ΣΙΣΛΟ. «H ζπκβνιή ηνπ γινπηακηλεξγηθνχ ππνδνρέα NMDA ζηελ πιαζηηθφηεηα ηνπ αλαπηπζζφκελνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο»

Transcript

1

2 ΣΙΣΛΟ «H ζπκβνιή ηνπ γινπηακηλεξγηθνχ ππνδνρέα NMDA ζηελ πιαζηηθφηεηα ηνπ αλαπηπζζφκελνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο». 1

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πεπίλητη 1. Δηζαγωγή 1.1 Οπηηθό ζύζηεκα Αλαηνκηθή νξγάλσζε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο Ακθηβιεζηξνεηδήο ρηηώλαο Αλαηνκηθή θαη ιεηηνπξγηθή νξγάλσζε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο Οπηηθόο θινηόο Αλαηνκηθή θαη ιεηηνπξγηθή νξγάλσζε ηνπ νπηηθνχ θινηνχ Κξηηηθή πεξίνδνο ζην νπηηθό ζύζηεκα Πιαζηηθόηεηα ηνπ νπηηθνύ ζπζηήκαηνο Υπνδνρείο NMDA Τπνδνρείο NMDA Ρφινο ηεο θσζθνξπιίσζεο ηνπ ππνδνρέα NMDA Οη ππνδνρείο NMDA ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα Ο ξφινο ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζηελ αλάπηπμε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο Τπνδνρείο NMDA θαη πιαζηηθφηεηα Αζβέζηην θαη αζβεζηηνεμαξηψκελεο θηλάζεο θαη θσζθαηάζεο Σθοπός ηες εργαζίας 54 3.Υιηθά θαη κέζοδοη Μέζνδνο Πεηξακαηφδσα θαη πεξηβάιινλ Απνκφλσζε ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη νπηηθνχ θινηνχ Οκνγελνπνίεζε δεηγκάησλ Μέηξεζε ζπγθέληξσζεο πξσηείλεο SDS-PAGE ειεθηξνθφξεζε Ζιεθηξνκεηαθνξά Αλίρλεπζε ηνπ ζήκαηνο Μέηξεζε ησλ πξσηεηληθψλ δεηγκάησλ ηαηηζηηθή αλάιπζε Υιηθά Απνκφλσζε ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη νπηηθνχ θινηνχ Οκνγελνπνίεζε δεηγκάησλ Μέηξεζε ζπγθέληξσζεο πξσηείλεο SDS-PAGE ειεθηξνθφξεζε Ζιεθηξνκεηαθνξά Αλίρλεπζε ηνπ ζήκαηνο 72 2

4 4. Αποηειέζκαηα Σσδήηεζε Βηβιηογραθία 108 3

5 1. ΕΙΑΓΩΓΗ 4

6 1.1 ΟΠΣΙΚΟ ΤΣΗΜΑ Σν νπηηθφ ζχζηεκα επηηειεί ηελ ιεηηνπξγία ηεο φξαζεο ηελ κεηαηξνπή δειαδή ησλ πξνηππνπνηεκέλσλ θσηεηλψλ εξεζηζκάησλ ζε νπηηθή αληίιεςε, κε ζηφρν ηελ αλαγλψξηζε ησλ αληηθεηκέλσλ θαη ηελ ζέζε ηνπο ζην ρψξν. Αλ θαη ν νθζαικφο είλαη ππεχζπλνο γηα ηελ κεηαηξνπή ησλ θσηεηλψλ εξεζηζκάησλ ζε λεπξηθά ζήκαηα, ν εγθέθαινο είλαη απηφο πνπ ηειηθά δηακνξθψλεη ηελ νπηηθή αληίιεςε ΑΝΑΣΟΜΙΚΗ ΟΡΓΑΝΩΗ ΣΟΤ ΟΠΣΙΚΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ Ζ αξρηθή επεμεξγαζία ηεο εηθφλαο ιακβάλεη ρψξα ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή. Απφ ηνλ ακθηβιεζηξνεηδή νη λεπξηθέο ίλεο πξνβάιινπλ ζε ηέζζεξνπο ππξήλεο κε δηαθνξεηηθέο ιεηηνπξγίεο: ζηνλ έμσ γνλαηψδε ππξήλα ή ζψκα γηα ηελ αληίιεςε ησλ αληηθεηκέλσλ, ζηνλ ππξήλα ηνπ άλσ δηδπκίνπ γηα ηνλ έιεγρν ησλ θηλήζεσλ ηνπ νθζαικνχ, ζηνλ πξνηεηξαδπκηθφ ππξήλα γηα ηνλ έιεγρν ηεο θφξεο ηνπ νθζαικνχ θαη ζηνλ ππεξρηαζκαηηθφ ππξήλα γηα ηνλ έιεγρν ηνπ θηξθάδεηνπ ξπζκνχ θαη ησλ νξκνληθψλ αιιαγψλ. (Δηθ ) ζξω γονατώδησ πυρήνασ οπτικόσ φλοιόσ υπερχιαςματικόσ πυρήνασ προτετραδυμικόσ πυρήνασ Δηθόλα ηηο πεξηζζφηεξεο απφ ηηο παξαπάλσ πεξηνρέο αιιά θαη ζε αλψηεξα θέληξα ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο, ππάξρεη ηνπνγξαθηθή νξγάλσζε. Ο ακθηβιεζηξνεηδήο πξνβάιιεη ζηνλ έμσ γνλαηψδε ππξήλα κε νξγαλσκέλε δνκή. πγθεθξηκέλα γεηηνληθέο πεξηνρέο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο πξνβάιινπλ ζε γεηηνληθέο πεξηνρέο ηνπ 5

7 έμσ γνλαηψδνπο ππξήλα κε απνηέιεζκα λα αλαπαξάγεηαη έλαο ράξηεο ηνπ νπηηθνχ πεδίνπ ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ζηνλ ππξήλα. Ο έμσ γνλαηψδεο ππξήλαο έρεη δηάθνξεο ζηηβάδεο θαη νη δπν νθζαικνί πξνβάιινπλ ζε μερσξηζηέο απφ απηέο. Ο έμσ γνλαηψδεο ππξήλαο πξνβάιιεη ζηνλ πξσηνηαγή νπηηθφ θινηφ (V1) πνπ είλαη επίζεο γλσζηφο θαη σο ηαηλησηφο θινηφο ιφγσ ηεο ηαηλησηήο ηνπ εκθάληζεο καθξνζθνπηθά. Ο πξσηνηαγήο νπηηθφο θινηφο είλαη ε πεξηνρή φπνπ ζπγθεληξψλνληαη ηα εξεζίζκαηα θαη απφ ηνπο δχν νθζαικνχο. Τπάξρνπλ επίζεο πξνβνιέο ζηνλ θινηφ απφ ηνλ ππεξρηαζκαηηθφ ππξήλα γλσζηή σο εμσηαηλησηή νδφο. (Δηθ ) Οπτικόσ φλοιόσ Στιβάδεσ φλοιοφ μονόφθαλμη αντιπροςώπευςη διόφθαλμη αντιπροςώπευςη Στιβάδα 1 Στιβάδα 2/3 Στιβάδα 4 Στιβάδα 5/6 ζξω γονατώδεσ ςώμα Οπτικό χίαςμα Επιλογή προςανατολιςμοφ αμφιβληςτροειδήσ Υπερχιαςματικόσ πυρήνασ Δηθόλα ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο ησλ ζειαζηηθψλ: Ο ακθηβιεζηξνεηδήο πξνβάιιεη δηακέζνπ ηνπ νπηηθνχ ρηάζκαηνο ζην έμσ γνλαηψδεο ζψκα θαη ζηνλ ππεξρηαζκαηηθφ ππξήλα. Οη ρξσκαηηθέο αληηζέζεηο ππνδεηθλχνπλ εξεζίζκαηα εηζφδνπ απφ ην θάζε κάηη. Ο έμσ γνλαηψδεο ππξήλαο πξνβάιιεη ζηνλ νπηηθφ θινηφ. Ζ νξγάλσζε ηνπ νπηηθνχ θινηνχ θαίλεηαη επάλσ δεμηά φπνπ δηαθξίλνληαη νη ζηήιεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο θαη επηινγήο πξνζαλαηνιηζκνχ. 6

8 1.2 ΑΜΥΙΒΛΗΣΡΟΕΙΔΗ ΦΙΣΩΝΑ 7

9 1.2.1 ΑΝΑΣΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΛΔΙΣΟΤΡΓΙΚΗ ΟΡΓΑΝΩΗ ΣΟΤ ΑΜΦΙΒΛΗΣΡΟΔΙΓΟΤ Ο ακθηβιεζηξνεηδήο είλαη ν ζπνπδαηφηεξνο απν ηνπο ρηηψλεο ηνπ νθζαικνχ θαη ζε απηφλ επηηπγράλεηαη ε πξψηε θάζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο φξαζεο, ε κεηαηξνπή δειαδή ηεο θσηεηλήο ελέξγεηαο ζε θσηεηλφ εξέζηζκα. Πεξηζζφηεξν απφ 80% ησλ αηζζεηηθψλ εξεζηζκάησλ ηνπ αλζξψπνπ ιακβάλεη ρψξα ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα, απαζρνιψληαο πεξίπνπ ην έλα ηξίην ηνπ εγθεθάινπ γηα ηελ επεμεξγαζία ηνπο. Ο ακθηβιεζηξνεηδήο ρηηψλαο απνηειεί ηελ πχιε ηνπ θεληξηθνχ λεπξηθνχ ζπζηήκαηνο (ΚΝ), είλαη ην απινχζηεξν θαη θαιχηεξα νξγαλσκέλν ηκήκα ηνπ ελψ ηα ηδηαίηεξα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ ην θαζηζηνχλ άξηζην πεδίν γηα ηελ έξεπλα 1,2. Ο ακθηβιεζηξνεηδήο ρηηψλαο απνηειείηαη απφ έμη ηχπνπο λεπξψλσλ: ηνπο θσηνππνδνρείο, ηα νξηδφληηα θχηηαξα, ηα δίπνια, ηα βξαρχηλα, ηα δηθηπσηά θαη ηα γαγγιηαθά θχηηαξα 3,4 (Δηθ.1.2-1). Οη λεπξψλεο βξίζθνληαη ζε ζηελή επαθή κεηαμχ ηνπο θαη ππνζηεξίδνληαη απφ αθηηλσηά θχηηαξα γινίαο, ηα θχηηαξα Müller. Σα εμσηεξηθά ηκήκαηα ησλ θσηνυπνδνρέσλ εηδηθεχνληαη ζηελ παγίδεπζε ηνπ θσηφο θαη ιακβάλνπλ ιεηηνπξγηθή ππνζηήξημε απφ ηα θχηηαξα ηνπ κειάρξνπ επηζειίνπ πνπ βξίζθνληαη ακέζσο εμσηεξηθά απηψλ. Ο ακθηβιεζηξνεηδήο δελ κεηαηξέπεη κφλνλ ην θσηεηλφ εξέζηζκα ζε λεπξηθά ζήκαηα αιιά επεμεξγάδεηαη επίζεο πιεξνθνξίεο, φπσο γηα παξάδεηγκα ζπκβαίλεη ζηα πηελά. ηα ζειαζηηθά σζηφζν, ε επεμεξγαζία ησλ νπηηθψλ ζεκάησλ γίλεηαη θαηά θαλφλα ζηνλ θινηφ, κε απνηέιεζκα ηα νξηδφληηα θαη βξαρχηλα θχηηαξα πνπ είλαη ππέπζπλα γηα ηελ επεμεξγαζία νπηηθψλ πιεξνθνξηψλ ζην επίπεδν ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο, λα παξνπζηάδνπλ κηθξή κεηαμχ ηνπο δηαθνξνπνίεζε 2,4. Δηθόλα \ρεκαηηθή απεηθφλεζε ησλ θπηηαξηθψλ ηχπσλ ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη ησλ ζπλδεζεψλ ηνπο θαηά ηελ κεηάδνζε ηεο πιεξνθνξίαο. Amacrine: ακαθξηλή Bipolar : δίπνια Horizontal: νξηδφληηα Ganglion : γαγγιηαθά Cone, Rod: θσλία, ξαβδία 8

10 Ηζηνινγηθά ηα θχηηαξα ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη νη πξνζεθβνιέο ηνπο ηαμηλνκνχληαη ζε δέθα ζηηβάδεο (Δηθ ) νη νπνίεο δηαρσξίδνληαη ζηηο θάησζη 3,18 : Μειάρξνπλ επηζήιην (RPE) Ζ ζηηβάδα ησλ θσηνυπνδνρέσλ πνπ πεξηιακβάλεη ηφζν ηα εμσηεξηθά φζν θαη ηα εζσηεξηθά ηνπο ηκήκαηα (Ph). Οη θσηνππνδνρείο απνηεινχληαη απν ηα θσλία θαη ηα ξαβδία. Ζ εμσηεξηθή αθνξηζηηθή κεκβξάλε πνπ ζηελ νπζία δελ πξφθεηηαη γηα πξαγκαηηθή κεκβξάλε αιιά γηα κηα ιεπηή δψλε κε αλαξίζκεηεο ζπλδέζεηο κεηαμχ ησλ θπηηάξσλ Müller αιιά θαη ησλ θσηνυπνδνρέσλ (ε εκθάληζε σο κεκβξάλε αληηπξνζσπεχεη ςεπδέο εχξεκα ηνπ νπηηθνχ κηθξνζθνπίνπartifact) Ζ έμσ θνθθψδεο ζηηβάδα πνπ πεξηιάκβάλεη ηα θπηηαξηθά ζψκαηα ησλ θσηνυπνδνρέσλ θαη ηηο πξνζεθβνιέο ηνπο (ONL) Ζ έμσ δηθηπσηή ζηηβάδα πνπ ζρεκαηίδεηαη απφ ηηο ζπλάςεηο κεηαμχ ησλ θσηνυπνδνρέσλ, ησλ δίπνισλ θαη ησλ νξηδφληησλ θπηηάξσλ (OPL) Ζ έζσ θνθθψδεο ζηηβάδα πνπ πεξηιακβάλεη ηα θπηηαξηθά ζψκαηα θαη ηνπο άμνλεο ησλ νξηδφληησλ, δίπνισλ, βξαρχηλσλ θαη δηθηπσηψλ θπηηάξσλ (interplexiform) θαη ηνπο ππξήλεο ησλ θπηηάξσλ Müller (INL) Ζ έζσ δηθηπσηή ζηηβάδα πνπ ζρεκαηίδεηαη απφ ηηο ζπλάςεηο κεηαμχ δίπνισλ, βξαρχηλσλ θαη γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ (IPL) Ζ ζηηβάδα ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ε νπνία πεξηέρεη επίζεο αξθεηά βξαρχηλα θχηηαξα (GCL) Οη ίλεο ηνπ νπηηθνχ λεχξνπ πνπ πεξηέρνπλ ηνπο άμνλεο ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ (OFL) Ζ έζσ αθνξηζηηθή κεκβξάλε πνπ ζρεκαηίδεηαη απφ ηνπο ηειηθνχο πνδίζθνπο ησλ θπηηάξσλ Müller 9

11 Δηθόλα Δεμηά: ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο ηζηνινγηθήο νξγάλσζεο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο. Αξηζηεξά: Δηθφλα κηθξνζθνπίνπ δηαηνκήο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο xηηψλα θαη ησλ επηκέξνπο ζηηβάδσλ ηνπ. Σν βέινο ππνδεηθλχεη ηελ θαηεχζπλζε εηζφδνπ ηνπ θσηφο ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα. ONL: έμσ θνθθψδεο ζηηβάδα, OPL: έμσ δηθηπσηή ζηηβάδα, INL: έζσ θνθθψδεο ζηηβάδα, IPL: έζσ δηθηπσηή ζηηβάδα, GCL: ζηηβάδα ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ, OFL: ίλεο ηνπ νπηηθνχ λεχξνπ, pigment epithelium: κειάρξνπλ επηζήιην, choroid: ρνξηνεηδήο, photoreceptor: θσηνππνδνρέαο Γεληθά ε νξγάλσζε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο είλαη φκνηα κε απηή ησλ ππνινίπσλ αηζζεηηθψλ ζπζηεκάησλ ηνπ νξγαληζκνχ. ε φια ππάξρνπλ ππνδνρείο πνπ κεηαθέξνπλ πιεξνθνξίεο ζηνλ εγθέθαιν δηακέζνπ κηαο ζεηξάο λεπξψλσλ. ην νπηηθφ ζχζηεκα ηα θχηηαξα ησλ θσηνππνδνρέσλ παγηδεχνπλ ηελ εμσηεξηθή πιεξνθνξία (θσηφληα) ηελ κεηαηξέπνπλ ζε ελα ζπκβαηφ ζηνλ θπηηαξηθφ θφζκν θαηλφκελν (αιιαγή κεκβξαληθήο αληίζηαζεο) θαη πεξλνχλ ηελ πιεξνθνξία ζηνλ εγθέθαιν δηακέζνπ κηαο ζεηξάο λεπξψλσλ 5. ηελ απινχζηεξε πεξίπησζε ε αιπζίδα απηή απνηειείηαη απφ ην δίπνιν θχηηαξν (2 εο ηάμεο λεπξψλαο) πνπ αθνινπζείηαη απφ ην γαγγιηαθφ θχηηαξν (Δηθ.1.2-1). Σα γαγγιηαθά θχηηαξα κε ηε ζεηξά ηνπο κεηαθέξνπλ ηελ νπηηθή πιεξνθνξία ζην έμσ γνλαηψδεο ζψκα θαη ελ ζπλερεία νη νπηηθέο ηαηλίεο κεηαθέξνπλ ηελ νπηηθή πιεξνθνξία ζηνλ νπηηθφ θινηφ. Σα ζήκαηα 10

12 ηξνπνπνηνχληαη ζε θάζε ζπλαπηηθφ επίπεδν. ηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα ε ζηαηηθή θπξίσο πιεξνθνξία, πθίζηαηαη επεμεξγαζία ζην επίπεδν ηεο πξψηεο ζχλαςεο πνπ είλαη ε έμσ δηθηπσηή ζηηβάδα, ελψ ε θαζηθή πιεξνθνξία (θίλεζε) επεμεξγάδεηαη ζην επίπεδν ηεο δεχηεξεο ζχλαςεο ζηελ έζσ θνθθψδε ζηηβάδα 6. Σν ζήκα δελ αθνινπζεί πάληνηε ηελ απινχζηεξε δπλαηή νδφ. ην κνλνπάηη ησλ ξαβδίσλ ε πιεξνθνξία δελ πεξλά άκεζα απφ ηα δίπνια θχηηαξα ζηα γαγγιηαθά αιιά δηακέζνπ ελφο ελδηάκεζνπ λεπξψλα ηνπ ΑΗΗ βξαρχηλνπ θπηηάξνπ 7. Οη λεπξψλεο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ζρεκαηίδνπλ έλα δίθηπν πνπ επηηξέπεη ηελ παξάιιειε επεμεγαζία νπηηθψλ εξεζηζκάησλ θάηη πνπ απνηειεί ραξαθηεξηζηηθφ ησλ λεπξηθψλ ζπζηεκάησλ ησλ ζπνλδπισηψλ φζνλ αθνξά ηελ δηαρείξηζε ηεο εηζεξρφκελεο πιεξνθνξίαο. Καη απηφ ηνλ ηξφπν γίλεηαη δπλαηφ λα πξνθχςνπλ δηαθνξεηηθά είδε πιεξνθνξίαο απφ ηηο απαληήζεηο ησλ θπηηάξσλ ησλ θσηνυπνδνρέσλ νη νπνίεο ζηελ ζπλέρεηα ζηέιλνληαη κε παξάιιειεο νδνχο ζε αλψηεξα νπηηθά θέληξα ηνπ εγθεθάινπ 8. Ο ακθηβιεζηξνεηδήο έρεη δηαθνξεηηθέο νδνχο γηα ηελ αλίρλεπζε ηνπ θσηφο πνπ νλνκάδνληαη ΟΝ θαη OFF νδνί (Δηθ ). Δληζρχνπλ ην εηζεξρφκελν εξέζηζκα ζηέιλσληαο δηεγεξηηθά ζήκαηα ζην θεληξηθφ λεπξηθφ ζχζηεκα ζε απάληεζε ησλ αιιαγψλ ηεο έληαζεο ηνπ θσηφο. ια ηα θχηηαξα ησλ θσηνυπνδνρέσλ ησλ ζπνλδπισηψλ ππεξπνιψλνληαη παξνπζία θσηφο. Σν ζήκα απηφ πεξλά είηε ακεηάβιεην ζηα OFF δίπνια θχηηαξα κέζσ κίαο ζχλαςεο ζπληήξεζεο ηνπ ζήκαηνο, είηε αλαζηξέθεηαη σο παξνπζία εθπφισζεο ησλ ΟΝ δηπφισλ θπηηάξσλ κέζσ κηαο ζχλαςεο αλαζηξνθήο ηνπ ζήκαηνο. ηελ πεξίπησζε ησλ θσλίσλ νη ζπγθεθξηκέλεο νδνί είλαη ήδε εκθαλείο ζην επίπεδν ηεο έμσ δηθηπσηήο ζηηβάδαο φπνπ ηα θσλία ζπλδένληαη κε δχν ηχπνπο δηπφισλ θπηηάξσλ πνπ έρνπλ είηε «επίπεδεο» (OFF) είηε «εγθνιπσκέλεο» (ON) ζπλάςεηο, νη νπνίεο θαηαιήγνπλ ζηελ ππνζηηβάδα α (ΟFF) ή β (ΟΝ) αληίζηνηρα ηεο έζσ δηθηπσηήο ζηηβάδαο 9,10 (Δηθ ). Σα ξαβδία ζπλδένληαη κε έλαλ κφλν ηχπν δηπφισλ θπηηάξσλ ηα νπνία θαη εθπνιψλνληαη 11. Καηά ζπλέπεηα ζηελ φξαζε ζην ζθνηάδη ν ON / OFF δηαρσξηζκφο πθίζηαηαη κφλνλ φηαλ ην ζήκα πεξλά ζηα ΟΝ θαη ΟFF θαλάιηα θσλίσλ κέζσ ησλ ΑΗΗ ακαθξηλψλ θπηηάξσλ. Σα θχηηαξα απηά δέρνληαη εξεζίζκαηα απφ ηα δίπνια θχηηαξα ησλ ξαβδίσλ θαη ηα νπνία δηνρεηεχνπλ είηε ζε OFF δίπνια θχηηαξα κέζσ κηαο ρεκηθήο ζχλαςεο είηε ζηα ΟΝ δίπνια θχηηαξα κέζσ κηαο ραζκαηνζχλδεζεο (gap junction) 12,13. 11

13 Δηθόλα Ο ακθηβιεζηξνεηδήο έρεη δηαθνξεηηθέο νδνχο γηα ηελ αλίρλεπζε ηνπ θσηφο πνπ νλνκάδνληαη ΟΝ θαη OFF νδνί. IPL: έζσ δηθηπσηή ζηηβάδα, OFF ganglion cells: γαγγιηαθά θχηηαξα OFF, ON ganglion cells:γαγγιηαθά θχηηαξα ON, sublamina a,b: ππνζηηβάδα α,β Σα δίπνια θχηηαξα ζρεκαηίδνπλ ζπλάςεηο κε αληίζηνηρνπο ηχπνπο γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ. Καηά ζπλέπεηα νη δελδξηηηθνί άμνλεο ησλ γαγγιηαθψλ ON θπηηάξσλ ζηξσκαηνπνηνχληαη ζηελ ππνζηηβάδα β πνπ εληνπίδεηαη ζηα έζσ ηεο έζσ δηθηπσηήο ζηηβάδαο ελψ απηνί ησλ γαγγιηαθψλ OFF θπηηάξσλ, ζηξσκαηνπνηνχληαη ζηελ ππνζηηβάδα α πξνο ηα έμσ ηεο έζσ δηθηπσηεο ζηηβάδαο (Δηθ ). Με δηαθνξεηηθέο νδνχο κέζσ ησλ θσλίσλ γίλεηαη επίζεο ε αλάιπζε ιεπηνκεξεηψλ ηεο εηθφλαο φπσο θαη ε αλίρλεπζε ησλ ελαιιαγψλ ηεο έληαζεο ηνπ θσηφο απφ ηα ιεγφκελα P (parvocellular) θαη M (magnocellular) θχηηαξα. Σα θχηηαξα Ρ θσδηθνπνηνχλ ρξψκα ελψ ηα Μ αληαπνθξίλνληαη ζε έλα επξχ θάζκα εξεζηζκάησλ 14,15. Καη απηά ηα ζπζηήκαηα παξνπζηάδνπλ ON θαη OFF ππνδηαηξέζεηο επίζεο φπσο πεξηγξάθεζαλ παξαπάλσ. Παξάιιεια ζπζηήκαηα ζεκαηνδφηεζεο ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα απνηεινχλ επίζεο θχηηαξα πνπ είλαη εθιεθηηθά σο πξφο ηελ θαηεχζπλζε, αληαπνθξηλφκελα ζε αξγέο θηλήζεηο ηεο εηθφλαο θαη θχξην γλψκνλα ηεο θίλεζεο παξφκνην κε απηφλ ζηνλ νπνίν αληαπνθξίλνληαη ηα επίπεδα ησλ εκηθχθιησλ ζσιήλσλ ηνπ εζσηεξηθνχ σηφο. Σν ζχζηεκα απηφ αλήθεη ζην βνεζεηηθφ νπηηθφ ζχζηεκα (accessory oξtic system) θαη θαίλεηαη λα αληρλεχεη ηηο ηδίεο θηλήζεηο ηνπ νθζαικνχ (self motion) έηζη ψζηε θαηάιιειεο δηνξζσηηθέο πξνζαξκνγέο λα εμαζθαιίδνπλ θαζαξή θαη ζηαζεξή εηθφλα ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή. 12

14 Αιιειεπηδξάζεηο κεηαμχ ησλ παξάιιεισλ ζπζηεκάησλ ηεο νπηηθήο νδνχ δεκηνπξγνχλ ηελ «θέληξνπ-πεξηθέξεηαο» νξγάλσζε ησλ ππνδεθηηθψλ πεδίσλ ησλ δηπφισλ θαη γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο. Ζ θεληξηθή πεξηνρή ηνπ ππνδεθηηθνχ πεδίνπ πεξηβάιιεηαη απφ θπθιηθή πεξηνρή ε νπνία παξνπζηάδεη αληίζεηε αληαπφθξηζε ζε θσηεηλφ εξέζηζκα. Ωο εθ ηνχνηπ ε κία αλαηξεί ηελ άιιε, αλ θαη γεληθά νη θεληξηθέο πεξηνρέο επηθξαηνχλ 16,17. ηα θχηηαξα Ρ ε αληαπφθξηζε ησλ θεληξηθψλ πεξηνρψλ αθνινπζεί ηελ αθηηλψηε επαγσγή (θσηνππνδνρείο - δίπνια - γαγγιηαθά), ελψ ην αληίζεην απνηέιεζκα ηεο πεξηθέξεηαο κεζνιαβείηαη απφ ηελ αλάδξνκε αλαζηνιή ησλ νξηδφληησλ θπηηάξσλ επί ησλ θσηνυπνδνρέσλ ζηελ έμσ δηθηπσηή ζηηβάδα. Ρόλορ ηηρ ηλεκηπικήρ δπαζηηπιόηηηαρ ζηη ανάπηςξη ηος αμθιβληζηποειδούρ Ο ηξφπνο κε ηνλ νπνίν ηα γαγγιηαθά θχηηαξα ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο πξνβάινπλ ζην έμσ γνλαηψδεο ζψκα παξνπζηάδεη εθπιεθηηθή αθξίβεηα θαη νξγάλσζε, ελψ ε ιεπηνκεξήο ξχζκηζε ηνπ θαηλνκέλνπ απηνχ ιακβάλεη ρψξα πξίλ απφ ηελ δπλαηφηεηα ηεο νπηηθήο εκπεηξίαο Φαίλεηαη νηη νη αιιειεπηδξάζεηο κεηαμχ ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη έμσ γνλαηψδνπο ζψκαηνο, ηδίσο απηέο πνπ κεζνιαβνχληαη απφ λεπξσληθή δξαζηεξηφηεηα, είλαη ζεκαληηθέο γηα ηελ ξχζκηζε ηεο αξρηθήο απηήο νξγάλσζεο ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο Ο ξφινο ηεο λεπξνδηαβίβαζεο ζηελ δηαδηθαζία απηή θάλεθε απφ ην γεγνλφο νηη ε έγρπζε ηεηξνδνηνμίλεο (TTX), πνπ απνθιείεη ηνπο δηαχινπο λαηξίνπ, εκπφδηζε ηνλ ζρεκαηηζκφ ησλ εηδηθψλ γηα θάζε νθζαικφ ζηηβάδσλ ζηνλ αλαπηπζζφκελν έμσ γνλαηψδε ππξήλα 26,27. Ζ πεγή απηήο ηεο δξαζηεξηφηεηαο ηεο λεπξνδηαβίβαζεο είλαη ν ακθηβιεζηξνεηδήο. Φαξκαθνινγηθνί παξάγνληεο πνπ απνθιείνπλ ηελ δεκηνπξγία δπλακηθψλ ελεξγείαο ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή, θαίλνληαη ηθαλνί λα αλαζηείινπλ ηαπηφρξνλα θαη ηελ δεκηνπξγία ησλ πξναλαθεξζέλησλ εθιεθηηθψλ ζηηβάδσλ ζηνλ εμσ γνλαηψδε ππξήλα 28. Οη παξαηεξήζεηο ινηπφλ απηέο καο νδεγνχλ ζην ζπκπέξαζκα πσο πξηλ ηελ δπλαηφηεηα νπηηθήο εκπεηξίαο, ππάξρεη απζόξκεηε δξαζηεξηόηεηα ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή πνπ απνηειεί αλαγθαία θαη ηθαλή ζπλζήθε γηα ηελ αλάπηπμε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο θαη ζπγθεθξηκέλα ηελ εηδηθή γηα θάζε νθζαικφ νξγάλσζε ησλ ακθηβιεζηξνεηδηθψλ πξνζεθβνιιψλ ζηνλ έμσ γνλαηψδε 13

15 ππξήλα 29. Δπίζεο ηα δπλακηθά απηά ελεξγείαο είλαη ηφζν ρξνληθά φζν θαη ηνπνγξαθηθά ζπγρξνληζκέλα 30,31. Σαπηφρξνλεο θαηαγξαθέο απφ εθαηνληάδεο θχηηαξα in vitro έδεημαλ ηελ παξνπζία ζπγρξνληζκέλεο δξαζηεξηφηεηαο κεηαμχ ελφο κεγάινπ αξηζκνχ γεηηνληθψλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ (Δηθ ). Καηαγξαθέο κε ζπζηνηρίεο πνιιαπιψλ ειεθηξνδίσλ θαη ηερληθέο απεηθφληζεο αζβεζηίνπ έδεημαλ ηελ παξαπάλσ δξαζηεξηφηεηα ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ λα νινθιεξψλεηαη ππν ηελ κνξθή κεηαδηδφκελσλ θπκάησλ (propagating waves) Σα θχκαηα απηά ηαμηδεχνπλ κε κηα ηαρχηεηα πεξίπνπ κέηξα αλά δεπηεξφιεπην θαη αθνξνχλ εθηφο απφ ηα γαγγιηαθά θαη ζηα βξαρχηλα θχηηαξα. Σα θχκαηα πξνέξρνληαη θαη θαηεπζχλνληαη πξνο φιεο ηηο πεξηνρέο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ελψ ε πεξηνρή πνπ κφιηο δηεγέξζε παξακέλεη ζησπειή κέρξη ηελ επφκελε δηέγεξζε ηεο. Ζ πεξίνδνο απηή θαίλεηαη λα ειέγρεηαη απφ έλα δίθηπν θπηηάξσλ παξά απφ ελδερφκελε αληθαλφηεηα δηέγεξζεο, αθνχ ηα γαγγιηαθά θχηηαξα δχλαληαη λα δψζνπλ επαλεηιιεκέλα ηέηνηα δπλακηθά ελεξγείαο 32,36. Ωζηφζν θαζψο νη θσηνππνδνρείο σξηκάδνπλ, ηα θχκαηα απηά εμαθαλίδνληαη. Καηά ζπλέπεηα πξφθεηηαη γηα ραξαθηεξηζηηθφ ηεο αξρηθήο αλάπηπμεο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη γίλνληαη εκθαλή θαηά ηελ πεξίνδν ηεο ξχζκηζεο ησλ ζπλδέζεσλ κε ηνλ έμσ γνλαηψδε ππξήλα. Μεηά ην άλνηγκα ησλ νθζαικψλ ηα γαγγιηαθά θχηηαξα παξακέλνπλ ελεξγά φζνλ αθνξά ζηελ απζφξκεηε δξαζηεξηφηεηα ηνπο ρσξίο σζηφζν λα ππάξρνπλ θχκαηα 34. Δηθόλα Ο αλψξηκνο ακθηβιεζηξνεηδήο παξνπζηάδεη έλα κνηίβν ζπγρξνληζκέλεο δξαζηεξηφηεηαο εθθφξηηζεο απνπζία θσηφο. Α επάλσ: Καηαγξαθέο πνιιαπιψλ ειεθηξνδίσλ ηεο δξαζηεξηφηεηαο θπηηάξσλ ακθηβιεζηξνεηδνχο απνθαιχπηνπλ ηελ παξνπζία ξπζκηθήο εθθφξηηζεο ζε αλεμάξηεηα 14

16 θχηηαξα (νξηδφληηεο γξακκέο). Οη εθθνξηίζεηο ηεζζάξσλ γεηηνληθψλ θπηηάξσλ (θάζεηα ηζηνγξάκκαηα) είλαη ζπγρξνληζκέλεο. Κάησ: θαηά ηελ δηάξθεηα κηαο εθθφξηηζεο ηα γαγγιηαθά θχηηαξα ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ελεξγνπνηνχληαη ζε κηα αθνινπζία θαζψο ην θχκα δηαδίδεηαη δηα ησλ ειεθηξνδίσλ θαηαγξαθήο. ην ζρήκα παξνπζηάδεηαη έλα παξάδεηγκα ηέηνηνπ δηαδηδφκελνπ θχκαηνο δηα κήθνπο ηνπ εμαγσληθνχ πεδίνπ ησλ πνιιαπιψλ ειεθηξνδίσλ θαηαγξαθήο. Αξηζηεξά πξφο δεμηά: θαηαγξαθέο αθνινπζίαο θάζε 0.5 δεπηεξφιεπηα. Κάζε θνπθίδα είλαη έλα θχηηαξν θαη ην κέγεζνο ηεο θνπθίδαο είλαη αλάινγν ηνπ ξπζκνχ εθθφξηηζεο. Η δραζηερηόηεηα ασηή απαηηεί ελα δίθησο θσηηάρωλ Σα θχκαηα ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή παξάγνληαη απφ έλα δίθηπν θπηηάξσλ θαη απαηηνχλ ζπλαπηηθή δηαβίβαζε γηα ηελ παξαγσγή θαη δηάδνζε ηνπο 32. Σα θχκαηα παξνπζηάδνληαη θαηά ηελ πεξίνδν πνπ ην δίθηπν ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο αξρίδεη λα ζρεκαηίδεηαη. Γχν θχξηνη δηεγεξηηθνί παξάγνληεο, ε ρνιηλεξγηθή θαη γινπηακηλεξγηθή δηαβίβαζε είλαη ππεχζπλε γηα ηελ παξαγσγή ηεο απζφξκεηεο δξαζηεξηφηεηαο ζηα γαγγιηαθά θχηηαξα 32,37,38. Δληνχηνηο νη παξαπάλσ κνξθέο λεπξνδηαβίβαζεο είλαη ζεκαληηθέο ζε δηαθνξεηηθέο πεξηφδνπο αλάπηπμεο. Οη πξψηεο ζπλαπηηθέο ζπλδέζεηο ζηηο έζσ ζηηβάδεο πνπ ζρεκαηίδνληαη ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή είλαη κεηαμχ ησλ γαγγιηαθψλ θαη βξαρχηλσλ θπηηάξσλ 39 (Δηθ ). ε απηφ ην ζηάδην ηεο αλάπηπμεο, ε ρνιηλεξγηθή δηαβίβαζε απφηειεί ηνλ θχξην νδεγφ δηεγεξηηθήο δξάζεο ζηα γαγγιηαθά θχηηαξα. Ο ρνιηλεξγηθφο απηφο νδεγφο πηζαλφηαηα πξνέξρεηαη απφ ηα βξαρχηλα θχηηαξα πνπ είλαη θαη ηα κφλα γλσζηά ρνιηλεξγηθά θχηηαξα ηφζν ζηνλ αλαπηπζζφκελν φζν θαη ζηνλ ψξηκν ακθηβιεζηξνεηδή. Σα βξαρχηλα απηά θχηηαξα ζπκκεηέρνπλ ζηε ξπζκηθή δξαζηεξηφηεηα θαη ε δξαζηεξηφηεηα ηνπο ζπγρξνλίδεηαη κε απηήλ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ρσξίο σζηφζν λα είλαη γλσζηφ εάλ είλαη θαη νη κφλνη πξσηαγσληζηέο ζηελ έλαξμε ηεο απζφξκεηεο δξαζηεξηφηεηαο 40. ε απηφ επίζεο ην αξρηθφ δίθηπν δελ ππάξρεη αλαζηνιή θαζ φηη GABAεξγηθή δηαβίβαζε απφ άιια βξαρχηλα θχηηαξα εθπνιψλεη ηα γαγγιηαθά θχηηαξα λσξίο θαηά ηελ αλάπηπμε. Δηθόλα Καηά ηελ αλάπηπμε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο, νη ζπλδέζεηο ηνπ κε ην έμσ γνλαηψδεο ζψκα ζπλερψο επαλαπξνζδηνξίδνληαη. Σα θχκαηα ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή εκθαλίδνληαη φηαλ ζρεκαηίδνληαη νη ζπλδέζεηο κεηαμπ βξαρχηλσλ (Am) θαη γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ (GC) ζηελ έζσ δηθηπσηή ζηηβάδα (IPL). Kαζψο 15

17 ζρεκαηίδνληαη νη ζπλάςεηο ησλ δίπνισλ θπηηάξσλ (Bp), ηα θχκαηα εμαθνινπζνχλ λα ππάξρνπλ αιιά εμαθαλίδνληαη κε ηελ σξίκαλζε ησλ θσηνππνδνρέσλ (Ph). GCL: ζηηβάδα γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ. Early, Mature network: Aλψξηκν, ψξηκν δηθηπν. Ζιεθηξνθπζηνινγηθέο θαηαγξαθέο κεκνλσκέλσλ θπηηάξσλ δείρλνπλ νηη νη ρνιηλεξγηθνί θαη GABAεξγηθνη είζνδνη ελεξγνπνηνχληαη θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο απζφξκεηεο δξαζηεξηφηεηαο ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ 32. Αλ θαη ε ρνιηλεξγηθή δηαβίβαζε είλαη απαξαίηεηε γηα ηελ δεκηνπξγία ηεο απζφξκεηεο δξαζηεξηφηεηαο ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ, ε GABAεξγηθή δηαβίβαζε θαίλεηαη λα παίδεη ξπζκηζηηθφ ξφιν 41. Σν δίθηπν πνπ ζρεκαηίδεη ην ππφζηξσκα γηα ηελ παξαγσγή ησλ θπκάησλ γίλεηαη πην πνιχπινθν θαηά ηελ αλάπηπμε. ην ηειηθφ ζηάδην ηεο αλάπηπμεο ην θάζεην κνλνπάηη σξηκάδεη ζηνλ έζσ ακθηβιεζηξνεηδή θαη νινθιεξψλεηαη ε ζπλαπηνγέλλεζε ησλ δηπφισλ θπηηάξσλ 39. ε απηφ ην ζηάδην θαη πξηλ σξηκάζνπλ νη θσηνυπνδνρείο ε απζφξκεηε δξαζηεξηφηεηα γίλεηαη εμαξηψκελε πιένλ απφ ηελ γινπηακηλεξγηθή δηαβίβαζε θαη φρη απφ ηελ ρνιηλεξγηθή πνπ επηθξαηνχζε 38. Οη κεραληζκνί γηα ηελ δεκηνπξγία ηεο απζφξκεηεο δξαζηεξηφηεηαο δηαθέξνπλ απφ απηνχο ηεο δηάδνζεο ησλ θπκάησλ. ε αξρηθά ζηάδηα αλάπηπμεο ηνπηθή δηέγεξζε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο απνηπγράλεη ζηελ δεκηνπξγία θχκαηνο απνπζία ρνιηλεξγηθήο δηαβίβαζεο 32. Καηά ζπλέπεηα ην δίθηπν ησλ ρνιηλεξγηθψλ θπηηάξσλ ίζσο παξέρεη ην ππφζηξσκα γηα ηελ κεηέπεηηα δηάδνζε ηεο απζφξκεηεο δξαζηεξηφηεηαο. Αξγφηεξα θαηά ηελ αλάπηπμε φηαλ νη γινπηακηλεξγηθέο είζνδνη είλαη εκθαλείο, ε γινπηακηλεξγηθή δηαβίβαζε ξπζκίδεη ηελ ηαρχηεηα ησλ θπκάησλ αιιά κπνξεί λα κε ζπλδέεηαη άκεζα κε ηελ δηάδνζε απηή θαζ εαπηή 37. Δίλαη πηζαλφλ γινπηακηλεξγηθά δίπνια θχηηαξα λα πξνθαιινχλ ηελ παξαπέξα δηάδνζε ηεο δξαζηεξηφηεηαο κέζσ ησλ βξαρχηλσλ θπηηάξσλ. Έλαο εκθαλήο κεραληζκφο γηα ηελ δηάδνζε ηεο δξαζηεξηφηεηαο είλαη ε ειεθηξηθή ζχδεπμε κεηαμχ ησλ θπηηάξσλ. Ζιεθηξηθή ζχδεπμε παξνπζηάδεηαη ηφζν θαηά ηελ αλάπηπμε φζν θαη ζηνλ ψξηκν ακθηβιεζηξνεηδή. Αλ θαη είλαη άγλσζην αλ ηα γαγγιηαθά θχηηαξα ζπλδένληαη άκεζα κεηαμχ ηνπο, έγρπζε κηθξνκνξηαθψλ αληρλεπηψλ ζε έλα γαγγιηαθφ θχηηαξν έρεη σο απνηέιεζκα ηε δηάδνζε ηνπο ζε γεηηνληθά αιιά θαη ζε θάπνηα βξαρχηλα. 42,43 Ηδηαίηεξν ελδηαθέξνλ παξνπζηάδνπλ επίζεο θαη νη παξάγνληεο πνπ ξπζκίδνπλ ηηο ηνπνγξαθηθέο αιιά θαη ρξνληθέο ηδηφηεηεο ησλ θπκάησλ. Γηάθνξνη λεπξνδηαβηβαζηέο θαη λεπξνηξνπνπνηεηέο θαίλεηαη λα ξπζκίδνπλ ηηο ηδηφηεηεο απηέο. ε πην ψξηκε ειηθία ε αλαζηαιηηθή GABAεξγηθή δηαβίβαζε κεηψλεη ηελ ζπρλφηεηα ηεο 16

18 εθθφξηηζεο ησλ θπηηάξσλ 41. Ζ αδελνζίλε επίζεο πνπ βξίζθεηαη ζηα βξαρχηλα θχηηαξα ξπζκίδεη ην πιάηνο, ηελ ηαρχηεηα θαη ηελ ζπρλφηεηα ησλ θπκάησλ 44. Δλεξγνπνίεζε ησλ ππνδνρέσλ αδελνζίλεο έρεη σο απνηέιεζκα ηελ αιιαγή ησλ ελδνθπηηάξησλ επηπέδσλ ηνπ camp πνπ επεξεάδεη ηελ ξχζκηζε ησλ θπκάησλ. πγθεθξηκέλα φηαλ απμάλεηαη, ηα θχκαηα ηαμηδεπνπλ ηαρχηεξα, θαιχπηνπλ κεγαιχηεξν ηκήκα ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη παξνπζηάδνπλ απμεκέλε ζπρλφηεηα. Δάλ ε παξνπζία ησλ θπκάησλ ζπλέρηδε κέρξη θαη ηελ ελειηθίσζε ηφηε ζα παξέκβαηλαλ ζηελ θπζηνινγηθή ιεηηνπξγία ηεο φξαζεο. Αλ θαη δελ είλαη γλσζηφ ηη αθξηβψο είλαη απηφ πνπ πξνθαιεί ηελ εμαθάληζε ησλ θπκάησλ κε ηελ σξίκαλζε, ππάξρνπλ ελδείμεηο νηη ζεκαληηθφ ξφιν παίδνπλ ζήκαηα απφ ηνπο θσηνυπνδνρείο. Γηα παξάδεηγκα ζε πεξηνρέο εμάιεηςεο θσηνυπνδνρέσλ, ιφγσ έιεηςεο πρ ηεο ηαπξίλεο, ηα γαγγιηαθά θχηηαξα παξνπζηάδνπλ έλα ξπζκηθφ κνηίβν δξαζηεξηφηεηαο πνπ ζπκίδεη εθείλν ηνπ αλψξηκνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο. Αζζελείο πνπ έρνπλ δπζηξνθία θσλίσλ θαη ξαβδίσλ θαζψο θαη απηνί κε ην ζχλδξνκν Charles Bonnet κεηά ηελ απψιεηα φξαζεο, αληηιακβάλνληαη ζπρλά ηελ παξνπζία θηλνχκελσλ αληηθεηκέλσλ 45. Δαλ ηα θχκαηα επαλεκθαλίδνληαη κε ηελ απνπζία ησλ θσηνυπνδνρέσλ είλαη άγλσζην, αιιά κηα ηέηνηα ππφζεζε ζα κπνξνχζε λα επζχλεηαη γηα ηελ παξνπζία νπηηθψλ ςεπδαηζζήζεσλ. Δίλαη επίζεο πηζαλφ ην αλαηνκηθφ ππφζηξσκα παξαγσγήο θαη δηάδνζεο ησλ θπκάησλ λα παξακέλεη άζηθην θαηά ηελ σξίκαλζε αιιά λα θαιχπηεηαη απν ηελ δξάζε ζεκαηνδφηεζεο ησλ θσηνυπνδνρέσλ. Δπίζεο είλαη ελδηαθέξνλ νηη ζε δψα πνπ ππέζηεζαλ νπηηθή απνζηέξεζε θαηά ηελ αλάπηπμε ηνπο, ηα γαγγιηαθά θχηηαξα παξνπζηάδνπλ απζφξκεηε ξπζκηθή δξαζηεξηφηεηα πνπ παξακέλεη θαη κεηά ηελ σξίκαλζε ησλ θσηνυπνδνρέσλ 46. Καηά ζπλέπεηα θαη ε παξνπζία θσηφο ζηελ θπζηνινγηθή αλάπηπμε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο θαίλεηαη λα παίδεη ξφιν ζηελ απψιεηα ηνπ ξπζκηθνχ θχκαηνο απζφξκεηεο δξαζηεξηφηεηαο. 17

19 1.3 ΟΠΣΙΚΟ ΥΛΟΙΟ 18

20 1.3.1 ΑΝΑΣΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΛΔΙΣΟΤΡΓΙΚΗ ΟΡΓΑΝΩΗ ΣΟΤ ΟΠΣΙΚΟΤ ΦΛΟΙΟΤ Ο νπηηθφο θινηφο απνηειεί ηελ πεξηνρή φπνπ γίλεηαη ε ιεπηνκεξήο αλάιπζε ησλ αληηθεηκέλσλ ηεο εηθφλαο. Γηα ηελ αλάιπζε ηεο κνξθήο ελφο αληηθεηκέλνπ, ππάξρνπλ θχηηαξα πνπ αληαπνθξίλνληαη ζηα φξηα, ζηηο γσλίεο θαζψο θαη ην ζρήκα ηνπ αληηθεηκέλνπ. Γηα ηελ αλάιπζε ηεο θίλεζεο εμηδεηθεπκέλα θχηηαξα αληαπνθξίλνληαη ζηελ θαηεχζπλζε ηεο θίλεζεο αιιά θαη ηελ θίλεζε ηνπ αληηθεηκέλνπ ζε ζρέζε κε ην πεξηβάιινλ. Σέινο γηα ηελ αλάιπζε ησλ ρξσκάησλ εηδηθά θχηηαξα αληαπνθξίλνληαη ζε κήθε θχκαηνο πνπ πξνέξρνληαη απφ έλα αληηθείκελν αιιά θαη απφ ηνλ πεξηβάιινληα ρψξν ηνπ. Ο νπηηθφο θινηφο είλαη ε πεξηνρή εθείλε φπνπ γηα πξψηε θνξά, ηα εξεζίζκαηα απφ ηνπο δχν νθζαικνχο ζπγθιίλνπλ ζε έλα θαη κνλαδηθφ θχηηαξν. Ο πξσηνηαγήο νπηηθφο θινηφο είλαη ε πεξηζζφηεξν κειεηεκέλε πεξηνρή ηνπ εγθεθάινπ. ε φζα ζειαζηηθά έρεη κειεηεζεί, βξίζθεηαη ζην νπίζζην κέξνο ηνπ ηληαθνχ ινβνχ (ν ηληαθφο ινβφο είλαη ππεχζπλνο γηα ηελ επεμεξγαζία νπηηθψλ εξεζηζκάησλ). Απνηειεί ην πξψην, απινχζηεξν επίπεδν επεμεξγαζίαο νπηηθήο πιεξνθνξίαο ζηνλ εγθεθαιηθφ θινηφ. Δίλαη κία πεξηνρή έληνλα εμεηδηθεπκέλε ζηελ επεμεξγαζία πιεξνθνξίαο αθίλεησλ ή θηλνχκελσλ αληηθεηκέλσλ θαζψο θαη ζηελ αλαγλψξηζε πξνηχπσλ. Ζ ιεηηνπξγηθή νξηνζέηεζε ηνπ πξσηνηαγνχο θηλεηηθνχ θινηνχ ζπκπίπηεη πεξίπνπ κε ηελ αλαηνκηθή νξηνζέηεζε ηνπ ηαηλησηνχ θινηνχ. Σν φλνκα "ηαηλησηφο θινηφο" πξνθχπηεη απφ ηελ ηαηλία (ή ξάβδν) ηνπ Gennari, κηα επδηάθξηηε κε ην γπκλφ κάηη ηαηλία πνπ παξηζηά ηνπο εκκχεινπο άμνλεο πνπ μεθηλνχλ απφ ην έμσ γνλαηψδεο ζψκα θαη θαηαιήγνπλ ζηε ζηνηβάδα 4 ηεο θαηάο νπζίαο ζηνλ πξσηνηαγή νπηηθφ θινηφ. Ο πξσηνηαγήο νπηηθφο θινηφο ρσξίδεηαη ζε έμη ιεηηνπξγηθά δηαθνξεηηθέο ζηνηβάδεο, ηηο ζηνηβάδεο 1 εψο 6. Ζ ζηνηβάδα 4, πνπ ιακβάλεη πιεξνθνξία θπξίσο απφ ηνλ έμσ γνλαηψδε ππξήλα, ρσξίδεηαη πεξαηηέξσ ζε 4 ζηνηβάδεο, ηηο 4A, 4B, 4Cα, θαη 4Cβ. Ζ ππνζηνηβάδα 4Cα δέρεηαη πιεξνθνξία θπξίσο απν ηε κεγαινθπηηαξηθή νδφ (Magno θχηηαξα) ηνπ εμσ γνλαηψδνπο ππξήλα ελψ ε 4Cβ δέρεηαη θπξίσο απφ ηε κηθξνθπηηαξηθή νδφ (Parvo θχηηαξα). 19

21 H V1 δηαζέηεη έλαλ θαιά νξηζκέλν ράξηε ηεο ρσξηθήο πιεξνθνξίαο ηεο φξαζεο. Γηα παξάδεηγκα, ζηνπο αλζξψπνπο, ε άλσ φρζε ηεο πιεθηξαίαο αχιαθαο αληηπξνζσπεχεη ην θάησ κηζφ ηνπ νπηηθνχ πεδίνπ (θάησ απφ ην θέληξν), θαη ε θάησ φρζε ην άλσ κηζφ (πάλσ απφ ην θέληξν). Θεσξεηηθά, απηφο ν ακθηβιεζηξνεηδνηνπηθφο ράξηεο είλαη έλαο κεηαζρεκαηηζκφο ηεο νπηηθήο εηθφλαο απφ ηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ζηε V1. Ζ αληηζηνηρία αλάκεζα ζε ζπγθεθξηκέλεο πεξηνρέο ηεο V1 θαη ζε πεξηνρέο ηνπ ππνθεηκεληθνχ νπηηθνχ πεδίνπ είλαη πνιχ αθξηβήο: αθφκα θαη ηα ηπθιά ζεκεία είλαη ραξηνγξαθεκέλα ζηε V1. Δμειηθηηθά, ε αληηζηνηρία απηή είλαη πνιχ βαζηθή θαη εκθαλίδεηαη ζηα πεξηζζφηεξα είδε πνπ δηαζέηνπλ πξσηνηαγή νπηηθφ θινηφ. ηνπο αλζξψπνπο θαη ηα δψα πνπ δηαζέηνπλ θεληξηθφ βνζξίν ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή, έλα κεγάιν πνζνζηφ ηεο V1 αληηζηνηρεί ζην κηθξφ, θεληξηθφ θνκκάηη ηνπ νπηηθνχ πεδίνπ, έλα θαηλφκελν πνπ είλαη γλσζηφ σο θινηψδεο κεγέζπλζε. Οη λεπξψλεο ηεο V1 έρνπλ κηθξφηεξα ππνδεθηηθά πεδία ζε ζρέζε κε λεπξψλεο ησλ άιισλ πεξηνρψλ ηνπ νπηηθνχ θινηνχ, ελδερνκέλσο γηα λα επηηπγράλεηαη ε αθξηβήο θσδηθνπνίεζε ηεο ρσξηθήο πιεξνθνξίαο. Οη ηδηφηεηεο ζπληνληζκνχ ησλ λεπξψλσλ ηεο V1 (ζε ηη εξεζίζκαηα απαληνχλ νη λεπξψλεο) πεξηιακβάλνπλ πνιιά δηαθνξεηηθά εξεζίζκαηα. Ωζηφζν, ν θάζε λεπξψλαο απνθξίλεηαη ζε έλα κηθξφ εχξνο εξεζηζκάησλ φπσο ν πξνζαλαηνιηζκφο επζχγξακκσλ ηκεκάησλ, νη ρσξηθέο ζπρλφηεηεο ή ηα ρξψκαηα. Δπηπξνζζέησο, μερσξηζηνί λεπξψλεο ηεο V1 ζηνλ άλζξσπν θαη ζε δψα κε δηφθζαικε φξαζε παξνπζηάδνπλ νθζαικηθή επηθξάηεζε, είλαη δειαδή ζπληνληζκέλνη ζην έλα απφ ηα δχν κάηηα. ηε V1 θαη γεληθά ζε πξσηνηαγείο αηζζεηεξηαθέο πεξηνρέο, λεπξψλεο κε παξφκνηεο ηδηφηεηεο ζπληνληζκνχ ηείλνπλ λα ζρεκαηίδνπλ ζπζηνηρίεο πνπ νλνκάδνληαη ιεηηνπξγηθέο ζηήιεο. Οη David Hubel θαη Torsten Wiesel πξφηεηλαλ ην θιαζζηθφ κνληέιν νξγάλσζεο ζε ζηήιεο πξνζαλαηνιηζκνχ θαη νθζαικηθήο επηθξάηεζεο. 20

22 1.4 ΚΡΙΣΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟ ΣΟ ΟΠΣΙΚΟ ΤΣΗΜΑ 21

23 Ζ έθθξαζε ''θξηηηθή πεξίνδνο'', ζηα πιαίζηα ηεο αλάπηπμεο ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο ησλ ζειαζηηθψλ, εηζήρζε γηα πξψηε θφξα απφ ηελ πξσηνπνξηαθή εξγαζία ησλ Wiesel θαη Hubel (1963) κε ηηο κειέηεο ηνπο ζηε γάηα. Πεξηέγξαςαλ ηε θπζηνινγηθή κεηαβνιή ζηελ αληαπφθξηζε ησλ λεπξψλσλ ηνπ νπηηθνχ θινηνχ ζε θσηεηλφ εξέζηζκα πνπ ιακβάλεη ρψξα θαηά ηελ νπηηθή απνζηέξεζε ηνπ ελφο καηηνχ πξψηκα θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο αλάπηπμεο. Ζ κεηαβνιή θαηά ηελ νπνία ην κάηη επξίζθεηαη ζηελ βέιηηζηε θαηάζηαζε γηα ηελ δηέγεξζε ησλ λεπξψλσλ ηνπ νπηηθνχ θινηνχ νλνκάδεηαη πιαζηηθφηεηα νθζαικηθήο επηθξάηεζεο. Απηή ε πιαζηηθφηεηα είλαη πην ηζρπξή θαηά ηε δηάξθεηα ζπγθεθξηκέλεο αλαπηπμηαθήο πεξηφδνπ θαη κεηψλεηαη φηαλ ε γάηα ελειηθηψλεηαη (Hubel θαη Wiesel, 1970). 47 Απφ απηά ηα πεηξάκαηα, νη Wiesel θαη Hubel πξφηεηλαλ φηη ππάξρεη κηα πεξίνδνο θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο αλάπηπμεο φπνπ νη κεηαβνιέο ζηα εξεζίζκαηα απφ ην πεξηβάιινλ νδεγνχλ ζε αιιαγέο πξνζρεκαηηζκέλσλ λεπξηθψλ ζπλδέζεσλ θαη ε πεξίνδνο απηή θαιείηαη θξηηηθή πεξίνδνο. Δίλαη πιένλ θαηαλνεηφ φηη δηάθνξεο πεξηνρέο ηνπ εγθεθάινπ επξίζθνληαη ζηελ θξηηηθή πεξίνδν ζε δηαθνξεηηθά ρξνληθά δηαζηήκαηα ελψ ε ελεξγνπνίεζε θαη ξχζκηζε ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ γίλεηαη απφ δηαθνξεηηθνχο κεραληζκνχο. 48 (Δηθ ) Δπηπξνζζέησο κειέηεο έρνπλ δείμεη νηη πιαζηηθφηεηα ππάξρεη αθφκε θαη κεηά απφ ην «παξαδνζηαθά» νξηδφκελν εχξνο ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ. Ίζσο ην πην ραξαθηεξηζηηθφ παξάδεηγκα πξενέξρεηαη απφ ηηο πξνζπάζεηεο ζεξαπείαο ηεο ακβιπσπίαο. ε παηδηά ειηθίαο απφ κελψλ έσο 7-8 εηψλ κηα πνηθηιία θαηαζηάζεσλ πνπ πξνθαινχλ κε ζπκκεηξηθή δηφθζαικε φξαζε φπσο πρ ν θαηαξξάθηεο δχλαληαη λα νδεγήζνπλ ζηελ ιεηηνπξγηθή ηχθισζε ηνπ ακβιπσπηθνχ νθζαικνχ. Σν 2005 κηα κεγάιε θιηληθή κειέηε γηα ηελ αληηκεηψπηζε ηεο ακβιπσπίαο έδεημε φηη ζε παηδηά κέρξη θαη 17 εηψλ είλαη δπλαηφλ λα ππάξμεη απνηειεζκαηηθή ζεξαπεία αλ θαη φρη ζηνλ βαζκφ πνπ απαληάηαη ζε λεφηεξα παηδηά. 49 Καηά ζπλέπεηα θαίλεηαη φηη ην νπηηθφ ζχζηεκα παξνπζηάδεη ππνιεηπφκελε πιαζηηθφηεηα φςηκα δίρσο φκσο λα θαηαλννχκε ηνπο κεραληζκνχο πνπ ηελ δηέπνπλ. Ζ θξηηηθή πεξίνδνο νξίδεηαη απφ ηξείο θάζεηο πιαζηηθφηεηαο: 1) Ζ πξν-θξηηηθή πεξίνδνο: Πεξηιακβάλεη ηνλ αξρηθφ ζρεκαηηζκφ ησλ λεπξηθψλ θπθισκάησλ πνπ είλαη αλεμάξηεηνο ηεο νπηηθήο εκπεηξίαο, 2) Ζ θξηηηθή πεξίνδνο: ραξαθηεξίδεηαη απφ δηαθεθξηκέλε πιαζηηθφηεηα ζε απάληεζε νπηηθψλ εξεζηζκάησλ φπνπ ηα ζρεκαηηζκέλα λεπξηθά θπθιψκαηα δχλαληαη λα ηξνπνπνηεζνχλ απφ ηελ εκπεηξία, 3) 22

24 Σέινο ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ: κεηά ην ηέινο ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ, ηα ίδηα νπηηθά εξεζίζκαηα δελ κπνξνχλ πιένλ λα πξνθαιέζνπλ ηνλ ίδην βαζκφ πιαζηηθφηεηαο. Ζ επίδξαζε ηνπ πεξηβάιινληνο θαη νη ζπλεπαγφκελεο αιιαγέο θαηά ηελ αλάπηπμε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο ζηηο απαληήζεηο ησλ λεπξηθψλ ηνπ θπηηάξσλ, είλαη δπλαηέο κφλνλ θαηά ηελ θξηηηθή πεξίνδν. Ζ θξηηηθή πεξίνδνο αθνξά ζε ρξνληθφ δηάζηεκα λσξίο θαηά ηελ αλάπηπμε θαη δελ παξαηεξείηαη ζε ψξηκε ειηθία. Με πεηξάκαηα νπηηθήο απνζηέξεζεο ζε δψα δηαθφξσλ ειηθηψλ, δηεπηζηψζε θαη πνζνηηθψο ε έληαζε ησλ αιιαγψλ πνπ ζρεηίδνληαλ κε ηελ δηαδηθαζία ηεο απνζηέξεζεο φηαλ νξίζηεθε ε θξηηηθή πεξίνδνο ηεο πιαζηηθφηεηαο ηνπ νπηηθνχ θινηνχ. 50,51 Βξέζεθε επίζεο νηη ε θξηηηθή πεξίνδνο είλαη δηαθνξεηηθή θάζε θνξά αλάινγα κε ηελ ζηηβάδα ηνπ νπηηθνχ θινηνχ πνπ κειεηάηαη ή θαη αθφκε θαη ζε πεξηνρέο ηεο ίδηαο ζηηβάδαο Κάπνηνη λεπξψλεο παξνπζηάδνπλ κεγαιχηεξε ηθαλφηεηα αιιαγήο ηεο απάληεζεο ηνπο ζε θάπνην εξέζηζκα απφ άιινπο, θάηη πνπ θαίλεηαη λα εμαξηάηαη απφ ην πνζνζηφ έθθξαζεο ππνδνρέσλ ζηελ επηθάλεηα ηνπο. 55 ακθηβιεζηξνεηδήο ρνιηλεξγηθά θχκαηα ακθηβιεζηξνεηδνχο γινπηακηλεξγηθά θχκαηα ακθηβιεζηξνεηδνχο ON/OFF δηαζηξσκάησζε έμσ γνλαηψδεο ζψκα νπηηθφο θινηφο ακθηβιεζηξνεηδνηνπηθφο ράξηεο δηαρσξηζκφο νθζαικψλ πεξίνδνο επαίζζεηε ζηελ φξαζε Κξηηηθή πεξίνδνο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ζπλάςεηο εμσ γνλ. ππξήλα ακθηβιεζηξνεηδνηνπηθφο ράξηεο Δηθόλα Οπηηθφ ζχζηεκα ηνπ επίκπνο: ην αλαπηπμηαθφ πξνθίι ησλ ζεκαληηθψλ γεγνλφησλ πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή, ην έμσ γνλαηψδεο ζψκα θαη ηνλ νπηηθφ θινηφ. Οη ηξηγσληθέο πεξηνρέο ππνδεηθλχνπλ ηελ ρξνληθή ζρεηηθφηεηα ησλ γεγνλφησλ ελψ νη αλνηθρηφρξσκεο πεξηνρέο ππνδεηθλχνπλ ηελ έιιεηςε ζαθψλ ζηνηρείσλ απφ ηελ βηβιηνγξαθία. ηνπο επίκπεο ε θξηηηθή πεξίνδνο ηνπ νπηηθνχ θινηνχ μεθηλά πεξίπνπ ηελ 17 ε κεηαγελλεηηθή εκέξα εκέξα, παξνπζηάδεη κέγηζην επίπεδν ηελ 28 ε εκέξα θαη θαίλεηαη λα ζηακαηά ηελ 35 ε εκέξα

25 1.5 ΠΛΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΟΤ ΟΠΣΙΚΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ 24

26 Σν νπηηθφ ζχζηεκα απνηειεί έλα βαζηθφ κνληέιν πιαζηηθφηεηαο ηνπ λεπξηθνχ ζπζηήκαηνο. Ήδε απν ην 1963 κε ηελ πξσηνπνξηαθή εξγαζία ησλ Wiesel θαη Hubel, απνηέιεζε κνληέιν κειέηεο ηεο πιαζηηθφηεηαο ζε ζπλαπηηθφ επίπεδν, ηελ θαιχηεξε απεηθφλεζε ηεο αιιειεπίδξαζεο ηνπ πεξηβάιινληνο θαη ηνπ γελεηηθνχ ππνζηξψκαηνο θαζψο επίζεο θαη ην θαιχηεξν παξάδεηγκα κειέηεο κεραληζκψλ πνπ δηέπνπλ δηάθνξεο θιηληθέο νληφηεηεο θαηά ηελ αλάπηπμε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο. πγθεθξηκέλα ε κνλφθζαικε νπηηθή απνζηέξεζε πνπ πξνθχπηεη απν ηελ ζχξξαθε ησλ βιεθάξσλ ηνπ ελφο νθζαικνχ θαη αληηζηνηρεί ζηελ θιηληθή νληφηεηα ηνπ εηεξφπιεπξνπ θαηαξξάθηε ζηνλ άλζξσπν, έρεη ζεκαληηθέο θπζηνινγηθέο θαη αλαηνκηθέο ζπλέπεηεο. ε απηέο πεξηιακβάλεηαη θαη ε επεξρφκελε ακβιπσπία (πησρή φξαζε πνπ δελ νθείιεηαη ζε βιάβε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο) πνπ νδεγεί ζε πιήξε εηεξφπιεπξε ηχθισζε ζε ζνβαξέο πεξηπηψζεηο. Ζ φξαζε ησλ ζειαζηηθψλ είλαη πησρή θαηά ηελ γέλλεζε θαη αλαπηχζζεηαη ζε ζρεηηθά κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα παξάιιεια κε ηελ αλαηνκηθή θαη ιεηηνπξγηθή σξίκαλζε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο (Δηθ ). Δηθόλα Ζ αλάπηπμε ηεο νπηηθήο νμχηεηαο ζηνλ άλζξσπν, ηνλ πίζεθν, ηελ γάηα θαη ηνλ επίκπ ζπλαξηήζεη ηεο ειηθίαο θαη κε αλαθνξά ζηελ θξηηηθή πεξίνδν ηεο κνλφθζαικεο απνζηέξεζεο. Πξνο ην ηέινο ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ ε νπηηθή νμχηεηα θηάλεη ζηελ ηειηθή ηεο ηηκή ππνδεηθλχνληαο φηη ε σξίκαλζε ηεο αηζζεηηθήο ιεηηνπξγίαο θαη ε κείσζε ηεο εμαξηψκελεο απφ ηελ εκπεηξία πιαζηηθφηεηα είλαη δχν πνιχ ζηελά ζπλδεδεκέλεο δηεξγαζίεο. Δάλ ε νπηηθή εκπεηξία κεηαβιεζεί θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο πεξηφδνπ απηήο, πνπ θαιείηαη θξηηηθή πεξίνδνο, ζεκαληηθέο επηπηψζεηο ιακβάλνπλ ρψξα ηφζν ζηελ αλάπηπμε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο φζν θαη ηεο φξαζεο. Γηα παξάδεηγκα, φηαλ θαηα ηελ δηάξθεηα ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ, έλαο νθζαικφο ζηεξεζεί ηεο θπζηνινγηθήο πξνηππνπνηεκέλεο φξαζεο, φπσο ζπκβαίλεη ζηνλ ζπγγελή θαηαξξάθηε, ε κεγαιχηεξε πιεηνςεθία ησλ λεπξψλσλ ηνπ νπηηθνχ θινηνχ αληαπνθξίλεηαη κφλν ζηνλ θπζηνινγηθφ νθζαικφ θαη ν έηεξνο δελ αλαπηχζζεηαη ζσζηά θαη ακβιπσπεί. Τπάξρεη 25

27 ζηελή ζρέζε κεηαμχ ηεο αλάπηπμεο ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο, ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ θαζψο θαη ηεο σξίκαλζεο δηαθφξσλ νπηηθψλ ιεηηνπξγηψλ (Δηθ ). Σν ηέινο ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ ζρεδφλ ζπκπίπηεη κε ηελ νινθιήξσζε ηεο αλάπηπμεο ηεο νπηηθήο νμχηεηαο ζε δηάθνξα είδε απν ηνλ επίκπ θαη ηνλ πίζεθν κέρξη θαη ηνλ άλζξσπν. Σν ηειεπηαίν ζηάδην ηεο αλάπηπμεο ησλ λεπξηθψλ ζπλδέζεσλ ησλ αηζζεηηθψλ ζπζηεκάησλ βξίζθεηαη ππν ηνλ έιεγρν ηεο αηζζεηηθήο εκπεηξίαο. Γηάθνξεο κειέηεο ζηνρεχνπλ ζηελ δηεξέπλεζε ησλ ζηαδίσλ πνπ απαηηνχληαη γηα ηελ δηεθπεξαίσζε ησλ ελεξγεηψλ πνπ ιακβάλνπλ ρψξα απν ηελ εκπεηξία. Ο πξψηνο θξίθνο ηεο αιπζίδαο θαίλεηαη λα είλαη ε ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα, ε γιψζζα ζηελ νπνία ε αηζζεηηθή εκπεηξία κεηαθξάδεηαη, θαη ε νπνία σο γλσζηφλ νδεγεί ζε αλαδηάηαμε ησλ λεπξηθψλ θπθισκάησλ θαη ηνλ ζρεκαηηζκφ ζπλάςεσλ. Oη ιεηηνπξγηθέο ηδηφηεηεο λεπξψλσλ ηνπ νπηηθνχ θινηνχ ζηα ζειαζηηθά είλαη ζε αλψξηκν ζηάδην θαηά ηελ πεξίνδν ηνπ αλνίγκαηνο ησλ βιεθάξσλ ησλ νθζαικψλ θαη αλαπηχζζνληαη ζηαδηαθά θαηά ηελ δηάξθεηα ηνπ πξψηνπ κήλα κεηά ηελ γέλλεζε. 57 Ζ αλάπηπμε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο επεξξεάδεηαη απν ηελ δηαθνπή ηεο θπζηνινγηθήο πξνηππνπνηεκέλεο φξαζεο έαλ π.ρ. θιείζνπκε ηνλ έλα νθζαικφ θαηα ηελ δηάξθεηα κηαο ζχληνκεο ρξνληθήο πεξηφδνπ ζηνλ πξψην κήλα ηεο αλάπηπμεο. Ζ ρξνληθή απηή πεξίνδνο θαιείηαη θξηηηθή πεξίνδνο. Οη κεηαβνιέο πνπ παξαηεξνχληαη ζην λεπξηθφ θχθισκα ηνπ νπηηθνχ θινηνχ ζε απάληεζε κηαο αληζνθαηαλνκήο ζην εξέζηζκα εηζφδνπ κεηαμχ ησλ δχν νθζαικψλ (φξαζε), ιακβάλνπλ ρψξα ηαρχηαηα. πγθεθξηκέλα, ιίγεο ψξεο κνλφθζαικεο νπηηθήο απνζηέξεζεο θαηα ηελ δηάξθεηα ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ είλαη αξθεηέο γηα λα νδεγήζνπλ ηηο ζηήιεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ηνπ νπηηθνχ θινηνχ ππεξ ηνπ ελεξγνχ νθζαικνχ. Οη Wiesel θαη Hubel πξψηνη εηζήγαγαλ ηνλ φξν δηφθζαικνο αληαγσληζκφο ζηελ θπζηνινγία ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο. Οη δχν νθζαικνί αληαγσλίδνληαη γηα ηελ ιεηηνπξγηθή θαηνρή ησλ λεπξψλσλ ηνπ νπηηθνχ θινηνχ, θαη ν αληαγσληζκφο απηφο παίξλεη ηελ κνξθή ηεο ειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο. Δαλ ε ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα πνπ πξνθχπηεη απν ηελ ιεηηνπξγία ησλ νθζαικψλ είλαη ρξνληθά ζπγρξνληζκέλε θαη απν ηνπο δχν νθζαικνχο, ηφηε θαη νη δχν ζα δηαηεξήζνπλ ηηο ζπλδέζεηο ηνπο ζε αληίζεζε κε ηελ πεξίπησζε πνπ ε ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ηνπ ελφο επηθξαηεί νπφηε θαη ζα είλαη απηφο πνπ ζα δηαηεξήζεη ηελ ζχλδεζε ηνπ κε ηνλ κεηαζπλαπηηθφ λεπξψλα. Καηά ζπλέπεηα, θαηά ηελ θπζηνινγηθή αλάπηπμε φπνπ ε δξαζηεξηφηεηα θαη ησλ δχν νθζαικψλ είλαη ίζε θαη ζπγρξνληζκέλε, πξνθχπηνπλ δηφθζαικνη λεπξψλεο 26

28 θαη ηζνξξνπεκέλεο ζηήιεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ζηνλ θινηφ. ηελ πεξίπησζε ηεο κνλφπιεπξεο νπηηθήο απνζηέξεζεο ν αληαγσληζκφο γίλεηαη άληζνο, δηφηη ε ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ησλ λεπξηθψλ ηλψλ ηνπ θιεηζηνχ νθζαικνχ είλαη κε ζπγξνληζκέλε θαη αδχλακε. Γηάθνξεο κνξθέο πιαζηηθφηεηαο έρνπλ κειεηεζεί ζηνλ νπηηθφ θινηφ. Παξα ην γεγνλφο νηη νη πεξηζζφηεξεο έρνπλ κειεηεζεί επαξθψο κε βάζε ηελ θπζηνινγία ηνπο θαη πνιιέο αθφκε κε βάζε ηελ αλαηνκία, απν ηελ άπνςε βηνρεκηθψλ κεραληζκψλ κφλν ηξείο έρνπλ ζαθέζηεξα ζαθελνπνηεζεί: ε πιαζηηθφηεηα νθζαικηθήο επηθξάηεζεο, ε καθξφρξνλε ελίζρπζε LTP θαη ε καθξφρξνλε θαηαζηνιή LTD. Μησανιζμοί πλαζηικόηηηαρ ζηον οπηικό θλοιό Ζ πιαζηηθφηεηα ε ηθαλφηεηα ηνπ εγθεθάινπ λα αλαδηνξγαλψλεη ηηο ζπλδέζεηο ηνπ δνκηθά θαη ιεηηνπξγηθά, ζε απάληεζε αιιαγψλ ηεο αηζζεηηθήο εκπεηξίαο είλαη βαζηθή γηα ηελ αλάπηπμε ησλ λεπξηθψλ θπθισκάησλ ζηηο δηάθνξεο δνκέο ηνπ θεληξηθνχ λεπξηθνχ ζπζηήκαηνο αιιά θαη γηα ηελ δπλαηφηεηα ηνπ εγθεθάινπ λα πξνζαξκφδεηαη ζην πεξηβάιινλ. Ζ πιαζηηθφηεηα ελνο αλαπηπζζφκελνπ ηζηνχ ζπκβάιιεη ζηελ ζχλδεζε ησλ λεπξηθψλ θπθισκάησλ κε ηελ θχζε ησλ ζεκάησλ εηζφδνπ κε ζηφρν ηελ θαηάιιειε επεμεξγαζία ηεο πιεξνθνξίαο. Ο νπηηθφο θινηφο απνηειεί ηνλ θπξηφηεξν ηζηφ γηα ηελ κειέηε ηεο πιαζηηθφηεηαο κηαο θαη ζηελ πεξίπησζε απηή ε αηζζεηηθή εκπεηξία θαη θαη επέθηαζηλ ε επίδξαζε ηνπ πεξηβάιινληνο κπνξεί εχθνια λα δηαρεηξηζζεί θαη λα κειέηεζνπλ έηζη νη ζπλέπεηεο ηφζν ζε αλαηνκηθφ φζν θαη ζε κνξηαθφ επίπεδν. Παξά ην γεγνλφο νηη ε σξίκαλζε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο μεθηλά απν πνιπ λσξίο πξίλ αθφκε ηελ επίδξαζε ηεο ίδηαο ηεο φξαζεο θαζψο θαη νη ζαιακνθινηηθέο ζπλδέζεηο πξαγκαηνπνηνχληαη απν πνιχ πξψηκα αλαπηπμηαθά ζηάδηα, σζηφζν ε ζσζηή αλάπηπμε ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο απαηηεί ηελ επίδξαζε ηεο νπηηθήο εκπεηξίαο ηελ πξαγκαηηθφηεηα παληειήο έιιεηςε ηεο αηζζεηηθήο εκπεηξίαο νδεγεί ζε θαζπζηέξεζε ηεο αλάπηπμεο ηνπ νπηηθνχ θινηνχ. Πεηξακαηφδσα πνπ κεγάισζαλ ζε ζπλζήθεο πιήξνπο ζθφηνπο απν ηελ γέλλεζε, είραλ λεπξψλεο νπηηθνχ θινηνχ κε αλψξηκεο ηδηφηεηεο φπσο ηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ, ηεο θαηεχζπλζεο, κεγαιχηεξα ππνδεθηηθά πεδία θαζψο θαη ρακειφηεξε νπηηθή νμχηεηα φπσο απηή πνπ παξαηεξείηαη θαηα ηελ ρξνληθή ζηηγκή αλνίγκαηνο ησλ νθζαικψλ. 57 Δπίζεο ε 27

29 έιιεηςε ηεο νπηηθήο εκπεηξίαο επεξξεάδεη ηελ ιεπηή δνκή ησλ λεπξψλσλ ηνπ νπηηθνχ θινηνχ φπσο απηή απνηππψλεηαη ζηελ αιιαγή ηνπ κεγέζνπο θαη ηεο ππθλφηεηαο ησλ δελδξηηηθψλ αθαλζψλ ησλ κεηαζπλαπηηθψλ ζηνηρείσλ ηεο πιεηνςεθίαο ησλ γινπηακηλεξγηθψλ ζπλδέζεσλ. 63 Οη αλαπηπμηαθέο δηαδηθαζίεο θαίλεηαη λα επαλέξρνληαη ζε θπζηνινγηθά επίπεδα, νηαλ ηα δψα εθηίζεληαη ζε θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο θσηηζκνχ νπφηε θαη επαλέξρνληαη νη απαληήζεηο ησλ λεπξψλσλ φπσο γηα παξάδεηγκα ηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ. 64 Η επίδπαζη ηηρ οπηικήρ αποζηέπηζηρ ζηο οπηικό ζύζηημα Ζ νπηηθή απνζηέξεζε δηεπξχλεη ηελ θξηηηθή πεξίνδν γηα ηελ πιαζηηθφηεηα ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο. Γηα παξάδεηγκα δψα πνπ κεγάισζαλ ζην ζθνηάδη γηα θάπνην ρξνληθφ δηάζηεκα κεηα ηελ γέλλεζε ηνπο, φηαλ ζηελ ζπλέρεηα έθιεηζαλ ην έλα ηνπο κάηη γηα κηα πεξίνδν, παξνπζίαδαλ κεγαιχηεξε κεηαβνιή ζηηο ζηήιεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ζε ζρέζε κε δψα πνπ κεγάισζαλ ζε θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο θαη έθιεηζαλ ην έλα ηνπο κάηη γηα ηελ ίδηα πεξίνδν. 65 Ζ νπηηθή απνζηέξεζε επίζεο, θαζπζηεξεί ηελ έλαξμε ηεο πιαζηηθφηεηαο έηζη ψζηε λσξίο ζηελ αξρή ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ, ε κεηαβνιή ζηηο ζηήιεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο λα ζπκβαίλεη κε αξγφηεξνπο ξπζκνχο. 66 Έλαο απν ηνπο ζεκαληηθφηεξνπο παξάγνληεο ζηελ πιαζηηθφηεηα ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο είλαη ε ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ησλ λεπξψλσλ ηνπ. Γηα παξάδεηγκα ε επίδξαζε ηεο νπηηθήο απνζηέξεζεο εμαηνκηθεχεηαη αλάινγα κε ην είδνο ηεο απνζηέξεζεο. Ζ ζχγθιεηζε πρ ηνπ ελφο καηηνχ πξνθαιιεί κεηαβνιή ζηηο ζηήιεο ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο αιιά νρη ζε απηέο ηνπ πξνζαλαηνιηζκνχ. Aληίζεηα ζε έλα πεξηβάιινλ κε ζπλερή θίλεζε πξνο κηα θαηεχζπλζε ζα επεξξεαδφηαλ κφλν νη ζηήιεο πξνζαλαηνιηζκνχ θαη νρη νη ζηήιεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο. ε έλα πεξηβάιινλ κε θάζεηεο ξίγεο κεηψλεηαη ην πνζνζηφ ησλ θπηηάξσλ πνπ αληηπξνζσπεχνπλ ηηο νξηδφληηεο ξίγεο θαη νχησ θαζεμήο. Καηά ζπλέπεηα απν ηα παξαπάλσ πξνθχπηεη νηη ην πξφηππν ηεο ειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο πνπ θζάλεη ζηνλ νπηηθφ θινηφ θαη μεθηλάεη απν ηνλ ακθηβιεζηξνεηδή θαζνξίδεη θαη ην είδνο ηεο πιαζηηθφηεηαο. Καηφπηλ ηνχηνπ δελ πξνθαιεί έθπιεμε ην γεγνλφο νηη ε αλαζηνιή ηεο ειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο κε έγρπζε TTX πξνθαιεί αλαζηνιή ζηελ κεηαβνιή ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο απν ηελ κνλφπιεπξε νπηηθή απνζηέξεζε. 28

30 1.6 ΤΠΟΔΟΦΕΙ NMDA 29

31 1.6.1 ΤΠΟΓΟΥΔΙ ΝΜDA Σν γινπηακηληθφ νμχ είλαη ζεκαληηθφο δηεγεξηηθφο λεπξνδηαβηβαζηήο ηνπ λεπξηθνχ ζπζηήκαηνο. 67 Ζ δξάζε ηνπ κεζνιαβείηαη απφ ηνπο ππνδνρείο ηνπ γινπηακηληθνχ νμένο νη νπνίνη επηπξνζζέησο ηεο ζπλαπηηθήο δηαβίβαζεο παίδνπλ ζεκαληηθφ ξφιν ζε ζέκαηα ζπλαπηηθήο πιαζηηθφηεηαο θαη ζηελ αλάπηπμε ηνπ λεπξηθνχ ζπζηήκαηνο. 68,69 Οη ππνδνρείο ηνπ γινπηακηληθνχ νμένο δηαηξνχληαη ζε δχν κεγάιεο θαηεγνξίεο: ηνπο ηνληνηξόπνπο ππνδνρείο πνπ ειέγρνπλ άκεζα δηάπινπο ηφλησλ θαη ηνπο κεηαβνηξόπνπο ππνδνρείο νη νπνίνη είλαη ζπδεπγκέλνη κέζσ G πξσηεηλψλ κε ζπζηήκαηα δεχηεξσλ αγγειηνθφξσλ. 70 ηνπο ηνληνηξφπνπο ππνδνρείο αλήθνπλ νη ππνδνρείο ΝΜDΑ θαη νη κή ΝΜDΑ. Οη ππνδνρείο κή NMDA ππνδηαηξνχληαη πεξαηηέξσ ζηνπο ππνδνρείο ΑΜΡΑ θαη ζηνπο θατληθνχο ππνδνρείο. Οη ππνδνρείο NMDA (Eηθ.1.6-1) παξνπζηάδνπλ ηδηαίηεξα ραξαθηεξηζηηθά φπσο ηαζνεμαξηψκελε αλαζηνιή απφ ην εμσθπηηάξην Μg +2, πςειή δηαπεξαηφηεηα ζην Ca +2 θαη αζπλήζηζηα αξγή θηλεηηθή ελεξγνπνίεζεο απελεξγνπνίεζεο Οη ππνδνρείο απηνί είλαη επίζεο επαίζζεηνη ζε έλαλ αξηζκφ ελδνγελψλ κνξίσλ θαη ηξνπνπνηεηψλ. Ο ζπλαγσληζηήο γιπθίλε ζα πξέπεη λα πξνζδεζεί πξηλ ν Δηθόλα ρεκαηηθή απεηθφλεζε ηνπ ππνδνρέα NMDA θαη ησλ πξνζδεηψλ ηνπ. ππνδνρέαο ελεξγνπνηεζεί ελψ θπζηνινγηθά επίπεδα πξσηνλίσλ θαηαζηέιινπλ ηελ ελεξγνπνίεζε ηνπο. Δμσθπηάξην Εε +2 θαη πνιπακίλεο δξνχλ επίζεο ζηνλ ππνδνρέα κεηαβάιινληαο ηελ ζπκπεξηθνξά ηνπ. Δπηπιένλ νη ππνκνλάδεο ηνπ ππνδνρέα αιιειεπηδξνχλ κε δηάθνξα ελδνθπηηάξηα κφξηα πνπ ζρεηίδνληαη κε ηελ κεηαζπλαπηηθή πχθλσζε (post synaptic density). Γηάθνξνη ππνηχπνη NMDA έρνπλ ηαπηνπνηεζεί ζε θεληξηθνχο λεπξψλεο θαη δηαθέξνπλ φζνλ αθνξά ηελ επαηζζεζία ηνπο ζε ελδνγελείο θαη εμσγελείο πξνζδέηεο, ηελ ηθαλφηεηα απνθιεηζκνχ ή αγσγήο δηζζελψλ ηφλησλ, ζηηο θηλεηηθέο ηνπο ηδηφηεηεο, θαη ζηελ αιιειεπίδξαζε κε ελδνθπηηάξηα κφξηα

32 Υπόηππνη Οη ππνδνρείο NMDA είλαη εηεξνκεξή κφξηα πνπ απνηεινχληαη απφ ηηο ππνκνλάδεο NR1, ηηο ππνκνλάδεο NR2 - κηα νηθνγέλεηα ηεζζάξσλ ζαθψο δηαρσξηδφκελσλ ππνκνλάδσλ (A,B,C,D) - θαη δχν ππνκνλάδεο NR Ζ ππνκνλάδα ΝR1 παξνπζηάδεη νρηψ δηαθνξεηηθέο ηζνκνξθέο πνπ πξνθχπηνπλ απφ ην ελαιιαθηηθφ κάηηζκα ζε ηξία αλεμάξηεηα δηαθνξεηηθά ζεκεία. Καη νκνινγία θαη νη ππφινηπεο ππνκνλάδεο εθηφο ηεο NR2A παξνπζηάδνπλ δηάθνξεο ελαιιαθηηθέο ηζνκνξθέο. Σερληθέο πβξηδνπνίεζεο in situ δείρλνπλ νηη ηα mrna κφξηα ησλ ππνκνλάδσλ παξνπζηάδνπλ δηαθνξεηηθά πξφηππα έθθξαζεο ζηνλ εγθέθαιν θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο αλάπηπμεο. 81,82 Οη ππνδνρείο NMDA ιεηηνπξγνχλ σο εηεξνκεξή πνιιαπιψλ ππνκνλάδσλ NR1 ζε ζπλδπαζκφ κε ηνπιάρηζηνλ κία ππνκνλάδα NR2. Ζ ππνκνλάδα NR3 δελ ζρεκαηίδεη απφ κφλε ηεο ιεηηνπξγηθνχο ππνδνρείο αιιά κπνξεί λα ζπκκεηέρεη κε ηα ζπκπιέγκαηα ησλ ππνκνλάδσλ NR1 θαη NR2. 83 Καζψο θάζε κία απφ ηηο ππνκνλάδεο πνπ ζπκβάιιεη ζηνλ ζρεκαηηζκφ ηνπ ππνδνρέα ζπλεηζθέξεη ηηο δηθέο ηεο μερσξηζηέο ηδηφηεηεο ζε κεγαιχηεξν ή κηθξφηεξν βαζκφ, πνιιέο απφ ηηο ζεκαληηθέο ηδηφηεηεο ηνπ ππνδνρέα θαζνξίδνληαη απφ ηελ παξνπζία θάζε θνξά ηεο εθθξαδφκελεο ππνκνλάδαο. 76 Δνκή Ζ ππνκνλάδα NR1 δχλαηαη λα ζρεκαηίζεη νκνκεξή πνπ αληαπνθξίλνληαη ζην γινπηακηληθφ νμχ θαη ηελ γιπθίλε θαζψο θαη ην NMDA. Ωζηφζν ηα ξεχκαηα πνπ πξνθχπηνπλ είλαη πνιχ πην πςειά φηαλ ε ππνκνλάδα NR1 εθθξάδεηαη καδί κε κηα απφ ηηο 4 ππνκνλάδεο NR2 θαη επηπξφζζεηα θαηαζηέιινληαη επί παξνπζίαο αληαγσληζηψλ εθιεθηηθψλ γηα ηνλ NMDA, φπσο ην APV. Δηθόλα Γνκή ηνπ ππνδνρέα NMDA 31

33 Tα εηεξνκεξή απηά ζπκπιέγκαηα ζρεκαηίδνπλ δηαχινπο απν άγνπλ ηα ηφληα Κ, Νa αιιά θαη εκθαλίδνπλ πςειή αγσγηκφηεηα Ca +2. Σα απνηειέζκαηα απηά επηβεβαηψλνπλ ηνλ εηεξνκεξή ραξαθηήξα ησλ ππνδνρέσλ NMDA. 84 Ζ δνκή ησλ ππνκνλάδσλ ηνπ ππνδνρέα NMDA παξνπζηάδεη ηελ εμήο αξρηηεθηνληθή 85 (Δηθ.1.6-2): ηξία δηακεκβξαληθά ηκήκαηα (Μ1,Μ2,Μ3), κηα κεκβξαληθή αγθχιε επαλεηζφδνπ (P loop), έλα ακηλνηειηθφ εμσθπηηαξηθφ θαη έλα θαξβνμπηειηθφ ελδνθπηηαξηθφ άθξν. πσο ζπκβαίλεη θαη ζηηο ππφινηπεο ππνκνλάδεο ππνδνρέσλ ηνπ γινπηακηληθνχ νμένο, ε πεξηνρή πξφζδεζεο ηνπ αγσληζηή θαζνξίδεηαη απφ ηα πνιππεπηηδηθά ηκήκαηα S1 S2. 86 Ωζηφζν φζνλ αθνξά ζηελ πεξηνρή απηή θαίλεηαη πσο ζηελ πεξίπησζε ησλ ππνκνλάδσλ ηνπ NMDA είλαη καθξχηεξε θαηά 30 θαηάινηπα, ελψ παξνπζηάδεηαη πινχζηα θαη ζε θπζηείλε ζε ζρέζε κε απηή ησλ ππνινίπσλ ηνπ AMPA θαη ηνπ θαηληθνχ ππνδνρέα. Ζ ακηλνηειηθή πεξηνρή πξνζδηνξίδεηαη απφ ηα πξψηα 400 ακηλνμέα θαη ελψ δελ εκπιέθεηαη άκεζα ζηελ πξφζδεζε ηνπ αγσληζηή, παίδεη φκσο ξφιν ζηνλ ζρεκαηηζκφ ηεο ππνκνλάδαο θαζψο θαη ζηελ ηξνπνπνίεζε ηνπ ππνδνρέα απφ πξσηφληα, πνιπακίλεο, ηνλ Εn +2 θαζψο θαη θάξκαθα φπσο πρ. Ηθελπξνδίιε. 87,88 Ζ θαξβνμπηειηθή πεξηνρή είλαη ξπζκηζηηθή θαη απνηειεί ζηνηρείν εληφπηζεο (localization module) ελψ αιιειεπηδξά επίζεο κε κφξηα ηεο κεηαζπλαπηηθήο πχθλσζεο (post synaptic density molecules). Σρεκαηηζκόο Ζ ππνκνλάδα NR1 ηνπ ππνδνρέα NMDA πεξηέρεη ηελ πεξηνρή πξφζδεζεο ηεο γιπθίλεο ελψ ε ππνκνλάδα NR2 παξέρεη ηκήκα ηεο πξφζδεζεο ηνπ γινπηακηληθνχ νμένο. Καηά ζπλέπεηα δηάθνξνη ζπλδπαζκνί ησλ δχν ππνκνλάδσλ απαηηνχληαη γηα ηελ δεκηνπξγία ιεηηνπξγηθψλ ππνδνρέσλ NMDA. Ζ ζχλζεζε ησλ ππνκνλάδσλ απαηηεί πεξίπνπ 2 ψξεο (Δηθ ). Ο ζρεκαηηζκφο νιηγνκεξψλ απφ ηηο ππνκνλάδεο παξαηεξείηαη ζε ρξνληθφ δηάζηεκα πεξίπνπ 5 σο 6 σξψλ, ελψ ραξαθηεξηζηηθά αληρλεχεηαη ν ζρεκαηηζκφο ζηαζεξψλ ζπλδέζεσλ κεηαμχ ησλ ππνκνλάδσλ ζε δηάζηεκα 4-5 σξψλ. Τπάξρεη δειαδή δηαθνξά πεξίπνπ κηαο ψξαο απφ ηνλ ζρεκαηηζκφ ησλ ππνκνλάδσλ θαη ησλ νιηγνκεξψλ. Φαίλεηαη επίζεο λα απαηηείηαη έλα εχινγν ρξνληθφ δηάζηεκα απφ ηελ ζχλζεζε ησλ ππνκνλάδσλ κέρξη ηελ παξνπζία ιεηηνπξγηθνχ ππνδνρέα γηα ηελ απαξαίηεηε αλαδίπισζε ηνπο, ηελ αιιεινζπζρέηηζε ηνπο (associate) θαζψο επίζεο θαη ην ρξφλν πνπ ρξεηάδεηαη γηα ηελ κεηαθνξά ηνπο ζηελ επηθάλεηα ηνπ θπηηάξνπ

34 Δηθόλα Απεηθφλεζε ηνπ ζρεκαηηζκνχ ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζην ρξφλν. Σα ιεπθά oξηδφληηα θνπηηά αληηπξνζσπεχνπλ ψξεο θαη ηα βέιε ππνδεηθλχνπλ ην ρξνληθφ εχξνο κέζα ζην νπνίν νη δηαθνξεηηθέο θάζεηο ηεο ζχλζεζεο, ζπζρέηηζεο θαη ζρεκαηηζκνχ νιηγνκεξψλ αληρλεχνληαη αξρηθά. Σα επάλσ ζθηαζκέλα ηξίγσλα παξηζηνχλ ηελ πξψηε ειεθηξνθπζηνινγηθή αλίρλεπζε ησλ δηαχισλ ηφλησλ θαη ηελ αχμεζε ηεο αγσγηκφηεηαο ηνπο κε ην ρξφλν ελψ ηα θάησ αθνξνχλ ηελ εκθάληζε ησλ νιηγνκεξψλ φπσο απηά αληρλεχνληαη απν ειεθηξνθφξεζε (Blue Native Gel Electrophoresis). Σν εμσθπηηαξηθφ ακηλνηειηθφ ηκήκα απνηειείηαη απφ δχν πεξηνρέο ηελ LIVBP (leukine isoleukine valine binding protein) πνπ είλαη νκφινγε κε ηηο βαθηεξηαθέο πεξηπιαζκαηηθέο πξσηετλεο πξφζδεζεο θαη ηελ S1 πεξηνρή πνπ κε ηελ ζπκβνιή ηεο LIVBP Δηθόλα Πεξηνρέο LIVBP, S1, S2, CTD εμσθπηηαξηθήο S2 πεξηνρήο ζρεκαηίδνπλ ηελ πεξηνρή πξφζδεζεο ηνπ αγσληζηή (Δηθ ). Ζ πεξηνρή LIVBP θαίλεηαη λα έρεη πνιιαπιέο ιεηηνπξγίεο, πρ αιιειεπηδξά κε εμσθπηηάξηεο πξσηείλεο 90, ελψ παίδεη ξπζκηζηηθφ ξφιν φζνλ αθνξά ηηο ππνκνλάδεο NR2 θαη ζπκβάιιεη θαη ζηελ αιιεινζπζρέηηζε ησλ ππνκνλάδσλ Τπάξρνπλ επίζεο νη πξναλαθεξζέληεο πεξηνρέο Μ1, Μ2, Μ3 πνπ ζρεκαηίδνπλ ηνλ πφξν αγσγήο ηφλησλ αιιά θαη ε αγθχιε επαλεηζφδνπ ε νπνία πεξηέρεη θαηάινηπα πνπ θαζνξίδνπλ ηηο ειεθηξνθπζηνινγηθέο ηδηφηεηεο ηνπ δηαχινπ 94,95. Σέινο ην ελδνθπηηάξην θαξβνμπηειηθφ άθξν (CTD) είλαη ζεκαληηθφ γηα ηηο δηαδηθαζίεο ηεο δηαθίλεζεο θαη ζηφρεπζεο ησλ ππνδνρέσλ. 96,97 33

35 Δίλαη επίζεο γλσζηφ νηη ε ππνκνλάδα NR2A δελ εθθξάδεηαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ θπηηάξνπ παξά κφλνλ φηαλ απηή ζπλεθθξαζηεί κε ηελ NR1. 98 Πεηξάκαηα ινηπφλ έδεημαλ πσο αλ ε πεξηνρή LIVBP απφκαθξπλζεί πιήξσο απφ ηελ ππνκνλάδα NR1, ηφηε ζηακαηά θαη ε ηθαλφηεηα έθθξαζεο ηεο ππνκνλάδαο NR2A ζηελ επηθάλεηα ηνπ θπηηάξνπ. Κάηη ηέηνην δελ ζπλέβαηλε κε ηελ αθαίξεζε ηνπ θαξβνμπηειηθνχ άθξνπ πεξηιακβάλνληαο θαη ην ηειεπηαίν δηακεκβξαληθφ ηκήκα. Αλάινγα απνηειέζκαηα παξνπζηάζηεθαλ φζνλ αθνξά θαη ηνλ ζρεκαηηζκφ ηνπ ππνδνρέα απφ ηηο ππνκνλάδεο ζε ζρέζε κε ηηο πεξηνρέο LIVBP θαη ηελ θαξβνμπηειηθή πεξηνρή. Ωζηφζν απηφ δελ ζεκαίλεη νηη ε πεξηνρή απηή είλαη απφ κφλε ηεο ηθαλή γηα ηελ ζπζρέηηζε ησλ ππνκνλάδσλ κεηαμχ ηνπο. 99,100 Υπνκνλάδα NR1 Σν γνλίδην ηεο ππνκνλάδαο NR1 έρεη 22 εμφληα, ηξία απφ ηα νπνία (5,21,22) πθίζηαληαη ελαιιαθηηθφ κάηηζκα γηα ηελ δεκηνπξγία νρηψ δηαθνξεηηθψλ ελαιιαθηηθψλ ηζνκνξθψλ (Δηθ ). Σν εμφλην 5 θσδηθνπνηεί κηα πεξηνρή 21 ακηλνμέσλ (Ν1) ην νπνίν εηζέξρεηαη ζην ακηλνηειηθφ άθξν ζην θαηάινηπν 190. Δλα αζπλήζηζην ραξαθηεξηζηηθφ ηνπ εμνλίνπ 5 είλαη νηη 9 απφ ηα 21 θαηάινηπα είλαη ζεηηθά θνξηηζκέλα ρσξηκέλα ζε δχν νκάδεο πνπ κεηαμχ ηνπο παξεκβάιεηαη νκάδα ηξηψλ αξλεηηθά θνηηζκέλσλ θαηάινίπσλ. Σα εμφληα 21 θαη 22 θσδηθνπνηνχλ πεξηνρέο 37 θαη 38 ακηλνμέσλ αληίζηνηρα πνπ ζρεκαηίδνπλ θαη ην ηειεπηαίν ηκήκα ηνπ θαξβνμπηειηθνχ άθξνπ. Οη ελαιιαθηηθέο ηζνκνξθέο ηνπ θαξβνμπηειηθνχ άθξνπ πξνθχπηνπλ απφ ηελ απνπζία είηε ηνπ 21 είηε ηνπ 22 είηε θαη ησλ δχν. Ωζηφζν κάηηζκα ηνπ εμνλίνπ 22 έρεη σο απφηέιεζκα ηελ απνκάθξπλζε ελφο θσδηθνλίνπ ιήμεο θαη ηελ εηζαγσγή ελφο λένπ εμνλίνπ 22 ακηλνμέσλ ηνπ C2. Καηά ζπλέπεηα νη ελαιιαθηηθέο κνξθέο ηνπ NR1 δηαθέξνπλ ζε δχν ζεκαληηθέο πεξηνρέο: ηελ ακηλνηειηθή κε δχν δπλαηφηεηεο δηακφξθσζεο θαη ηελ θαξβνμπηειηθή κε ηέζζεξηο δπλαηφηεηεο δηακφξθσζεο 108. Μειέηεο πβξηδηζκνχ in situ δείρλνπλ ηνπνγξαθηθή εηδηθφηεηα θαη αλαπηπμηαθή ξχζκηζε ησλ ελαιιαθηηθψλ ηζνκνξθψλ ηνπ NR1. 101,102 Ζ νλνκαηνινγία ησλ ηζνκνξθψλ πνπ πξνθχπηνπλ απν ην ελαιιαθηηθφ κάηηζκα ηεο ππνκνλάδαο NR1 ηνπ ππνδνρέα NMDA παξνπζηάδνληαη ζηελ εηθφλα

36 Δ Δηθόλα Γνκή ηνπ mrna ηεο ππνκνλάδαο NR1 ζηελ νπνία δηαθξίλνληαη νη πεξηνρέο ελαιιαθηηθνχ καηίζκαηνο θαη αληηζηνίρεζε ζηελ γνληδηαθή δνκή. Α ην γνλίδην ηεο ππνκνλάδαο NR1 έρεη 22 εμφληα ηξία απν ηα νπνία (εμφλην 5, 21 θαη 22) πθίζηαληαη ελαιιαθηηθφ κάηηζκα γηα ηελ δεκηνπξγία νρηψ δηαθνξεηηθψλ ηζνκνξθψλ. Σν εμφλην 5 θσδηθνπνηεί κηα πεξηνρή 21 ακηλνμέσλ πνπ νλνκάδεηαη Ν1 θαη εηζέξρεηαη ζην ακηλνηειηθφ άθξν ζην θαηάινηπν 190 ηεο NR1 πξσηείλεο. Σα εμφληα 21 θαη 22 θσδηθνπνηνχλ δχν αλεμάξηεηεο πεξηνρέο 37 (C1) θαη 38 (C2) ακηλνμέσλ αληίζηνηρα πνπ ζρεκαηίδνπλ θαη ην ηειεπηαίν ηκήκα ηνπ θαξβνμπηειηθνχ άθξνπ ηεο πξσηεηλεο. Οη ελαιιαθηηθέο ηζνκνξθέο ηνπ θαξβνμπηειηθνχ άθξνπ πξνθχπηνπλ κε ηελ δηαγξαθή ηνπ εμνλίνπ 21 ή ηελ ρξεζηκνπνίεζε κηαο ελαιιαθηηθήο ηνπ εμνλίνπ 22 πεξηνρήο θαηα ηέηνην ηξφπν ψζηε είηε ε C1 είηε ε C2 είηε θαη νη δχν λα ιείπνπλ. Σν κάηηζκα ηνπ εμνλίνπ C2 έρεη σο απνηέιεζκα ηελ απνκάθξπλζε ελφο θσδηθνλίνπ ιήμεο θαη ηελ δεκηνπξγία ελφο λένπ πιαηζίνπ αλάγλσζεο πνπ θσδηθνπνηεί 22 επηπιένλ ακηλνμέα (C2 ) κέρξη ηελ εκθάληζε λένπ θσδηθνλίνπ ιήμεο. Β ζρεκαηηθή απεηθφλεζε ηεο νξγάλσζεο ηνπ γνληδίνπ ηεο ππνκνλάδαο NR1 ζηελ νπνία δηαθξίλνληαη ηα 22 εμφληα. Σα εμφληα 5,21 θαη 22 αληηζηνηρνχλ ζηηο πεξηνρέο ελαιιαθηηθνχ καηίζκαηνο. Γονίδιο NR1 Υπομονάδα 8 Εναλλακηικές Ιζομορθές NR1-1α, NR1-1β NR1-2α, NR1-2β NR1-3α, NR1-3β NR1-4α, NR1-4β περιέτοσν ηο C1 35

37 Δηθόλα Ολνκαηνινγία ησλ ελαιιαθηηθψλ ηζνκνξθψλ ηεο ππνκνλάδαο NR1 πνπ πξνθχπηνπλ απν ην ελαιιαθηηθφ κάηηζκα. Γηαθξίλνληαη νη πεξηνρέο πνπ πεξηέρνπλ ην εμφλην C ΡΟΛΟ ΣΗ ΦΩΦΟΡΤΛΙΩΗ ΣΟΤ ΤΠΟΓΟΥΔΑ ΝΜDA Ζ θσζθνξπιίσζε απoηειεί έλαλ απφ ηνπο βαζηθνχο κεραληζκνχο ξχζκηζεο ησλ ππνδνρέσλ ηνπ γινπηακηληθνχ νμένο. 103 Οη ππνδνρείο NMDA θαίλεηαη λα ξπζκίδνληαη απφ έλαλ ηθαλφ αξηζκφ θηλαζψλ θαη θσζθαηαζψλ. 103,104 Πνιιέο ζέζεηο θσζθνξπιίσζεο έρνπλ ηαπηνπνηεζεί ζε θαηάινηπα ζεξίλεο θαη ζξενλίλεο ζηηο ππνκνλάδεο ηνπ ππνδνρέα NMDA πνπ απνηεινχλ ππνζηξψκαηα ησλ campεμαξηψκελεο πξσηεηληθήο θηλάζεο Α (PKA), πξσηεηληθή θηλάζε C (PKC), πξσηεηληθή θηλάζε B (PKB), CaMKII (Δηθ ). Οη παξαπάλσ θηλάζεο παίδνπλ ξφιν ηφζν ζηελ ελδνθπηηάξηα δηαθίλεζε ηνπ ππνδνρέα φζν θαη ζηηο ηδηφηεηεο ηνπ δηαχινπ ηνπ ππνδνρέα κεηαβάιινληαο θαηά απηφλ ηνλ ηξφπν ηελ ζπλαπηηθή ηζρχ θαη ελ ηέιεη ζπκκεηέρσληαο ζε δηάθνξεο κνξθέο ζπλαπηηθήο πιαζηηθφηεηαο. 105 Δηθόλα Θέζεηο θσζθνξπιίσζεο ζην θπηηαξνπιαζκαηηθφ ηκήκα ησλ ππνκνλάδσλ ηνπ ππνδνρέα NMDA. Σα θπηηαξνπιαζκαηηθά ηκήκαηα ησλ ππνκνλάδσλ NR1, NR2A, NR2B, NR2C πεξηέρνπλ 100, 630, 640 θαη 800 ακηλνμέα αληίζηνηρα. Κάζε ηκήκα θσζθνξπιηψλεηαη ζε θαηάινηπα ζξενλίλεο / ζεξίλεο ή / θαη ηπξνζίλεο απφ δηάθνξεο θηλάζεο. 36

38 Δλεξγνπνίεζε ηεο πξσηεηληθήο θηλάζεο C (PKC), έρεη δείμεη νηη είλαη ηθαλή είηε λα αλαζηείιεη είηε λα δηεγείξεη ηνπο ππνδνρείο NMDA Δπηπξφζζεηα ελδνθπηηαξηθή έγρπζε θαζαξήο PKC ζε λεπξψλεο ηνπ ηξηδχκνπ εληζρχεη ηνπο ππνδνρείο NMDA θαη επίζεο ε PKC θαίλεηαη λα κεζνιαβεί ηελ ξχζκηζε ησλ NMDA απφ ηα κ νπηνεηδή ζηα παξαπάλσ θχηηαξα. 110,111 Δλεξγνπνίεζε ηεο PKC εληζρχεη αλαζπλδπαζκέλνπο ππνδνρείο NMDA πνπ έρνπλ εθθξαζζεί ζε σνθχηηαξα Xenopus είηε πξφθεηηαη γηα νκνκεξή NR1 είηε γηα εηεξνκεξή NR1-NR Δπηπιένλ ε camp εμαξηψκελε πξσηεηληθή θηλάζε A (PKA) εληζρχεη ηνπο ππνδνρείο NMDA ζε λεπξψλεο ηνπ ηππνθάκπνπ. 118 Βηνρεκηθέο κειέηεο δείρλνπλ νηη νη ππνδνρείο NMDA θσζθνξπιηψλνληαη άκεζα απφ ηελ πξσηετληθή θηλάζε C (PKC). Ζ επαγφκελε ελίζρπζε ησλ NMDA ξεπκάησλ θαίλεηαη λα νθείιεηαη ζηελ παξαηεηακέλε πηζαλφηεηα ξπζκνχ δηάλνημεο ηνπ ππνδνρέα θαζψο θαη ζηελ απμεκέλε έθθξαζε ηνπο ζηελ θπηηαξηθή κεκβξάλε. 119 Ζ ππνκνλάδα NR2B επξίζθεηαη ζηηο πεξηζζφηεξεο πεξηνρέο ηνπ εγθεθάινπ λσξίο θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο αλάπηπμεο ηνπ λεπξηθνχ. 120 ε ζχγθξηζε κε ηνπο ππνδνρείο πνπ πεξηέρνπλ NR2A, νη NR2B ππνκνλάδεο ραξαθηεξίδνληαη απφ αξγή θηλεηηθή κε πεξίπνπ 250ms ρξνληθή ζηαζεξα απελεξγνπνίεζεο ηνπ ππνδνρέα. 121 Ο κεησκέλνο ιφγνο NR2B/ NR2A ζεσξείηαη φηη επζχλεηαη γηα ηελ αλαπηπμηαθή αιιαγή ζηα ξεχκαηα πνπ δηάγνπλ ηνπο δηάπινπο ησλ ππνδνρέσλ NMDA 120. Οη ππνκνλάδεο NR2B ππφθεηληαη ζε ξχζκηζε απφ ηελ PKC ζηα θαηάινηπα ζεξίλεο S1303 θαη S1323. Φσζθνξπιίσζε ζπλζεηηθψλ πεπηηδίσλ ππνδεηθλχεη φηη νη δχν απηέο ζέζεηο απνηεινχλ ππνζηξψκαηα ηεο PKC in vitro. Μειέηεο έρνπλ δείμεη φηη ε θσζθνξπιίσζε ησλ θαηαινίπσλ S1303 θαη S1323 είλαη απαξαίηεηε γηα ηελ ελίζρπζε ησλ ξεπκάησλ απφ ηελ PKC ησλ ππνδνρέσλ NMDA NR2B. 122 Δπηπξνζζέησο κειέηεο έρνπλ δείμεη φηη ην θαηάινηπν ζεξίλεο S1303 θσζθνξπιηψλεηαη επίζεο θαη απφ ηελ CaMKII ηφζν in vitro φζν θαη ζε λεπξψλεο ηνπ ηππφθακπνπ. 123 Ζ θσζθνξπιίσζε ηεο S1303 απφ ηελ CaMKIΗ αλαζηέιεη ηελ αιιειεπίδξαζε ηνπ ππνδνρέα κε ηελ θηλάζε θαη πξνάγεη ηελ αξγή απνδέζκεπζε ησλ πξνζρεκαηηζκέλσλ ζπκπιφθσλ

39 1.6.3 ΟΙ ΤΠΟΓΟΥΔΙ NMDA ΣΟΝ ΑΜΦΙΒΛΗΣΡΟΔΙΓΗ ΥΙΣΩΝΑ Σν γινπηακηληθφ νμχ είλαη έλαο ζεκαληηθφο δηεγεξηηθφο δηαβηβαζηήο πνπ παίδεη ηδηαίηεξν ξφιν ζηε ζπλαπηηθή δηαβίβαζε ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα 125. Οη θσηνυπνδνρείο, ηα δίπνια θαη ηα γαγγιηαθά θχηηαξα απειεπζεξψλνπλ γινπηακηληθφ νμχ πξνθεηκέλνπ λα κεηαδψζνπλ ηελ νπηηθή πιεξνθνξία απφ ηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα κέρξη θαη ηνλ εγθέθαιν. Σα νξηδφληηα θαη ηα βξαρχηλα θχηηαξα ρξεζηκνπνηνχλ γεληθά ην GAΒΑ (γ-ακηλνβνπηπξηθφ νμχ) θαη ηε γιπθίλε σο δηαβηβαζηή, θαη νη αλαζηαιηηθέο ηνπο δξάζεηο ηξνπνπνηνχλ ηελ θάζεηα κεηαβηβαδφκελε πιεξνθνξία απφ ηνπο θσηνυπνδνρείο πξνο ηα γαγγιηαθά θχηηαξα 126,127. πσο έρεη αλαθεξζεί νη δξάζεηο ηνπ γινπηακηληθνχ νμένο δηακεζνιαβνχληαη κέζσ δχν θαηεγνξηψλ ππνδνρέσλ: ησλ ηνληνηξνπηθψλ θαη ησλ κεηαβνηξνπηθψλ. Καη νη δχν απηέο θαηεγνξίεο ππάξρνπλ ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα. Γηάθνξεο κειέηεο έρνπλ θαηνξζψζεη λα εληνπίζνπλ ηηο δηάθνξεο ππνκνλάδεο ηνπο ζηηο δηάθνξεο θαηεγνξίεο θπηηάξσλ ηνπ ηζηνχ 128. Απηή ε κεγάιε πνηθηιία ππνδνρέσλ γινπηακηληθνχ νμένο πνπ ππάξρνπλ ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα ζπκβάιιεη ζηε ιεηηνπξγηθή πνηθηιία ε νπνία ζεσξείηαη ε βάζε ηεο πνιχπινθεο δηαδηθαζίαο ηεο κεηάδνζεο ηεο νπηηθήο πιεξνθνξίαο. ζνλ αθνξά ηνπο ππνδνρείο ΝΜDΑ, έρνπλ εληνπηζζεί ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή νη δηάθνξεο ππνκνλάδεο ηνπο κε ηε βνήζεηα δηαθφξσλ ηερληθψλ. ην επίπεδν ηνπ mrνα, κέζσ πβξηδηζκνχ in situ πξνθχπηεη φηη ζηα δηάθνξα αλαπηπμηαθά ζηάδηα ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ηνπ επίκπνο, απφ ηελ Δ13 έσο ηελ Ρ21 φιεο νη ππνκνλάδεο ησλ ππνδνρέσλ NMDA αληρλεχνληαη 129. Πην ζπγθεθξηκέλα, θαίλεηαη φηη ε έθθξαζε ησλ ππνκνλάδσλ μεθηλά λσξίο ζηα πξψηκα αλαπηπμηαθά ζηάδηα θαη πθίζηαηαη αιιαγέο ηηο πξψηεο εκέξεο κεηά ηε γέλλεζε. ην ελήιηθν δψν (Ρ21) νη ππνκνλάδεο (NR2Α), (NR2Β) θαη (NR1) εθθξάδνληαη ζηε ζηηβάδα ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ θαη ζην έζσ 1/3 ηεο έζσ θνθθψδνπο ζηηβάδαο (πηζαλψο ζηα βξαρχηλα θχηηαξα), ελψ νη (NR2Β) θαη (NR1) εληνπίδνληαη θαη ζηα έμσ 2/3 ηεο έζσ θνθθψδνπο ζηηβάδαο (πηζαλψο ζηα νξηδφληηα ή θαη δίπνια θχηηαξα). ζνλ αθνξά ηελ (NR2C) δελ ππήξρε ζεκαληηθφ ζήκα ζε θαλέλα αλαπηπμηαθφ ζηάδην, ελψ αζζελέο ζήκα γηα ηελ (NR2D) εκθαλίδεηαη παξνδηθά ζηελ έζσ λεπξνβιαζηηθή ζηηβάδα κεηαμχ Δ18 θαη Ρ1 θαζψο θαη ζηε ζηηβάδα ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ θαη ηελ έζσ θνθθψδε ζηηβάδα ηελ Ρ7. χκθσλα κε ηνπο Hartveit et al, ε NR2Α ζηνλ ελήιηθν επίκπ εληνπίδεηαη ζηε ζηηβάδα 38

40 ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ, ζε έθηνπα βξαρχηλα θχηηαξα, ζε βξαρχηλα θχηηαξα ηεο έζσ θνθθψδνπο ζηηβάδαο θαζψο θαη κεηαζπλαπηηθά κηαο ππνθαηεγνξίαο ησλ δίπνισλ θπηηάξσλ πνπ ζπλάπηνληαη κε ηα θσλία 130. Ζ έθθξαζε ησλ ππνδνρέσλ NMDA έρεη κειεηεζεί θαη ζην επίπεδν ηεο πξσηεΐλεο κε αλνζντζηνρεκεία 131. Ζ κειέηε ακθηβιεζηξνεηδηθψλ ηνκψλ επίκπνο ζηα δηάθνξα αλαπηπμηαθά ζηάδηα απφ ηελ Δ20/21 κέρξη ηελ ελειηθίσζε έδεημε ηελ θαηαλνκή γηα ηηο δηάθνξεο ππνκνλάδεο πνπ ζπλνςίδεηαη ζηνλ παξαθάησ πίλαθα. Τπνκνλάδα Κπηηαξηθφο ηχπνο/ ηηβάδα Αλαπηπμηαθφ ζηάδην NR1 oξηδφληηα, βξαρχηλα, γαγγιηαθά, εθηνπ. βξαρχηλα ΗΡL: δχν δψλεο (νn/off) Πξψηκν ~Ρ9 NR2Α NR2Β βξαρχηλα, γαγγιηαθά, εθηνπ.βξαρχηλα, oξηδφληηα ΗΡL: δχν δψλεο ζηελ νff ππνζηηβάδα αζζελψο, δηάρπηα ζηελ νn-ππνζηηβάδα βξαρχηλα, γαγγιηαθά, εθηνπ.βξαρχηλα, oξηδφληηα ΟΡL ΗΡL: δχν δψλεο ζηελ νff-ππνζηηβάδα δηάρπηα ζηελ νn-ππνζηηβάδα Πξψηκν Μέζν ~Ρ14 Πξψηκν Μέζν ~Ρ9 NR2C βξαρχηλα (ιίγα), γαγγιηαθά, εθηνπ. βξαρχηλα ΗΡL: δηάρπηα (φρη δψλεο) Πξψηκν ~Ρ9 NR2D βξαρχηλα (ιίγα), γαγγιηαθά, εθηνπ. βξαρχηλα ΗΡL: ζην έζσ ηκήκα Πξψηκν ~Ρ14 πγθεθξηκέλα, ζήκα γηα ηηο NR2 ππνκνλάδεο θαη εηδηθφηεξα γηα ηελ NR2Β αληρλεχζεθε ζηα ζψκαηα ησλ νξηδφληησλ θπηηάξσλ θαη ζηελ ΟΡL, ππνδειψλνληαο φηη ιεηηνπξγηθνί ππνδνρείο NMDA θπξίσο ηνπ ηχπνπ 39

41 NR1/NR2Β εθθξάδνληαη ζ' απηφλ ηνλ θπηηαξηθφ ηχπν. Ζ έθθξαζε ηεο ππνκνλάδαο NR2D πεξηνξίζηεθε ζην έζσ ηκήκα ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη θάλεθε λα ζρεηίδεηαη κε ηε λεπξνδηαβίβαζε ζην κνλνπάηη ησλ ξαβδίσλ. ηελ ΗΡL ε NR1 βξέζεθε λα δίλεη ζήκα ζε δχν δψλεο πνπ κπνξεί λα ζπζρεηηζζνχλ κε ηα ΟΝ θαη ΟFF κνλνπάηηα ζήκαηνο, ελψ νη NR2Α θαη NR2Β εληνπίζηεθαλ ζε δχν δψλεο ζην ΟFF-ππνπέηαιν ηεο ΗΡL. Ζ ππνκνλάδα NR2C θαηαλεκήζεθε ζε φιε ηελ ΗΡL, ελψ ε ΝR2D πεξηνξίζηεθε κφλν ζην εζψηεξν ηκήκα ηεο ΗΡL εθεί φπνπ θαηάιήγνπλ νη απφιήμεηο ησλ ζρεηηδφκελσλ κε ξαβδία δίπνισλ θπηηάξσλ. ε αληίζεζε κε ηα απνηειέζκαηα ηνπ πβξηδηζκνχ in situ φιεο νη ππνκνλάδεο εθθξάδνληαη ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα κφλν κεηά ηε γέλλεζε (Δ20/21). Θεσξείηαη φηη απηφ κεηψλεη ηελ πηζαλφηεηα λα παίδνπλ ξφιν νη ππνδνρείο NMDA θαηά ηα εκβξπτθά ζηάδηα ηεο αλάπηπμεο. Δμάιινπ ην γεγνλφο φηη νη δηάθνξεο ππνκνλάδεο δείρλνπλ δηαθνξεηηθά ζρέδηα θαηάλνκήο ζηηο ζπλνπηηθέο ζηηβάδεο θαη ζηα δηάθνξα είδε λεπξψλσλ, ζεκαίλεη φηη δηαθνξεηηθνί ηχπνη εηεξνκεξψλ ππνδνρέσλ γινπηακηληθνχ νμένο ππάξρνπλ ζηα δηάθνξα επίπεδα θαηά ηε κεηαβίβαζε ηεο νπηηθήο πιεξνθνξίαο. Ζ θαηαλνκή θαη ε ζπλαπηηθή εληφπηζε ησλ ππνδνρέσλ NMDA κειεηήζεθε ζε ελήιηθνπο επίκπο κέζσ αλνζνθζνξηζκνχ 132. ηελ ΗΡL φιεο νη ππνκνλάδεο πνπ κειεηήζεθαλ (NR1, NR2Α θαη NR2Β) εληνπίζηεθαλ κεηαζπλαπηηθά δειαδή ζε νξηζκέλα βξαρχηλα θαη γαγγιηαθά θχηηαξα. Ζ ηαπηφρξνλε εληφπηζε ζηελ ΗΡL ησλ ππνκνλάδσλ NR1-NR2Α, θαη NR1-NR2Β ζε κεγάιν πνζνζηφ, θαζψο θαη NR2Α- NR2Β ζε κηθξφ φκσο πνζνζηφ, νδήγεζε ζην ζπκπέξαζκα φηη ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ππάξρνπλ ηνπιάρηζηνλ 3 είδε ζπλδπαζκψλ ππνδνρέσλ NMDA: NR1 / NR2Α, NR1 / NR2Β, θαζψο θαη NR1 / NR2Α/ NR2Β ζε κηθξφ πνζνζηφ. Σέινο ζηελ ΟΡL ην αληίζσκα ελαληίνλ ησλ ηζφκνξθσλ 3α, 3β, 4α θαη 4β ηεο ππνκνλάδαο NR1 εληνπίζηεθε πξνζπλαπηηθά ζηνπο θσηνυπνδνρείο. Σέινο κε ηε κέζνδν ηεο RT-PCR έρεη γίλεη δπλαηή ε αλίρλεπζε ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα ελήιηθσλ κπψλ ησλ ηζνκνξθψλ ελαιιαθηηθνχ καηίζκαηνο. Ζ κέζνδνο απηή κπνξεί λα αληρλεχζεη ην ελαιιαθηηθφ κάηηζκα είηε ζην 5' είηε ζην 3'άθξν αιιά φρη θαη ζηα δχν άθξα ηαπηνρξφλσο

42 1.6.4 Ο ΡΟΛΟ ΣΩΝ ΤΠΟΓΟΥΔΩΝ NMDA ΣΗΝ ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΣΟΤ ΑΜΦΙΒΛΗΣΡΟΔΙΓΟΤ ΥΙΣΩΝΑ Ο ξφινο ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζηελ αλάπηπμε ηνπ λεπξηθνχ θπθιψκαηνο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο έρεη δεηρζεί ζε πνιιέο εξγαζίεο. Οη Liets θαη Chalupa έδεημαλ πξνθαινχκελεο απφ NMDA απαληήζεηο ζε απνκνλσκέλα γαγγιηαθά θχηηαξα θαηά ηελ αλάπηπμε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο πξηλ απφ ηελ ζεκαληηθή επηκήθπλζε ησλ δελδξηηψλ ηνπο ή πξίλ ηνλ ζρεκαηηζκφ ζπλαπηηθψλ επαθψλ κε ηελ έζσ δηθηπσηή ζηηβάδα 134. Δπίζεο αλαθέξνπλ κείσζε ηεο αγσγηκφηεηαο ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζε ψξηκα γαγγιηαθά θχηηαξα θάηη πνπ ζεκαηνδνηεί ηελ αιιαγή φζνλ αθνξά ηελ ζπλεηζθνξά ηνπο ζηελ δηεγεξηηθή ζεκαηνδφηεζε θαηά ηελ αλάπηπμε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο. Δλδνθζάικηεο ελέζεηο αληαγσληζηψλ ησλ NMDA ππνδνρέσλ θαηά ηελ αλάπηπμε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ζε λπθίηζεο, είρε σο απνηέιεζκα ηελ επηκχθελζε ησλ δελδξηηψλ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ζε επίπεδα ζπγθξηλφκελα κε απηά πξηλ ε ζπλαπηηθή επαλαδηάηαμε θαη ξχζκηζε κεηαμχ ησλ ζηηβάδσλ ιάβεη ρψξα 135. Ζ δηαπίζησζε απηή ππνδεηθλχεη έλαλ ζεκαληηθφ ξφιν ησλ NMDA ππνδνρέσλ ζηελ κηθξνξχζκηζε ή ζηαζεξνπνίεζε ησλ ζπλάςεσλ ζε απάληεζε κε ζπλαπηηθήο απειεπζέξσζεο γινπηακηληθνχ νμένο. Σν γινπηακηληθφ νμχ παίδεη ξφιν ζην αλαπηπζζφκελν νπηηθφ ζχζηεκα. ηνλ ψξηκν ακθηβιεζηξνεηδή νη δελδξηηηθέο απφιήμεηο ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ θσηεηλνχ θαη ζθνηεηλνχ θέληξνπ δηαρσξίδνληαη ζε δηαθνξεηηθέο ππνζηηβάδεο κέζα ζηελ έζσ δηθηπσηή ζηηβάδα (ΗΡL) θαη ζπλάπηνληαη κε δηαθνξεηηθέο θαηεγνξίεο δίπνισλ θπηηάξσλ 136. Αλαηνκηθέο κειέηεο δείρλνπλ φηη απηφο ν δηαρσξηζκφο επηηπγράλεηαη κε πξννδεπηηθή εμάιεηςε δελδξηηψλ πνπ ζηα αξρηθά ζηάδηα ηεο αλάπηπμεο δηαθιαδίδνληαη δηάρπηα ζηελ έζσ δηθηπσηή ζηηβάδα (ΗΡL) 137. Ζ ρνξήγεζε γινπηακηληθνχ αλαιφγνπ (ΑΡΒ), λσξίο θαηά ηελ αλάπηπμε, πνπ ππεξπνιψλεη ηα δίπνια θχηηαξα αλαζηέιινληαο ηελ απειεπζέξσζε ηνπ γινπηακηληθνχ νμένο απφ απηά, εκπνδίδεη ην θπζηνινγηθφ δηαρσξηζκφ ησλ δελδξηηψλ ζηηο επηκέξνπο ππνζηηβάδεο. Δμάιινπ ειεθηξνθπζηνινγηθέο κειέηεο επηβεβαηψλνπλ φηη ε ρνξήγεζε ΑΡΒ νδεγεί ζηελ εληφπηζε γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ πνπ αληαπφθξίλνληαη ζε εξεζίζκαηα ηφζν θσηεηλνχ φζν θαη ζθνηεηλνχ θέληξνπ, ζε πνζνζηφ ζπκβαηφ κε εθείλν ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ πνπ εκθαλίδνπλ δηάρπηεο δελδξηηηθέο απνιήμεηο ζηηο αλαηνκηθέο κειέηεο 138. Φαίλεηαη ινηπφλ πσο ην γινπηακηληθφ νμχ παίδεη θαζνξηζηηθφ ξφιν ζηε δηακφξθσζε θπζηνινγηθψλ ζπλδέζεσλ κεηαμχ δίπνισλ θαη γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ζηελ έζσ 41

43 δηθηπσηή ζηηβάδα (ΗΡL). Ζ δηαηαξαρή πνπ πξνθχπηεη ζε αλαζηνιή απηήο ηεο θπζηνινγηθήο δηεξγαζίαο έρεη ζεκαληηθέο ιεηηνπξγηθέο πξνεθηάζεηο. Ζ δηακφξθσζε ησλ δελδξηηψλ θαη ησλ αμφλσλ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ζηνλ αλαπηπζζφκελν ακθηβιεζηξνεηδή είλαη κηα πνιχπινθε δηαδηθαζία πνπ ξπζκίδεηαη απφ δηαθνξεηηθνχο παξάγνληεο. Γηα παξάδεηγκα ν πξνζαλαηνιηζκφο ησλ δελδξηηψλ θαη ησλ αμφλσλ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ζηα πηελά θαζνξίδεηαη απφ ην κηθξνπεξηβάιινλ πνπ δηακνξθψλεηαη απφ ηα εηδηθά πξνζαλαηνιηζκέλα θχηηαξα γινίαο 139. Δπίζεο ε δηακφξθσζε επεξεάδεηαη απφ ηα επίπεδα ηξνθηθψλ παξαγφλησλ ηνπηθά θαη ζε πεξηνρέο ζηφρνπο απφ ηελ αιιειεπίδξαζε κεηαμχ δελδξηηψλ γεηηνληθψλ θπηηάξσλ θαζψο θαη απφ ελδνγελείο παξάγνληεο Έρεη δεηρζεί φηη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ζπλαπηνγέλεζεο ιακβάλεη ρψξα αλαδηακφξθσζε ησλ γαγγιηαθψλ δελδξηηψλ. Οη θηλήζεηο απηέο ξπζκίδνληαη απφ ην γινπηακηληθφ νμχ, δεδνκέλνπ φηη ε αλαζηνιή ηφζν ησλ NMDA φζν θαη ησλ κε-nmda ππνδνρέσλ θαηαζηέιιεη ηελ θηλεηηθφηεηα ησλ δελδξηηψλ, κεηψλεη ην κήθνο ηνπο θαζψο θαη ησλ αξηζκφ ησλ θιάδσλ ηνπο. Με δεδνκέλν φηη νη ηαρείεο απηέο δελδξηηηθέο θηλήζεηο παίδνπλ ξφιν θαηά ηε ζπλαπηνγέλεζε, θαίλεηαη ζεκαληηθφο ν ξφινο ηνπ γινπηακηληθνχ ζ' απηή ηελ αλαπηπμηαθή δηαδηθαζία 143. ηνλ αλαπηπζζφκελν ακθηβιεζηξνεηδή ηνπ θνπλειηνχ έρνπλ εληνπηζηεί πςειέο ζπγθεληξψζεηο ελδνγελνχο γινπηακηληθνχ νμένο ζηελ θνηιηαθή δψλε πνιχ πξηλ ηε γέλλεζε, γεγνλφο πνπ ππνδειψλεη ηνλ πηζαλφ ξφιν ηνπ ακηλνμένο ζε πνιχ πξψηκεο αλαπηπμηαθέο δηαδηθαζίεο φπσο ε θπηηαξηθή δηαίξεζε θαη ε δηαθνξνπνίεζε 144. Με εηδηθέο ηερληθέο έρεη κειεηεζεί ε επίδξαζε ηνπ γινπηακηληθνχ ζηελ αχμεζε ηεο ζπγθέληξσζεο ηνπ ειεχζεξνπ ελδνθπηηάξηνπ αζβεζηίνπ ζηα δηάθνξα είδε θπηηάξσλ ζε εκβξπτθφ θαη λενγληθφ ακθηβιεζηξνεηδή θνπλειηνχ. Παξαηεξήζεθε φηη ε αχμεζε απηή ζηα γαγγιηαθά θαη βξαρχηλα θχηηαξα πνπ είλαη θαη ηα πξψηα πνπ δηαθνξνπνηνχληαη, επηηπγράλεηαη ήδε απφ ηελ 20 ε εκβξπτθή εεκέξα, κέζσ δηέγεξζεο ηνπο κε αγσληζηέο ησλ κε- NMDA ππνδνρέσλ. Σν NMDA δηεγείξεη ηα θχηηαξα απηά αξγφηεξα πεξίπνπ ηελ 24 ε εκβξπτθή εκέξα. Αληίζεηα νη θσηνυπνδνρείο, ηα δίπνια, ηα νξηδφληηα θαη ηα θχηηαξα Μüller πνπ δηαθνξνπνηνχληαη αξγφηεξα, θαζψο θαη νη πξνγνλνί ηνπο ζηελ θνηιηαθή δψλε, απνθξίλνληαη ζην γινπηακηληθφ κφλν κέζσ ελεξγνπνίεζεο ησλ ππνδνρέσλ κε-nmda. πκπεξαζκαηηθά, είλαη πηζαλφ φηη έλα πξψηκν γινπηακηλεξγηθφ ζχζηεκα είλαη αλαγθαίν γηα ηε θπζηνινγηθή σξίκαλζε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο. Δπηπιένλ πξψηκα γεγνλφηα πνπ ζρεηίδνληαη κε θχηηαξα ηεο θνηιηαθήο δψλεο θαίλεηαη λα ξπζκίδνληαη 42

44 απφ ππνδνρείο κε-nmda ελψ κεηαγελέζηεξα φπσο ε επηβίσζε, ε αλάπηπμε λεπξαμφλσλ θαη ε ζπλαπηνγέλεζε θαίλεηαη λα ξπζκίδνληαη ηφζν απφ ππνδνρείο κε- NMDA φζν θαη απφ NMDA ΤΠΟΓΟΥΔΙ NMDA ΚΑΙ ΠΛΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Οη ππνδνρείο NMDA έρνπλ ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ πιαζηηθφηεηα ιφγσ ηεο δηηηήο ηδηφηεηαο ηνπο λα είλαη ηφληνεμαξηψκελνη θαη ηάζνεμαξηψκελνη ππνδνρείο 146,147. Έηζη ε ελεξγνπνίεζε ησλ ππνδνρέσλ NMDA νδεγεί ζε κηα κε γξακκηθή απφθξηζε πνπ κπνξεί λα δηαπηζησζεί ζηνλ νπηηθφ θινηφ θαη ε νπνία θαζνξίδεηαη απν ηηο ηδηφηεηεο ηνπ δηαχινπ 148. Ζ κε γξακκηθφηεηα θάλεη πην πηζαλφ ην γεγνλφο νηη ην κεηαζπλαπηηθφ θχηηαξν ζα ελεξγνπνηείηαη νηαλ ην πξνζπλαπηηθφ ελεξγνπνηείηαη, θαη θαηα ζπλέπεηα πην πηζαλφ λα επηβεβαηψλεηαη ν λφκνο ηνπ Hebb νηη δειαδή νη ζπλάςεηο ελδπλακψλνληαη νηαλ ηα πξνζπλαπηηθά θαη κεηαζπλαπηηθά θχηηαξα ελεξγνπνηνχληαη ηαπηφρξνλα 149. Αληαγσληζηέο ησλ ππνδνρέσλ NMDA κεηψλνπλ ηελ πιαζηηθφηεηα ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο 150. Ζ εηδηθφηεηα ηνπ θαηλνκέλνπ απηνχ ακθηζβεηήζεθε απν ην γεγνλφο νηη νη αληαγσληζηέο ησλ ππνδνρέσλ NMDA πηζαλφλ κεηψλνπλ ηελ ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα θαη δξνχλ φπσο ην TTX. Ωζηφζν βξέζεθε νηη ε πιαζηηθφηεηα ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ειαηηψλεηαη επηδξψληαο ζηνπο ππνδνρείο NMDA αιιά φρη ζηελ ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα 151,152. Δπίζεο antisense λνπθιενηίδηα γηα ηνπο ππνδνρείο NMDA κεηψλνπλ ηελ πιαζηηθφηεηα επηινγήο πξνζαλαηνιηζκνχ αιιά φρη ηεο θαηέπζπλζεο, ηνλίδνληαο ηελ δηαθνξά κεραληζκψλ κεηαμπ ησλ δπν απηψλ ηδηνηήησλ. Σα επίπεδα ησλ ππνδνρέσλ NMDA απμάλνληαη κε ηελ ειηθία κέρξη ην κέγηζην ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ νζνλ αθνξά ηηο ζηήιεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο θαη ζηελ ζπλέρεηα κεηψλνληαη Οη ππνδνρείο NMDA απνηεινχληαη απν ηελ ππνκνλάδα NR1 πνπ είλαη θνηλή γηα φινπο ηνπο ππνδνρείο θαη ηελ NR2 ζε δηάθνξνπο ζπλδπαζκνχο. Οη ππνκνλάδεο ΝR1, NR2B θαη NR2A απμάλνπλ κε ηελ αχμεζε ηεο πιαζηηθφηεηαο θαη κεηψλνληαη κε ηελ κείσζε ηεο πιαζηηθφηεηαο 156. Οη ππνδνρείο NMDA εκπιέθνληαη ζαθψο ζηελ πιαζηηθφηεηα ηνπ νπηηθνχ θινηνχ, κε βάζε φια ηα θξηηήξηα πνπ αλαθέξζεζαλ παξαπάλσ, κε ηελ ππνκνλάδα NR2B, λα ζπκκεηέρεη πεξηζζφηεξν απν θάζε άιιε. 43

45 Τπάξρεη κηα κεηαβνιή πνπ πξαγκαηνπνηείηαη θαηα ηελ δηάξθεηα ηεο αλάπηπμεο, ε αληηθαηάζηαζε ηεο ππνκνλάδαο NR2B απν ηελ NR2A, ε νπνία θαίλεηαη λα θαζπζηεξεί θαηά ηελ αλάπηπμε δψσλ κε νπηηθή απνζηέξεζε (Carmignoto and Vicini, 1992) θαη δχλαηαη λα ιάβεη ρψξα ηαρχηαηα 157,158. Οη ππνδνρείο πνπ πεξηέρνπλ ηελ ππνκνλάδα NR2A έρνπλ βξαρχηεξν ρξφλν δηάλνημεο ηνπ δηαχινπ. Καηα ζπλέπεηα κεηψλεηαη κε ηνλ ηξφπν απηφ ε πηζαλφηεηα ηεο ζπγρξνληζκέλεο ελεξγνπνίεζεο ησλ πξνζπλαπηηθψλ θαη κεηαζπλαπηηθψλ λεπξψλσλ θαη εθηνχηνπ ε πηζαλφηεηα λα εθπιεξσζεί ν λφκνο ηνπ Hebb, ελψ επίζεο επεξξεάδεηαη θαη ην πνζφ ηνπ αζβεζηίνπ πνπ εηζέξρεηαη ζηα θχηηαξα κέζσ ηνπ δηαχινπ ηνπ ππνδνρέα NMDA. Ζ κή αληηθαηάζηαζε ηεο ππνκνλάδαο NR2B κε NR2A ζρεηίδεηαη κε κείσζε ηνπ θαηλνκέλνπ πιαζηηθφηεηαο LTP (long term potentiation) θαηα ηελ πξψηε εβδνκάδα κεηα ηελ γέλλεζε ζηνπο επίκπεο θαζψο θαη ε παξνπζία ηεο ππνκνλάδαο NR2B ζρεηίδεηαη κε απμεκέλε πιαζηηθφηεηα ζηελ γάηα 156,157. πκπεξαζκαηηθά γίλεηαη ζαθέο νηη ε δξαζηεξηφηεηα ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζρεηίδεηαη κε ην θαηλφκελν ηεο πιαζηηθφηεηαο κέζα απν κηα πνηθηιία πεηξακάησλ. ηον οπηικό θλοιό Ο νπηηθφο θινηφο ησλ ζειαζηηθψλ είλαη αλψξηκνο θαηά ηε γέλλεζε ηφζν αλαηνκηθά φζν θαη απφ άπνςε θπζηνινγίαο θαη αλαπηχζζεηαη ζηαδηαθά θαηά ηε δηάξθεηα ησλ πξψησλ εβδνκάδσλ κεηά ηε γέλλεζε 47,159. Καηά ηε δηάξθεηα απηήο ηεο πεξηφδνπ ζπκβαίλεη κηα ζεκαληηθή αλαηνκηθή αλαδηακφξθσζε ηεο ζπλδεζκνινγίαο θαη νη νπηηθνί λεπξψλεο απνθηνχλ ηηο ιεηηνπξγηθέο ηδηφηεηεο ηνπ ελήιηθνπ δψνπ απνθξηλφκελνη ζηα νπηηθά εξεζίζκαηα. Απηή ε αλαηνκηθή θαη ιεηηνπξγηθή εμέιημε εμαξηάηαη ηνπιάρηζην ελ κέξεη απφ ηελ νπηηθή εκπεηξία θαηά ηε δηάξθεηα κηαο πξψηκεο πεξηφδνπ πιαζηηθφηεηαο πνπ νλνκάδεηαη «θξίζηκε πεξίνδνο». Ζ πεξίνδνο απηή ζηνλ εγθέθαιν ηνπ επίκπνο μεθηλά πεξί ην ηέινο ηεο ηξίηεο εβδνκάδνο κεηά ηε γέλλεζε θαη νινθιεξψλεηαη ζην ηέινο ηεο πέκπηεο εβδνκάδνο. Δμσθπηηάξηεο θαηαγξαθέο απφ ηνλ πξσηνηαγή νπηηθφ θινηφ επίκπσλ θαηά ηελ πξψηκε πεξίνδν κεηά ηε γέλλεζε (17ε- 45ε εκέξα κεηά ηε γέλλεζε) επηβεβαηψλνπλ ηελ αλσξηκφηεηα ησλ λεπξψλσλ ζε φιεο ηηο νπηηθέο παξακέηξνπο πνπ εμεηάζηεθαλ. Ζ εθιεθηηθφηεηα ησλ λεπξψλσλ φζσλ αθνξά ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ θαη ηελ θαηεχζπλζε ηεο θίλεζεο ήηαλ απνχζα. Οη πεξηζζφηεξνη λεπξψλεο απνθξίλνληαλ ζε δηφθζαικα εξεζίζκαηα θαη 44

46 ην ππνδεθηηθφ ηνπο πεδίν ήηαλ πεξίπνπ 5-6 θνξέο κεγαιχηεξν απφ εθείλν ηνπ ελήιηθνπ δψνπ. ιεο απηέο νη ιεηηνπξγηθέο ηδηφηεηεο απέθηεζαλ ζηαδηαθά ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ ψξηκνπ δψνπ ζην ηέινο ηεο πεξηφδνπ πνπ κειεηήζεθαλ (45ε εκέξα κεηά ηε γέλλεζε), ελψ ηξνπνπνηήζεθαλ απφ ρεηξηζκνχο πνπ αθνξνχζαλ ηελ επίδξαζε ηνπ νπηηθνχ εξεζίζκαηνο φπσο είλαη ε αλάπηπμε ησλ δψσλ ζην ζθνηάδη θαη ε κνλφθζαικε απνζηέξεζε ηνπ νπηηθνχ εξεζίζκαηνο. Πην ζπγθεθξηκέλα ε αλάπηπμε ζην ζθνηάδη εκπφδηδε ηελ σξίκαλζε ησλ λεπξψλσλ ελψ ε κνλφπιεπξε νπηηθή απνζηέξεζε αλέζηεηιε ηε θπζηνινγηθή δηακφξθσζε ησλ ζηειψλ νθζαικηθήο επηθξάηεζεο 57. Ζ απνζηέξεζε ηνπ νπηηθνχ εξεζίζκαηνο ζηνλ έλα νθζαικφ νδεγεί ζε δηεχξπλζε ησλ ζηειψλ νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ηνπ θπζηνινγηθνχ νθζαικνχ, εηο βάξνο ηνπ απνζηεξεκέλνπ 47. Δπεηδή νη κειέηεο ησλ Hubel and Wiesel δηαπίζησζαλ φηη νη θινηηθνί λεπξψλεο ζηακαηνχλ λα απνθξίλνληαη ζηνλ απνζηεξεκέλν νθζαικφ κφλν φηαλ ε απνζηέξεζε ζπκβεί λσξίο θαηά ηελ αλάπηπμε, επηθξάηεζε ε πεπνίζεζε φηη ν ελήιηθνο θινηφο ζηεξείηαη ηεο ηθαλφηεηαο λα απνθξίλεηαη ζε εμσηεξηθά εξεζίζκαηα. Νεψηεξα δεδνκέλα ζπλεγνξνχλ ππέξ ηεο άπνςεο φηη θαη ν ελήιηθνο θινηφο δηαηεξεί ζεκαληηθνχ βαζκνχ πιαζηηθφηεηα. πγθεθξηκέλα ε κνλφπιεπξε απνζηέξεζε ηνπ νπηηθνχ εξεζίζκαηνο ηξνπνπνηεί ηηο ζηήιεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ζηνλ νπηηθφ θινηφ ηνπ ελήιηθνπ κπφο, σζηφζν ν ηξφπνο πνπ ζπκβαίλεη απηφ δηαθέξεη απφ εθείλνλ θαηά ηελ αλάπηπμε 160. ηνπο λεαξνχο κπο ε κνλφπιεπξε νπηηθή απνζηέξεζε πξνθαιεί κηα ηαρεία κείσζε ζηελ απφθξηζε ησλ εηεξφπιεπξσλ ζε ζρέζε κε ηνλ απνζηεξεκέλν νθζαικφ θινηνηθψλ θπηηάξσλ, ε νπνία αθνινπζείηαη απφ κηα ελδπλάκσζε ησλ απνθξίζεσλ ζηνλ νκφπιεπξν κε ηνλ απνζηεξεκέλν νθζαικφ θινηφ 161. Αληίζεηα ε κνλφπιεπξε νπηηθή απνζηέξεζε ζηνλ ελήιηθν κπ δελ πξνθαιεί κείσζε ηεο απφθξηζεο ζηνλ απνζηεξεκέλν νθζαικφ παξφιν πνπ κηα θαζπζηεξεκέλε ελδπλάκσζε ησλ απνθξίζεσλ ζηνλ κε απνζηεξεκέλν νθζαικφ εμαθνινπζεί λα ππάξρεη. Οη εξεπλεηέο επηζεκαίλνπλ επίζεο φηη απηή ε κνξθή πιαζηηθφηεηαο ζην ψξηκν δψν απαηηεί εθηφο απφ ηελ νπηηθή εκπεηξία θαη ηελ ελεξγνπνίεζε ησλ ππνδνρέσλ NMDA 160. Οη He et al (2006) ππνζηεξίδνπλ φηη ε κνλφπιεπξε απνζηέξεζε ζηνπο ελήιηθνπο επίκπεο κπνξεί λα επάγεη απφθξηζε ησλ θινητθψλ ηνπο θπηηάξσλ παξφκνηα κε εθείλε πνπ εθιχεηαη ζηα λεαξά δψα αθνχ φκσο έρεη πξνεγεζεί δεθαήκεξε έθζεζε ηνπο ζε δηαξθέο ζθνηάδη

47 Οη ππνδνρείο ΝΜDA είλαη απαξαίηεηνη γηα πνιιέο κνξθέο ζπλαπηηθήο πιαζηηθφηεηαο θαη είλαη πηζαλφ φηη αιιαγέο ζηηο ηδηφηεηεο ηνπ ππνδνρέα επηδξνχλ ζηα ραξαθηεξηζηηθά ηεο ζπλαπηηθήο πιαζηηθφηεηαο 163. Οη Carmignoto θαη Vicini (1992) κειεηψληαο ηα δηεγεξηηθά κεηαζπλαπηηθά ξεχκαηα ζηε ζηηβάδα ΗV ηνπ νπηηθνχ θινηνχ ηα νπνία δηακεζνιαβνχληαη απφ ηνπο ππνδνρείο NMDA δηαπίζησζαλ φηη ζηνπο λεαξνχο επίκπεο δηαξθνχζαλ πεξηζζφηεξν απφ φηη ζηνπο ελήιηθεο 157. Δπηπιένλ ε δηάξθεηά ηνπο εκθάληδε κηα πξννδεπηηθή κείσζε παξάιιειε κε ηε κείσζε ηεο ζπλαπηηθήο πιαζηηθφηεηαο πνπ ζπκβαίλεη θαηά ηελ σξίκαλζε. Δμάιινπ ε αλάπηπμε ησλ δψσλ ζε δηαξθέο ζθνηάδη ε νπνία παξαηείλεη ηελ πεξίνδν ηεο ζπλαπηηθήο πιαζηηθφηεηαο, θαζψο θαη ε ρνξήγεζε ηεηξνδνηνμίλεο πνπ αλαζηέιιεη ηελ λεπξσληθή δξαζηεξηφηεηα πξνθαινχζαλ κηα θαζπζηέξεζε απηήο ηεο παξαηεξνχκελεο κείσζεο ησλ ΔPSCs. Ο πξνηεηλφκελνο κεραληζκφο αθνξά ηηο ηδηφηεηεο πχιεο ηνπ ππνδνρέα δειαδή ην ρξφλν πνπ νη ππνδνρείο είλαη ζε ζέζε λα παξακείλνπλ αλνηρηνί γεγνλφο πνπ πηζαλψο νθείιεηαη ζε αιιαγέο ζηε δνκηθή ζχζηαζε ηνπ ππνδνρέα. Οη Quinlan et al (1999) κειέηεζαλ αθξηβψο ηελ επίδξαζε ηεο ειηθίαο θαη ηεο νπηηθήο εκπεηξίαο ζηελ έθθξαζε δηαθνξεηηθψλ ππνκνλάδσλ ηνπ ππνδνρέα NMDA ζε ζπλαπηνλεπξνζψκαηα απφ νπηηθφ θινηφ επίκπνο 158. Πξάγκαηη δηαπηζηψζεθαλ αιιαγέο ζηε δνκηθή ζχζηαζε ηνπ ππνδνρέα. πγθεθξηκέλα θαηά ηε γέλλεζε νη ππνδνρείο ζπληίζεληαη απφ ηηο ππνκνλάδεο NR1 θαη NR2B, σζηφζν θαηά ηε δηάξθεηα ησλ πξψησλ 5 εβδνκάδσλ κεηά ηε γέλλεζε παξαηεξείηαη κηα πξννδεπηηθή αχμεζε ηελ ππνκνλάδαο NR2A. Ζ αλάπηπμε ησλ δψσλ ζην ζθνηάδη αλαζηέιιεη ηε θπζηνινγηθά παξαηεξνχκελε αχμεζε ηεο ππνκνλάδαο NR2A θαηά ηε αλάπηπμε. Μφιηο φκσο ηα δψα απηά εθηεζνχλ ζην θσο ηα επίπεδα ηεο NR2A απμάλνληαη ηαρέσο (ζε ιηγφηεξν απφ 2 ψξεο), ελψ κεηψλνληαη ζε δηάζηεκα 3-4 εκεξψλ κφιηο ηα δψα ζηεξεζνχλ ην θσο. Δίλαη πξνθαλέο φηη ε αιιαγή ηεο δνκηθήο ζχζηαζεο ηνπ ππνδνρέα NMDA απνηειεί ζεκαληηθφ κεραληζκφ ζπλαπηηθήο πιαζηηθφηεηαο ζηνλ νπηηθφ θινηφ. Aλάινγε κειέηε ζηνλ νπηηθφ θινηφ ηεο γάηαο, θαηαδεηθλχεη επίζεο ην ζεκαληηθφ ξφιν ηεο ππνκνλάδαο NR2A ζηνπο κεραληζκνχο πιαζηηθφηεηαο θαηά ηελ θξίζηκε αλαπηπμηαθή πεξίνδν 156. Ζ δνκηθή αιιαγή ηνπ ππνδνρέα κπνξεί λα εξκελεχζεη ηηο παξαηεξνχκελεο αιιαγέο ζηα κεηαζπλαπηηθά ξεχκαηα. Οη Flint et al (1997) έδεημαλ φηη ζην ζσκαηναηζζεηηθφ θινηφ ηνπ επίκπνο ηα θχηηαξα πνπ εμέθξαζαλ ην mrna ηεο ππνκνλάδαο ΝR2A είραλ πην ηαρέα δηεγεξηηθά κεηαζπλαπηηθά ξεχκαηα 164. Ζ έθθξαζε ηνπ mrna ηεο ζπγθεθξηκέλεο ππνκνλάδαο 46

48 αθφκε θαη ζε κηθξή πνζφηεηα ζηνπο θινηηθνχο λεπξψλεο ήηαλ αξθεηή γηα λα κεηαβάιιεη ηηο ρξνληθέο ηδηφηεηεο ηνπ ππνδνρέα. Σέινο θαη εδψ παξαηεξήζεθε φηη ην πνζνζηφ ησλ θπηηάξσλ πνπ εθθξάδνπλ ηελ ππνκνλάδα NR2A θαη εκθαλίδνπλ ηαρέα δηεγεξηηθά κεηαζπλαπηηθά ξεχκαηα απμάλνληαη πξννδεπηηθά θαηά ηελ αλάπηπμε. Ζ αλαπηπμηαθή ξχζκηζε ηεο έθθξαζεο ηεο ππνκνλάδαο NR2A, ν ζπζρεηηζκφο ηεο κε ηε δηάξθεηα ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ θαζψο θαη ε επίδξαζε πνπ πθίζηαηαη απφ ην νπηηθφ εξέζηζκα, κειεηήζεθαλ ζηα ππξακπδνεηδή θχηηαξα ηεο ζηηβάδαο IV ηνπ νπηηθνχ θινηνχ ηνπ επίκπνο 165. πγθξίλνληαο ηα δηακεζνιαβνχκελα απφ ηνπο ππνδνρείο NMDA δηεγεξηηθά κεηαζπλαπηηθά ξεχκαηα κεηαμχ ηεο 12εο θαη 25εο εκέξαο κεηά ηε γέλλεζε, δηαπηζηψζεθε κείσζή ηνπο ζηα πην φςηκα αλαπηπμηαθά ζηάδηα. Ο πβξηδηζκφο in situ έδεημε ηελ αλαπηπμηαθή αχμεζε ησλ ππνκνλάδσλ NR2A θαη NR1b θαη ηε ζηαζεξφηεηα ζηα επίπεδα έθθξαζεο ησλ ππνκνλάδσλ ΝR2B θαη ΝR1a. Ζ κειέηε επίκπσλ πνπ κεγάισζαλ ζε δηαξθέο ζθνηάδη, απνδεηθλχεη φηη ε απνζηέξεζε ηνπ νπηηθνχ εξεζίζκαηνο θαζπζηεξεί ηελ αχμεζε ηεο ππνκνλάδαο NR2A κε απνηέιεζκα λα αλαζηέιιεηαη ε αλαπηπμηαθή κεηαβνιή ηεο ζχζηαζεο ηνπ ππνδνρέα. Αληίζεηα νη ηζνκνξθέο ηεο ππνκνλάδαο NR1 δελ πθίζηαληαη κεηαβνιέο ζην ζθνηάδη. πλνςίδνληαο ινηπφλ, ε ππνκνλάδα NR1a δελ πθίζηαηαη αιιαγέο ζηα θχηηαξα ηνπ νπηηθνχ θινηνχ ηνπ επίκπνο θαηά ηελ αλάπηπμε, ε NR1b ππφθεηηαη ζε ζεκαληηθή αλαπηπμηαθή ξχζκηζε ελψ ηέινο ε NR2A ξπζκίδεηαη ηφζν αλαπηπμηαθά φζν θαη απφ ηελ νπηηθή εκπεηξία. ια ηα παξαπάλσ ππνδειψλνπλ ζηελή ζρέζε αλάκεζα ζηελ αλαπηπμηαθή ξχζκηζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ ππνδνρέα NMDA θαη ηελ εμαξηψκελε απφ ηελ νπηηθή εκπεηξία θξηηηθή πεξίνδν πιαζηηθφηεηαο ζηνλ νπηηθφ θινηφ. Ζ δνκηθή θαη ιεηηνπξγηθή δηαθνξνπνίεζε ησλ ππνδνρέσλ NMDA ππφ ηελ επίδξαζε ηεο νπηηθήο απνζηέξεζεο κειεηήζεθε ζηνλ νπηηθφ θινηφ ηνπ ελήιηθνπ κπφο 166. ε αληίζεζε κε φηη ζπκβαίλεη θαηά ηελ αλάπηπμε, ε δεθαήκεξε έθζεζε ζην ζθνηάδη ελφο ελήιηθνπ κπφο δελ απμάλεη ηα δηεγεξηηθά κεηαζπλαπηηθά ξεχκαηα ησλ ππνδνρέσλ ΝMDΑ πνπ πξνθαινχληαη απφ έλα κεκνλσκέλν εξέζηζκα, απμάλεη φκσο ηε ρξνληθή ηνπο άζξνηζε. χκθσλα κε ηνπο εξεπλεηέο απηφ κπνξεί λα εξκελεπηεί σο απνηέιεζκα απμεκέλεο πηζαλφηεηαο πξνζπλαπηηθήο απειεπζέξσζεο γινπηακηληθνχ θαη απμεκέλεο ζρεηηθήο έθθξαζεο ησλ ππνδνρέσλ NMDA πνπ δηαζέηνπλ ηελ ππνκνλάδα ΝR2B ζε πεξηζπλαπηηθέο θαη εμσζπλαπηηθέο ζέζεηο. Οη He et al (2006) έδεημαλ φηη ε νπηηθή απνζηέξεζε ζε νπνηαδήπνηε ειηθία νδεγεί ζε ζχλζεζε 47

49 «αλψξηκνπ» ππνδνρέα NMDA πνπ ραξαθηεξίδεηαη απφ πςειφηεξα επίπεδα ππνκνλάδαο NR2B ζε ζρέζε κε ηελ NR2A 162. Ωζηφζν ελψ ζηα λεαξά δψα ε νπηηθή απνζηέξεζε θαίλεηαη λα εκπνδίδεη ηελ είζνδν ζηε ζχλαςε ησλ ππνδνρέσλ πνπ πεξηέρνπλ ηελ NR2A, ζην ελήιηθν δψν ε νπηηθή απνζηέξεζε θαίλεηαη λα δηεγείξεη ηε δηνρέηεπζε ζηε ζχλαςε ησλ ππνδνρέσλ πνπ πεξηέρνπλ ηελ NR2Β. Σα παξαπάλσ δείρλνπλ φηη ε νπηηθή εκπεηξία ηξνπνπνηεί ηηο ζπλάςεηο θαη ζηνλ ψξηκν νπηηθφ θινηφ, δειαδή εθηφο ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ πιαζηηθφηεηαο. Οη κεραληζκνί απηνί πιαζηηθφηεηαο σζηφζν δείρλνπλ λα δηαθέξνπλ κεηαμχ αλαπηπζζφκελνπ θαη ελήιηθνπ δψνπ. ηον αμθιβληζηποειδή σιηώνα Ζ νπηηθή απνζηέξεζε κεηψλεη ηε δηαζεζηκφηεηα ηνπ γινπηακηληθνχ νμένο ζηηο εζψηεξεο ζηηβάδεο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ρηηψλα. Ζ έθζεζε ζην ζθνηάδη νδεγεί ζε ζπλερή απειεπζέξσζε γινπηακηληθνχ νμένο απφ ηνπο θσηνυπνδνρείο ε νπνία κε ηε ζεηξά ηεο ππεξπνιψλεη ηα δίπνια θχηηαξα πνπ ζπλάπηνληαη κε ξαβδία θαζψο θαη ηα δίπνια θχηηαξα θσηεηλνχ θέληξνπ πνπ ζπλάπηνληαη κε θσλία εκπνδίδνληαο ηελ απειεπζέξσζε γινπηακηληθνχ ζηηο ζπλαπηηθέο ηνπο απνιήμεηο. Ζ απνζηέξεζε ηνπ νπηηθνχ εξεζίζκαηνο επηδξά ζε πνιιέο ιεηηνπξγηθέο θαη κνξθνινγηθέο ηδηφηεηεο ησλ ακθηβιεζηξνεηδηθψλ ζπλαπηηθψλ κνλνπαηηψλ. ηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ηνπ κπφο, παξεκπνδίδεη ην αλαπηπμηαθφ θχκα ησλ πξνζαγσγψλ ζπλαπηηθψλ ξεπκάησλ ζηα γαγγιηαθά θχηηαξα θαζψο θαη ηελ εμαξηψκελε απφ ηελ ειηθία αχμεζε ηεο δξαζηεξηφηεηαο πνπ παξαηεξείηαη ζηηο εζψηεξεο ζηηβάδεο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο κε ην άλνηγκα ησλ νθζαικψλ 167. Ζιεθηξνθπζηνινγηθέο κειέηεο έδεημαλ φηη ππφ θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο, 1-2 εβδνκάδεο κεηά ην άλνηγκα ησλ νθζαικψλ (14ε εκέξα κεηά ηε γέλλεζε) παξαηεξείηαη κηα αχμεζε ηφζν ζην κέγεζνο φζν θαη ζηε ζπρλφηεηα ησλ δπλακηθψλ ελέξγεηαο ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ. Απηέο νη αλαπηπμηαθέο αιιαγέο απνδίδνληαη ζε σξίκαλζε ζην επίπεδν ησλ ζπλάςεσλ πξνο ηα γαγγιηαθά θχηηαξα. Ζ αλάπηπμε ησλ πεηξακαηνδψσλ ζε δηαξθέο ζθνηάδη απφ ηε γέλλεζή κέρξη ηε ζαλάησζή ηνπο, κεηψλεη ηε ζπρλφηεηα ησλ δπλακηθψλ απηψλ ρσξίο λα επηδξά σζηφζν ζην κέγεζφο ηνπο. Κάηη αλάινγν ζπκβαίλεη θαη ζηελ θπζηνινγηθά παξαηεξνχκελε αχμεζε ηεο ζπρλφηεηαο ησλ απζφξκεησλ δηεγεξηηθψλ κεηαζπλαπηηθψλ ξεπκάησλ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ζηηο δχν εβδνκάδεο πνπ 48

50 αθνινπζνχλ ην άλνηγκα ησλ νθζαικψλ. Καη ζε απηή ηελ πεξίπησζε ε νπηηθή απνζηέξεζε κείσζε ζεκαληηθά ηε κέζε ζπρλφηεηα ησλ δπλακηθψλ απηψλ φρη φκσο ην κέγεζφο ηνπο. Δίλαη πηζαλφ ε επίδξαζε ηεο νπηηθήο απνζηέξεζεο ηφζν ζηελ επαγφκελε φζν θαη ζηελ απζφξκεηε δξαζηεξηφηεηα λα γίλεηαη κέζσ θνηλνχ κεραληζκνχ πνπ ζρεηίδεηαη κε ηελ απειεπζέξσζε λεπξνδηαβηβαζηψλ απφ πξνζπλαπηηθνχο λεπξψλεο ζηηο εζψηεξεο ζηηβάδεο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο. Δμάιινπ ειεθηξνακθηβιεζηξνεδνγξαθηθέο θαηαγξαθέο κπψλ έδεημαλ φηη ε νπηηθή απνζηέξεζε κεηψλεη ηελ ακθηβιεζηξνεηδηθή ιεηηνπξγία ησλ εζψηεξσλ ζηηβάδσλ ε νπνία εθθξάδεηαη κέζσ ησλ ηαιαλησζηθψλ δπλακηθψλ (oscillatory potentials). Σα κεησκέλα απηά ηαιαλησζηθά δπλακηθά επαλέξρνληαη ζηα θπζηνινγηθά επίπεδα φηαλ ηα δψα επηζηξέςνπλ ζην θπζηνινγηθφ εκεξήζην θχθιν (12 ψξεο θσο/12 ψξεο ζθνηάδη) γηα 15 εκέξεο. Αλαζηξέςηκε είλαη επίζεο θαη ε θαηαζηαιηηθή επίδξαζε πνπ αζθεί ε νπηηθή απνζηέξεζε ζην ξπζκφ ησλ απζφξκεησλ δηεγεξηηθψλ κεηαζπλαπηηθψλ ξεπκάησλ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ. ηελ πεξίπησζε απηή απαηηείηαη επάλνδνο ζην θπζηνινγηθφ εκεξήζην θχθιν γηα ηνπιάρηζηνλ κία εβδνκάδα. Ζ παξαηεηακέλε απηή πεξίνδνο είλαη ζπκβαηή κε ζπλαπηηθή αλαδηνξγάλσζε ε νπνία απαηηεί κεηαγξαθή γνληδίσλ θαη/ή αιιαγέο ζηε δνκή ησλ λεπξψλσλ. Δπηπιένλ ν ρξφλνο απηφο είλαη πνιχ πην κεγάινο ζπγθξηηηθά κε εθείλνλ πνπ απαηηείηαη γηα ηηο αιιαγέο ζηελ έθθξαζε ησλ ππνκνλάδσλ ησλ ππνδνρέσλ ηνπ γινπηακηληθνχ πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζην νπηηθά απνζηεξεκέλν νπηηθφ θινηφ κεηά απφ νιηγφσξε έθζεζή ηνπ ζην θσο, ελψ είλαη ζπγθξίζηκνο κε ην ρξφλν επαλφδνπ ζην θπζηνινγηθφ ηεο θινηηθήο ιεηηνπξγίαο ζε γάηεο πνπ ππεβιήζεζαλ πξνεγνχκελα ζε κνλφθζαικε νπηηθή απνζηέξεζε 158,168. Καη ζε άιιεο κειέηεο ησλ απζφξκεησλ κεηαζπλαπηηθψλ ξεπκάησλ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ, ε ζπρλφηεηά ηνπο εκθαλίδεηαη κεησκέλε ζε επίκπο πνπ κεγάισζαλ γηα κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα- ηξηψλ κελψλ απφ ηε γέλλεζε- ζε δηαξθέο ζθνηάδη, γεγνλφο πνπ απνδίδεηαη ζε πξνζπλαπηηθνχο κεραληζκνχο πνπ επεξεάδνπλ ηα δηεγεξηηθά πξνζαγσγά ζπλαπηηθά ξεχκαηα ζηα γαγγιηαθά θχηηαξα 169. Δπηπιένλ ε δηαθνξεηηθή επίδξαζε ησλ αληαγσληζηψλ ηνπ γινπηακηληθνχ θαη ηνπ GABA ζηε ζπρλφηεηα ησλ απζφξκεησλ κεηαζπλαπηηθψλ ξεπκάησλ ζηα δψα πνπ κεγάισζαλ ζην ζθνηάδη, ππνδειψλεη κηα πηζαλή αλαδηακφξθσζε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδηθνχ θπθιψκαηνο. Ζ αλαδηακφξθσζε απηή θαίλεηαη λα είλαη κφληκε θαζψο ε επαλέθζεζε ησλ πεηξακαηνδψσλ ζε θπζηνινγηθφ θχθιν 12 σξψλ θσηφο/ 12 σξψλ ζθφηνπο γηα εμίζνπ κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα ηξηψλ 49

51 κελψλ δελ είλαη ηθαλή λα αλαζηξέςεη ηηο κεηαβνιέο ζηα απζφξκεηα κεηαζπλαπηηθά ξεχκαηα. Οη Vistamehr and Tian (2004) κειέηεζαλ ηελ επίδξαζε ηεο νπηηθήο απνζηέξεζεο ζηελ απφθξηζε ηνπ έζσ θαη έμσ ηκήκαηνο ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο, δηαθφξσλ αλαπηπμηαθψλ ζηαδίσλ, ζην θσηεηλφ εξέζηζκα κε ηε βνήζεηα ηνπ ειεθηξνακθηβιεζηξνεηδνγξαθήκαηνο. Γηαπηζηψζεθε φηη ε αλάπηπμε ησλ κπψλ ζε δηαξθέο ζθνηάδη απφ ηε γέλλεζε κέρξη ηελ ειηθία ησλ 30, 60 θαη 90 εκεξψλ κεηά ηε γέλλεζε, θαζπζηεξεί πξνζσξηλά ηελ ππφ θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο παξαηεξνχκελε αχμεζε ηνπ κεγέζνπο ησλ δπλακηθψλ ησλ απνθξίζεσλ ζην θσο ησλ εμψηεξσλ ζηηβάδσλ ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο, φπσο απηή εθθξάδεηαη κέζσ ηνπ α θαη β θχκαηνο. Καη ζηα πεηξάκαηα απηά νη ίδηνη ρεηξηζκνί θαηαζηέιινπλ ηελ απφθξηζε ζην θσο ηνπ έζσ ακθηβιεζηξνεηδνχο ε νπνία εθθξάδεηαη κέζσ ηαιαλησζηθψλ δπλακηθψλ. Ζ κείσζε απηψλ ησλ δπλακηθψλ είλαη πιήξσο αλαζηξέςηκε φηαλ ηα δψα επαλεθηεζνχλ ζε θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο 12 σξψλ θσηφο /12 σξψλ ζθφηνπο. Ο ρξφλνο πνπ απαηηείηαη γηα απηήλ ηελ αλαζηξνθή είλαη εμαξηψκελνο απφ ηελ ειηθία κε ηνπο λεφηεξνπο κπο λα ρξεηάδνληαη κεγαιχηεξν ρξνληθφ δηάζηεκα. Δπίζεο ε νπηηθή απνζηέξεζε θαη ζηα ελήιηθα δψα γηα ρξνληθφ δηάζηεκα 30 εκεξψλ πξνθαιεί ηνλ ίδην βαζκφ θαηαζηνιήο ζηα ηαιαλησζηθά δπλακηθά ρσξίο σζηφζν λα επηδξά ζηα α θαη β θχκαηα. Οη παξαηεξήζεηο απηέο ππνδειψλνπλ ηελ χπαξμε κεραληζκψλ πιαζηηθφηεηαο πνπ εμαξηψληαη απφ ηε δξαζηεξηφηεηα, ηφζν ζηνπο αλαπηπζζφκελνπο φζν θαη ζηνπο ελήιηθνπο επίκπο. Ζ επίδξαζε ηεο νπηηθήο απνζηέξεζεο ζηε δηακφξθσζε ηεο κνξθνινγίαο ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ κειεηήζεθε απφ ηνπο Tian and Copenhagen (2003) 171. Με ειεθηξνθπζηνινγηθέο θαηαγξαθέο πξηλ θαη κεηά ην άλνηγκα ησλ καηηψλ ζε γαγγιηαθά θχηηαξα κπψλ, παξαηεξήζεθε φηη θπζηνινγηθά ππάξρεη κηα ζηαδηαθή ζεκαληηθή κείσζε ησλ θπηηάξσλ πνπ παξάγνπλ δπλακηθά ελεξγείαο ζε ΟΝ - OFF εξεζίζκαηα κε ηελ πάξνδν ηεο ειηθίαο. Απηφ πξνέθπςε κειεηψληαο θχηηαξα αθξηβψο πξηλ απφ ην άλνηγκα ησλ καηηψλ, αθξηβψο κεηά θαη 2 εβδνκάδεο κεηά. ηε ζπλέρεηα έγηλαλ θαηαγξαθέο ζηελ ειηθία ησλ 2 εβδνκάδσλ κεηά ην άλνηγκα ησλ καηηψλ, απφ δψα πνπ κεγάισζαλ ζην ζθνηάδη. Ζ ζχγθξηζε ηνπο κε ηα αληίζηνηρα δψα πνπ κεγάισζαλ ζε 12 ψξεο θσο/12 ψξεο ζθνηάδη, έδεημε πψο ην πνζνζηφ ησλ ΟΝ-OFF θπηηάξσλ ηνπο ήηαλ πνιχ πςειφηεξν, θαη ζπγθξίζηκν κε ην πνζνζηφ ησλ ΟΝ-OFF θπηηάξσλ ησλ δψσλ-καξηχξσλ πξηλ απφ ην άλνηγκα ησλ καηηψλ. Φαίλεηαη ινηπφλ φηη ε απνζηέξεζε 50

52 ηνπ νπηηθνχ εξεζίζκαηνο θαηαζηέιιεη ηελ θπζηνινγηθή αλαπηπμηαθή κείσζε ηνπ ΟΝ- OFF κνλνπαηηνχ θαη ην δηαρσξηζκφ ηνπ ζε ΟΝ θαη OFF κνλνπάηηα. Γηα λα πξνζδηνξηζηεί αλ ηα παξαπάλσ απνηειέζκαηα επηβεβαηψλνληαη θαη ζε επίπεδν κνξθνινγίαο, ρξεζηκνπνηήζεθαλ κπο νη νπνίνη εθθξάδνπλ κία θζνξίδνπζα πξσηεΐλε (ΤFP) ζηα γαγγιηαθά ηνπο θχηηαξα θαη ε νπνία ζεκαίλεη ηνπο δελδξίηεο, ηα ζψκαηα θαη ηνπο άμνλεο. Μειεηψληαο ηε δηαζηξσκάησζε πξηλ απφ ην άλνηγκα ησλ καηηψλ θαη 2 εβδνκάδεο κεηά, δηαπηζηψζεθε φηη ην πνζνζηφ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ κε δηάρπηα δηαθιαδηδφκελνπο δελδξίηεο εκθαλίδεη πηψζε κε ηελ πάξνδν ηεο ειηθίαο. Αληίζεηα ζηα δψα πνπ κεγάισζαλ ζην ζθνηάδη ε θπζηνινγηθή δηαδηθαζία εμάιεηςεο ησλ δελδξηηψλ αλαζηέιιεηαη θαη ηα γαγγιηαθά θχηηαξα παξακέλνπλ κε δηάρπηα δηαθιαδηδφκελνπο δελδξίηεο ζε κεγάιν πνζνζηφ. Ζ νπηηθή απνζηέξεζε επνκέλσο, θαίλεηαη φηη θξελάξεη ηε θπζηνινγηθή ιεηηνπξγηθή θαη κνξθνινγηθή απψιεηα ησλ ΟΝ-OFF γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ πνπ ζπκβαίλεη κεηά ην άλνηγκα ησλ καηηψλ. Παξφκνηα θαζπζηέξεζε ζηε δηαζηξσκάησζε ησλ δελδξηηψλ ησλ γαγγιηαθψλ θπηηάξσλ ζηηο ΟΝ θαη OFF ππνζηηβάδεο έρεη δηαπηζησζεί θαη θαξκαθνινγηθά κε ελδνθζάικηα ρνξήγεζε ΑΡΒ 138,172,173. Ζ δξάζε ηνπ ΑPB ζηνλ ψξηκν ακθηβιεζηξνεηδή, φπσο ήδε αλαθέξζεθε, είλαη λα ππεξπνιψλεη ηα δίπνια θχηηαξα πνπ ζπλάπηνληαη κε ξαβδία θαζψο θαη ηα δίπνια θχηηαξα θσηεηλνχ θέληξνπ πνπ ζπλάπηνληαη κε θσλία, κε ζπλέπεηα λα παξεκπνδίδεηαη ε απειεπζέξσζε γινπηακηληθνχ απφ απηνχο ηνπο δηάκεζνπο λεπξψλεο 174. Κάηη αλάινγν δειαδή κε απηφ πνπ ζπκβαίλεη θαηά ηελ αλάπηπμε ησλ δψσλ ζην ζθνηάδη. Απφ φια ηα παξαπάλσ πξνθχπηεη φηη, απφ κνξθνινγηθήο απφςεσο, ηφζν ε νπηηθή απνζηέξεζε φζν θαη ε ελδνθζάικηα έγρπζε ΑΡΒ ε νπνία ζεσξεηηθά κηκείηαη ηηο επηδξάζεηο ηεο πξψηεο ζην κνλνπάηη ησλ θπηηάξσλ θσηεηλνχ θέληξνπ, εκπνδίδεη ηελ αλαπηπμηαθή αλαδηακφξθσζε θαη δηαζηξσκάησζε ησλ γαγγιηαθψλ δελδξηηψλ. ε κία πξνζπάζεηα λα κειεηεζεί ν πηζαλφο ξφινο ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζε κεραληζκνχο πιαζηηθφηεηαο πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζην έζσ ηκήκα ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ρηηψλα, νη Guenther et al 2004 αλέιπζαλ ην πξνθίι ηεο έθθξαζεο ησλ ππνκνλάδσλ ηνπ ππνδνρέα ΝΜDA ζε κεκνλσκέλα γαγγιηαθά θχηηαξα ζε δηάθνξα αλαπηπμηαθά ζηάδηα θαη ζπλζήθεο θσηφο 135. Δπίζεο ζπζρέηηζαλ ηα ζπκπεξάζκαηά ηνπο κε ηηο δηάθνξεο ιεηηνπξγηθέο ηδηφηεηεο ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζηε ζπγθεθξηκέλε θαηεγνξία θπηηάξσλ. Πην ζπγθεθξηκέλα έδεημαλ φηη ην άλνηγκα ησλ νθζαικψλ θαη ε πξψηε είζνδνο ηνπ θσηφο πξνθαιεί κείσζε ησλ ξεπκάησλ ησλ 51

53 ππνδνρέσλ NMDA ζε ζρέζε κε ην κέγεζφο ηνπο θαηά ηε δηάξθεηα ησλ δχν πξψησλ εβδνκάδσλ κεηά ηε γέλλεζε (Ρ2-Ρ12). Ζ αλάπηπμε ησλ επίκπσλ ζην ζθνηάδη απφ ηε γέλλεζή ηνπο κέρξη θαη ηελ ειηθία ησλ 30 εκεξψλ, είρε σο απνηέιεζκα ην κέγεζνο ησλ ξεπκάησλ λα είλαη ζεκαληηθά πςειφηεξν ζε ζρέζε κε εθείλν ησλ δψσλ ηεο ίδηαο ειηθίαο πνπ αλαπηχρζεθαλ ζε θπζηνινγηθφ θχθιν ζθφηνπο-θσηφο. Δπηπιένλ ε έθζεζε ησλ δψσλ γηα 5 εκέξεο ζε θπζηνινγηθφ θχθιν 12 σξψλ θσηφο θαη 12 ζθφηνπο χζηεξα απφ δηαξθέο ζθνηάδη 30 εκεξψλ, πξνθάιεζε ηε κείσζε ησλ ξεπκάησλ ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζε ηηκέο ζπγθξίζηκεο κε εθείλεο ησλ θπζηνινγηθψλ κπψλ ηεο αληίζηνηρεο ειηθίαο. Οη ζπγγξαθείο θαηέιεμαλ επίζεο ζην ζπκπέξαζκα φηη νη ηξνπνπνηήζεηο απηέο ηεο ιεηηνπξγηθφηεηαο ηνπ ππνδνρέα NMDA δελ κπνξνχλ λα απνδνζνχλ ζε αλάινγεο κεηαβνιέο ηεο κνξηαθήο ηνπ δνκήο γεγνλφο πνπ έξρεηαη ζε αληίζεζε κε φηη ζπκβαίλεη ζε πεξηνρέο ηνπ εγθεθάινπ, φπσο πξναλαθέξζεθε 158,164. Απφ ηα παξαπάλσ είλαη θαλεξφ φηη ην νπηηθφ εξέζηζκα κπνξεί λα ηξνπνπνηήζεη ηε ιεηηνπξγία ηνπ ππνδνρέα NMDA ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα θαζψο θαη φηη ηα γαγγιηαθά θχηηαξα παξακέλνπλ «πιαζηηθά» γηα ηνπιάρηζηνλ έλα κήλα κεηά ηε γέλλεζε. Οη ηδηφηεηεο πιαζηηθφηεηαο ησλ ππνδνρέσλ NMDA ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα θαηά ηε δηάξθεηα κηαο θξηηηθήο πεξηφδνπ ηεο αλάπηπμεο απνδεηθλχνληαη θαη ζηα πεηξάκαηα ησλ Xue and Cooper (2001) 175. Ο ζθνπφο ηνπο ήηαλ λα δηαπηζηψζνπλ εάλ πηζαλέο αιιαγέο ηνπ νπηηθνχ πεξηβάιινληνο κπνξνχλ λα ηξνπνπνηήζνπλ ηελ έθθξαζε ησλ ππνδνρέσλ NMDA είηε σο πξνο ηνλ αξηζκφ είηε σο πξνο ηε ζχζηαζε ζηα δηάθνξα ζηάδηα ηεο αλάπηπμεο. Έδεημαλ ινηπφλ φηη ζε αληηδηαζηνιή κε ηνπο επίκπο- κάξηπξεο πνπ κεγάισζαλ ζε θπζηνινγηθφ θχθιν 12 ψξεο θσο/12 ψξεο ζθνηάδη, δψα ειηθίαο 12 εκεξψλ κεηά ηε γέλλεζε πνπ εθηέζεθαλ ζε δηαξθέο ζθνηάδη γηα κηα εβδνκάδα εκθάληζαλ ζρεηηθή αχμεζε ζην πνζφ ηεο πξσηεΐλεο ηεο ππνκνλάδαο NR1, κείσζε ζηα επίπεδα ηεο ΝR2A ελψ ε έθθξαζε ηεο NR2B παξέκεηλε ακεηάβιεηε. ηαλ ην ίδην πείξακα επαλαιήθζεθε ζε επίκπο ειηθίαο 2 κελψλ νη επηπηψζεηο ήηαλ κηθξφηεξεο ελψ ζε δψα ειηθίαο 6 κελψλ δελ ππήξραλ δηαθνξέο ζε ζρέζε κε ηνπο αληίζηνηρνπο κάξηπξεο. ιεο απηέο νη αιιαγέο ήηαλ πιήξσο αλαζηξέςηκεο κε ηελ επαλέθζεζε ησλ πεηξακαηφδσσλ ζε θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο 12 ψξεο θσο/12 ψξεο ζθνηάδη γηα κία εβδνκάδα. Γεδνκέλνπ φηη θαηά ηε θπζηνινγηθή αλάπηπμε ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ηνπ κπφο θαη ηνπ επίκπνο ην mrna ησλ ππνκνλάδσλ NR1 θαη NR2B εθθξάδεηαη πξψηκα ελψ απηφ ηεο NR2A αξγφηεξα 52

54 ζπγξνληδφκελν κε ηε ρξνληθή ζηηγκή ηνπ αλνίγκαηνο ησλ νθζαικψλ, είλαη θαλεξφ φηη ε νπηηθή απνζηέξεζε κπνξεί λα αλαζηείιεη ηε θπζηνινγηθή δηαδηθαζία σξίκαλζεο ηνπ ππνδνρέα NMDA 176,177. Ζ επίδξαζε απηή είλαη πνιχ πην ζεκαληηθή φηαλ ε νπηηθή απνζηέξεζε ζπκβεί λσξίο, πξηλ απφ ην άλνηγκα ησλ νθζαικψλ. Οη δχν ηειεπηαίεο κειέηεο ππνδειψλνπλ φηη ε έθθξαζε ηνπ ππνδνρέα NMDA ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή κεηαβάιιεηαη απνθξηλφκελε ζηηο αιιαγέο ηνπ εμσηεξηθνχ πεξηβάιινληνο ΑΒΔΣΙΟ ΚΑΙ ΑΒΔΣΙΟΔΞΑΡΣΩΜΔΝΔ ΚΙΝΑΔ ΚΑΙ ΦΩΦΑΣΑΔ Ζ ελεξγνπνίεζε ησλ ππνδνρέσλ NMDA έρεη σο απνηέιεζκα ηελ είζνδν ηφλησλ αζβεζηίνπ ζηα θχηηαξα 178. Σν αζβέζηην έρεη ζπζρεηηζζεί κε ηελ ζπλαπηηθή πιαζηηθφηεηα ζηνλ ηππφθακπν κε δηάθνξα πεηξάκαηα Ζ ηξέρνπζα ζεσξία αλαθέξεη νηη κηθξή αχμεζε ησλ ηφλησλ αζβεζηίνπ πνπ ιακβάλεη ρψξα γηα κηα παξαηεηακέλε ρξνληθή πεξίνδν νδεγεί ζε κείσζε ηεο ζπλαπηηθήο δξαζηεξηφηεηαο ελψ κεγάιε αχμεζε ησλ ηφλησλ αζβεζηίνπ γηα κηθξή ρξνληθή πεξίνδν νδεγεί ζε ελίζρπζε 182. Καηα ζπλέπεηα γίλεηαη ζαθέο νηη ην αζβέζηην εκπιέθεηαη ζηελ πιαζηηθφηεηα ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ζηνλ νπηηθφ θινηφ. Ωζηφζν δελ έρεη αθφκα ζρεδηαζζεί θάπνην πείξακα πνπ λα απνδεηθλχεη ηελ άκεζε εκπινθή θαη ηνλ κεραληζκφ ηεο δξάζεο ησλ ηφλησλ αζβεζηίνπ ζην θαηλφκελν ηεο πιαζηηθφηεηαο θαη απηφ δηφηη ζπκκεηέρνπλ ζε ηφζεο πνιπάξηζκεο θαη ζεκαληηθέο θπηηαξηθέο δηεξγαζίεο, πνπ θάζε πξνζπάζεηα απελεξγνπνίεζεο ηνπ ζπζηήκαηνο ηφλησλ αζβεζηίνπ ζα πξνθαινχζε δπζθνιίεο λα ειεγρζνχλ νη επηδξάζεηο ηεο ζηελ ιεηηνπξγία ηνπ θπηηάξνπ. Έκκεζεο ελδείμεηο αθνξνχλ θπξίσο ζε πεηξάκαηα κε κεηαβνιέο θπξίσο ζε LTD θαη LTP θαηα ηελ αλάπηπμε. Σν αζβέζηην ελεξγνπνηεί ελαλ κεγάιν αξηζκφ θηλαζψλ θαη θσζθαηαζψλ. Τπάξρεη κηα γεληθή ζεσξία πσο ην αζβέζηην ζε πςειέο ζπγθεληξψζεηο ελεξγνπνηεί θηλάζεο θαη πξνθαιεί ελίζρπζεο ζηελ ζπλαπηηθή δξαζηεξηφηεηα ελψ ζε ρακειφηεξεο ζπγθεληξψζεηο ελεξγνπνηεί ηηο θσζθαηάζεο θαη πξνθαιιεί κείσζε απηήο 182,183. Πεηξάκαηα ηα νπνία έρνπλ γίλεη ζηνλ νπηηθφ θινηφ αθνξνχλ θπξίσο ζηηο acamkii θαη θαιζηλεπξίλε. ε πνληίθηα δηαγνληδηαθά πνπ δελ εμέθξαδαλ ηελ acamkii, ε πιαζηηθφηεηα ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ήηαλ ζεκαληηθά κεησκέλε ζηηο κηζέο απν 53

55 ηηο πεξηπηψζεηο 184. Δλα πην εηδηθφ δηαγνληδηαθφ κνληέιν πνπ έρεη αδπλακία απηνθσζθνξπιίσζεο, παξνπζηάδεη πιαζηηθφηεηα ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο ζε πεξίνδν καθξφρξνλεο κνλφθζαικεο νπηηθήο απνζηέξεζεο αιιά φρη ζε βξαρχηεξεο πεξηφδνπο 185. Δλ πεξηιήςε ην αζβέζηην είλαη ζίγνπξα έλαο ζεκαληηθφο ζπλδεηηθφο θξίθνο ζηελ πιαζηηθφηεηα ηνπ νπηηθνχ θινηνχ κεηαμχ ηεο δξαζηεξηφηεηαο ησλ γινπηακηλεξγηθψλ ππνδνρέσλ φπσο νη ππνδνρείο NMDA θαζψο θαη ηεο ελεξγνπνίεζεο δηαθφξσλ θηλαζψλ θαη θσζθαηαζψλ. Δληνχηνηο, νη ππνδνρείο NMDA είλαη απηνί πνπ θάλνπλ ηνλ νπηηθφ θινηφ πην πιαζηηθφ θαηα ηελ θξηηηθή πεξίνδν θαη νρη ηφζν θάπνηεο ηδηφηεηεο ηνπ αζβεζηίνπ ή άιισλ δηαχισλ ηνπ. Γελ ππάξρνπλ ελδείμεηο νηη θάπνηα ηδηφηεηα ηνπ αζβεζηίνπ ή δηαχισλ απηνχ αληαπνθξίλεηαη ζηελ πςειή ή ρακειή θάζε ηεο θξηηηθήο πεξηφδνπ ή επεξξεάδεηαη απν ηελ νπηηθή απνζηέξεζε κε ηνλ ίδην ηξφπν φπσο ε πιαζηηθφηεηα. Με άιια ιφγηα, ην αζβέζηην θαίλεηαη λα είλαη ν ζχλδεζκνο θαη φρη ν παξάγνληαο πνπ θάλεη ηνλ νπηηθφ θινηφ πιαζηηθφ. 54

56 2. ΚΟΠΟ TH ΕΡΓΑΙΑ 55

57 Ζ πιαζηηθφηεηα - ε ηθαλφηεηα ηνπ εγθεθάινπ λα αλαδηνξγαλψλεη ηηο ζπλδέζεηο ηνπ δνκηθά θαη ιεηηνπξγηθά ζε απάληεζε κεηαβνιψλ ηεο αηζζεηηθήο εκπεηξίαο - είλαη απαξαίηεηε γηα ηελ αλάπηπμε ησλ λεπξηθψλ θπθισκάησλ θαη ηελ δπλαηφηεηα πξνζαξκνγήο ηνπ λεπξηθνχ ζπζηήκαηνο ζην πεξηβάιινλ. Σν νπηηθφ ζχζηεκα έρεη γηα ρξφληα απνηειέζεη ην έδαθνο ησλ πεξηζζφηεξσλ κειεηψλ ηεο εμαξηψκελεο απφ ηελ εκπεηξία πιαζηηθφηεηαο θαη απηφ ράξηλ ηνπ εχθνινπ ρεηξηζκνχ ηεο νπηηθήο εκπεηξίαο θαζψο θαη ησλ ζπλεπεηψλ απηήο, πνπ δχλαληαη λα κειεηεζνχλ ζε αλαηνκηθφ θαη κνξηαθφ επίπεδν αιιά θαη ζε επίπεδν θπζηνινγίαο. ε δψα πνπ κεγάισζαλ ζην ζθνηάδη απφ ηελ γέλλεζε, νη θινητθνί λεπξψλεο εκθαλίδνπλ ηδηφηεηεο αλψξηκνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο φπσο κεγαιχηεξα ππνδεθηηθά πεδία, κεησκέλε ηθαλφηεηα πξνζαλαηνιηζκνχ θαη θαηεχζπλζεο θαη κεησκέλε νπηηθή νμχηεηα, φπσο απηψλ πνπ παξαηεξείηαη θαηά ηελ ζηηγκή ηνπ αλνίγκαηνο ησλ νθζαικψλ. Ζ πην θιαζηθή κνξθή πιαζηηθφηεηαο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ζαλ κνληέιν γηα ηελ θαηαλφεζε ηνπ ηξφπνπ κε ηνλ νπνίν ε δξαζηεξηφηεηα ζπκκεηέρεη ζηελ δεκηνπξγία ησλ λεπξηθψλ θπθισκάησλ είλαη απηή ηεο νθζαικηθήο επηθξάηεζεο (Hubel and Wiesel, 1963). Παξά ην γεγνλφο φηη ην νπηηθφ ζχζηεκα απνηειεί γηα πνιιά ρξφληα έλα απφ ηα θαιχηεξα κνληέια γηα ηελ κειέηε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο πιαζηηθφηεηαο, εληνχηνηο νη πεξηζζφηεξεο εξγαζίεο αλαθέξνληαη θπξίσο ζηνλ νπηηθφ θινηφ, ζην έμσ γνλαηψδεο ζψκα θαη ζην άλσ δηδχκην. Ληγφηεξεο κειέηεο αλαθέξνληαη ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή φπνπ απφ ηα πεηξάκαηα ησλ Chalupa et al (1993) αιιά θαη Tian et al (2003) θαίλεηαη φηη ε πιαζηηθφηεηα ίζσο δελ είλαη πξνλφκην κφλν ηνπ νπηηθνχ θινηνχ. Οη κειέηεο απηέο έδεημαλ φηη ηφζν θαξκαθνινγηθνί παξάγνληεο φζν θαη ε νπηηθή απνζηέξεζε δχλαληαη λα νδεγήζνπλ ζε αλαδηνξγάλσζε ηεο θπζηνινγηθήο δνκήο ηνπ ηζηνχ ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο. Σν γινπηακηληθφ νμχ είλαη ν θχξηνο δηεγεξηηθφο λεπξνδηαβηβαζηήο ζην θεληξηθφ λεπξηθφ ζχζηεκα. Έλαο απφ ηνπο ππνδνρείο κέζσ ησλ νπνίσλ αζθεί ηε δξάζε ηνπ είλαη νη ππνδνρείο ηνπ Ν-κέζπιν-D-αζπαξηηθνχ νμένο (NMDA) νη νπνίνη έρνπλ ζεκαληηθφ ξφιν ζηελ πιαζηηθφηεηα ιφγσ ηεο δηηηήο ηδηφηεηαο ηνπ λα είλαη ηνλην-εμαξηψκελνη θαη ηαζν-εμαξηψκελνη ππνδνρείο. Πιεζψξα εξεπλψλ έρεη δείμεη φηη νη ππνδνρείο απηνί ζπκκεηέρνπλ ζηνπο θπηηαξηθνχο κεραληζκνχο γηα ηελ πιαζηηθφηεηα ησλ λεπξσληθψλ θπθισκάησλ φπσο LTP (καθξφρξνλε ελδπλάκσζε) θαη LTD (καθξφρξνλε θαηαζηνιή). Μειέηεο είηε κε θαξκαθνινγηθφ απνθιεηζκφ είηε κε γελεηηθή ηξνπνπνίεζε ησλ ππνδνρέσλ NMDA έρνπλ δείμεη ηελ εμάξηεζε ηεο 56

58 πιαζηηθφηεηαο ησλ θπθισκάησλ ηνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο απφ ηνπο ππνδνρείο NMDA. Γλσξίδνπκε φηη κεηαθξαζηηθέο θαη κεηα-κεηαθξαζηηθέο ηξνπνπνηήζεηο, θαζψο θαη ξχζκηζε ηεο δηαθίλεζεο ησλ ππνδνρέσλ NMDA παίδνπλ ελεξγφ ξφιν ζηνλ κεραληζκφ πιαζηηθφηεηαο ηεο γινπηακηλεξγηθήο ζχλαςεο. Έλαο απφ ηνπο βαζηθνχο κεραληζκνχο ξχζκηζεο ησλ ππνδνρέσλ NMDA είλαη ε θσζθνξπιίσζε πνπ παίδεη ξφιν ηφζν ζηελ ελδνθπηηάξηα δηαθίλεζε ηνπ ππνδνρέα φζν θαη ζηηο ηδηφηεηεο ηνπ δηαχινπ ηνπ ππνδνρέα κεηαβάιινληαο θαηά απηφλ ηνλ ηξφπν ηελ ζπλαπηηθή ηζρχ θαη ελ ηέιεη ζπκκεηέρνληαο ζε δηάθνξεο κνξθέο ζπλαπηηθήο πιαζηηθφηεηαο. Με βάζε ηα παξαπάλσ, ζθνπφο ηεο παξνχζαο κειέηεο είλαη λα δηεξεπλήζεη ηε ζπκβνιή ηνπ γινπηακηλεξγηθνχ ππνδνρέα NMDA ζηελ πιαζηηθφηεηα ηνπ αλαπηπζζφκελνπ νπηηθνχ ζπζηήκαηνο. Ζ παξνχζα δηαηξηβή κειεηά ηελ επίδξαζε ηεο νπηηθήο εκπεηξίαο ζηελ ξχζκηζε ησλ ππνκνλάδσλ ηνπ ππνδνρέα NMDA ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή θαη ηνλ νπηηθφ θινηφ επίκπσλ. πγθεθξηκέλα, πξψηνο ζηφρνο ηεο εξγαζίαο είλαη λα κειεηήζνπκε ηελ κεηαβνιή ησλ επηπέδσλ έθθξαζεο ησλ ππνκνλάδσλ NR2A θαη NR2B ηνπ ππνδνρέα NMDA θαηά ηελ αλάπηπμε ησλ επίκπσλ ζην ζθνηάδη (νπηηθή απνζηέξεζε) ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή. Γεχηεξνο ζηφρνο λα κειεηήζνπκε ηελ επίδξαζε ηνπ νπηηθήο απνζηέξεζεο ζηελ θσζθνξπιίσζε ηεο ππνκνλάδαο ΝR2B ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή θαη ζηνλ νπηηθφ θινηφ. Σξίηνο ζηφρνο είλαη λα κειεηήζνπκε ηα επίπεδα έθθξαζεο θαη θσζθνξπιίσζεο ησλ ππνκνλάδσλ ηνπ ππνδνρέα NMDA κεηά απφ έθζεζε ζην θσο ησλ επίκπσλ πνπ κεγάισζαλ ζην ζθνηάδη κε ζθνπφ λα εμεηάζνπκε εάλ ε ξχζκηζε ηνπο απφ ηελ νπηηθή εκπεηξία είλαη ακθίδξνκε. 57

59 3. ΤΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ 58

60 3.1 ΜΔΘΟΓΟΣ Πεηξακαηόδωα θαη πεξηβάιινλ Καηά ηελ πεηξακαηηθή δηαδηθαζία ρξεζηκνπνηήζεθαλ επίκπεο ηνπ γέλνπο Wistar. Θειπθνί επίκπεο πνπ θπνθνξνχζαλ ηνπνζεηήζεθαλ ζε μερσξηζηά θινπβηά θαη αλαηξάθεζαλ ππν θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο πεξηβάιινληνο ζε εκεξήζην θχθιν 12 ψξεο θσο /12 ψξεο ζθνηάδη. Γχν εσο ηξείο εκέξεο κεηά ηελ γέλλεζε, δεκηνπξγήζεθαλ 2 νκάδεο δψσλ: εθείλα πνπ κεγάισζαλ ζε ζπλζήθεο θπζηνινγηθήο νπηηθήο εκπεηξίαο κε εκεξήζην θχθιν 12 ψξεο θσο /12 ψξεο ζθνηάδη (ΝR δψα) θαη εθείλα πνπ κεγάισζαλ ζε ζπλζήθεο νπηηθήο απνζηέξεζεο 24 ψξεο ζθνηάδη (DR δψα). ηελ ειηθία ησλ 21 εκεξψλ έγηλε απνγαιαθηηζκφο ησλ λενγέλλεησλ πνπ ρσξίζηεθαλ ζε νκάδεο 3-4 δψσλ αλα θινπβί. Ζ πεξηπνίεζε ησλ δψσλ πνπ κεγάισλαλ ζην ζθνηάδη γηλφηαλ κε ηελ βνήζεηα εηδηθψλ γπαιηψλ ππέξπζξεο αθηηλνβνιίαο. Σα δψα θαη ησλ δχν νκάδσλ ζαλαηψζεθαλ ζηελ ειηθία ησλ 30 εκεξψλ. Με ζθνπφ λα κειεηήζνπκε έλα ε επίδξαζε ηεο νπηηθήο απνζηέξεζεο είλαη ακθίδξνκε, απφ ηελ νκάδα ησλ δψσλ πνπ κεγάισζαλ ζην ζθνηάδη, θάπνηνη απν ηνπο επίκπεο εθηέζεθαλ ζε ζπλζήθεο πεξηβάιινληνο κε εκεξήζην θχθιν 12 ψξεο θσο /12 ψξεο ζθνηάδη γηα 30 ιεπηά, 6 ψξεο θαη 3 εκέξεο αληίζηνηρα (DR+30, DR+6, DR+3) Απνκόλωζε ακθηβιεζηξνεηδνύο θαη νπηηθνύ θινηνύ Σα δψα ζαλαηψζεθαλ ζηηο 30 εκέξεο κεηά ηε γέλλεζε δηα απνθεθαιηζκνχ, αθνχ πξψηα αλαηζζεηνπνηήζεθαλ κε δηάιπκα αηζέξα. ιεο νη δηαδηθαζίεο έγηλαλ ππν ζπλζήθεο δηαηήξεζεο ησλ ηζηψλ ζε ζεξκνθξαζία < 4 βαζκψλ θειζίνπ. Ζ εθηνκή ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο θαη ηνπ νπηηθνχ θινηνχ έγηλε ηαρχηαηα ζε παγσκέλν δηάιπκα απνκφλσζεο ACSF (dissection buffer) ([ACSF δηάιπκα (mμ): NaCl 117, KCl 4.7, CaCl2 2.5, MgCl2 1.2, NaHCO3 25, NaH2PO4 1.2 θαη γιπθφδε 11 ζε ph θαη εμηζνξξνπεκέλν κε 95 % O2-5 % CO2] κε ηε βνήζεηα ηνπ ζηεξενζθνπίνπ. Αξρηθά, αθαηξέζεθε ην πξφζζην ηκήκα ηνπ νθζαικηθνχ βνιβνχ καδί κε ην παιψδεο ζψκα, νπφηε θαη απνθαιχθζεθε ν ακθηβιεζηξνεηδήο ρηηψλαο, ν νπνίνο ζηε ζπλέρεηα απνθνιιήζεθε πξνζεθηηθά απφ ηνπο ππνθείκελνπο ηζηνχο. Ζ απνκφλσζε ησλ 59

61 νπηηθψλ θινηψλ έγηλε ζηηο ίδηεο ζπλζήθεο θαη φπσο πξνεγνχκελα έρεη πεξηγξαθεί ζηελ βηβιηνγξαθία Οκνγελνπνίεζε ηωλ δεηγκάηωλ Μεηά ηελ εθηνκή ηνπο ν ακθηβιεζηξνεηδήο θαη ν νπηηθφο θινηφο ηνπνζεηνχληαη έθαζηνο ζε θηαιίδην eppendorf 1.5ml πνπ πεξηέρεη δηάιπκα νκνγελνπνίεζεο (homogenization buffer) (2% SDS, 1mM PMSF, Αλαζηνιείο πξσηεαζψλ cocktail (30κl for 100mg of tissue, Sigma; P2714), αλαζηνιείο θσζθαηαζψλ cocktail 1 (1κl per 100ml of lyses buffer, Sigma; P2850) θαη αλαζηνιείο θσζθαηαζψλ cocktail 2 (1κl per 100ml of lyses buffer, Sigma; P5726) ζε ζεξκνθξαζία 4 C. Kάζε δείγκα πεξηιακβάλεη ηνπο δχν ακθηβιεζηξνεηδείο ή ηνπο δχν νπηηθνχο θινηνχο ελφο δψνπ ζε 200κl δηαιχκαηνο νκνγελνπνίεζεο. Ζ νκνγελνπνίεζε πξαγκαηνπνηείηαη κε ηελ βνήζεηα ππεξήρσλ (sonication) (Δηθ. 3.1) ζε ζεξκνθξαζία 4 C θαη γηα ρξνληθφ δηάζηεκα 30 δεπηεξνιέπησλ. Δηθόλα 3.1 πζθεπή εθπνκπήο ππεξήρσλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ νκνγελνπνίεζε ησλ δεηγκάησλ. Καηφπηλ ιακβάλεηαη ε επηζπκεηή πνζφηεηα απφ ην νκνγελνπνίεκα γηα ηελ ζπλέρηζε ηεο πεηξακαηηθήο δηαδηθαζίαο πξνο ειεθηξνθφξεζε, ελψ ην ππφινηπν θπιάζζεηαη ζε ζεξκνθξαζία -80 C πξνο κειινληηθή ρξήζε Μέηξεζε ζπγθέληξωζεο πξωηεηλώλ Ζ κέηξεζε ηεο πξσηεηληθήο ζπγθέληξσζεο ηνπ νκνγελνπνηήκαηνο πξαγκαηνπνηείηαη θαηά ηελ κέζνδν BCA (Bicinchoninic Acid) κε ηελ βνήζεηα ζπεθηξνθσηνκέηξνπ. Λακβάλεηαη κηθξή πνζφηεηα απφ ην δείγκα, ηεο ηάμεσο 2ι θαη θαηφπηλ αλάκημεο κε ην εηδηθφ δηάιπκα αληηδξαζηεξίνπ BCA επσάδεηαη ζε ζάιακν 60

62 ζεξκνθξαζίαο 37 C γηα 30 ιεπηά. Αθνινπζεί κέηξεζε ζην ζπεθηξνθσηφκεηξν θαη πνζνηηθνπνίεζε ηνπ δείγκαηνο κε βάζε πξνηππνπνηεκέλε θακπχιε (Δηθ.3.2). Δηθόλα 3.2 Πξνηππνπνηεκέλε θακπχιε γηα ηελ κέηξεζε ηεο πξσηεηληθήο ζπγθέληξσζεο θαηά ηελ κέζνδν BCA SDS-PAGE ειεθηξνθόξεζε Ο φξνο ειεθηξνθφξεζε αλαθέξεηαη ζην θαηλφκελν κεηαλάζηεπζεο ειεθηξηθά θνξηηζκέλσλ ζσκαηηδίσλ-ηφλησλ ή άιισλ ζσκαηηδίσλ ηεο χιεο ππφ ηελ επίδξαζε ειεθηξηθνχ πεδίνπ. εκαληηθά βηνινγηθά κφξηα, φπσο ηα ακηλνμέα, ηα πεπηίδηα, νη πξσηεΐλεο θαη ηα λνπθιετθά νμέα, κπνξνχλ κέζα ζε ειεθηξηθφ πεδίν λα κεηαθηλεζνχλ είηε πξνο ηελ άλνδν (-) είηε πξνο ηελ θάζνδν (+) αλαιφγσο ηεο θχζεο ηνπ ειεθηξηθνχ ηνπο θνξηίνπ. Με απηφ ηνλ ηξφπν, εθκεηαιιεπφκελνη ηα δηαθνξεηηθά θνξηία θαη κνξηαθά βάξε ησλ πξσηετλψλ πνπ πθίζηαληαη ηελ ειεθηξνθφξεζε, επηηπγράλεηαη ν δηαρσξηζκφ ηνπς. ην ζπγθεθξηκέλν απηφ είδνο ειεθηξνθφξεζεο (SDS-PAGE) Sodium Dodecyl Sulphate Polyacrylamide Gel Electrophoresis) ρξεζηκνπνηείηαη σο κέζν 61

63 δηαρσξηζκνχ ην αθξπιακίδην ην νπνίν δεκηνπξγεί ηξηζδηάζηαηα πνιπκεξή δίθηπα ζε κηα επξεία θιίκαθα 186,187. Σν πήθησκα ζρεκαηίδεηαη κε πνιπκεξηζκφ ησλ κνλνκεξψλ αθξπιακηδίνπ, πνπ νδεγεί ζηε δεκηνπξγία αιπζίδσλ πνιπαθξπιακηδίνπ. ηηο αιπζίδεο απηέο ελζσκαηψλνληαη θαηά δηαζηήκαηα κφξηα ΝΝ-κεζπιελ-bisαθξπιακηδίνπ (bis), ηα νπνία ιφγσ ηεο δνκήο ηνπο κπνξνχλ λα ελζσκαησζνχλ ζε δχν δηαθνξεηηθέο αιπζίδεο θαη έηζη λα δεκηνπξγεζεί πιέγκα. Ο πνιπκεξηζκφο ηνπ αθξπιακηδίνπ είλαη έλα παξάδεηγκα θαηάιπηηθήο δξάζεο ησλ ειεπζέξσλ ξηδψλ. Ζ θαηάιπζε γίλεηαη κέζσ κίαο βάζεο, ηεο ΝΝΝ'Ν'-ηεηξακεζπιαηζπιελνδηακίλε (ΣΔΜΔD), αιιά κφλν κε ηε βνήζεηα ειεπζέξσλ ξηδψλ πνπ δεκηνπξγνχληαη ρεκηθά κε ππεξζεητθά ηφληα (S 2 O 3 ), ράξε ζηελ παξνπζία ελφο δεχηεξνπ θαηαιχηε ηνπ ammonium persulphate (ΑΡS). ηα πεηξάκαηα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ ε αλάιπζε ησλ πξσηετλψλ έγηλε κε ειεθηξνθφξεζε ζε πήθησκα πνιπαθξπιακηδίνπ. παξνπζία απφδηαηαθηηθψλ παξαγφλησλ (SDS, β-κεξθαπηναηζαλφιε). Σν SDS (Sodium Dodecyl Sulphate) είλαη έλα αληνληθφ απνξξππαληηθφ ην νπνίν δεζκεχεηαη ζηηο πξσηεΐλεο. Ζ επηπιένλ ρξήζε αλαγσγηθψλ παξαγφλησλ φπσο είλαη ε β-κεξθαπηναηζαλφιε έρεη ζαλ απφηέιεζκα ηε δηάζπαζε ησλ δηζνπιθηδηθψλ δεζκψλ ησλ πξσηετλψλ. Ζ απνδηάηαμε ησλ πξσηετλψλ επηηπγράλεηαη πιήξσο κε ηε ζέξκαλζε ησλ πξσηετληθψλ δεηγκάησλ γηα 10 ιεπηά ζηνπο 100 C, παξνπζία φισλ ησλ παξαπάλσ απνδηαηαθηηθψλ παξαγφλησλ. Σειηθά ζηελ SDS-PAGE ειεθηξνθφξεζε αλαιχνληαη πνιππεπηίδηα ηα νπνία έρνπλ απφθηήζεη θαζαξφ αξλεηηθφ θνξηίν ιφγσ ηνπ SDS θαη επνκέλσο ε ειεθηξνθνξεηηθή ηνπο θηλεηηθφηεηα είλαη ζπλάξηεζε ηνπ κνξηαθνχ ηνπο βάξνπο. ε φια ηα πεηξάκαηα πνπ πεξηγξάθνληαη ρξεζηκνπνηήζεθε αζπλερέο ζχζηεκα ξπζκηζηηθψλ δηαιπκάησλ (discontinuous PAGE), ζχκθσλα κε ηε κέζνδν ηνπ Laemmli

64 Πειπαμαηική ποπεία: ηήλεηαη ε ζπζθεπή ππνδνρήο ηνπ πεθηψκαηνο κε ηνλ ηξφπν πνπ ππνδεηθλχεηαη ζηα παξαθάησ ζρεδηαγξάκκαηα (Δηθ. 3.3). Εηθόλα 3.3 ρεκαηηθή απεηθφλεζε ηνπ ηξφπνπ πξνεηνηκαζίαο ηεο θαηάιιειεο ζπζθεχεο ππνδνρήο θαη παξαζθεχεο ηνπ πεθηψκαηνο. Σν πήθησκα αθξπιακηδίνπ/bis-αθξπιακηδίνπ δηαθξίλεηαη ζε δχν επηκέξνπο κέξε: ζην πξψην ηκήκα ην πήθησκα παθεηαξίζκαηνο (stacking gel), φπνπ ηα δείγκαηα ησλ πξσηετλψλ παθεηάξνληαη κε ζηαζεξή ηάζε 60 V πξηλ δηαρσξηζηνχλ. Σν πήθησκα παθεηαξίζκαηνο έρεη ζηαζεξφ πνζνζηφ αθξπιακηδίνπ (5%), αλεμάξηεην απφ ην κέγεζνο ησλ πξνο αλάιπζε πξσηεηλψλ. ην δεχηεξν ηκήκα, ε πεθηή δηαρσξηζκνχ (separating gel), πεξηέρεη πνζνζηφ αθξπιακηδίνπ ην νπνίν εμαξηάηαη απφ ην κνξηαθφ κέγεζνο ησλ κνξίσλ πξνο δηαρσξηζκφ. Καηά ζπλέπεηα κε βάζε ηνλ παξαθάησ πίλαθα, εηνηκάδεηαη ην πήθησκα δηαρσξηζκνχ ζηελ επηζπκεηή πεξηεθηηθφηεηα ζε αθξπιακίδην. 63

65 30% Degassed DDI H2O Acrylamide/Bis *Gel Buffer 10% w/v SDS Percent Gel (ml) (ml) (ml) (ml) 4% % % % % % % % % % % % % % * Πήθησκα Γηαρσξηζκνχ M Tris-HCl, ph 8.8 * Πήθησκα Παθεηαξίζκαηνο M Tris-HCl, ph 6.8 ηνλ παξαθάησ πίλαθα παξνπζηάδνληαη νη βέιηηζηνη ζπζρεηηζκνί ζπγθέληξσζεο αθξπιακηδίνπ ησλ πεθηψλ δηαρσξηζκνχ θαη αληηζηνίρσλ κνξηαθψλ βαξψλ (ζε Κda) ησλ πξνο δηαρσξηζκφ πξσηετλψλ. ςγκένηπυζη ακπςλαμιδίος Δύπορ διασυπιζμού (%) (Κda) πζρέηηζε πνζνζηνχ αθξπιακηδίνπ κε δπλαηφηεηα δηαρσξηζκνχ πξσηετλψλ Σν πήθησκα δηαρσξηζκνχ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ήηαλ ηεο ηάμεσο 7% θαζ φηη νπσο θαίλεηαη ζηνλ πίλαθα είλαη θαηάιιειν γηα ηνλ δηαρσξηζκφ πξσηεηλψλ κνξηαθνχ βάξνπο 100 Kd φπσο νη ππνκνλάδεο NR2Α, NR2Β θαη phoshonr2b-ser1303 ηνπ ππνδνρέα NMDA πνπ εξεπλνχκε. 64

66 Ζ αληίδξαζε πνιπκεξηζκνχ ηνπ πεθηψκαηνο δηαρσξηζκνχ απαηηεί ηνπιάρηζηνλ ρξνληθφ δηάζηεκα κίαο ψξαο ελψ ηνπ πεθηψκαηνο παθεηαξίζκαηνο πεξίπνπ κηζή ψξα. Αθνινπζεί ε εθαξκνγή ηεο ζπζθεπήο ειεθηξνθφξεζεο κε βάζε ηα παξαθάησ ζρεδηαγξάκκαηα (Δηθ. 3.4). Δηθόλα 3.4 ρεκαηηθή απεηθφλεζε ηνπ ηξφπνπ πξνεηνηκαζίαο ηεο θαηάιιειεο ζπζθεχεο γηα ηελ ειεθηξνθφξεζε ησλ δεηγκάησλ. Σα πξνο ειεθηξνθφξεζε πξσηετληθά δείγκαηα, πξηλ ηελ SDS-PAGE ειεθηξνθφξεζε θη αθνχ ήδε έρνπλ νκνγελνπνηεζεί κε ηνλ ηξφπν πνπ πεξηγξάθεηαη πην πάλσ, δηαιχνληαη ζε αλαινγία ηνπιάρηζηνλ 1:2 κε δηάιπκα αλαγσγήο ηνπ δείγκαηνο (SDS Reducing Buffer) πνπ πεξηέρεη κεξθαπηναηζαλφιε. ηελ ζπλέρεηα πθίζηαληαη ζέξκαλζε ζηνπο 100 C γηα 5 ιεπηά θαη θαηφπηλ θπγνθεληξνχληαη ζηηο rpm γηα 1 ιεπηφ. ην πήθησκα αθξπιακηδίνπ «θνξηψλεηαη» ε επηζπκεηή πνζφηεηα απφ ην ππεξθείκελν ησλ δεηγκάησλ. 65

67 Καηά ηελ ειεθηξνθφξεζε ησλ πξσηετληθψλ δεηγκάησλ δηακέζνπ ηνπ πεθηψκαηνο παθεηαξίζκαηνο, εθαξκφδεηαη ηάζε 60 Volt, ελψ θαηά ηνλ δηαρσξηζκφ ησλ πξσηετλψλ δηακέζνπ ηνπ πεθηψκαηνο δηαρσξηζκνχ, εθαξκφδεηαη ηάζε 100 Volt Ηιεθηξνκεηαθνξά ηωλ πξωηεϊλώλ ζε κεκβξάλε ληηξνθπηηαξίλεο Αθνινπζεί κεηαθνξά θαη θαζήισζε ησλ ειεθηξνθνξεηηθά δηαρσξηζκέλσλ κνξίσλ απφ ην πήθησκα αθξπιακηδίνπ ζε κεκβξάλε ληηξνθπηηαξίλεο (Δηθ. 3.5). Ζ θαζήισζε πξαγκαηνπνηείηαη κε πγξή κεηαθνξά (wet transfer), παξνπζία ξπζκηζηηθνχ δηαιχκαηνο κεηαθνξάο (transfer buffer), κε εθαξκνγή ηάζεο 100 V γηα 70 ιεπηά, ζε ζεξκνθξαζία 4 C. ηε ζπλέρεηα, ε κεκβξάλε πθίζηαηαη ζχληνκε πιχζε κε δηο απεζηαγκέλν λεξφ θαη ζηε ζπλέρεηα ρξψζε κε Ponceau S, ψζηε λα είλαη εθηθηή ε παξαηήξεζε ησλ κεηαθεξζέλησλ πξσηετλψλ. πγθεθξηκέλα, ζην ζηάδην απηφ ιακβάλεη ρψξα ε δηαπίζησζε ηεο επηηπρίαο ή κε ηεο κεηαθνξάο, ηεο ηζνθφξησζεο ησλ πξσηετληθψλ δεηγκάησλ, αιιά θαη ε αληηζηνηρία ησλ δσλψλ ηνπ πξσηετληθνχ κάξηπξα (Biorad) ζηελ επηθάλεηα ηεο κεκβξάλεο, ψζηε ζην ηειηθφ ζηάδην ηεο κεζφδνπ λα κπνξνχκε κε αθξίβεηα λα ππνινγίζνπκε ην κέγεζνο ηεο πξσηεΐλεο πνπ καο ελδηαθέξεη. Ζ κεκβξάλε απνρξσκαηίδεηαη κεηά απφ πιχζεηο κε δηο απεζηαγκέλν λεξφ θαη θαηφπηλ κε ΣΒS πνπ πεξηέρεη 0,1% Σween (TBS-T). H επηηπρία ηεο κεηαθνξάο ησλ πξσηεηλψλ ζηελ κεκβξάλε ληηξνθπηηαξίλεο επαιεζεχεηαη επίζεο θαη κε ηελ ρξψζε ηνπ πεθηψκαηνο αθξπιακηδίνπ κε Coomasie Blue. Δηθόλα 3.5 Γηάηαμε κεκβξάλεο- πεθηψκαηνο θαηά ηελ ειεθηξνκεηαθνξά ησλ πξσηεηλσλ Πξίλ ηελ πξαγκαηνπνίεζε ηεο επψαζεο ηεο κεκβξάλεο κε ην αληίζσκα πνπ επηζπκνχκε, γίλεηαη δέζκεπζε ησλ κε εηδηθψλ ζέζεσλ πξνζδέζεσο ησλ αληηζσκάησλ, κε πξνεπψαζε ηεο κεκβξάλεο ζε 5% απφβνπηπξσκέλν γάια ζε κνξθή ζθφλεο, δηαιπκέλν ζε TΒS-T γηα 1h θαη 30 ιεπηά ζε ζεξκνθξαζία δσκαηίνπ. Αθνινπζεί επψαζε κε ην πξσηεχσλ αληίζσκα, πνπ αξαηψλεηαη θαηαιιήισο ζε γάια 5% δηαιπκέλν ζε ΣΒS-T, ζε ζεξκνθξαζία 4 C γηα φιε ηε λχρηα ζε 66

68 πεξηζηξεθφκελν ηξνρφ. Σελ επφκελε εκέξα ε κεκβξάλε μεπιέλεηαη ππφ αλάδεπζε κε ΣΒS-T γηα ηξία 5ιεπηα. Καηφπηλ, αθνινπζεί επψαζε κε ην δεπηεξεχσλ αληίζσκα, ην νπνίν είλαη ζπλδεδεκέλν κε ην έλδπκν ηεο ππεξνμεηδάζεο, ζε θαηάιιειε ζπγθέληξσζε ζε γάια 5% δηαιπκέλν ζε ΣΒS-T. Ζ πβξηδνπνίεζε πξαγκαηνπνηείηαη ζε ζεξκνθξαζία δσ- καηίνπ γηα ηνπιάρηζηνλ 1 ψξα ζε πεξηζηξεθφκελν ηξνρφ. Δηθόλα 3.6 ρεκαηηθή απεηθφλεζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ρεκεηνθσηαχγεηαο Αλίρλεπζε ηνπ ζήκαηνο Δλ ζπλερεία, ε κεκβξάλε μεπιέλεηαη κε ΣΒS-T γηα ηξία 5ιεπηα θαη αθνινπζεί αλίρλεπζε ηνπ ζήκαηνο κε ρξήζε ηνπ αληηδξαζηεξίνπ ECL πνπ πεξηέρεη (H 2 O 2 θαη luminol/amersham-pharmacia). H αλίρλεπζε βαζίδεηαη ζην θαηλφκελν ηεο εληζρπκέλεο ρεκεηνθσηαχγεηαο (Δηθ. 3.6). Αλαιπηηθφηεξα, σο θσηαχγεηα νξίδεηαη ε εθπνκπή θσηφο πνπ πξνέξρεηαη απφ απψιεηα ελέξγεηαο απφ έλα ππφζηξσκα πνπ βξίζθεηαη ζε δηεγεξκέλε θαηάζηαζε 186,187. ηελ ρεκεηνθσηαχγεηα, ε εθπνκπή επεξεάδεηαη απφ κηα ρεκηθή αληίδξαζε. Έλα ηέηνην ζχζηεκα θαιά κειεηεκέλν απνηειεί ην έλδπκν ηεο ππεξνμεηδάζεο (ΖRΡ), ην νπνίν κε ηελ επίδξαζε δηαιχκαηνο H 2 O 2 ζε αιθαιηθφ πεξηβάιινλ θαηαιχεη ηελ νμείδσζε ηεο ινπκηλφιεο (luminol). Πξφθεηηαη γηα κηα νπζία ηεο θαηεγνξίαο ησλ θπθιηθψλ δηαθπιπδξαδηδίσλ, πνπ έρεη ηελ ηδηφηεηα φηαλ βξίζθεηαη ζε ελεξγεηαθά νμεηδσκέλε θαηάζηαζε (νμείδσζε) λα κεηαπίπηεη ζηαδηαθά ζε πην ζηαζεξή ελεξγεηαθά θαηάζηαζε κε ηαπηφρξνλε εθπνκπή θσηνλίσλ (Δηθ. 3.7). Σέινο, ε εληζρπκέλε ρεκεηνθσηαχγεηα επηηπγράλεηαη φηαλ ε νμείδσζε ηεο ινπκηλφιεο απφ ηελ ππεξνμεηδάζε (ΖRΡ) πξαγκαηνπνηείηαη παξνπζία ρεκηθψλ εληζρπηψλ φπσο νη θαηλφιεο. ηε ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε, ην δεπηεξνγελέο αληίζσκα θέξεη πξνζδεκέλν ην έλδπκν ηεο ππεξνμεηδάζεο, ην νπνίν κε ηελ επίδξαζε δηαιχκαηνο Ζ2O2 ζε αιθαιηθφ πεξηβάιινλ θαηάιχεη ηελ νμείδσζε ηεο ινπκηλφιεο. 67