Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΜΒΡΥΪΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ

Transcript

1 ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ Πρόγραµµα Μεταπτυχιακών Σπουδών Εφαρµογές στις Βασικές Ιατρικές Επιστήµες Εργαστήριο Ανατοµικής-Ιστολογίας-Εµβρυολογίας ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΜΒΡΥΪΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Μαρία ιον. Τσεκουρά Ιατρός ΠΑΤΡΑ, 2007

2

3 Μαρία ιον. Τσεκουρά Ιατρός ΠΑΤΡΑ, 2007

4

5 ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Ασηµακοπούλου Μάρθα Επιβλέπουσα Καθηγήτρια Μέλος τριµελούς συµβουλευτικής επιτροπής Επίκ. Καθηγήτρια Ανατοµικής-Ιστολογίας-Εµβρυολογίας Βαράκης Ιωάννης Μέλος τριµελούς συµβουλευτικής επιτροπής Καθηγητής Ανατοµικής-Ιστολογίας-Εµβρυολογίας Παπαδάκη Ελένη Μέλος τριµελούς συµβουλευτικής επιτροπής Αναπλ. Καθηγήτρια Ανατοµικής-Ιστολογίας-Εµβρυολογίας v

6

7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ένα µεγάλο «ευχαριστώ» στην επιβλέπουσα καθηγήτριά µου, την επίκουρη καθηγήτρια Μάρθα Ασηµακοπούλου Για όλες τις δηµιουργικές συζητήσεις µας, τις ιδέες που µου µετέδωσε, τις υποδείξεις της ως προς τη συγγραφή της διπλωµατικής µου εργασίας Την ευχαριστώ θερµά που µε παρότρυνε να ασχοληθώ µε ένα τόσο γοητευτικό και ενδιαφέρον θέµα Ένα ακόµα «ευχαριστώ» στον καθηγητή Ιωάννη Βαράκη, για τη συµβολή του στη συγγραφή της διπλωµατικής µου εργασίας Αποτελεί για µένα πρότυπο δασκάλου και καθηγητή Ευχαριστώ επίσης την αναπληρώτρια καθηγήτρια Ελένη Παπαδάκη για τη βοήθειά της στη συγγραφή της εργασίας αυτής, αλλά και για τα ερεθίσµατα και τις γνώσεις που µου µετέδωσε καθ όλη τη διάρκεια των µεταπτυχιακών µου σπουδών Ευχαριστώ ακόµα τους φίλους µου Γιάννη και Μαρία Για την ηθική στήριξη κατά τη διάρκεια συγγραφής της διπλωµατικής µου εργασίας, αλλά και τη συµπαράστασή τους σε σηµαντικές αποφάσεις που πήρα για τη ζωή µου Τέλος, ένα τεράστιο «ευχαριστώ» ανήκει στην οικογένειά µου Για την αµέριστη ηθική και υλική συµπαράστασή τους κατά τη διάρκεια των προπτυχιακών και µεταπτυχιακών σπουδών µου Για την αγάπη και την υποστήριξή τους σε όλα τα βήµατά µου Για όσα µου έχουν προσφέρει απλόχερα όλα αυτά τα χρόνια Πάτρα, Σεπτέµβρης 2007 Μαρία Τσεκουρά vii

8

9 Στους γονείς µου, ιονύση και Σπυριδούλα Στα αδέρφια µου, Νίκο και Γιάννη

10

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ XIII XVII ΠΕΡΙΛΗΨΗ 1 1. ΕΜΒΡΥΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ NΕΥΡΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΝΕΥΡΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΝΕΥΡΙΚΟΥ ΣΩΛΗΝΑ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗ ΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗ ΩΡΙΜΑΝΣΗ ΝΕΥΡΩΝΩΝ ΣΥΝΑΠΤΟΓΕΝΕΣΗ ΑΠΟΠΤΩΣΗ ΜΥΕΛΙΝΟΠΟΙΗΣΗ ΝΕΥΡΑΞΟΝΩΝ ΕΠΙΜΗΚΗΣ ΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΝΕΥΡΙΚΟΥ ΣΩΛΗΝΑ ΤΟ ΕΝ ΟΓΕΝΕΣ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝ ΟΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΥΠΟ ΟΧΕΙΣ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΥΠΟ ΟΧΕΩΝ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΣΤΟ ΝΕΥΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΗΛΙΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΣΗΜΑΤΟΣ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ Α ΕΝΥΛΙΚΗΣ ΚΥΚΛΑΣΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗ ΙΑΥΛΩΝ ΙΟΝΤΩΝ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΑΣΗΣ ΕΣΤΙΑΚΗΣ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ (FOCAL ADHESION KINASE, FAK) ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΣΗΜΑΤΟΣ ΜΕΣΩ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΘΕΙΣΑΣ ΑΠΟ ΜΙΤΟΓΟΝΑ ΠΡΩΤΕΪΝΙΚΗΣ ΚΙΝΑΣΗΣ (MITOGEN-ACTIVATED PROTEIN KINASE, MAP KINASE, MAPK) ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΑΣΗΣ ΤΗΣ 3 ΦΩΣΦΑΤΙ ΥΛΟΪΝΟΣΙΤΟΛΗΣ (PI3K)/ ΠΡΩΤΕΪΝΙΚΗΣ ΚΙΝΑΣΗΣ Β (PKB/AKT) ΚΕΡΑΜΙ ΙΟ: ΕΝΑ ΝΕΟ ΜΗΝΥΜΑΤΟΦΟΡΟ ΜΟΡΙΟ ΈΝΑ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ GPCRS: CBRS ΚΑΙ D 2 ΥΠΟ ΟΧΕΙΣ ΝΤΟΠΑΜΙΝΗΣ ΡΑΣΕΙΣ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΠΟΥ ΕΝ ΟΦΕΙΛΟΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ CBRS ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΡΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ 49 xi

12 3. ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΕΜΒΡΥΪΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΟΝΤΟΓΕΝΕΣΗ ΤΟΥ ΕΝ ΟΓΕΝΟΥΣ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΟΥΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΥΠΟ ΟΧΕΙΣ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΕΝ ΟΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΠΑΡΟ ΙΚΗ ΕΝΤΟΠΙΣΗ ΤΩΝ ΥΠΟ ΟΧΕΩΝ ΣΕ ΑΤΥΠΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥ ΕΓΚΕΦΑΛΟΥ ΤΟ ΕΝ ΟΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΙΝΑΙ ΕΝΕΡΓΟ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΜΒΡΥΪΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΡΟΕΜΦΥΤΕΥΤΙΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΕΜΦΥΤΕΥΣΗ ΤΟΥ ΕΜΒΡΥΟΥ ΠΡΟΕΜΦΥΤΕΥΤΙΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥ ΕΜΒΡΥΟΥ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΜΒΡΥΟΥ ΜΕΣΩ ΤΩΝ ΣΑΛΠΙΓΓΩΝ ΙΦΑΣΙΚΟΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΕΜΦΥΤΕΥΣΗ ΤΟΥ ΕΜΒΡΥΟΥ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΜΟΡΙΑΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΥ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΥ ΑΠΟ ΤΑ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗ ΜΕ ΑΥΞΗΤΙΚΟΥΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΡΥΘΜΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΕΠΙΒΙΩΣΗ ΚΑΙ ΤΟΝ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΓΩΓΙΚΩΝ ΜΟΝΟΠΑΤΙΩΝ ΠΟΥ ΠΡΟΑΓΟΥΝ ΤΗΝ ΕΠΙΒΙΩΣΗ ΚΑΙ ΤΟΝ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΑΣΤΡΟΓΛΟΙΟΓΕΝΕΣΗ ΝΕΥΡΟΓΕΝΕΣΗ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗ ΝΕΥΡΩΝΩΝ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΣΤΗ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΑΙ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΤΩΝ ΝΕΥΡΙΤΩΝ Ο CB1R ΕΠΑΓΕΙ ΤΗ ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΑΙ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΝΕΥΡΙΤΩΝ ΜΕΣΩ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ RAP1 GTP-ΑΣΗΣ ΣΥΜΜΕΤΟΧΗ ΤΩΝ SRC ΚΑΙ STAT3 ΣΤΗ ΝΕΥΡΙΤΙΚΗ ΕΠΕΚΤΑΣΗ Ο FGF ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙ ΤΗΝ ΣΗΜΑΤΟ ΟΤΗΣΗ ΜΕΣΩ ΤΟΥ ΕΝ ΟΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΟΥΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΝΑ ΡΥΘΜΙΣΕΙ ΤΗΝ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΤΟΥ ΑΥΞΗΤΙΚΟΥ ΚΩΝΟΥ ΑΝΑΣΤΟΛΗ ΤΗΣ ΕΠΕΚΤΑΣΗΣ ΤΩΝ ΝΕΥΡΙΤΩΝ ΜΕΣΩ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΜΕ ΤΟΝ BDNF ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΞΥ CB1RS ΚΑΙ Μ ΥΠΟ ΟΧΕΩΝ ΟΠΙΟΕΙ ΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΡΥΘΜΙΣΗ ΤΗΣ ΝΕΥΡΙΤΟΓΕΝΕΣΗΣ ΩΡΙΜΑΝΣΗ ΝΕΥΡΟ ΙΑΒΙΒΑΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΝΤΟΠΑΜΙΝΗ (DOPAMINE, DA) Γ-ΑΜΙΝΟΒΟΥΤΥΡΙΚΟ ΟΞΥ (GABA) ΣΕΡΟΤΟΝΙΝΗ (5-ΗΤ) ΟΠΙΟΕΙ Η ΠΕΠΤΙ ΙΑ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΑΠΟΠΤΩΣΗ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΝΕΥΡΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ 92 xii

13 ΝΕΥΡΙΚΟ ΜΟΡΙΟ ΠΡΟΣΚΟΛΛΗΣΗΣ L ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΣΤΗΝ ΕΚΦΡΑΣΗ ΤΟΥ L ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΜΥΕΛΙΝΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΝΕΥΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΝΕΥΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΝΕΥΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΣΤΟΝ ΑΝΑΠΤΥΣΣΟΜΕΝΟ ΕΓΚΕΦΑΛΟ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ CB2 R ΣΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΤΥΧΗ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΚΑΙ ΑΣΤΡΟΚΥΤΤΑΡΑ ΟΙ ΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΠΡΟΓΕΝΝΗΤΙΚΗΣ ΕΚΘΕΣΗΣ ΤΟΥ ΕΜΒΡΥΟΥ ΣΤΗ ΜΑΡΙΧΟΥΑΝΑ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΣΤΗΝ ΜΕΤΕΜΒΡΥΪΚΗ ΖΩΗ ΑΠΟΨΕΙΣ ΕΝΑΝΤΙΟΝ ΤΗΣ ΣΥΜΜΕΤΟΧΗΣ ΤΩΝ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ ΩΝ ΣΤΗΝ ΕΜΒΡΥΪΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟ KNOCKOUT ΠΑΡΑ ΟΞΟ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ CB1 RS ΣΤΟΝ ΕΜΒΡΥΪΚΟ ΕΓΚΕΦΑΛΟ ΤΑ ΚΑΝΝΑΒΙΝΟΕΙ Η ΩΣ ΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΟ ΜΕΣΟΝ ΣΤΟΝ ΠΑΙ ΙΑΤΡΙΚΟ ΑΣΘΕΝΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΕΚΤΑΣΕΙΣ 113 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 117 xiii

14 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1-1: ηµιουργία του τρίστιβου βλαστικού δίσκου 5 Εικόνα 1-2: Νευρική επαγωγή... 5 Εικόνα 1-3: Το µεταγωγικό µονοπάτι των ΒΜΡ... 7 Εικόνα 1-4: ηµιουργία του νευρικού σωλήνα Εικόνα 1-5: Σύγκλιση του νευρικού σωλήνα.. 10 Εικόνα 1-6: έσµευση προγονικών νευρικών κυττάρων. 11 Εικόνα 1-7: Ζώνες εµβρυϊκού φλοιού.. 12 Εικόνα 1-8: Νευρωνική µετανάστευση Εικόνα 1-9: Αυξητικός κώνος αναπτυσσόµενου νευρώνα.. 15 Εικόνα 1-10: Μηχανισµοί καθοδήγησης των αναπτυσσόµενων νευραξόνων 17 Εικόνα 1-11: Απόπτωση κατά την εµβρυογένεση του νευρικού συστήµατος 18 Εικόνα 1-12: Μυελινοποίηση στο κεντρικό και το περιφερικό νευρικό σύστηµα.. 20 Εικόνα 1-13: Εγκεφαλικά κυστίδια 20 Εικόνα 2-1: Το φυτό Cannabis Sativa Εικόνα 2-2: Συντακτικοί χηµικοί τύποι φυτοκανναβινοειδών.. 25 Εικόνα 2-3: Μοριακή δοµή των ενδογενών κανναβινοειδών 27 Εικόνα 2-4: Βιοσύνθεση και αποικοδόµηση ενδοκανναβινοειδών Εικόνα 2-5: ισδιάστατη δοµή του ανθρώπινου CB1 R 31 Εικόνα 2-6: Παλίνδροµη σηµατοδότηση από τα ενδοκανναβινοειδή Εικόνα 2-7: Επίπεδα έκφρασης του CB1 R στον ενήλικο εγκέφαλο.. 37 Εικόνα 2-8: CB1 Rs και µεταγωγή σήµατος Εικόνα 2-9: CB1 R και παραγωγή κεραµιδίου 47 Εικόνα 3-1: Κατανοµή των CB1Rs και της FAAH στο νεογέννητο και ενήλικο εγκέφαλο ανθρώπου και ποντικού Εικόνα 3-2: Ρύθµιση της εµβρυϊκής εµφύτευσης από τα κανναβινοειδή. 63 xiv

15 Εικόνα 3-3: Συνοµιλία µεταξύ του CB1 R και του EGFR 66 Εικόνα 3-4: Μεταγωγικά µονοπάτια που ελέγχουν την κυτταρική τύχη Εικόνα 3-5: Αλληλεπίδραση CB 1 R και TrkA. 70 Εικόνα 3-6: ιαενεργοποίηση του υποδοχέα TrkB από τον CB 1 R Εικόνα 3-7: Νευριτογένεση 75 Εικόνα 3-8: CB 1 R ενεργοποίηση της Rap Εικόνα 3-9: CB 1 R/G i/o σηµατοδοτικό δίκτυο Εικόνα 3-10: Νευριτική επέκταση διαµεσολαβούµενη από τον FGF-R.. 80 Εικόνα 3-11: Μεταγωγικά µονοπάτια ρύθµισης της νευριτογένεσης µέσω CB 1 Rs.. 81 Εικόνα 312: Αλληλεπίδραση µεταξύ των CB 1 Rs και των µ υποδοχέων Εικόνα 3-13: Ανανδαµίδη και απόπτωση. 91 Εικόνα 3-14: Το νευρικό µόριο προσκόλλησης L 1 93 Εικόνα 3-15: Νευροπροστασία επαγώµενη από τα κανναβινοειδή. 99 Εικόνα 3-16: Μεταγωγικά µονοπάτια που διεγείρει η ενεργοποίηση του CB 2 R Εικόνα 3-17: Μοντέλο για την έναρξη του θηλασµού από το νεογνό Εικόνα 3-18: Τα κανναβινοειδή ως δυνητικό θεραπευτικό µέσον για τον παιδιατρικό ασθενή Εικόνα 4-1: Νευροaναπτυξιακοί ρόλοι του ενδοκανναβινοειδούς συστήµατος xv

16

17 ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ 2-AG 2-arachidonoylglycerol 2-αραχιδονοϋλγλυκερόλη 2-AGE 2-arachidonοyl-glyceryl ether αιθέρας της 2- αραχιδονοϋλγλυκερόλης 5-ΗΤ serotonine σεροτονίνη AC adenyl cyclase αδενυλική κυκλάση ADAM adamalysin related membrane protease µεµβρανική πρωτεάση σχετιζόµενη µε την αδαµαλυσίνη Akt/ΡΚΒ protein kinase B πρωτεϊνική κινάση Β AΜΤ anandamide membrane transporter µεµβρανικός µεταφορέας της ανανδαµίδης BDNF brain-derived neurotrophic factor εγκεφαλικής προέλευσης νευροτροφικός παράγων BΜΡs bone morphogenetic proteins οστικές µορφογενετικές πρωτεΐνες camp cyclic AMP κυκλικό ΑΜΡ CAMs cell adhesion molecules µόρια κυτταρικής προσκόλλησης CB 1 R cannabinoid receptor type 1 υποδοχέας κανναβινοειδών τύπου 1 CB 2 R cannabinoid receptor type 2 υποδοχέας κανναβινοειδών τύπου 2 CBRs cannabinoid receptors υποδοχείς κανναβινοειδών CCK cholecystokinin χολοκυστοκινίνη DA dopamine ντοπαµίνη DAG diacylglycerol διακυλογλυκερόλη DAGL diacylglycerol lipase λιπάση της διακυλογλυκερόλης EGF epidermal growth factor επιδερµιδικός αυξητικός παράγων EGFR epidermal growth factor receptor υποδοχέας του επιδερµιδικού αυξητικού παράγοντα ERK extracellular signal-regulated kinase ρυθµιζόµενη από εξωκυττάρια σήµατα κινάση xvii

18 FAAH fatty acid amidohydrolase αµιδοϋδρολάση των λιπαρών οξέων FAK focal adhesion kinase κινάση εστιακής προσκόλλησης FAN factor associated with neutral sphingomyelinase παράγων σχετιζόµενος µε την ουδέτερη σφιγγοµυελινάση FGF fibroplast growth factor ινοβλαστικός αυξητικός παράγων FGFR fibroplast growth factor receptor υποδοχέας του ινοβλαστικού αυξητικού παράγοντα GABA γ-aminobutyric acid γ-αµινοβουτυρικό οξύ GAD glutamic acid decarboxylase αποκαρβοξυλάση του γλουταµικού οξέος GIRK G-protein-gated inwardly rectifying K+ channel δίαυλος Κ + εσωτερικής ανόρθωσης συνδεδεµένος µε G πρωτεΐνες GPCRs G-protein-coulped receptors συζευγµένοι µε πρωτεΐνες υποδοχείς GPR55 orphan G-protein-coulped receptor 55 «ορφανός» υποδοχέας συζευγµένος µε G πρωτεΐνη GSK-3β glycogen synthase kinase 3β κινάση της συνθάσης του γλυκογόνου 3β IP 3 K phosphatidylinositol-3-kinase κινάση της 3 φωσφατιδυλοϊνοσιτόλης JNK c-jun kinase c-jun κινάση NCAM L 1 neural cell adhesion molecule L 1 νευρικό µόριο προσκόλλησης L 1 MAPK mitogen-activated protein kinase ενεργοποιηθείσα από µιτογόνα πρωτεϊνική κινάση MGL monoacylglycerol lipase λιπάση της µονοακυλογλυκερόλης NADA N-arachidonoyl-dopamine Ν-αραχιδονοϋλντοπαµίνη NAPE N- arachidonylphosphatidylethanolamide Ν- αραχιδονυλφωσφατιδυλαιθανολαµίδη NAPE-PLD N- φωσφολιπάση D της Ν- xviii

19 arachidonylphosphatidylethanolamide Phospholipase D αραχιδονυλφωσφατιδυλαιθανολαµίδης N-CAM neural cell adhesion molecule νευρικό µόριο κυτταρικής προσκόλλησης NGF nerve growth factor νευρικός αυξητικός πράγων NMDA N-methyl-D-aspartate acid Ν-µεθυλο-D-ασπαρτικό οξύ OAE O-arachidonoyl-ethanolamine (virodhamine) Ο- αραχιδονοϋλαιθανολαµίνη (βιροντχαµίνη) PKB protein kinase B πρωτεϊνική κινάση Β PLCγ Phosphlipase Cγ φωσφολιπάση Cγ Stat3 TACE signal transducer and activator of transcription tumor necrosis factor-converting enzyme µεταγωγέας και ενεργοποιητής της µεταγραφής 3 µετατρεπτικό ένζυµο του παράγοντα νεκρώσεως όγκου TGF-β transforming growth factor β µετατρεπτικός αυξητικός παράγων β TH tyrosine hydroxylase υδροξυλάση της τυροσίνης Trk tyrosine receptor kinase υποδοχέας µε δραστικότητα κινάσης της τυροσίνης TRPV1 transient receptor potential vanilloid 1 υποδοχέας βανιλλοειδών τύπου 1 9 -THC D 9 -tetrahydrocannabinol 9 - τετραϋδροκανναβινόλη xix

20

21 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι έρευνες που αρχικά στόχευαν στην ανίχνευση του µηχανισµού δράσης της 9 - τετραϋδροκανναβινόλης, του κύριου ψυχοδιεγερτικού συστατικού που εξάγεται από την ινδική κάνναβη, οδήγησαν τελικά στην ανακάλυψη ενός νέου νευρορυθµιστικού συστήµατος, του ενδογενούς κανναβινοειδούς συστήµατος. Το ενδοκανναβινοειδές σύστηµα περιλαµβάνει µια σειρά από ενδογενείς, λιπιδικής φύσεως προσδέτες (κυρίως την ανανδαµίδη και την 2-αραχιδονοϋλγλυκερόλη), µεµβρανικούς υποδοχείς (CB 1 -brain type, CB 2 -immune type, αλλά και άλλους) που ανήκουν στην υπεροικογένεια των συζευγµένων µε G πρωτεΐνες υποδοχέων, καθώς και τα ένζυµα εκείνα που είναι απαραίτητα για τη βιοσύνθεση και αποικοδόµησή τους. Στον ενήλικο εγκέφαλο τα ενδοκανναβινοειδή λειτουργούν ως παλίνδροµα σηµατοδοτικά µόρια: απελευθερώνονται από µετασυναπτικά κύτταρα, ενώνονται µε υποδοχείς που εντοπίζονται στους προσυναπτικούς νευρώνες και ρυθµίζουν την απελευθέρωση διαφόρων νευροδιαβιβαστών (κυρίως του ανασταλτικού γ- αµινοβουτυρικού οξέος, αλλά και του διεγερτικού γλουταµινικού οξέος). Οι κύριες επιδράσεις της τετραϋδροκανναβινόλης οφείλονται στη διέγερση αυτών των υποδοχέων και είναι ευφορία, διαταραχή πρόσφατης µνήµης και άλλων νοητικών λειτουργιών, ακινησία, αναλγησία, αύξηση της όρεξης. Στον αναπτυσσόµενο οργανισµό, η εντόπιση νωρίς κατά την εµβρυϊκή ζωή λειτουργικών CB 1 υποδοχέων σε θέσεις στις οποίες δεν εκφράζονται στην ενήλικο ζωή (άτυπες θέσεις) αποτέλεσε µία από τις πρώτες ενδείξεις, οι οποίες οδήγησαν στην υπόθεση ότι το ενδοκανναβινοειδές σύστηµα παίζει κάποιον/ους ρόλο/ους στην φυσιολογική εµβρυϊκή ανάπτυξη. Το ενδιαφέρον σχετικά µε τη σπουδαιότητα της ύπαρξης φυσιολογικής σηµατοδότησης µέσω του ενδοκανναβινοειδούς συστήµατος προκειµένου να επιτευχθεί όχι µόνο φυσιολογική εµβρυογένεση, αλλά και µεταγεννητική ανάπτυξη, επικεντρώθηκε στο κεντρικό νευρικό σύστηµα. Τα πειράµατα που έχουν πραγµατοποιηθεί µέχρι τώρα έχουν οδηγήσει στο συµπέρασµα ότι τα κανναβινοειδή συµµετέχουν σε όλες τις διαδικασίες της φυσιολογικής εµβρυϊκής ανάπτυξης του νευρικού συστήµατος: πολλαπλασιασµό και δέσµευση των προγονικών νευρικών κυττάρων προς συγκεκριµένη κυτταρική σειρά, διαφοροποίηση των δεσµευµένων νευροβλαστών ή σπογγιοβλαστών, µετανάστευση των µεταµιτωτικών νευρώνων, µορφολογική και λειτουργική ωρίµανση των νευριτών,

22 Περίληψη δηµιουργία λειτουργικών συνάψεων, απόπτωση και µυελινοποίησηση των νευραξόνων. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας σχετικά µε τον φυσιολογικό ρόλο των κανναβινοειδών στην ανάπτυξη του εµβρύου και ιδιαίτερα στην ανάπτυξη του κεντρικού νευρικού συστήµατος. Μετά από µία συνοπτική περιγραφή της φυσιολογικής εµβρυογένεσης του κεντρικού νευρικού συστήµατος, ακολουθεί η ανάλυση του ενδογενούς κανναβινοειδούς συστήµατος, καθώς και των σηµατοδοτικών µονοπατιών που η ενεργοποίηση των υποδοχέων του διεγείρει. Στη συνέχεια αναπτύσσονται διεξοδικά όλες οι απόψεις περί συµµετοχής του συστήµατος αυτού στην φυσιολογική εµβρυογένεση. Είναι γνωστό ότι η τετραϋδροκανναβινόλη περνά τον αιµατοπλακουντιακό φραγµό, φτάνει µέχρι τον εγκέφαλο του εµβρύου σε σηµαντικές συγκεντρώσεις και µπορεί εποµένως να διαταράξει τη φυσιολογική σηµατοδότηση από τους CB 1 υποδοχείς, η οποία φαίνεται να είναι απαραίτητη για την δηµιουργία του φυσιολογικού νευρικού συστήµατος. Η κατανόηση των µηχανισµών µέσω των οποίων τα κανναβινοειδή συµµετέχουν στη φυσιολογική εµβρυογένεση µπορεί ερµηνεύσει τα νοητικά και κοινωνικά ελλείµµατα που παρουσιάζουν απόγονοι γυναικών που κατά τη διάρκεια της κυήσεως έκαναν χρήση κάνναβης, κάποια από τα οποία διαρκούν µέχρι την ενήλικο ζωή. 2

23 1. Ε Μ Β Ρ Υ Ο Λ Ο Γ Ι Α Τ Ο Υ Κ Ε Ν Τ Ρ Ι Κ Ο Υ N Ε Υ Ρ Ι Κ Ο Υ Σ Υ Σ Τ Η Μ Α Τ Ο Σ Ο νευρικός ιστός είναι ένας ιδιαίτερα πολύπλοκος ιστός, τόσο ως προς τον αριθµό των κυττάρων που τον απαρτίζουν (γεννιόµαστε µε περίπου νευρικά κύτταρα, πολλά από τα οποία πεθαίνουν κατά τη διάρκεια της ζωής), όσο και ως προς την ποικιλία των κυτταρικών τύπων και µορφών που τον συνθέτουν. Η πολυπλοκότητα αυξάνεται εκθετικά αν συνυπολογιστεί το γεγονός ότι τα νευρικά κύτταρα πρέπει να αλληλεπιδράσουν µεταξύ τους µε συγκεκριµένο τρόπο, έτσι ώστε να δηµιουργηθούν λειτουργικά νευρωνικά δίκτυα. Προκειµένου να δηµιουργηθούν οι πολλοί και διαφορετικοί τύποι νευρώνων και νευρογλοιακών κυττάρων, τα προγονικά κύτταρα πρέπει να πολλαπλασιαστούν και να διαφοροποιηθούν µε έναν αυστηρά ελεγχόµενο τρόπο. Το κεντρικό νευρικό σύστηµα δηµιουργείται σε µια µικρής διάρκειας περίοδο της εµβρυογένεσης και η απλή νευρική πλάκα, εξωδερµατικής προέλευσης, µετατρέπεται ταχύτατα στον εγκέφαλο και τον νωτιαίο µυελό. Οι διαδικασίες, λοιπόν, που θα οδηγήσουν στη δηµιουργία του ώριµου εγκεφάλου είναι πολύπλοκες και ρυθµίζονται αυστηρά από µία σειρά εξωγενών παραγόντων (περιβάλλον), αλλά και από το ενδογενές µοριακό πρόγραµµα των κυττάρων. Όσο πιο αρχέγονη είναι η κυτταρική σειρά, τόσο πιο πολύ επηρεάζεται από το ενδογενές πρόγραµµα (περιβαλλοντικά ερεθίσµατα, που µπορούν, ωστόσο, να τροποποιήσουν την ροή των γεγονότων της φυσιολογικής νευρογένεσης), ενώ σε µεταγενέστερα στάδια πιο ώριµων νευρώνων οι αλληλεπιδράσεις κυττάρου µε κύτταρο, καθώς και κυττάρου µε εξωκυττάρια ουσία αποκτούν µεγαλύτερη βαρύτητα. Σε πολλά είδη η ανάπτυξη του νευρικού συστήµατος έχει ολοκληρωθεί από τη γέννηση. Ο εγκέφαλος του ανθρώπινου οργανισµού συνεχίζει να ωριµάζει µέχρι τα δύο-τρία πρώτα χρόνια ζωής, αλλά το νευρικό σύστηµα διαρκώς µεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της ζωής ενός οργανισµού ανάλογα µε τις εµπειρίες και τα εξωτερικά ερεθίσµατα που δέχεται. Έτσι, µπορούµε να θεωρήσουµε την ανάπτυξη του νευρικού συστήµατος σαν µία δια βίου διαδικασία, παρά σαν µία διαδικασία που συµβαίνει µόνον σε έµβρυα. Η σχετικά πρόσφατη ανακάλυψη της νευρογένεσης σε συγκεκριµένες περιοχές του ενήλικου εγκεφάλου (Cameron και McKay, 2001)

24 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος επιβεβαίωσε την άποψη ότι το νευρικό σύστηµα είναι µία εξαιρετικά πλαστική δοµή που επηρεάζεται διαρκώς από περιβαλλοντικά ερεθίσµατα. Στο παρόν κεφάλαιο θα γίνει µία περιγραφή της εµβρυολογικής ανάπτυξης του κεντρικού νευρικού συστήµατος, καθώς και των κύριων µοριακών µηχανισµών που ευθύνονται γι αυτή. Οι διαδικασίες ταξινοµούνται χάριν απλούστευσης στα εξής στάδια: νευρική επαγωγή του αδιαφοροποίητου εξωδέρµατος, πολλαπλασιασµός των προγονικών κυττάρων, διαφοροποίησή τους προς νευρώνες ή νευρογλοιακά κύτταρα, µετανάστευση των ανώριµων νευρικών κυττάρων προς την τελική τους θέση, ωρίµανση των νευροβλαστών, δηµιουργία λειτουργικών συνάψεων, απόπτωση µη λειτουργικών νευρώνων και µυελινοποίηση των νευραξόνων. Η ταξινόµηση αυτή ούτε χωρική ούτε χρονική είναι και πολλά από τα στάδια που θα περιγραφούν αλληλεπικαλύπτονται Νευρική επαγωγή Στην αρχή της τρίτης εβδοµάδας (15 η - 21 η µέρα) της ανάπτυξης αρχίζει να διαµορφώνεται ο τρίστιβος βλαστικός δίσκος (γαστρίδιο) και το εξώδερµα, το µεσόδερµα και το ενδόδερµα δηµιουργούν τρεις διακριτές στιβάδες. Η διεργασία δηµιουργίας του γαστριδίου ξεκινά µε το σχηµατισµό της αρχικής γραµµής (primitive streak) στην επιφάνεια της επιβλάστης, προς την κατεύθυνση της οποίας µεταναστεύουν επιβλαστικά κύτταρα. Αφού φτάσουν στην περιοχή της αρχικής γραµµής, αποσπώνται από αυτή και µε τη διαδικασία της ενδοθυλάκωσης (εικόνα 1-1), καταδύονται εντός αυτής και τελικά δηµιουργούν τα τρία βλαστικά δέρµατα (εξώδερµα, µεσόδερµα και ενδόδερµα). Το ραχιαίο εξώδερµα είναι αυτό που θα διαφοροποιηθεί σε νευροεξώδερµα και τελικά θα δώσει γένεση στο ώριµο νευρικό σύστηµα, ενώ το κοιλιακό εξώδερµα θα δώσει την επιδερµίδα και τα εξαρτήµατα του δέρµατος. Η νευρική επαγωγή είναι η διαδικασία µέσω της οποίας, υπό την επίδραση µηνυµάτων από το υποκείµενο µεσόδερµα, τα κύτταρα του εξωδέρµατος δεσµεύονται προς αρχέγονα νευρικά κύτταρα και όχι προς αρχέγονα επιδερµιδικά κύτταρα. 4

25 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Εικόνα 1-1: ηµιουργία του τρίστιβου βλαστικού δίσκου. νωτιαία χορδή αµνιακή κοιλότητα εξώδερµα παραξονικό µεσόδερµα διάµεσο µεσόδερµα µεσόδερµα κοιλιακή αορτή Εικόνα 1-2: Ο τρίστιβος βλαστικός δίσκος, εγκάρσια διατοµή. Με µπλε χρώµα απεικονίζεται το εξώδερµα, µε κόκκινο το µεσόδερµα, µε κίτρινο το ενδόδερµα. Η νωτιαία χορδή ανήκει στο µεσόδερµα και θα δώσει το µήνυµα, ώστε το ραχιαίο εξώδερµα να διαφοροποιηθεί προς νευροεξώδερµα. Στις αρχές του 20 ου αιώνα οι Hans Spemann και Hilde Mansgold (Speman, 1938) ανακάλυψαν ότι η νευρική επαγωγή οφείλεται σε µηνύµατα που δέχεται το εξώδερµα από το υποκείµενο ραχιαίο µεσόδερµα και συγκεκριµένα από τη νωτιαία χορδή (εικόνα 1-2). Τα µόρια που θεωρήθηκαν νευρικοί επαγωγείς είναι η νογγίνη, η φολλιστατίνη και η χορδίνη (Dal Pra και συν., 2006). Τα τρία αυτά µόρια παράγονται 5

26 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος από το ραχιαίο µεσόδερµα και δρουν στο εξώδερµα. Η νωτιαία χορδή είναι απαραίτητη για την νευρική επαγωγή, ενώ µπορεί να δηµιουργηθεί ένα δεύτερο νευροεξώδερµα εάν κάτω από εξώδερµα που δεν προοριζόταν γι αυτό τοποθετηθεί µεσόδερµα (Schoenwolf και Smith, 1990). Η αρχική πεποίθηση ήταν ότι το ενδογενές µοριακό πρόγραµµα των κυττάρων του εξωδέρµατος τους υπαγορεύει να διαφοροποιηθούν προς επιδερµίδα (default µονοπάτι), εκτός και αν ειδικά ερεθίσµατα από το περιβάλλον οδηγήσουν το εξώδερµα προς νευρικά στελεχιαία κύτταρα. Η άποψη αυτή έχει προ πολλού καταρριφθεί και το σηµερινό µοντέλο υποστηρίζει ότι η νευρική επαγωγή είναι το φαινόµενο που θα συµβεί στα εξωδερµατικά κύτταρα, εκτός και αν επιδράσουν κάποιοι εξωγενείς παράγοντες σε αυτά και τα εκτρέψουν προς επιδερµιδικά κύτταρα (Hemmati-Brivanlou και Melton, 1997). Έτσι, ενώ αρχικά οι τρεις νευρικοί επαγωγείς (νογγίνη, φολλιστατίνη και χορδίνη) θεωρήθηκε ότι είναι ενεργοποιητές της δηµιουργίας νευροεξωδέρµατος, σήµερα πιστεύεται ότι τα µόρια αυτά ενώνονται ισχυρά µε κάποιες πρωτεΐνες που παράγονται από το εξώδερµα και το µεσόδερµα, τις οστικές µορφογενετικές πρωτεΐνες (Bone Morphogenetic Proteins, BMPs) και τις απενεργοποιούν (Piccolo και συν., 1996; Zimmerman και συν, 1996; Hemmati-Brivanlou και Melton, 1997). Οι οστικές µορφογενετικές πρωτεΐνες είναι αυξητικοί παράγοντες που ανήκουν στην υπεροικογένεια του TGF-β και είναι υπεύθυνες για την δέσµευση των εξωδερµατικών κυττάρων προς την επιδερµιδική κατεύθυνση. Μεταλλάξεις σε κάποιον από τους νευρικούς επαγωγείς οδηγεί σε διαταραχές της δηµιουργίας νευροεξωδέρµατος ή σε ελαττωµατική δηµιουργία του νευρικού σωλήνα. Η επικρατούσα, λοιπόν, άποψη περί νευρικής επαγωγής σήµερα είναι ότι το σηµατοδοτικό µονοπάτι από τις ΒΜΡs είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη ιστών εκτός του νευρικού (εικόνα 1-3). Καθώς δηµιουργείται ο νευρικός σωλήνας, τα εξωδερµατικά κύτταρα σταδιακά υφίστανται µεταβολές στα µόρια κυτταρικής επιφανείας που εκφράζουν, έτσι ώστε να αποκτήσουν νευροεπιθηλιακό φαινότυπο. Έτσι, ενώ αρχικά εκφράζουν την Ε- καντχερίνη, αρχίζουν να συνθέτουν Ν-καντχερίνη και Ν-CAM. Η επαγωγή της έκφρασης διαφορετικών µορίων επιφανείας ρυθµίζεται από διάφορους µεταγραφικούς παράγοντες, π.χ. οι µεταγραφικοί παράγοντες homeobox (Hox) και paired-box (Pax) ρυθµίζουν την έκφραση της N-CAM (Westermana και συν., 2003). 6

27 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος κυτταρόπλασµα πυρήνας γονίδια-στόχοι Εικόνα 1-3: Το σηµατοδοτικό µονοπάτι των ΒΜΡ. ιακρίνεται η αναστολή από την νογγίνη (Chen και συν., 2004). Άλλα µόρια και σηµατοδοτικά µονοπάτια απαραίτητα για την νευρική επαγωγή και την δηµιουργία κεφαλοουραίας και οπισθοπρόσθιας πολικότητας είναι (Copp και συν., 2003): Το σηµατοδοτικό µονοπάτι του Sonic Hedgehog: επάγει το εδαφιαίο πέταλο του νευρικού σωλήνα. Ο ινοβλαστικός αυξητικός παράγων (Fibroplast Growth Factor, FGF) Ο µετατρεπτικός αυξητικός παράγων β (Transforming Growth Factor β, TGF-β) Το ρετινοϊκό οξύ Πρωτεΐνες θερµικού σοκ: βοηθούν στη σωστή αναδίπλωση του κολλαγόνου και της ακτίνης και συµµετέχουν στη δηµιουργία βασικής µεµβράνης, εξωκυττάριας ουσίας και τη µετανάστευση των κυττάρων της νευρικής ακρολοφίας. 7

28 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος 1.2. ηµιουργία του νευρικού σωλήνα Το νευρικό σύστηµα κάνει, όπως προαναφέρθηκε, την εµφάνισή του στις αρχές της τρίτης εβδοµάδας της ανάπτυξης µε τη µορφή µιας πλάκας παχυµένου εξωδέρµατος, της νευρικής πλάκας. Η νευρική πλάκα βρίσκεται µπροστά από το αρχικό βοθρίο, στη µέση ραχιαία χώρα. Σταδιακά τα πλάγια χείλη της υπεγείρονται και δηµιουργούν τις νευρικές πτυχές, οι οποίες θα ανυψωθούν περισσότερο και τελικά θα συνενωθούν, δηµιουργώντας τον νευρικό σωλήνα. Η συνένωση ξεκινά στην αυχενική χώρα και επεκτείνεται ακανόνιστα µε κεφαλική και ουραία κατεύθυνση (εικόνες 1-4, 1-5). Το πρόσθιο και οπίσθιο άκρο του νευρικού σωλήνα, ο πρόσθιος και οπίσθιος νευροπόρος αντίστοιχα, παραµένουν ανοιχτά και δηµιουργούν µία προσωρινή επικοινωνία του νευρικού σωλήνα µε την αµνιακή κοιλότητα, η οποία διακόπτεται την 27 η µέρα της ανάπτυξης, όταν κλείνει ο οπίσθιος νευροπόρος (ο πρόσθιος έχει κλείσει την 25 η µέρα). Εικόνα 1-4: ηµιουργία του νευρικού σωλήνα. ιακρίνεται η νωτιαία χορδή (notochord), η οποία επάγει τον σχηµατισµό του νευροεξωδέρµατος. Σταδιακά τα άκρα της νευρικής πλάκας (neural plate) υπεγείρονται και δηµιουργούν τις νευρικές πτυχές, οι οποίες συνεννώνονται και δηµιουργούν τον νευρικό σωλήνα. Από τα άκρα των νευρικών πτυχών θα προκύψει η νευρική ακρολοφία (neural crest). 8

29 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Κάποιες οµάδες κυττάρων που βρίσκονται στα πλάγια άκρα των νευρικών πτυχών µεταπηδούν µε ενεργό µετανάστευση στο υποκείµενο µεσόδερµα, αφού υποστούν επιθηλιακή προς µεσεγχυµατική µετατροπή και δηµιουργούν δύο στήλες κυττάρων που εκτείνονται σε όλο το µήκος του εµβρύου, οι οποίες συνιστούν την νευρική ακρολοφία. Ο νευρικός σωλήνας θα δώσει γένεση στο κεντρικό και τµήµα του περιφερικού νευρικού συστήµατος, ενώ η νευρική ακρολοφία στο µεγαλύτερο µέρος του περιφερικού νευρικού συστήµατος, καθώς και σε διάφορους άλλους κυτταρικούς πληθυσµούς (κύτταρα Schwann, ενδοκαρδιακά προσκεφάλαια, χοριοειδής και αραχνοειδής µήνιγγα, µελανοκύτταρα, µυελός των επινεφριδίων και άλλα κύτταρα). Απαραίτητοι, µεταξύ των άλλων, για να δηµιουργηθεί ο νευρικός σωλήνας είναι οι µικροσωληνίσκοι και τα µικρονηµάτια (Karfunkel, 1971) καθώς για να γίνει η σύγκλιση των νευρικών πτυχών συµβαίνει µεταβολή του σχήµατος των κυττάρων και πολλαπλασιασµός των νευροεπιθηλιακών κυττάρων. Στον νεοσχηµατισθέντα νευρικό σωλήνα τα κύτταρα σχηµατίζουν µία µόνο στοιβάδα (ψευδοπολύστιβο επιθήλιο) (εικόνα 1-5) και εκτείνονται από την εσωτερική (κοιλιακή) µέχρι την κορυφαία πλευρά του (Frisen και συν., 1998) Πολλαπλασιασµός Ήδη πριν κλείσει ο νευρικός σωλήνας έχει ξεκινήσει η διαδικασία του κυτταρικού πολλαπλασιασµού, η οποία γίνεται πολύ εντονότερη µετά τη δηµιουργία του και ιδιαίτερα αφού κλείσουν και οι δύο νευροπόροι. Ένα προγονικό κύτταρο έχει δύο επιλογές: ή θα αυτοανανεωθεί και θα παραµείνει ως αδιαφοροποίητο κύτταρο στην κοιλιακή στιβάδα του νευρικού σωλήνα ή θα σταµατήσει να διαιρείται και αφού µεταναστεύσει στην τελική του θέση, θα διαφοροποιηθεί προς συγκεκριµένη κυτταρική σειρά (εικόνα 1-6). Για να παραχθεί επαρκής αριθµός κυττάρων πρέπει στον εµβρυϊκό εγκέφαλο να επικρατεί αυστηρή ισορροπία µεταξύ πολλαπλασιασµού και διαφοροποίησης. Η χρονική στιγµή κατά την οποία ένα κύτταρο σταµατά να διαιρείται είναι καθορισµένη µε ακρίβεια, χωρίς, ωστόσο, να γνωρίζουµε τους ακριβείς µηχανισµούς που είναι υπεύθυνοι. Έτσι, τα µεταναστεύοντα κύτταρα δηµιουργούν έξι στοιβάδες: την κοιλιακή, την υποκοιλιακή, την ενδιάµεση, την subplate, το φλοιώδες πέταλο και την µεθόριο ζώνη (εικόνα 1-7). 9

30 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Εικόνα 1-5: Σταδιακή σύγκλιση του νευρικού σωλήνα (Frisen και συν., 1998). Η τύχη ενός κυττάρου καθορίζεται τόσο από παράγοντες ενδογενείς, δηλαδή από µόρια που υπάρχουν εντός του κυττάρου, όσο και από εξωγενείς, δηλαδή από αλληλεπιδράσεις του κυττάρου µε µόρια εκκρινόµενα από γειτονικά κύτταρα, όσο και µόρια της εξωκυττάριας ουσίας. ιάφοροι αυξητικοί παράγοντες, όπως ο EGF και ο FGF-2 είναι βασικοί ρυθµιστές του πολλαπλασιασµού των νευρικών προγονικών κυττάρων, καθώς και της διαφοροποίησής τους (Temple, 2001). Ο πολλαπλασιασµός των νευρικών κυττάρων θεωρείτο για πολλά χρόνια ένα φαινόµενο που παρατηρείται αποκλειστικά στην εµβρυογένεση. Η εντόπιση προγονικών νευρικών κυττάρων σε περιοχές όπως ο ιππόκαµπος, η παρεγκεφαλίδα και η υποκοιλιακή ζώνη και η ανακάλυψη ότι κάτω από συγκεκριµένες συνθήκες 10

31 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος αυτά τα κύτταρα διαιρούνται ανέτρεψε την παραπάνω άποψη και οδήγησε σε νέες απόψεις περί των διαδικασιών της µάθησης και της µνήµης (Shors, 2004). Εικόνα 1-6: Ένα στελεχιαίο κύτταρο µπορεί να διαφοροποιηθεί σε νευρικό προγονικό κύτταρο. Αυτό µε τη σειρά του έχει δύο επιλογές: ή θα αυτοανανεωθεί πολλαπλασιαζόµενο ή θα διαφοροποιηθεί περαιτέρω σε αρχέγονο νευρικό κύτταρο (νευροβλάστη) ή σε αρχέγονο νευρογλοιακό κύτταρο (σπογγιοβλάστη). Τα µικρογλοιακά κύτταρα δεν απεικονίζονται, γιατί είναι διαφορετικής προελεύσεως Μετανάστευση Ο γενικός κανόνας που ισχύει για το κεντρικό νευρικό σύστηµα είναι ότι τα κύτταρα δηµιουργούνται σε θέσεις διαφορετικές από αυτές στις οποίες θα εγκατασταθούν. Μετά τη γένεση των ανώριµων µεταµιτωτικών νευρικών κυττάρων θα πρέπει, ξεκινώντας από την κοιλιακή ζώνη, οι κατάλληλοι τύποι νευρώνων να διανύσουν αποστάσεις ποικίλου µεγέθους µέχρι να φτάσουν σε συγκεκριµένη περιοχή και µετά να ωριµάσουν. Η µετανάστευση πραγµατοποιείται µε µεγάλη ακρίβεια και το ερώτηµα που εγείρεται είναι εάν αυτή η αυστηρή νευρωνική οργάνωση οφείλεται σε πρόγραµµα προκαθορισµένο από το στάδιο της νευρικής πλάκας ή του αρχέγονου νευρικού σωλήνα ή εάν η µετανάστευση πραγµατοποιείται µέσω κυτταρικών αλληλεπιδράσεων. 11

32 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Εικόνα 1-7: ηµιουργία του εµβρυϊκού φλοιού. Τα αρχέγονα κύτταρα, αφού διαιρεθούν, µεταναστεύουν και δηµιουργούν έξι στιβάδες, την κοιλιακή (VZ), την υποκοιλιακή (SVZ), την ενδιάµεση (IZ), την subplate (SP), το φλοιώδες πέταλο (CP) και τη µεθόριο ζώνη (MZ) (Harkany και συν., 2007). Η «υπόθεση της ακτινωτής µονάδας» υποστηρίζει ότι ο νευρικός σωλήνας είναι ήδη διαµορφωµένος και ότι η πληροφορία εντός αυτού οδηγεί σε µία αυστηρά καθορισµένη κυτταρική µετανάστευση. Υπέρ αυτής της θεωρίας είναι και η ανακάλυψη των ακτινωτών νευρογλοιακών κυττάρων (radial glial cells), ενός παροδικού κυτταρικού πληθυσµού, που εµφανίζεται νωρίς κατά την εµβρυογένεση και πιστεύεται ότι καθοδηγεί τα νευρικά κύτταρα προς την οριστική τους θέση. Τα ακτινωτά νευρογλοιακά κύτταρα είναι εξαιρετικά επιµήκη και εκτείνονται από την κορυφαία µέχρι την κοιλιακή επιφάνεια του νευρικού σωλήνα. Οι νευρώνες αλληλεπιδρούν µέσω µορίων κυτταρικής επιφανείας µε τα νευρογλοιακά κύτταρα, «αγκιστρώνονται» πάνω τους και τα χρησιµοποιούν ως µονοπάτι για την σωστή τοποθέτησή τους (εικόνα 1-8). Έτσι δηµιουργείται ένας εξαιρετικά οργανωµένος φλοιός βάσει του προτύπου που έχει καθοριστεί από τον νευρικό σωλήνα (Goldman και Luskin, 1998). Η µοριακή βάση της µετανάστευσης έχει αρχίσει να διελευκάνεται. Έτσι, έχουν αναγνωριστεί διάφορα µόρια που συµµετέχουν στην καθοδήγηση των νευρώνων, µετάλλαξη των οποίων οδηγεί σε σοβαρές συγγενείς ανωµαλίες: 12

33 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Η ρελίνη (reelin) είναι µία γλυκοπρωτεΐνη της εξωκυττάριας ουσίας, η οποία εκκρίνεται στη µεθόριο ζώνη. Παίζει ρόλο στην αποµάκρυνση των νευρώνων από τα ακτινωτά νευρογλοιακά κύτταρα (Meyer, 2001). Η αστροτακτίνη (astrotactin) είναι ένα νευρικό µόριο προσκόλλησης που εκφράζεται σε µεταµιτωτικούς νευρώνες που µεταναστεύουν στην παρεγκεφαλίδα, τον ιππόκαµπο και τον εγκεφαλικό φλοιό (Edmondson και συν., 1988). Οι νευρορεγκιουλίνες (neuregulins): εκκρινόµενοι παράγοντες των οποίων οι υποδοχείς εκφράζονται τόσο σε νευρικά όσο και σε νευρογλοιακά κύτταρα. Συµµετέχουν στη µετανάστευση και την αύξηση και διαφοροποίηση των ακτινωτών αστρογλοιακών κυττάρων Gassmann M, G. Lemke, 1997). Εικόνα 1-8: Μετανάστευση των µεταµιτωτικών νευρώνων κατά µήκος των ακτινωτών νευρογλιακών κυττάρων. Τα κυτταρικά σώµατα αυτών των νευρογλοιακών κυττάρων βρίσκονται στην κοιλιακή ζώνη, ενώ οι αποφύσεις τους εκτείνονται µέχρι την εξωτερική στιβάδα ( 13

34 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος 1.5. Συσσώρευση Η συσσώρευση είναι η διαδικασία κατά την οποία, µετά την µετανάστευση των νευρώνων στην τελική τους θέση, νευρικά κύτταρα δηµιουργούν οµάδες, οι οποίες στη συνέχεια θα εξελιχθούν σε πυρήνες του νευρικού συστήµατος ή θα εξυπηρετούν την ίδια λειτουργία. Οφείλεται σε µόρια επιφανείας που διαθέτουν τα νευρικά κύτταρα και τα οποία είναι συµπληρωµατικά µεταξύ τους, όπως για παράδειγµα αντιγόνο-αντίσωµα Ωρίµανση νευρώνων Η διαδικασία διαφοροποίησης των ανώριµων νευρικών κυττάρων είναι ένα πολύπλοκο φαινόµενο που περιλαµβάνει αλλαγές στα ηλεκτροφυσιολογικά χαρακτηριστικά τους, αλλά και τη µορφολογία τους. Οι µορφολογικές µεταβολές συνίστανται κυρίως στη δηµιουργία και επέκταση δενδριτικών και νευραξονικών αποφύσεων (neurite outgrowth). Μετά τη µετανάστευση και δηµιουργία κυτταρικών συσσωρεύσεων οι νευρώνες πρέπει να ωριµάσουν περαιτέρω, να δηµιουργήσουν δηλαδή τις αποφυάδες τους (δενδρίτες, νευράξονας) και να σταθεροποιηθούν οι συνδέσεις µε τους κατάλληλους νευρώνες. Οι δηµιουργία δενδριτών είναι σηµαντική, καθώς ρυθµίζει τον αριθµό των συναπτικών επαφών που ο νευρώνας δέχεται (περίπου ). Η µηχανισµός µε τον οποίο οι αναπτυσσόµενοι νευράξονες κατευθύνονται προς το κύτταρο-στόχος ονοµάζεται ιχνηλασία (pathfinding). Η ιχνηλασία περιλαµβάνει την επιλογή: του κατάλληλου µονοπατιού, που θα τους οδηγήσει στην σωστή περιοχή (pathway selection), της οµάδας νευρώνων, µε τους οποίους ενδέχεται να δηµιουργήσουν σταθερές συνδέσεις (target selection) και της υποοµάδας κυττάρων, µε την οποία θα τελικά θα δηµιουργήσει συνάψεις (address selection). Κάθε αναπτυσσόµενος νευρώνας πρέπει να επιλέξει το κατάλληλο κύτταροστόχο, µε το οποίο θα δηµιουργήσει λειτουργική επικοινωνία. Καθώς αναπτύσσεται ο νευράξονας, αναγνωρίζεται µία εξειδικευµένη δοµή στο τέλος του άξονα που τον κατευθύνει προς τον στόχο του. Αυτή η εξαιρετικά δυναµική δοµή ονοµάζεται 14

35 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος αυξητικός κώνος και αποτελείται από πολλαπλές προεκτάσεις, τα φιλοπόδια (εικόνα 1-9). Τα φιλοπόδια είναι πλούσια σε µικρονηµάτια, ενώ η βάση του αυξητικού κώνου περιέχει µικροσωληνίσκους. Εξαιτίας αυτής της δοµής τους, τα φιλοπόδια αποτελούν εξαιρετικά κινητές δοµές, που επεκτείνονται και συνέλκονται συνεχώς. Υπάρχουν τέσσερις δυνάµεις/µηχανισµοί καθοδήγησης των αναπτυσσόµενων νευραξόνων (εικόνα 1-10): χηµειοέλξη (chemoattraction): διαλυτές εκκρινόµενες χηµικές ουσίες, οι οποίες καθοδηγούν τον άξονα προς την κατεύθυνση που εκκρίνονται και µπορούν να δράσουν και από µεγάλες αποστάσεις. χηµειοαπώθηση (chemorepulsion): ουσίες που δρουν όπως και οι χηµειοελκτικές ουσίες, µόνο που δίνουν απωθητικά µηνύµατα. έλξη επαφής (contact attraction): µη διαλυτά µόρια κυτταρικής επιφανείας ή µόρια της εξωκυττάριας θεµέλιας ουσίας προωθούν τον νευράξονα σε κοντινές αποστάσεις απώθηση επαφής (contact repulsion) (Tessier-Lavigne M. και CS. Goodman, 1996). Εικόνα 1-9: Αυξητικός κώνος αναπτυσσόµενου νευρώνα. Τα µόρια και οι υποδοχείς που ενέχονται στη διαδικασία της ιχνηλασίας και της ανάπτυξης των νευριτών είναι πολλά, τα σηµατοδοτικά µονοπάτια που αυτά ενεργοποιούν στους αυξητικούς κώνους, όµως, περιορισµένα (Tessier-Lavigne και 15

36 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Goodman, 1996; Doherty και συν., 2000). Κανένα από αυτά δεν είναι αποκλειστικά ελκτικό ή απωθητικό µόριο, αλλά δρα προωθητικά για ορισµένους άξονες και απωθητικά για κάποιους άλλους: Μόρια κυτταρικής προσκόλλησης (cell adhesion molecules, CAMs): είναι πλέον γνωστό ότι εκτός από κλασσικά µόρια συνοχής, ενεργοποιούν σηµατοδοτικά µονοπάτια στους αυξητικούς κώνους. Ανοσοσφαιρίνες, π.χ. L1 CAM Καντχερίνες, π.χ. Ν-καντχερίνη Iντεγκρίνες Υποδοχείς µε δραστηριότητα κινάσης της τυροσίνης (RTKs): π.χ. ο FGF υποδοχείς, υποδοχείς για τις νευροτροφίνες (TrKs). Υποδοχείς µε δραστηριότητα φωσφατάσης της τυροσίνης Μόρια της εξωκυττάριας ουσίας: λαµινίνη, τενασκίνη, κολλαγόνο, θροµβοσπονδίνη, φιµπρονεκτίνη, βιτρονεκτίνη, πρωτεογλυκάνες Νετρίνες: οικογένεια διαλυτών πρωτεϊνών είτε ελκτικών είτε απωθητικών Σηµαφορίνες: απωθητικά µόρια, είτε εκκρινόµενα είτε διαλυτά Υποδοχείς συζευγµένοι µε G πρωτεΐνες: οι Gi/o πρωτεΐνες βρίσκονται σε µεγάλη αφθονία στους αυξητικούς κώνους των αναπτυσσόµενων νευριτών και είναι ικανές να επάγουν την επέκταση των νευριτών (Strittmatter και συν., 1994) π.χ. οι D2 υποδοχείς ρυθµίζουν την νευριτική αύξηση των φλοιϊκών νευρώνων (Reinoso και συν., 1996), ενώ οι υποδοχείς σεροτονίνης 1Β ενισχύουν την επέκταση των νευριτών στους θαλαµικούς νευρώνες (Lotto και συν., 1999) Συναπτογένεση Η διαφοροποίηση των αρχέγονων νευρικών κυττάρων σε ώριµους νευρώνες δεν είναι αρκετή, ώστε να δηµιουργηθεί το ολοκληρωµένο νευρικό σύστηµα. Τα νευρικά κύτταρα πρέπει µ έσω των νευραξόνων τους να έρθουν σε λειτουργική επαφή µε άλλους νευρώνες και παράλληλα να σταθεροποιηθεί αυτή η επαφή, ώστε να δηµιουργηθούν λειτουρ γικά νευρωνικά κυκλώµατα. Οι συνάψεις είναι εξειδικευµένες διακυτταρικές συνδέσεις, των οποίων η ειδικότητα και η πλαστικότητα παρέχουν δοµική και λειτουργική βάση για τη δηµιουργία και διατήρηση πολύπλοκων 16

37 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος νευρωνικών δικτύων στον εγκέφαλο. Ο αριθµός, η εντόπιση και ο τύπος των συνάψεων που δηµιουργούνται είναι αυστηρά ελεγχόµενα, ενώ απαιτούν την άριστη επικοινωνία και συνεργασία µεταξύ προ- και µετασυναπτικού νευρώνα. Εικόνα 1-10: Οι τέσσερις προτεινόµενοι µηχανισµοί καθοδήγησης των αναπτυσσόµενων νευραξόνων (Tessier-Lavigne M. και CS. Goodman, 1996). Για να δηµιουργηθεί χηµική σύναψη πρέπει να συγκεντρωθούν υποδοχείς νευροδιαβιβαστών, καθώς και σηµατοδοτικά µόρια στην µετασυναπτική πυκνότητα (postsynaptic density), µία εξειδικευµένη µεµβρανική µικροπεριοχή απέναντι από την ενεργό ζώνη των προσυναπτικών τελικών κοµβίων, από όπου πραγµατοποιείται η απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή. Η δηµιουργία λειτουργικών συνάψεων ρυθµίζεται από µία πληθώρα µοριών κυτταρικής επιφανείας, όπως τις νευρολιγκίνες, την SynCAM, την N-CAM, την L 1 - CAM, καντχερίνες και ιντεγκρίνες. Τα στάδια της συναπτογένεσης περιλαµβάνουν την έναρξη επαφής, επιστράτευση προσυναπτικών και µετασυναπτικών πρωτεϊνών, ωρίµανση και σταθεροποίηση της σύναψης ή απαλοιφή της και τέλος την συναπτική πλαστικότητα. Παρόλο που οι περισσότερες συνάψεις δηµιουργούνται κατά την ανάπτυξη, πρόσφατες µελέτες δείχνουν ότι ορισµένες συνάψεις έχουν συγκεκριµένο χρόνο ζωής, ενώ σε όλα τη διάρκεια της ζωής δηµιουργούνται και ενσωµατώνονται στα νευρικά κυκλώµατα νέες συνάψεις. 17

38 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Το πιο χαρακτηριστικό και διεξοδικά µελετηµένο µοντέλο δηµιουργίας σύναψης αποτελεί η νευροµυϊκή σύναψη µεταξύ του κινητικού νευρώνα και της τελικής κινητικής πλάκας του µυϊκού κυττάρου (Witzemann, 2006). Πριν την έλευση του νευράξονα του κινητικού νευρώνα, οι υποδοχείς ακετυλοχολίνης του µυϊκού κυττάρου είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένοι στη µεµβράνη της µυϊκής ίνας. Ο προσυναπτικός άξονας προκαλεί δραµατικές αλλαγές: οι υποδοχείς οργανώνονται και οµαδοποιούνται, αυξάνεται η σύνθεσή τους και σταθεροποιούνται. Αυτό οφείλεται σε ορισµένα µόρια που εκκρίνει ο νευρώνας: το πιο γνωστό είναι η αγκρίνη, η οποία δρώντας στους υποδοχείς, επάγει την οµαδοποίηση των υποδοχέων Απόπτωση Ο προγραµµατισµένος κυτταρικός θάνατος αποτελεί ένα φαινόµενο που κατεξοχήν συµβαίνει κατά την εµβρυογένεση. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης όλων των συστηµάτων συγκεκριµένα κύτταρα αποπίπτουν. Ιδιαίτερα για το νευρικό σύστηµα υπολογίζεται ότι από τον αρχικό συνολικό κυτταρικό πληθυσµό αποµένουν στο τέλος περίπου τα µισά κύτταρα (Raff και συν., 1993). Η λογική πίσω από αυτό το φαινόµενο, που ξεκινά από την όψιµη εµβρυϊκή περίοδο και συνεχίζεται κατά την µετεµβρυϊκή ζωή (ίσως µάλιστα να είναι και πιο έντονη µετά τη γέννηση), είναι η εξής: όσοι νευρώνες δεν έφτασαν στον στόχο τους, όσα κύτταρα πλεονάζουν, όσοι κυτταρικοί πληθυσµοί εξυπηρετούσαν απλά και µόνο έναν τροφικό ή καθοδηγητικό ρόλο περισσεύουν και πρέπει να αποµακρυνθούν (εικόνα 1-11). Εικόνα 1-11: Απόπτωση κατά την εµβρυογένεση του νευρικού συστήµατος. 18

39 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Τα κύτταρα-στόχος είναι αυτά που καθορίζουν ποιοι και πόσοι νευρώνες θα δηµ ιουργήσουν λειτουργική επαφή µε αυτά, καθώς εκκρίνουν µία πληθώρα αυξητικών παραγόντων και νευροτροφινών: νευροτροφικός αυξητικός παράγων (neurotrophic growth factor), προερχόµενος από τον εγκέφαλο νευροτροφικός παράγων (brain-derived neurotrophic factor), νευροτροφίνη 3 (neurotrophin 3), o ciliary neurotrophic factor (Raff και συν., 1993) είναι µερικοί από τους παράγοντες που επηρεάζουν την κυτταρική επιβίωση και την απόπτωση Μυελινοποίηση νευραξόνων Το έλυτρο µυελίνης στο κεντρικό νευρικό σύστηµα δηµιουργείται από έναν τύπο νευρογλοιακών κυττάρων, τα ολιγοδενδροκύτταρα, ενώ στο περιφερικό νευρικό σύστηµα τα κύτταρα Schwann είναι υπεύθυνα για τη δηµιουργία του µυελώδους ελύτρου (εικόνα 1-12). ιάφορα µόρια σχετίζονται µε την διαδικασία της µυελινοποίησης (π.χ. µείζων πρωτεΐνη της µυελίνης), συγγενής ή επίκτητη διαταραχή των οποίων οδηγεί σε διάφορες αποµυελινωτικές νόσους, π.χ. πολλαπλή σκλήρυνση. Η µυελινοποίηση ξεκινά αργά κατά την εµβρυϊκή ζωή, συνεχίζεται δε και µετεµβρυϊκά, µε το µεγαλύτερο ποσοστό της να έχει ολοκληρωθεί µέχρι το δεύτερο έτος της ζωής. Στην ατελή µ υελίνωση κατά την γέννηση οφείλονται ορισµένα αντανακλαστικά του νεογνού, όπως το Babinski, τα οποία φυσιολογικά καταργούνται µετά τους 24 µήνες ζωής. 19

40 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Εικόνα 1-12: Μυελινοποίηση στο κεντρικό και το περιφερικό νευρικό σύστηµα Επιµήκης διαφοροποίηση του νευρικού σωλήνα Ο νευρικός σωλήνας, αφού κλείσει, παρουσιάζει στο κεφαλικό του άκρο τρεις διευρύνσεις, τα αρχέγονα εγκεφαλικά κυστίδια (εικόνα 1-13). Αυτά είναι, µε κεφαλοουραία κατεύθυνση, ο προσεγκέφαλος (πρόσθιος εγκέφαλος), από τον οποίο θα προκύψουν τα εγκεφαλικά ηµισφαίρια και ο διάµεσος εγκέφαλος, ο µεσεγκέφαλος (µέσος εγκέφαλος), ο οποίος θα δώσει τον µέσο εγκέφαλο και ο ροµβεγκέφαλος (οπίσθιος εγκέφαλος), ο οποίος θα διαφοροποιηθεί προς την γέφυρα, την παρεγκεφαλίδα και τον προµήκη µυελό. Αργότερα, τα τρία αυτά κυστίδια θα διαφοροποιηθούν περαιτέρω σε πέντε υποδιαιρέσεις: ο τελικός εγκέφαλος, ο οποίος δίνει γένεση στον εγκεφαλικό φλοιό, τον ιπποκάµπειο σχηµατισµό, τα βασικά γάγγλια και την αµυγδαλή. ο διεγκέφαλος, από τον οποίο προκύπτουν ο θάλαµος και ο υποθάλαµος ο µεσεγκέφαλος ο µετεγκέφαλος δηµιουργεί γέφυρα και παρεγκεφαλίδα ο µυελεγκέφαλος δίνει γένεση στον προµήκη µυελό 20

41 Εµβρυολογία του Κεντρικού Νευρικού Συστήµατος Εικόνα 1-13: Εγκεφαλικά κυστίδια Το ουραίο τµήµα του νευρικού σωλήνα παραµένει ενιαίο και θα οδηγήσει στη δηµιουργία του νωτιαίου µυελού. Η ανάπτυξη του νωτιαίου µυελού δεν συµβαδίζει µε αυτή της σπονδυλικής στήλης. Το τρίτο µήνα της ανάπτυξης ο νωτιαίος µυελός επεκτείνεται σε όλο το µήκος του εµβρύου. Καθώς, όµως αυξάνεται η ηλικία του εµβρύου, η σπονδυλική στήλη επιµηκύνεται ταχύτερα από ό,τι ο νευρικός σωλήνας, µε αποτέλεσµα το τελικό άκρο του νωτιαίου µυελύ να µετακινείται σταδιακά σε υψηλότερο επίπεδο (Sadler, 1999). 21

42

43 2. Τ Ο Ε Ν Ο Γ Ε Ν Ε Σ Κ Α Ν Ν Α Β Ι Ν Ο Ε Ι Ε Σ Σ Υ Σ Τ Η Μ Α Το φυτό Cannabis Sativa έχει προέλευση την κεντρική Ασία και πρωτοκαλλιεργήθηκε για τις ίνες του, ενώ έφτασε στην Ευρώπη το 1500 π.χ.. Στην π.χ. εποχή ο Ηρόδοτος περιγράφει τους Σκύθες της κεντρικής Ασίας, οι οποίοι έκαιγαν το φυτό και η οσµή που αναδυόταν ήταν πολύ ευχάριστη, προκαλούσε δε την µέθη. Οι Έλληνες και Ρωµαίοι γιατροί γνώριζαν από τον πρώτο αιώνα µ.χ. την Cannabis Sativa (εικόνα 2-1) και τις φαρµακευτικές της ιδιότητες, όταν ο Πεδάνιος ιοσκορίδης, θεµελιωτής της φαρµακολογίας, συµπεριέλαβε το φυτό στο περίφηµο σύγγραµµά του «Περί Ύλης Ιατρικής» (Materia Medica) ανάµεσα στα φυτά µε φαρµακευτικές ιδιότητες. Πολύ πριν από αυτούς, όµως, οι αρχαίοι Ινδοί και Κινέζοι συγγραφείς είχαν περιγράψει τις εντυπωσιακές φυσιολογικές και ψυχολογικές δράσεις του φυτού, ενώ η πρώτη καταγραφή της χρήσης κάνναβης έγινε το 2700 π.χ. από τον πατέρα της κινέζικης ιατρικής, τον Shen Nung. Εικόνα 2-1: Το φυτό Cannabis Sativa. Από αυτό εξάγονται περίπου 60 κανναβινοειδή. Τους αιώνες που ακολούθησαν η κάνναβη και τα παράγωγά της χρησιµοποιήθηκαν για διάφορους σκοπούς. Στα µέσα του 19 ου αιώνα ο Σκοτσέζος

44 Το Ενδογενές Κανναβινοειδές Σύστηµα ιατρός W.B. O Shaunghnessy εισάγει την κάνναβη στην ιατρική του δυτικού κόσµου, ενώ στα επόµενα χρόνια ακολουθούν χιλιάδες επιστηµονικές δηµοσιεύσεις σχετικά µε τα ιατρικά οφέλη της. Σε πολλές χώρες χρησιµοποιήθηκε για πολλούς αιώνες για την παραγωγή χαρτιού. Στις αρχές του 20 ου αιώνα επισηµαίνονται οι επικίνδυνες δράσεις της κάνναβης και διατυπώνεται η άποψη ότι αποτελεί ουσία που προκαλεί εξάρτηση, γι αυτό και κατανάλωσή της πρέπει να θεωρηθεί παράνοµη. Σήµερα η κατανάλωση κάνναβης έχει ποινικοποιηθεί στις περισσότερες χώρες του κόσµου, µε την Ελλάδα ανάµεσα σ αυτές. Παρόλα αυτά, τα παράγωγά της (µαριχουάνα, χασίς) παραµένουν τα πιο συχνά χρησιµοποιούµενα ναρκωτικά των δυτικών κοινωνιών, ενώ είναι ιδιαίτερα δηµοφιλή σε νεαρά άτοµα (Ashton, 2001). Πλέον γνωρίζουµε ότι οι ψυχοδιεγερτικές δράσεις της κάνναβης οφείλονται κυρίως σε ένα παράγωγο διβενζοπυρανίου, την 9 -τετραϋδροκανναβινόλη ( 9 - THC), που υπάρχει στην κίτρινη ρητίνη που καλύπτει τα φύλλα και τα άνθη του ώριµου φυτού. Η 9 -THC, η οποία αποµονώθηκε από τους Gaoni και Mechoulam µόλις στις αρχές της δεκαετίας του 1960 (Gaoni και Mechoulam, 1964), είναι το πιο γνωστό φυτοκανναβινοειδές και συγχρόνως η πιο διεξοδικά µελετηµένη ουσία εξαιτίας της ισχύος της, αλλά και της αφθονίας της στην Cannabis Sativa. Σε αντίθεση µε τη µορφίνη, την κοκαΐνη και άλλα αλκαλοειδή φυτικής προέλευσης, η 9 -ΤΗC είναι ένα συστατικό υψηλής υδροφοβικότητας και σε αυτή την ιδιότητά της οφείλεται η καθυστέρηση της προόδου στην έρευνα των επιδράσεών της για περίπου τρεις δεκαετίες. Η υψηλή συγγένειά της για τα λιπίδια οδήγησε στο εσφαλµένο συµπέρασµα ότι ο κύριος µηχανισµός δράσης της είναι παρόµοιος µε αυτόν των γενικών αναισθητικών: η επικρατούσα άποψη ήταν ότι η 9 -ΤΗC δρα µέσω µη ειδικής διαταραχής της ρευστότητας των κυτταρικών µεµβρανών, παρά αλληλεπιδρώντας µε εξειδικευµένους υποδοχείς. Ο µύθος αυτός καταρρίφθηκε όταν εξαιτίας των πιθανών θεραπευτικών ιδιοτήτων των κανναβινοειδών παρασκευάστηκαν συνθετικά ανάλογα της 9 -ΤΗC, τα οποία παρουσίαζαν στερεοειδικότητα πρόσδεσης, γεγονός που οδήγησε στην υποψία ότι τα φυτοκανναβινοειδή προσδένονται εξειδικευµένα σε υποδοχείς. 24

45 Το Ενδογενές Κανναβινοειδές Σύστηµα Εικόνα 2-2: O συντακτικός χηµικός τύπος των πιο γνωστών φυτοκανναβινοειδών. Εκτός από την 9 -ΤΗC, από το φυτό Cannabis Sativa εξάγονται περίπου άλλα 60 φυτοκανναβινοειδή, πολλά από τα οποία έχουν την ικανότητα να αλληλεπιδρούν εξειδικευµένα µε µεµβρανικούς υποδοχείς, τους υποδοχείς των κανναβινοειδών. Από αυτά, τα πιο γνωστά συστατικά είναι η κανναβινόλη και η κανναβιδιόλη (εικόνα 2-2), δύο µη ψυχοτρόπα συστατικά µε αντιφλεγµονώδεις ιδιότητες που αποτελούν σήµερα πεδίο έρευνας, που στόχο έχει την ανακάλυψη αντιφλεγµονωδών κανναβινοειδών φαρµάκων χωρίς ψυχοδιεγερτικές παρενέργειες (Malfait και συν., 2000). Οι ψυχοδιεγερτικές επιπτώσεις της χρήσης κάνναβης είναι γνωστές εδώ και αιώνες: αµνησία, ακινησία, ευφορία, αναλγησία, ενίσχυση των αισθήσεων, χαλάρωση, ενώ σοβαρή τοξικότητα από κατανάλωση κάνναβης δεν έχει µέχρι τώρα αναφερθεί. Το ενδιαφέρον για την εξακρίβωση των µηχανισµών µέσω των οποίων τα φυτοκανναβινοειδή δρουν και προκαλούν όλες αυτές τις επιδράσεις οδήγησε στην ανακάλυψη ενός νέου, φυλογενετικά παλαιού και συντηρηµένου ανάµεσα στα διάφορα ζωικά είδη ενδογενούς σηµατοδοτικού συστήµατος, το οποίο περιλαµβάνει 25

46 Το Ενδογενές Κανναβινοειδές Σύστηµα ενδογενείς προσδέτες (ενδοκανναβινοειδή), υποδοχείς (υποδοχείς κανναβινοειδών), καθώς και τα ειδικά ένζυµα για την βιοσύνθεση και αποικοδόµησή τους. Το ενδογενές κανναβινοειδές σύστηµα, όπως ονοµάστηκε, φαίνεται να συµµετέχει ως ρυθµιστικό σύστηµα σε πολλές φυσιολογικές διαδικασίες, ενώ η εµπλοκή του σε διάφορες παθοφυσιολογικές καταστάσεις αποτελεί το αντικείµενο εκτεταµένων ερευνών Ενδοκανναβινοειδή Μετά την εύρεση ειδικών υποδοχέων για τα κανναβινοειδή θεωρήθηκε ότι δεν είναι λογικό ο οργανισµός να συντηρεί υποδοχείς στους οποίους προσδένονται µόνον ουσίες φυτικής προέλευσης. Υπήρχε, λοιπόν, ισχυρή πεποίθηση ότι ο ανθρώπινος οργανισµός παράγει ουσίες, οι οποίες δρουν ως ενδογενείς προσδέτες των υποδοχέων των κανναβινοειδών. Η υποψία αυτή επιβεβαιώθηκε σύντοµα µε την ανακάλυψη µορίων µε ενδογενή κανναβινεργική δράση (ενδογενή κανναβινοειδή) κι έτσι επαναλήφθηκε η ιστορία µε το όπιο, τα ενδογενή οπιοειδή και τους υποδοχείς οπιοειδών. Το πρώτο ενδογενές κανναβινοειδές µόριο που βρέθηκε ότι προσδένεται µε υψηλή συγγένεια στους υποδοχείς των κανναβινοειδών τύπου 1, αλλά και στους περιφερικούς υποδοχείς κανναβινοειδών τύπου 2, ήταν η Ν- αραχιδονοϋλαιθανολαµίνη (Devane και συν., 1992). Το µόριο αυτό έχει διαφορετική χηµική σύσταση από τα φυτοκανναβινοειδή (εικόνα 2-3) και είναι το αµίδιο που προκύπτει από ένωση αραχιδονικού οξέος και αιθανολαµίνης, ονοµάστηκε δε «ανανδαµίδη» από την σανσκριτική λέξη ananda, που σηµαίνει «ευφορία», «ευδαιµονία». Η ανανδαµίδη έχει µελετηθεί διεξοδικά και πληροί τα τρία κριτήρια που την καθιστούν ένα από τα ενδογενή κανναβινοειδή µόρια: παραγωγή εξαρτώµενη από την δραστηριότητα, λειτουργική ενεργοποίηση των υποδοχέων των κανναβινοειδών και βιολογική απενεργοποίηση. 26

47 Το Ενδογενές Κανναβινοειδές Σύστηµα Εικόνα 2-3: Μοριακή δοµή των ενδογενών κανναβινοειδών. Προκείται για λιπιδικής φύσεως µόρια, τα οποία έχουν δύο κοινά χαρακτηριστικά: ένα πολυακόρεστο λιπαρό οξύ (αραχιδονικό οξύ) και µία πολική κεφαλή (αιθανολαµίνη ή γλυκερόλη). Τα ενδοκανναβινοειδή διαφέρουν από τα φυτοκανναβινοειδή ως προς τον χηµικό τύπο, παρουσιάζουν, όµως, παρόµοιες φαρµακολογικές ιδιότητες µε αυτά. Αύξηση του ενδοκυττάριου ασβεστίου (η οποία οδηγεί σε αύξηση της δραστηριότητας της ακυλοτρανσφεράσης, του ενζύµου που παράγει το πρόδροµο µόριο Ν-αραχιδονοϋλφωσφατιδυλαιθανολαµίνη, ΝΑΡΕ) ή ενεργοποίηση συγκεκριµένων υποδοχέων νευροδιαβιβαστών οδηγεί σε αύξηση της σύνθεσης της ανανδαµίδης από φωσφολιπιδικά πρόδροµα µόρια που βρίσκονται στην κυτταρική µεµβράνη. Τα ένζυµα που βιοσυνθέτουν την ανανδαµίδη δεν έχουν ακόµα πλήρως διευκρινιστεί. Η φωσφολιπάση D της Ν-ακυλο-φωσφατιδυλοαιθανολαµίνης (NAPE-PLD) θεωρήθηκε το βασικό βιοσυνθετικό ένζυµο (Sugiura και συν., 1996β), το οποίο υδρολύει την Ν-αραχιδονοϋλφωσφατιδυλαιθανολαµίνη σε ανανδαµίδη και φωσφατιδικό οξύ. Πρόσφατα δεδοµένα προτείνουν και την α/β υδρολάση ως βιοσυνθετικό ένζυµο (Simon και Cravatt, 2006), καθώς και φωσφατάσες όπως η PTPN22, οι οποίες δρουν στην φωσφοανανδαµίδη (Liu και συν., 2006). Τα πράγµατα είναι πιο ξεκάθαρα για το ένζυµο αποικοδόµησης της ανανδαµίδης, που είναι η αµιδοϋδρολάση των λιπαρών οξέων (fatty acid amide hydrolase, FAAH). Αρχικά η ανανδαµίδη προσλαµβάνεται από νευρικά και νευρογλοιακά κύτταρα είτε µε ειδικό µηχανισµό πρόσληψης µέσω µεταφορέα υψηλής συγγένειας, του µεµβρανικού µεταφορέα ανανδαµίδης (ΑΜΤ) (Beltramo και συν., 1997), είτε µε απλή διάχυση. Αφού εισέλθει εντός του κυττάρου, αποικοδοµείται από την FAAH 27