
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.102161