ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΥΠΟΜΟΝΑΔΩΝ ΤΩΝ ΥΠΟΔΟΧΕΩΝ ΔΙΕΓΕΡΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΑΝΑΣΤΑΛΤΙΚΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΣΤΟΝ ΕΓΚΕΦΑΛΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΤΗΣ ΝΟΣΟΥ PARKINSON ΦΡΑΓΚΙΟΥΔΑΚΗ ΚΛΕΟΠΑΤΡΑ ΒΙΟΛΟΓΟΣ ΠΑΤΡΑ 2005

2 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΑΤΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΥΠΟΜΟΝΑΔΩΝ ΤΩΝ ΥΠΟΔΟΧΕΩΝ ΔΙΕΓΕΡΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΑΝΑΣΤΑΛΤΙΚΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΣΤΟΝ ΕΓΚΕΦΑΛΟ ΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΤΗΣ ΝΟΣΟΥ PARKINSON ΦΡΑΓΚΙΟΥΔΑΚΗ ΚΛΕΟΠΑΤΡΑ ΒΙΟΛΟΓΟΣ Ευχαριστούμε το Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο (ESF), το Πρόγραμμα Εκπαίδευσης και Επαγγελματικής Κατάρτισης ΙΙ (ΕΠΕΑΕΚ ΙΙ), και ιδ ιαιτέρως το πρόγραμμα ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ για την οικονομική ενίσχυση της διδακτορικής αυτής διατριβής ΠΑΤΡΑ 2005

3 Τριμελής συμβουλευτική επιτροπή Μητσάκου Αδαμαντία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Κούβελας Ηλίας, Καθηγητής Γιομπρές Παναγιώτης, Επίκουρος Καθηγητής Επταμελής εξεταστική επιτροπή Κούβελας Ηλίας, Καθηγητής Κωστόπουλος Γ εώργιος, Καθηγητής Φλωρδέλης Χριστόδουλος, Καθηγητής Μητσάκου Αδαμαντία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Αγγελάτου Φεβρωνία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Γιομπρές Παναγιώτης, Επίκουρος Καθηγητής Παπαθεωδορόπουλος Κωνσταντίνος, Λέκτορας

4 Η διατριβή αυτή αφιερώνεται σε όλους όσους πίστεψαν σε μένα αυτοί μου έδωσαν το κουράγιο και την ώθηση να προχωρήσω στην Βιοϊατρική Έρευνα

5 Σε αυτή τη σημαντική στιγμή της ζωής μου που είναι η απόκτηση του διδακτορικού διπλώματος, θα ήταν αχαριστία να μη μνημονεύσω τους ανθρώπους εκείνους οι οποίοι συνέβαλαν σημαντικά στην περάτωση της διατριβής που κρατάτε στα χέρια σας. Η εργασία αυτή ξεκίνησε και ολοκληρώθηκε υπό την επίβλεψη της αναπληρώτριας Καθηγήτριας κ. Αδαμαντίας Μητσάκου, στο Εργαστήριο Φυσιολογίας του Τμήματος Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σε εκείνη χρωστώ τα πρώτα μου επιτυχή βήματα στον ερευνητικό πάγκο, καθώς και την εμπειρία που απόκτησα πάνω στη μελέτη επιστημονικών άρθρων και πάνω στην επιστημονική σκέψη γενικότερα. Καθοριστική ήταν η συμβολή του Καθηγητή κ. Ηλία Κούβελα στην ερευνητική μου πορεία και εξέλιξη μέσα στο Εργαστήριο Φυσιολογίας, λόγω της μεγάλης εμπιστοσύνης και εκτίμησης που μου έδειξε. Στην κυρία Μητσάκου και τον κύριο Κούβελα χρωστάω επίσης ευγνωμοσύνη για το ότι με προώθησαν και με ενθάρρυναν να παρουσιάζω τμήματα της δουλειάς μου σε ελληνικά και διεθνή συνέδρια, καθώς και να συμμετέχω σε συνεργασίες με εργαστήρια του εξωτερικού, βοηθώντας με έτσι να διευρύνω τους επιστημονικούς μου ορίζοντες. Οφείλω επίσης να αναγνωρίσω την συμβολή και όλων των υπολοίπων μελών ΔΕΠ του Εργαστηρίου Φυσιολογίας στην επιτυχή έκβαση της έρευνάς μου όλα αυτά τα χρόνια. Η φιλική τους διάθεση απέναντί μου με βοήθησε να αψηφώ την ανασφάλεια και την κόπωση και να προχωρώ με πείσμα μπροστά. Ευχαριστώ θερμά όλα τα μέλη της επταμελούς εξεταστικής επιτροπής για τις συμβουλές τους, τις γόνιμες υποδείξεις τους και κυρίως για την επιείκειά τους απέναντι σε έναν εκκολαπτόμενο ερευνητή σαν εμένα. Ευχαριστώ την λέκτορα κ. Μάρθα Ασημακοπούλου για την βοήθειά της στη μετάφραση των νευροανατομικών όρων που αναφέρονται στην παρούσα διατριβή. Το ευχάριστο κλίμα μέσα στο οποίο εργάστηκα οφείλεται σε μεγάλο βαθμό και στους συναδέλφους και φίλους μου, μεταπτυχιακούς φοιτητές του Εργαστηρίου Φυσιολογίας. Τους ευχαριστώ για την φιλία, την αγάπη τους και τις γόνιμες ανταλλαγές επιστημονικών και μη απόψεων, κατά τη διάρκεια της κοινής μας ερευνητικής πορείας. Τέλος, χρωστώ χιλιάδες ευχαριστώ στην οικογένειά μου για την ιώβειο υπομονή και εγκαρτέρηση όλα τα χρόνια που (τους) έλειπα και για την ηθική και υλική συμπαράστασή τους. Χωρίς αυτούς δεν θα είχα καταφέρει να πραγματοποιήσω τον στόχο μου. Κλεοπάτρα Φραγκιουδάκη

6 Περίληψη της διατριβής Η παρούσα διατριβή ασχολήθηκε με τη μελέτη της έκφρασης των υπομονάδων των υποδοχέων του γλουταμινικού οξέος και του γ-αμινοβουτυρικού οξέος (GABA) στα βασικά γάγγλια και τον φλοιό των εγκεφαλικών ημισφαιρίων του μυός weaver. Παράλληλα, μελετήθηκε η έκφραση των νευροπεπτιδίων εγκεφαλίνης και δυνορφίνης στα βασικά γάγγλια του μυός weaver. O μυς weaver χαρακτηρίζεται από προοδευτική, γενετικά επαγόμενη εκφύλιση των ντοπαμινεργικών κυττάρων του μεσεγκεφάλου, κυρίως αυτών οι οποίοι καταλήγουν στο ραβδωτό σώμα. Για αυτόν τον λόγο, θεωρείται ένα καλό μοντέλο της νόσου Parkinson και η μελέτη των νευροχημικών μεταβολών που συμβαίνουν στον εγκέφαλο του παραπάνω μυός, αποτελεί πολύτιμο εργαλείο για τη διερεύνηση των παθογενετικών μηχανισμών της νόσου. Mε την τεχνική του υβριδισμού in situ, προσδιορίστηκαν τα επίπεδα mrna των υπομονάδων z1, ε1 και ε2 του υποδοχέα NMDA, των υπομονάδων KA2 και GluR6 του υποδοχέα καϊνικού οξέος, των υπομονάδων α1, α2, α4, β2 και β3 του υποδοχέα GABA A, καθώς και των πρόδρομων πολυπεπτιδίων προ-προεγκεφαλίνη και προδυνορφίνη. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε φυσιολογικούς μύες (+/+) και μύες weaver (wv/wv), στις ηλικίες των 26 ημερών, 3 μηνών και 6 μηνών μετά τη γέννηση. Όσον αφορά στους υποδοχείς του γλουταμινικού οξέος, τα αποτελέσματά μας υπέδειξαν αύξηση στην έκφραση των υπομονάδων z1, ε2, ΚΑ2 και GluR6 στο ραβδωτό σώμα των μυών weaver, σε σχέση με τους φυσιολογικούς. Η αύξηση στο mrna των υπομονάδων z1, ε2 και GluR6 παρατηρήθηκε μόνο στην ηλικία των 6 μηνών, ενώ το mrna της υπομονάδας KA2, παρουσίασε αύξηση και στις τρεις ηλικίες που μελετήθηκαν. Οι αυξήσεις της έκφρασης των υπομονάδων z1, ε2, ΚΑ2 και GluR6 συμφωνούν και πιθανόν εξηγούν τις αυξήσεις στα επίπεδα των θέσεων δέσμευσης για τους υποδοχείς NMDA και μη-nmda, οι οποίες έχουν βρεθεί από παλαιότερες μελέτες του εργαστηρίου μας στο ραβδωτό σώμα των μυών weaver ηλικίας 6 μηνών. Με βάση βιβλιογραφικά δεδομένα, υποστηρίζουμε ότι η καθυστερημένη αύξηση στην έκφραση των υπομονάδων z1, ε2 και GluR6 κατά πάσα πιθανότητα συντελείται μέσω επαγωγής του μεταγραφικού παράγοντα ΔfosB, σε απόκριση προς τη μείωση της ντοπαμίνης. Στον σωματοαισθητικό φλοιό των μυών weaver ηλικίας 26 ημερών, παρατηρήθηκε αύξηση στην έκφραση των υπομονάδων z1, ε1, ε2 και KA2, η οποία θα μπορούσε να οφείλεται στη μειωμένη θαλαμοφλοιϊκή γλουταμινεργική είσοδο. 1

7 Όσον αφορά στους υποδοχείς GABA A, παρατηρήθηκε αύξηση στα επίπεδα mrna των υπομονάδων α4 και β3, στο ραβδωτό σώμα των μυών weaver ηλικίας 6 μηνών, η οποία συμφωνεί και μπορεί να εξηγήσει την αύξηση στα επίπεδα των θέσεων δέσμευσης για τους υποδοχείς GABA A, η οποία έχει βρεθεί σε προηγούμενη μελέτη του εργαστηρίου μας, στο ραβδωτό σώμα των μυών weaver ηλικίας 6 μηνών. Σκοπεύουμε να ελέγξουμε την πιθανότητα, η αύξηση της έκφρασης της υπομονάδας α4, να υποδεικνύει μία αύξηση του αριθμού των εξωσυναπτικών υποδοχέων GABA A στους νευρώνες προβολής του ραβδωτού σώματος. Στην ωχρά σφαίρα των μυών weaver ηλικίας 6 μηνών, παρατηρήθηκε μείωση των επιπέδων mrna των υπομονάδων α1 και β2, υποδεικνύοντας μία μείωση του αριθμού των υποδοχέων GABA A, η οποία ήταν αναμενόμενη, λόγω της αυξημένης GABAεργικής εισόδου στην εν λόγω εγκεφαλική περιοχή του μυός weaver. Στον σωματοαισθητικό φλοιό, παρατηρήθηκε μείωση στην έκφραση των υπομονάδων α2 και β2 και ταυτόχρονα αύξηση στην έκφραση των υπομονάδων α4 και β3. Με βάση βιβλιογραφικά δεδομένα, προτείνουμε ότι οι μεταβολές αυτές μπορεί να αντανακλούν μείωση στον αριθμό των συναπτικών και αύξηση στον αριθμό των εξωσυναπτικών υποδοχέων GABA A, σε απόκριση προς τη μειωμένη GABAεργική είσοδο προς τους νευρώνες του σωματοαισθητικού φλοιού του μυός weaver. Όσον αφορά στην έκφραση των πολυπεπτιδίων, το mrna της προ-προεγκεφαλίνης, παρουσίασε αύξηση στο ραβδωτό σώμα των μυών weaver, μόνο στην ηλικία των 6 μηνών, ενώ το mrna της προδυνορφίνης, παρουσίασε μείωση στην παραπάνω περιοχή, στην ηλικία των 26 ημερών και αύξηση στις μεγαλύτερες ηλικίες. Σύμφωνα με τα βιβλιογραφικά δεδομένα υποστηρίζουμε ότι: α) η καθυστερημένη αύξηση της έκφρασης της προ-προεγκεφαλίνης στο ραβδωτό σώμα του μυός weaver, οφείλεται στη μείωση της τονικής ανασταλτικής ρυθμιστικής δράσης της ντοπαμίνης στην έκφραση του εν λόγω γονιδίου και πιθανώς συντελείται μέσω του μεταγραφικού παράγοντα ΔfosB, β) ο παραπάνω μεταγραφικός παράγοντας είναι κατά πάσα πιθανότητα υπεύθυνος και για την καθυστερημένη επαγωγή της έκφρασης της προδυνορφίνης στο ραβδωτό σώμα των μυών weaver και γ) η μείωση του παραπάνω mrna στην ηλικία των 26 ημερών οφείλεται στη μείωση της τονικής διεγερτικής δράσης της ντοπαμίνης στην έκφραση του εν λόγω γονιδίου. Τέλος, το γεγονός ότι οι μεταβολές των mrna των διαφόρων υπομονάδων και νευροπεπτιδίων δεν ήταν οι ίδιες στις διάφορες ηλικίες που μελετήθηκαν υποδεικνύει ότι κατά την πρόοδο της ντοπαμινεργικής εκφύλισης των ντοπαμινεργικών νευρώνων του 2

8 μεσεγκεφάλου διαφορετικοί μηχανισμοί ευθύνονται για την πρόκληση των αλλαγών στην έκφραση των υπό μελέτη γονιδίων. Αbstract In the present study we investigated the expression of the subunits of glutamate and γ- aminobutyric acid (GABA) receptors in basal ganglia and cerebral cortex of the weaver mouse. We also studied the expression of striatal neuropeptides, which are important neuromodulators of the synaptic transmission in the basal ganglia circuitry. The weaver mouse is characterized by a progressive, genetically induced degeneration of the mesencephalic dopaminergic neurons, especially those that project to the striatum. For this reason, the weaver mouse is a useful model for clarifying the pathogenetic mechanisms that underly Parkinson s disease. Using the in situ hybridization method, the mrna levels of the ΝΜDA subunits z1, ε1 and ε2, the kainate subunits KΑ2 and GluR6, the GABA A subunits α1, α2, α4, β2 and β3, as well as the mrna levels of the precursor polypeptides pre-proenkephalin and prodynorphin, were estimated. The study was performed using wild-type (+/+) and weaver mice (wv/wv) of the following ages: 26 days, 3 months and 6 months. Concerning the glutamate receptors, an increase in the mrna levels of z1, ε2, KA2 and GluR6 subunits was indicated in the weaver striatum, compared to the wild type. The z1, ε2 and GluR6 mrna increases were observed only at the age of 6 months, whereas the KA2 mrna increase was observed at all three ages studied. The increases in z1, ε2, ΚΑ2 and GluR6 mrna expression are in agreement and probably explain the increased levels of ΝΜDA- and non-nmda-sensitive binding sites that we had previously found in the 6 months old weaver striatum. Based on bibliographic data, we suggest that the delayed increases in z1, ε2 and GluR6 mrna levels, are probably mediated by the delayed induction of the ΔfosB transcription factor, in response to the reduction of striatal dopamine levels. In the somatosensory cortex of 26 day old weaver mice, an increase in the levels of z1, ε1, ε2 and ΚΑ2 mrnas was observed. The above increases can be attributed to the decreased thalamocortical glutamatergic imput. 3

9 Concerning the GABA A receptors, the observed increases of the α4 and β3 mrna levels in the 6 months old weaver striatum are in agreement and probably explain the increased levels of GABA A binding sites that we had previously found in the 6 months old weaver striatum. We are going to test the hypothesis, that the α4 mrna increase might indicate an increase in the number of extrasynaptic GABA A receptors in striatal projection neurons. In the 6 months old weaver globus pallidus, the observed decrease in α1 and β2 mrna levels was expected, since the GABAergic transmission is increased in the above region of the weaver brain. In the weaver somatosensory cortex, a decrease in the α2 and β2 mrna levels and an increase in the α4 and β3 mrna levels were observed. Based on bibliographic data, we suggest that the above alterations probably indicate a differential regulation of the synaptic versus extrasynaptic cortical GABA A receptors, in response to the decreased GABAergic presynaptic input to the weaver cortical neurons. Concerning the expression of the striatal neuropeptides, the pre-proenkephalin mrna was increased in the weaver striatum, only at the age of 6 months. In contrast, prodynorphin mrna was decreased in the 26 day old weaver striatum, whereas it was increased in the 3 and 6 months old weaver striatum. Based on bibliographic data, we suggest that: a) the delayed increase in the expression of pre-proenkephalin could be caused by the reduction of the tonic dopaminergic inhibitory control on the expression of the above gene in the dopaminedepleted weaver striatum and is probably mediated by the ΔfosB transcription factor; b) the above transcription factor could be responsible for the delayed induction of the prodynorphin expression in the weaver striatum as well, and c) the decrease of prodynorphin mrna in the 26 day old weaver striatum could be attributed to the reduction of the dopaminergic stimulatory control on the expression of the above gene. Finally, the different pattern of expression alterations among the three ages studied indicates that distinct mechanisms are responsible for the observed changes, during the progress of the dopaminergic degeneration of the weaver brain. 4

10 1. To κύκλωμα των βασικών γαγγλίων 1.1. Γενικά Τα βασικά γάγγλια συνίστανται από ένα σύμπλεγμα υποφλοιϊκών πυρήνων, οι οποίοι βρίσκονται στον πρόσθιο, διάμεσο και μέσο εγκέφαλο. Οι πυρήνες αυτοί είναι ο κερκοφόρος πυρήνας με το κέλυφος, οι οποίοι βρίσκονται στον πρόσθιο εγκέφαλο και αποτελούν το ραβδωτό σώμα, η ωχρά σφαίρα και ο υποθαλάμιος πυρήνας, οι οποίοι βρίσκονται στον διάμεσο εγκέφαλο και η μέλαινα ουσία, η οποία βρίσκεται στον μέσο εγκέφαλο (Εικόνα 1). Αρχικά, οι δομές αυτές είχαν συσχετισθεί μόνο με την ρύθμιση της κινητικής λειτουργίας, καθώς είχε παρατηρηθεί ότι η βλάβη τους είχε ως αποτέλεσμα κινητικές διαταραχές, όπως τρόμος, ακαμψία, ακινησία, υπερκινηνισία, δυσκινησία ή δυσμετρία. Η επικρατούσα άποψη ήταν ότι οι παραπάνω πυρήνες στέλνουν σήμα μόνο στις κινητικές περιοχές του φλοιού, παρόλο που μπορεί να δέχονται πληροφορία και από μη κινητικές φλοιϊκές περιοχές, όπως περιοχές του προμετωπιαίου, του βρεγματικού, ή του κροταφικού λοβού. Οι Alexander et al. (1986) ήταν οι πρώτοι οι οποίοι ανακάλυψαν ότι οι παραπάνω δομές στέλνουν πληροφορία σε διάφορες περιοχές του φλοιού εκτός των κινητικών, όπως στον προμετωπιαίο, τον έλικα του προσαγωγίου και τον κροταφικό φλοιό. Από την παραπάνω μελέτη, καθώς και άλλες μελέτες, δείχθηκε ότι τα βασικά γάγγλια συμμετέχουν, εκτός της κίνησης, και στην ρύθμιση νοητικών και συναισθηματικών λειτουργιών του εγκεφάλου (Middleton and Strick 2000). Τέσσερεις κύριες κατηγορίες συνδρόμων έχουν συσχετισθεί με δυσλειτουργία των βασικών γαγγλίων: η νόσος του Parkinson, η οποία οφείλεται σε δυσλειτουργία του μελανοραβδωτού συστήματος, το σύνδρομο που σχετίζεται με την δυσλειτουργία του ραβδωτού σώματος (χορεία του Ηuntington, νέκρωση του ραβδωτού σώματος hepatolenticular εκφύλιση), το σύνδρομο δυσλειτουργίας της ωχράς σφαίρας (πρωτεύουσα ατροφία της ωχράς σφαίρας, νέκρωση της ωχράς σφαίρας, pallido-lewisian ατροφία, νόσος Hallervorden-Spatz) και το σύνδρομο Lewis (ημιβαλλισμός). Λειτουργικές βλάβες των βασικών γαγγλίων, εμπλέκονται επίσης στην παθογένεια της σχιζοφρένειας. (Suvorov and Shuvaev 2004). 5

11 1.2. Το ραβδωτό σώμα Το ραβδωτό σώμα συνίσταται από τον κερκοφόρο πυρήνα και το κέλυφος, τα οποία έχουν παρόμοια κυτταρική σύσταση και αποτελεί τον πυρήνα εισόδου των βασικών γαγγλίων, μέσω του οποίου εισάγεται η πληροφορία από τον εγκεφαλικό φλοιό. Η πληροφορία αυτή, επεξεργαζόμενη μέσα στο κύκλωμα των βασικών γαγγλίων, εξέρχεται πάλι μέσω των πυρήνων εξόδου (ωχρά σφαίρα και μέλαινα ουσία), προς τον εγκεφαλικό φλοιό μέσω του θαλάμου (Εικόνα 1). Επειδή οι θαλαμικοί πυρήνες στους οποίους καταλήγουν οι προβολές των βασικών γαγγλίων έχουν πολλαπλούς στόχους στον εγκεφαλικό φλοιό, τα βασικά γάγγλια αποκτούν έμμεση πρόσβαση σε φλοϊκές περιοχές με τις οποίες δεν έχουν λειτουργική σχέση, όπως ο προαπιοειδής και ο φλοιός της νήσου του Reil. (Parent and Hazrati 1995). Ο κερκοφόρος πυρήνας και το κέλυφος δέχονται διεγερτική είσοδο (με νευροδιαβιβαστή το γλουταμινικό οξύ) από τα κύτταρα της στιβάδας 5 του εγκεφαλικού φλοιού. Στα πρωτεύοντα θηλαστικά, οι συνάψεις αυτές αποτελούν το 80% των συνάψεων μέσα στο ραβδωτό σώμα. Οι πυρήνες αυτοί επίσης, δέχονται διεγερτική και ανασταλτική ντοπαμινεργική είσοδο από την συμπαγή μοίρα της μέλαινας ουσίας και την κοιλιακή καλυπτρική περιοχή, καθώς και διεγερτική είσοδο από τους ενδοπετάλιους πυρήνες του θαλάμου και κυρίως από τον μέσο κεντρικό πυρήνα (Εικόνα 1). Ο πυρήνας αυτός σχηματίζει ένα μικρό κλειστό κύκλωμα με τα βασικά γάγγλια, το οποίο θεωρείται ότι συμμετέχει στην επεξεργασία της πληροφορίας που αφορά τις αισθητικοκινητικές λειτουργίες. Η ωχρά σφαίρα και η μέλαινα ουσία στέλνουν επίσης στο ραβδωτό σώμα ανασταλτικές ίνες με νευροδιαβιβαστή το γ-αμινοβουτυρικό οξύ (GABA). Η φλοιϊκή είσοδος στο ραβδωτό σώμα θεωρείται ότι παίζει σπουδαίο ρόλο στις διεργασίες τις προσοχής, της ανάλυσης σήματος, της μνήμης, της μάθησης, των παρορμήσεων και γενικά στην οργάνωση της συμπεριφοράς. Άλλες προσαγωγές είσοδοι στο ραβδωτό σώμα είναι η σεροτονινεργική είσοδος από τον ραχιαίο πυρήνα της ραφής και η κατεχολαμινεργική είσοδος από τον υπομέλανα τόπο. (Parent and Hazrati 1995, Brodal 1998, Suvorov and Shuvaey 2004). Το κέλυφος δέχεται ίνες κυρίως από τις κινητικές και αισθητικές περιοχές του φλοιού. Η δομή αυτή συμμετέχει κυρίως στην επεξεργασία της πληροφορίας η οποία αφορά τον έλεγχο των κινήσεων του σώματος (Εικόνα 1). Αντιθέτως, ο κερκοφόρος πυρήνας δέχεται κατά κύριο 6

12 λόγο ίνες από τις συνειρμικές περιοχές του φλοιού και συμμετέχει στην επεξεργασία της πληροφορίας που αφορά τις ανώτερες νοητικές λειτουργίες, αλλά και τις κινήσεις των ματιών (Brodal 1998). Το κέλυφος ενεργοποιείται κατά την αυτόματη εκτέλεση κινήσεων που έχουν μαθευτεί από πριν, ενώ ο κερκοφόρος πυρήνας ενεργοποιείται κατά τη διαδικασία εκμάθησης των κινήσεων (Jueptner et al. 1997a,b). Οι βλάβες που αφορούν το κέλυφος (π.χ. νόσος Parkinson) έχουν σαν αποτέλεσμα διαταραχές στην κινητική λειτουργία, ενώ αυτές που αφορούν τον κερκοφόρο πυρήνα (π.χ. νόσος Huntington) προκαλλούν κυρίως νοητικές διαταραχές (Von Sattel et al. 1985, Kish et al. 1988). Η απαγωγός πληροφορία από το ραβδωτό σώμα είναι ανασταλτική (με νευροδιαβιβαστή το GABA) και καταλήγει τον θάλαμο μέσω δύο οδών. Η άμεση οδός διέρχεται από την έσω μοίρα της ωχράς σφαίρας ή την δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας και από εκεί στον θάλαμο, ενώ η έμμεση οδός διέρχεται πρώτα από την έξω μοίρα της ωχράς σφαίρας και τον υποθαλάμιο πυρήνα και καταλήγει στην έσω μοίρα της ωχράς σφαίρας ή την δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας και από εκεί στον θάλαμο (Εικόνα 1). (Parent and Hazrati 1995, Brodal 1998) Η ωχρά σφαίρα Η έξω μοίρα της ωχράς σφαίρας δέχεται ανασταλτική είσοδο από το ραβδωτό σώμα και στέλνει επίσης ανασταλτική πληροφορία μέσω του υποθαλάμιου πυρήνα στην έσω μοίρα της ωχράς σφαίρας και στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας (έμμεση οδός, εικόνα 1). Το τμήμα αυτό επίσης, προβάλλει κατευθείαν στον θάλαμο, στέλνοντας ανασταλτικές ίνες στους δικτυωτούς πυρήνες του θαλάμου. Οι πυρήνες αυτοί είναι γνωστό ότι αναστέλλουν τους υπόλοιπους θαλαμικούς πυρήνες, μεταξύ των οποίων και αυτούς οι οποίοι δέχονται είσοδο από τους πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων. Η έξω ωχρά σφαίρα λοιπόν, αίρει την αναστολή των θαλαμικών πυρήνων που δέχονται κατευθείαν είσοδο από τα βασικά γάγγλια. Έτσι, θεωρείται ότι συμμετέχει στην διεργασία έναρξης της κίνησης, δεδομένου ότι έμμεσα ενεργοποιεί την διεγερτική είσοδο από τον θάλαμο προς τον κινητικό φλοιό. (Hazrati and Parent 1991, Parent and Hazrati 1995). Η έσω μοίρα της ωχράς σφαίρας, αποτελεί έναν από τους δύο πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων, δέχεται κατευθείαν ίνες από το ραβδωτό σώμα και στέλνει ανασταλτικές 7

13 ίνες στον έξω κοιλιακό και τον πρόσθιο κοιλιακό πυρήνα του θαλάμου. Κάποιες ίνες καταλήγουν επίσης στον μέσο κεντρικό θαλαμικό πυρήνα και από εκεί η πληροφορία, επανέρχεται στο ραβδωτό σώμα (Εικόνα 1). Κάποιες ομάδες κυττάρων της έσω ωχράς σφαίρας στέλνουν πληροφορία η οποία καταλήγει στις κινητικές περιοχές του φλοιού (πρωτοταγής κινητικός, προκινητικός, συμπληρωματική κινητική περιοχή), ενώ άλλες στέλνουν πληροφορία σε περιοχές του προμετωπιαίου φλοιού (περιοχές 9 και 46). Με αυτόν τον τρόπο, συγκεκριμένες ομάδες κυττάρων του παραπάνω πυρήνα είναι εξειδικευμένες για την επεξεργασία πληροφορίας η οποία αφορά, είτε την κινητική λειτουργία, είτε λειτουργίες οι οποίες σχετίζονται με την ενεργό μνήμη στον χώρο, ή κατά την έναρξη μιας κίνησης. Αφαίρεση της έσω ωχράς σφαίρας έχει ως αποτέλεσμα νοητικά συμπτώματα, τα οποία μοιάζουν με αυτά που προκαλλούνται μετά από βλάβη στον προμετωπιαίο φλοιό. Επίσης, πιστεύεται ότι η έσω ωχρά σφαίρα και ειδικά το κοιλιακό τμήμα της στέλνει πληροφορία και σε περιοχές του φλοιού υπεύθυνες για τις συναισθηματικές λειτουργίες (μετωπιαιο-κογχικός, έλικα του προσαγωγίου), δεδομένου ότι κάποιοι ασθενείς με βλάβη στην ωχρά σφαίρα ενίοτε εκδηλώνουν νευροψυχιατρικά συμπτώματα που μοιάζουν με αυτά της σχιζοφρένειας. Επιπλέον, η έσω ωχρά σφαίρα εμπεριέχει έναν σωματοτοπικό χάρτη, ο οποίος διατηρείται στις προβολές των κυττάρων της στον κινητικό φλοιό (Trepanier et al. 1998, Hoover and Strick 1999, Μiddleton and Strick 2000). Η έσω ωχρά σφαίρα στέλνει επίσης ίνες στον σκελιαιο-γεφυρικό καλυπτρικό πυρήνα του μεσεγκεφάλου (περιοχή που σχετίζεται με την κίνηση), αλλά και δέχεται από αυτόν διεγερτική νεύρωση (πιθανόν ακετυλοχολινεργική). Επιπλέον, κάποιες ίνες της προβάλλουν στον σύνδεσμο των ηνιών, μία δομή του μεταιχμιακού συστήματος, η οποία αποτελεί σημαντικό σταθμό επεξεργασίας πληροφοριών (Parent and Hazrati 1995). Κατά την ηρεμία, τα κύτταρα της έσω ωχράς σφαίρας αναστέλλουν τον θάλαμο και κατ επέκταση και τον κινητικό φλοιό. Όταν ο φλοιός δώσει εντολή για την έναρξη μιας κίνησης, οι νευρώνες του ραβδωτού σώματος στέλνουν ανασταλτική είσοδο στην έσω ωχρά σφαίρα, αίρεται η παραπάνω αναστολή και ενεργοποιούνται οι περιοχές του κινητικού φλοιού που είναι υπεύθυνες για την σωστή έναρξη της κίνησης (Brodal 1998). 8

14 Eικόνα 1: Το παραπάνω σχήμα απεικονίζει το κινητικό κύκλωμα των βασικών γαγγλίων. Φαίνονται αναλυτικά οι εσωτερικές συνδέσεις μεταξύ των πυρήνων των βασικών γαγγλίων (άμεση και έμμεση οδός) Η μέλαινα ουσία Η συμπαγής μοίρα της μέλαινας ουσίας αποτελείται κυρίως από ντοπαμινεργικούς νευρώνες οι οποίοι νευρώνουν τόσο το ραβδωτό σώμα, όσο και την ωχρά σφαίρα. Τα κύτταρα αυτά περιέχουν μία χρωστική, την νευρομελανίνη, στην οποία οφείλεται το σκούρο χρώμα που έχει ένα φρέσκο παρασκεύασμα μεσεγκεφάλου. Οι δενδρίτες των παραπάνω κυττάρων εκτείνονται προς την δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας η οποία βρίσκεται κοιλιακά της συμπαγούς. Εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων της συμπαγούς μοίρας 9

15 προκαλλεί την νόσο Parkinson. Η συμπαγής μοίρα της μέλαινας ουσίας δέχεται διεγερτικές ίνες από τον εγκεφαλικό φλοιό, σεροτονινεργικές και κατεχολαμινεργικές ίνες από τον ραχιαίο πυρήνα της ραφής και τον υπομέλανα τόπο, αντίστοιχα, καθώς και ίνες από τον σκελιαιογεφυρικό καλυπτρικό πυρήνα του μεσεγκεφάλου. (Parent and Hazrati 1995, Brodal 1998). Η δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας αποτελεί πυρήνα εξόδου των βασικών γαγγλίων. Οι νευρώνες της, οι οποίοι οι οποίοι είναι GABAεργικοί, προβάλλουν στον θάλαμο και συγκεκριμένα στους έξω κοιλιακό, πρόσθιο κοιλιακό και ραχιαίο έσω θαλαμικούς πυρήνες, αλλά και στον σκελιαιο-γεφυρικό καλυπτρικό πυρήνα και το άνω διδύμιο. Η προβολή στο άνω διδύμιο έχει βρεθεί ότι σχετίζεται με μία ποικιλία οπτικών και ακουστικών αποκρίσεων και συγκεκριμένα με τον προσανατολισμό, την ανύψωση και σταθεροποίηση του βλέμματος και τις σακκαδικές κινήσεις. (Parent and Hazrati 1995, Middleton and Strick 2000). Ξεχωριστές ομάδες κυττάρων της δικτυωτής μοίρας στέλνουν ίνες οι οποίες καταλήγουν είτε στον προμετωπιαίο φλοιό (περιοχές 9, 46 και 12), είτε σε μία φλοιϊκή περιοχή που ονομάζεται μετωπιαίο οπτικό πεδίο, είτε στον κάτω κροταφικό φλοιό. Έτσι, χρησιμοποιώντας διαφορετικές ομάδες κυττάρων, η μέλαινα ουσία είναι υπεύθυνη για την επεξεργασία πληροφοριών που σχετίζονται είτε με νοητικές λειτουργίες (ενεργός μνήμη), είτε με τις κινήσεις των ματιών, είτε με διεργασίες οπτικής αναγνώρισης, ανίστοιχα. Κάποια κύτταρα επίσης θεωρείται ότι στέλνουν πληροφορία σε φλοιϊκές περιοχές οι οποίες σχετίζονται με τις συναισθηματικές λειτουργίες, όπως η πρόσθια έλικα του προσαγωγίου, ο έσω μετωπιαιοκογχικός φλοιός και ο κροταφικός πόλος. Βλάβες στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας μπορεί να προκαλέσουν διαταραχές στην ενεργό μνήμη, οπτικές παραισθήσεις και ήπια νευρολογικά συμπτώματα, όπως κινητικές δυσλειτουργίες που αφορούν τις κινήσεις των ματιών. Η εκδήλωση συμπτωμάτων σε κάποιους ασθενείς με βλάβη στην παραπάνω περιοχή τα οποία παρατηρούνται και στη σχιζοφρένεια (νοητικές και συναισθηματικές διαταραχές, διαταραχές στην αντίληψη και στις κινήσεις των ματιών) θέτει υπόνοιες μήπως στην παραπάνω νόσο τα συμπτώματα αυτά οφείλονται σε διαταραχή της πληροφορίας που διοχετεύει η μέλαινα ουσία προς τις σχετικές περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού. (Middleton and Strick 2000). 10

16 1.5. Ο υποθαλάμιος πυρήνας Ο υποθαλάμιος πυρήνας δέχεται ανασταλτική είσοδο από το έξω τμήμα της ωχράς σφαίρας και στέλνει διεγερτικές ίνες (νευροδιαβιβαστής το γλουταμινικό οξύ) στην έξω και έσω ωχρά σφαίρα, καθώς και στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας αποτελώντας τμήμα της έμμεσης οδού εξόδου των βασικών γαγγλίων (Εικόνα 1). Ο πυρήνας αυτός δέχεται επίσης διεγερτική είσοδο από τον εγκεφαλικό φλοιό και τον θάλαμο, ανασταλτική είσοδο από το ραβδωτό σώμα, ενώ σε αυτόν καταλήγουν επίσης ντοπαμινεργικές ίνες από την κοιλιακή καλυπτρική περιοχή του μεσεγκεφάλου. (Brodal 1998). Οι απαγωγές ίνες από τον υποθαλάμιο πυρήνα είναι τοπογραφικά οργανωμένες, έτσι ώστε διαφορετικές ομάδες κυττάρων προβάλλουν στην ωχρά σφαίρα και την μέλαινα ουσία. Οι ανασταλτικές ίνες από το ραβδωτό σώμα και οι διεγερτικές ίνες από τον υποθαλάμιο πυρήνα καταλήγουν πάνω στα ίδια κύτταρα της έσω ωχράς σφαίρας. Ο υποθαλάμιος πυρήνας, διεγείροντας τα κύτταρα της έσω ωχράς σφαίρας οδηγεί σε αύξηση της αναστολής των θαλαμοφλοιϊκών νευρώνων. Με αυτόν τον τρόπο θεωρείται ότι ελέγχει την σωστή λήξη μίας κίνησης που βρίσκεται σε εξέλιξη. Πράγματι, μετά από καταστροφή του υποθαλάμιου πυρήνα παρατηρούνται βίαιες ακούσιες κινήσεις στο αντίθετο ημιμόριο του σώματος (ημιβαλλισμός). (Brodal 1998) Ο επικλινής πυρήνας και το οσφρητικό φύμα Ο επικλινής πυρήνας και το οσφρητικό φύμα είναι δύο δομές του προσθίου εγκεφάλου οι οποίες βρίσκονται κοιλιακά του ραβδωτού σώματος. Τα όρια μεταξύ του επικλινή πυρήνα και του ραβδωτού σώματος δεν είναι σαφή, ενώ ο πυρήνας αυτός ονομάζεται και κοιλιακό ραβδωτό σώμα. Ο επικλινής πυρήνας και το οσφρητικό φύμα θεωρούνται από πολλούς ότι ανήκουν στα βασικά γάγγλια, διότι παρόλο που δεν συνδέονται λειτουργικά με τις περιοχές των βασικών γαγγλίων συμμετέχουν στην συγκρότηση ενός κυκλώματος που ονομάζεται στεφανιαίο ή μεταιχμιακό κύκλωμα, το οποίο μοιάζει με το κύκλωμα των βασικών γαγγλίων, με την διαφορά ότι περιλαμβάνει διαφορετικούς πυρήνες από αυτούς που προαναφέρθηκαν. Οι δύο παραπάνω πυρήνες δέχονται είσοδο από περιοχές του προμετωπιαίου, του μετωπιαιο-κογχικού φλοιού και της έλικας του προσαγωγίου και προβάλλουν στην κοιλιακή περιοχή της ωχράς σφαίρας και από εκεί στον ραχιαίο έσω θαλαμικό πυρήνα, ο οποίος με τη 11

17 σειρά του στέλνει την πληροφορία πίσω στις προαναφερθείσες περιοχές του φλοιού. Το παραπάνω κύκλωμα θεωρείται ότι εμπλέκεται στη ρύθμιση των συναισθηματικών λειτουργιών και της συμπεριφοράς που σχετίζεται με την ικανοποίηση βασικών αναγκών. (Brodal 1998). Ο επικλινής πυρήνας και το οσφρητικό φύμα επίσης δέχονται είσοδο από τον ιπποκάμπιο σχηματισμό, τα αμύγδαλα, τον υποθάλαμο και τον σκελιαιο-γεφυρικό καλυπτρικό πυρήνα του μεσεγκεφάλου. Επίσης δέχονται ντοπαμινεργική νεύρωση από την κοιλιακή καλυπτρική περιοχή του μεσεγκεφάλου (μεσοστεφανιαίο ντοπαμινεργικό σύστημα). Η παραπάνω ντοπαμινεργική προβολή έχει αποκτήσει εξαιρετικό ενδιαφέρον, διότι συσχετίζεται με τον εθισμό σε φάρμακα και την δράση των αντιψυχωτικών φαρμάκων, τα οποία είναι ντοπαμινεργικοί ανταγωνιστές οι οποίοι προσδένονται ισχυρά στον επικλινή πυρήνα και το οσφρητικό φύμα. Κατά την δημιουργία του εθισμού σε φάρμακα, το πρότυπο ηλεκτροφυσιολογικής δραστηριότητας των κυττάρων του επικλινή πυρήνα αλλάζει, ενώ ο εθισμός θεραπεύεται μετά από βλάβη του παραπάνω πυρήνα, καταστροφή της ντοπαμινεργικής νεύρωσής του ή χορήγηση ντοπαμινεργικών ανταγωνιστών. Επιπλέον, στην παρανοϊκή ψύχωση η οποία προκαλείται μετά από χορήγηση φαρμάκων (αμφεταμίνη, κοκαΐνη) έχει παρατηρηθεί αυξημένη ντοπαμινεργική δραστηριότητα στον επικλινή πυρήνα. (Brodal 1998). 2. Το ραβδωτό σώμα 2.1. Κυτταρική σύσταση και συνδέσεις Νευρώνες προβολής Οι κλασσικές νευροανατομικές τεχνικές έδειξαν ότι το ραβδωτό σώμα είναι μία δομή με ομοιογενή κυτταροαρχιτεκτονική και ότι ο κυτταρικός τύπος ο οποίος κυριαρχεί είναι ο μεσαίου μεγέθους ακανθωτός νευρώνας. Αυτός ο κυτταρικός τύπος αποτελεί το 90-95% των κυττάρων του ραβδωτού σώματος. Το κυτταρικό σώμα των νευρώνων αυτών είναι μεσαίου μεγέθους, με διάμετρο μm. O πυρήνας τους είναι μεγάλος, κεντρικά τοποθετημένος μέσα στο κύτταρο, λείος και περιβάλλεται από μία λεπτή στιβάδα κυτταροπλάσματος. Οι εγγύς δενδρίτες τους έχουν λεία όψη, ενώ οι πιο απομακρυσμένοι είναι ακανθώδεις. (Kemp and Powell 1971, Wilson and Groves 1980). 12

18 Οι νευρώνες αυτοί αποτελούν τους νευρώνες προβολής του ραβδωτού σώματος, οι οποίοι στέλνουν ανασταλτικές ίνες προς την ωχρά σφαίρα και την μέλαινα ουσία. Η ανοσοϊστοχημική μελέτη του Kita (1993) έδειξε ότι αυτά τα κύτταρα δίνουν ένα μέτριο ανοσοθετικό σήμα για την καρβοξυλάση του γλουταμινικού οξέος. Η παραπάνω εργασία επιβεβαίωσε τα πορίσματα προηγούμενων ανοσοϊστοχημικών μελετών υποδεικνύοντας ότι, ο νευροδιαβιβαστής ο οποίος χρησιμοποιείται από την πλειοψηφία αυτών των κυττάρων είναι το GABA. Οι άξονες αυτών των νευρώνων προβολής, σχηματίζουν παράπλευρους κλάδους, οι οποίοι επιστρέφουν στον ίδιο τον νευρώνα, ή καταλήγουν σε γειτονικούς νευρώνες προβολής καθώς και σε ενδονευρώνες. Έτσι σχηματίζεται ένα εσωτερικό κύκλωμα αντίδρομης αναστολής, το οποίο ρυθμίζει το σήμα εξόδου που διοχετεύουν οι νευρώνες προβολής έξω από το ραβδωτό σώμα (Tepper et al. 2004). Οι πιο σημαντικές συναπτικές είσοδοι οι οποίες ρυθμίζουν την ηλεκτροφυσιολογική δραστηριότητα του νευρώνα προβολής είναι η γλουταμινεργική (διεγερτική) είσοδος από τον εγκεφαλικό φλοιό και η ντοπαμινεργική (διεγερτική ή ανασταλτική) είσοδος από τον μεσεγκέφαλο. Οι ανασταλτικές GABAεργικές είσοδοι από τους ενδονευρώνες του ραβδωτού σώματος είναι επίσης πολύ σημαντικές, καθώς μέσω του κυκλώματος της ορθόδρομης αναστολής συμμετέχουν στην ρύθμιση του πρότυπου εκφόρτισης του νευρώνα προβολής (Εικόνα 2). H αναστολή από τους GABAεργικούς ενδονευρώνες είναι πιο ισχυρή από αυτήν που προέρχεται από τους παράπλευρους κλάδους των ίδιων των νευρώνων προβολής, καθώς οι συνάψεις που δημιουργούν οι ενδονευρώνες είναι πολύ περισσότερες από αυτές των παράπλευρων κλάδων και επιπλέον επειδή οι απολήξεις των ενδονευρώνων καταλήγουν στο κυτταρικό σώμα ή σε δενδριτικές περιοχές πλησίον αυτού, ενώ αυτές των παράπλευρων κλάδων σε τμήματα δενδριτών απομακρυσμένα από το κυτταρικό σώμα (Tepper et al. 2004). Aντιθέτως, τα υπερπολωτικά μετασυναπτικά δυναμικά που παράγονται στα ακανθώδη τμήματα των δενδριτών από τις απολήξεις των παράπλευρων κλάδων των νευρώνων προβολής, θεωρείται δρουν τοπικά, εξασθενώντας την εκπολωτική δράση των φλοιο- και θαλαμο-ραβδωτών γλουταμινεργικών ινών, οι οποίες καταλήγουν επίσης στα παραπάνω απομακρυσμένα δενδριτικά τμήματα (Koos et al. 2004). 13

19 Ενδονευρώνες Κυτταροχημικές, μορφολογικές και ηλεκτροφυσιολογικές μελέτες ανέδειξαν τέσσερις μεγάλες κατηγορίες ενδονευρώνων: (1) τους μεγάλους χολινεργικούς ενδονευρώνες, οι οποίοι ταυτοποιούνται από την παρουσία της τρανσφεράσης της ακετυλοχολίνης, (2) τους GABAεργικούς ενδονευρώνες οι οποίοι περιέχουν την ασβεστιοδεσμευτική πρωτεΐνη παρβαλβουμίνη, (3) τους GABAεργικούς ενδονευρώνες οι οποίοι περιέχουν την ασβεστιοδεσμευτική πρωτεΐνη καλρετινίνη και (4) τους GABAεργικούς ενδονευρώνες οι οποίοι περιέχουν σωματοστατίνη, NADPH-διαφοράση και συνθετάση του νιτρικού οξέος. Όλοι οι παραπάνω ενδονευρώνες χαρακτηρίζονται από την απουσία ακανθών στους δενδρίτες τους. (Kawaguchi et al. 1995). Οι χολινεργικοί ενδονευρώνες αποτελούν το 1-2% των κυττάρων του ραβδωτού σώματος. Το κυτταρικό τους σώμα έχει διάμετρο μm, ενώ η έκταση του δενδριτικού τους πεδίου είναι αρκετά μεγάλη σε σχέση με αυτήν των νευρώνων προβολής, με αποτέλεσμα οι νευρώνες αυτοί να συλλέγουν και να ολοκληρώνουν συναπτικές εισόδους από μία εκτεταμένη περιοχή του ραβδωτού σώματος. Οι άξονές τους επίσης καταλήγουν σε μία ευρεία περιοχή του ραβδωτού σώματος, ενώ παράγουν δυναμικά ενέργειας τα οποία μπορούν να προκληθούν από μεμονωμένα διεγερτικά μετασυναπτικά δυναμικά. Οι νευρώνες αυτοί δέχονται ανασταλτική είσοδο από αξονικούς κλάδους των νευρώνων προβολής και με την σειρά τους νευρώνουν τους τελευταίους, συμμετέχοντας έτσι στο κύκλωμα αντίδρομης ρύθμισης του σήματος εξόδου του ραβδωτού σώματος. Οι χολινεργικοί ενδονευρώνες επίσης δέχονται διεγερτικές ίνες από τον θάλαμο και σε μικρότερο βαθμό από τον εγκεφαλικό φλοιό καθώς και ντοπαμινεργική είσοδο από την μέλαινα ουσία (Εικόνα 2). (Nieoullon and Kerkerian-Le Goff 1992, Kawaguchi 1993, Kawaguchi et al. 1995). Οι GABAεργικοί ενδονευρώνες που περιέχουν παρβαλβουμίνη αποτελούν το 3% περίπου των κυττάρων του ραβδωτού σώματος και το κυτταρικό τους σώμα είναι λίγο μεγαλύτερο από αυτό των νευρώνων προβολής. Χαρακτηρίζονται από την παρουσία Gap junctions (χασματοσυνδέσεις)?, με τις οποίες συνδέονται μεταξύ τους συγκροτώντας ένας συνεχές δίκτυο κυττάρων, ενώ δημιουργούν δυναμικά ενέργειας με μικρή διάρκεια. Οι νευρώνες αυτοί λαμβάνουν διεγερτική είσοδο σε μεγάλο βαθμό από τον εγκεφαλικό φλοιό, καθώς και ντοπαμινεργική είσοδο από την μέλαινα ουσία, ενώ έχει προταθεί ότι είναι αυτοί 14

20 που κυρίως ευθύνονται για την αναστολή των νευρώνων προβολής (ορθόδρομη αναστολή) (Εικόνα 2). (Kawaguchi et al. 1995). Οι GABAεργικοί ενδονευρώνες που περιέχουν καλρετινίνη αποτελούν ένα πληθυσμό ενδονευρώνων μικρότερου μεγέθους από αυτούς που προαναφέρθηκαν και είναι οι λιγότερο μελετημένοι από άποψη νευροχημικών χαρακτηριστικών και λειτουργίας. (Kawaguchi et al. 1995). Εγκεφαλικός φλοιός Θάλαμος Έξω ωχρά σφαίρα Συμπαγής μοίρα μέλαινας ουσίας Εικόνα 2: Το παραπάνω σχήμα απεικονίζει τους διάφορους νευρώνες του ραβδωτού σώματος, μαζί με τις εσωτερικές, προσαγωγές και απαγωγές συνδέσεις τους. GABA ENK/SP: νευρώνας προβολής ο οποίος περιέχει εγκεφαλίνη ή ουσία P GABA PV: GABAεργικός ενδονευρώνας που περιέχει παραβαλβουμίνη GABA SS/NPY/NOS: GABAεργικός ενδονευρώνας που περιέχει σωματοστατίνη, νευροπεπτίδιο Υ και συνθετάση του νιτρικού οξέος GABA calretinin: GABAεργικός ενδονευρώνας που περιέχει καλρετινίνη Αch: χολινεργικός ενδονευρώνας 15

21 Η τελευταία κατηγορία GABAεργικών ενδονευρώνων αποτελείται από σφαιρικά κύτταρα μεγέθους μm των οποίων τόσο οι δενδρίτες, όσο και οι άξονες χαρακτηρίζονται από λιγότερες διακλαδώσεις σε σχέση με τις προηγούμενες κατηγορίες ενδονευρώνων. Τα κύτταρα αυτά αποτελούν το 1-2% του συνολικού πληθυσμού των κυττάρων του ραβδωτού σώματος και χαρακτηρίζονται ιστοχημικά από την παρουσία των πεπτιδίων σωματοστατίνη και νευροπεπτίδιο Υ, καθώς και των ενζύμων NADPH διαφοράση και συνθετάση του νιτρικού οξέος. Επιπλέον, χαρακτηρίζονται από εκπολώσεις μεγάλης διάρκειας και χαμηλό κατώφλι παραγωγής ασβεστιοεξαρτώμενων δυναμικών ενέργειας. Οι νευρώνες αυτοί δέχονται γλουταμινεργικές ίνες από τον εγκεφαλικό φλοιό, ντοπαπαμινεργικές ίνες από την μέλαινα ουσία, GABAεργικές ίνες από την ωχρά σφαίρα και χολινεργικές ίνες από τους χολινεργικούς ενδονευρώνες του ραβδωτού σώματος, ενώ νευρώνοντας τους νευρώνες προβολής συμμετέχουν και αυτοί στο κύκλωμα ορθόδρομης αναστολής μέσα στο ραβδωτό σώμα (Εικόνα 2). Το νιτρικό οξύ το οποίο παράγεται από αυτούς τους νευρώνες αποτελεί σημαντικό ρυθμιστικό παράγοντα της έκκρισης των διαφόρων νευροδιαβιβαστών μέσα στο ραβδωτό σώμα (ακετυλοχολίνη, GABA, γλουταμινικό). Το γεγονός ότι οι άξονες των νευρώνων αυτών εκτείνονται σε μεγάλη απόσταση μέσα στο ραβδωτό σώμα (μέχρι 1 mm από το κυτταρικό σώμα) επιτρέπει στα κύτταρα αυτά να συμμετέχουν στην ρύθμιση της νευροδιαβίβασης, αλλά και της αιματικής ροής σε μία σημαντική έκταση του ραβδωτού σώματος. (Nieoullon and Kerkerian-Le Goff 1992, Kawaguchi et al. 1995, Parent and Hazrati 1995) Λειτουργική διαμερισματοποίηση Παρόλο που το ραβδωτό σώμα αποτελεί μία δομή με ομοιογενή κυτταρική σύσταση, η λειτουργική του οργάνωση χαρακτηρίζεται από δύο επίπεδα διαμερισματοποίησης. Το πρώτο επίπεδο αφορά τον διαχωρισμό των νευρώνων προβολής σε δύο ομάδες, με ίδιο αριθμό νευρώνων περίπου η κάθε μία (Εικόνα 3), (Beckstead and Kersey 1985, Gerfen and Young 1988). Η πρώτη ομάδα διοχετεύει το GABAεργικό ανασταλτικό σήμα κατευθείαν προς τους πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων (άμεση οδός εξόδου από το ραβδωτό σώμα) καταλήγοντας σε διέγερση των νευρώνων του θαλάμου και κατ επέκταση και του φλοιού. Η δεύτερη ομάδα καταλήγει έμμεσα στους πυρήνες εξόδου μέσω αναστολής του υποθαλάμιου 16

22 πυρήνα και της έξω ωχράς σφαίρας. Η έμμεση αυτή οδός, έχει σαν τελικό αποτέλεσμα την αναστολή των θαλαμοφλοϊκών νευρώνων. Η παραπάνω ανταγωνιστική ρύθμιση του σήματος εξόδου των βασικών γαγγλίων, που προκύπτει από την σύγχρονη διέγερση των δύο λειτουργικών ομάδων νευρώνων προβολής από τον εγκεφαλικό φλοιό υπόκειται φυσιολογικά σε κάποιους ρυθμιστικούς μηχανισμούς, οι οποίοι διατηρούν την ισορροπία μεταξύ των δύο οδών μέσω ελέγχου της ανταπόκρισης των παραπάνω νευρώνων στην φλοϊκή είσοδο. Έτσι, μέσω υπεροχής της μίας ή της άλλης οδού την κατάλληλη χρονική στιγμή ρυθμίζεται η σωστή έναρξη, εξέλιξη και λήξη μίας κίνησης (Gerfen 1992). Η ακινησία η οποία χαρακτηρίζει την νόσο Parkinson, οφείλεται στην αυξημένη δραστηριότητα της έμμεσης οδού, η οποία υπερισχύει, με αποτέλεσμα την παρεμπόδιση της διέγερσης των φλοιϊκών νευρώνων, η οποία είναι απαραίτητη για την έναρξη μίας κίνησης (Albin et al. 1989). Οι δύο λειτουργικά διαχωρισμένες ομάδες των νευρώνων προβολής διαφέρουν επίσης και στην έκφραση διαφόρων νευροπεπτιδίων και υποδοχέων ντοπαμίνης. Συγκεκριμένα, η πλειοψηφία των νευρώνων της άμεσης οδού εκφράζουν τα νευροπεπτίδια, ουσία P και δυνορφίνη, καθώς και τους υποδοχείς της ντοπαμίνης D1, ενώ οι νευρώνες της έμμεσης οδού, στην μεγαλύτερη τους πλειοψηφία εκφράζουν το νευροπεπτίδιο εγκεφαλίνη, καθώς και τους υποδοχείς της ντοπαμίνης D2 (Εικόνα 3), (Gerfen and Young 1988, Le Moine et al. 1990, Gerfen et al. 1990). Το δεύτερο επίπεδο λειτουργικής διαμερισματοποίησης του ραβδωτού σώματος, αφορά τον διαχωρισμό των εισόδων από τις υποστιβάδες της στιβάδας 5 του εγκεφαλικού φλοιού, σε διαφορετικές ομάδες κυττάρων μέσα στο ραβδωτό σώμα, με τελικό στόχο διαφορετικές ομάδες νευρώνων της μέλαινας ουσίας. Ο παραπάνω λειτουργικός διαχωρισμός βασίζεται στην μωσαϊκή οργάνωση των διαφόρων νευροπεπτιδίων, υποδοχέων νευροδιαβιβαστών, προσαγωγών, απαγωγών και εσωτερικών συνδέσεων μέσα στο ραβδωτό σώμα. Η μωσαϊκή αυτή οργάνωση ανακαλύφθηκε από την μελέτη των Pert et al. (1976), η οποία υπέδειξε την παρουσία στο ραβδωτό σώμα, περιοχών με υψηλή συγκέντρωση υποδοχέων μ των οπιοειδών, οι οποίες ονομάστηκαν patches, σε αντίθεση με τις υπόλοιπες περιοχές, οι οποίες ονομάστηκαν matrix. Αργότερα, οι Graybiel and Ragsdale (1978) έδειξαν ότι τα patches είχαν πολύ χαμηλή ένταση χρώσης για την ακετυλοχολινεστεράση, σε αντίθεση με το matrix. Μέχρι σήμερα, έχουν βρεθεί αρκετοί νευροχημικοί δείκτες με βάση τους οποίους ταυτοποιούνται οι παραπάνω περιοχές. 17

23 ΕΓΚΕΦΑΛΙΚΟΣ ΦΛΟΙΟΣ ΡΑΒΔΩΤΟ ΣΩΜΑ ΜΕΛΑΙΝΑ ΟΥΣΙΑ Εικόνα 3: Το παραπάνω σχήμα απεικονίζει τις δύο κατηγορίες GABAεργικών νευρώνων προβολής του ραβδωτού σώματος, αυτούς που περιέχουν εγκεφαλίνη (ENK), από τους οποίους ξεκινά η έμμεση οδός εξόδου από το ραβδωτό σώμα και αυτούς που περιέχουν την ουσία P (SP), από τους οποίους ξεκινά η άμεση οδός. Απεικονίζονται επίσης, δύο τύποι ενδονευρώνων, οι χολινεργικοί (Ach) και αυτοί που περιέχουν σωματοστατίνη (SOM) και νευροπεπτίδιο Υ (NPY). Φαίνονται επίσης, οι υποδοχείς ντοπαμίνης (DA), D1 και D2 που απαντώνται σε κάθε ένα από τα παραπάνω κύτταρα, καθώς και η δράση τους, διεγερτική (+), ή ανασταλτική (-). Όλοι οι παραπάνω νευρώνες, δέχονται διεγερτική γλουταμινεργική (Glu) είσοδο από τον εγκεφαλικό φλοιό. Με το μεγάλο βέλος, απεικονίζεται η ανασταλτική δράση της ντοπαμίνης στην γλουταμινεργική νευροδιαβίβαση στο ραβδωτό σώμα, μέσω των D2 υποδοχέων της, οι οποίοι βρίσκονται πάνω στις γλουταμινεργικές φλοιοραβδωτές απολήξεις. 18

24 Συγκεκριμένα, τα patches χαρακτηρίζονται από ανοσοθετικό σήμα για την εγκεφαλίνη και την ουσία P, ανοσοθετικά κυτταρικά σώματα για την σωματοστατίνη, μεγάλη πυκνότητα θέσεων δέσμευσης για τους υποδοχείς των οπιοειδών και μεγάλη πυκνότητα υποδοχέων D1. Aντιθέτως, το matrix χαρακτηρίζεται από ισχυρό ανοσοθετικό σήμα για την ακετυλοχολινεστεράση, ανοσοθετικά κυτταρικά σώματα και ίνες για την σωματοστατίνη, ανοσοθετικό σήμα για την ασβεστιοδεσμευτική πρωτεΐνη καλβιδίνη και για την ουσία P και μεγάλη πυκνότητα υποδοχέων D2. (Gerfen 1984,1992, Gerfen et al. 1985). Oι φλοιϊκοί νευρώνες των επιφανειακών υποστιβάδων της στιβάδας 5, καθώς και των υπερκοκκωδών στιβάδων καταλήγουν στους νευρώνες προβολής των περιοχών matrix του ραβδωτού σώματος, οι οποίοι μέσω της έμμεσης και της άμεσης οδού καταλήγουν στους GABAεργικούς νευρώνες της δικτυωτής μοίρας της μέλαινας ουσίας και της έσω μοίρας της ωχράς σφαίρας ρυθμίζοντας την ανασταλτική έξοδο των βασικών γαγγλίων. Αντιθέτως, οι φλοιϊκοί νευρώνες των εν τω βάθει υποστιβάδων της στιβάδας 5, καθώς και αυτοί της στιβάδας 6 καταλήγουν στους νευρώνες προβολής που βρίσκονται στις περιοχές των patches του ραβδωτού σώματος, οι οποίοι με την σειρά τους προβάλλουν στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας και στους χολινεργικούς νευρώνες της ωχράς σφαίρας. Με αυτόν τον τρόπο, οι περιοχές των patches του ραβδωτού σώματος θεωρείται ότι μπορεί να εξασκούν μια αντίδρομη ρύθμιση στην έξοδο των βασικών γαγγλίων μέσω ενεργοποίησης της μελανοραβδωτής ντοπαμινεργικής οδού. (Gerfen 1984,1985, Gerfen et al. 1985, Gerfen 1989, Jimenez-Castellanos and Graybiel 1989). Η διαμερισματοποίηση του ραβδωτού σώματος σε περιοχές patch και matrix, έχει συσχετισθεί και με την ρύθμιση των συναισθηματικών και αισθητικοκινητικών λειτουργιών, αντίστοιχα. Συγκεκριμένα, έχει δειχθεί ότι, οι περιοχές των patches λαμβάνουν είσοδο κυρίως από τις περιοχές του μεταιχμιακού φλοιού, αλλά επίσης και από τα αμύγδαλα, ενώ οι περιοχές του matrix κυρίως από τον νεοφλοιό (Gerfen 1984, Donoghue and Herkenham 1986, Ragsdale and Graybiel 1988). Μία άλλη διαφορά στις συνδέσεις των δύο παραπάνω περιοχών του ραβδωτού σώματος στα τρωκτικά αφορά την ντοπαμινεργική νεύρωση από τον μεσεγκέφαλο. Οι περιοχές των patches λαμβάνουν ντοπαμινεργική νεύρωση μόνο από την μέλαινα ουσία, ενώ οι περιοχές του matrix, τόσο από την μέλαινα ουσία, όσο και από την κοιλιακή καλυπτρική περιοχή (Ηerkenham et al. 1984, Wright and Arbuthnott 1981). 19

25 2.3. Δράση της ντοπαμίνης στο ραβδωτό σώμα Η επίδραση της ντοπαμινεργικής νεύρωσης από τον μεσεγκέφαλο στην ηλεκτροφυσιολογική δραστηριότητα των διαφόρων κυττάρων του ραβδωτού σώματος, διαφέρει ανάλογα με τον τύπο των υποδοχέων ντοπαμίνης που εκφράζονται στα κύτταρα αυτά (Εικόνα 3). Όσον αφορά στους νευρώνες προβολής, αυτοί οι οποίοι προβάλλουν κατευθείαν στους πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων (άμεση οδός) διεγείρονται από την ντοπαμίνη. Αντιθέτως οι νευρώνες προβολής της έμμεσης οδού αναστέλλονται από την ντοπαμίνη (Maggi et al. 1977, Mao et al. 1977, Marco et al. 1978, Nicoletti et al. 1981, Coward 1982, Pan et al. 1985). H παραπάνω ηλεκτροφυσιολογική επίδραση της ντοπαμίνης στους δύο πληθυσμούς νευρώνων προβολής συμμετέχει στην ρύθμιση της απόκρισης τους στην φλοιϊκή διέγερση, ενισχύοντας την απόκριση των νευρώνων της άμεσης οδού. Παρολ αυτά, το παραπάνω μοντέλο ρύθμισης της διεγερσιμότητας των νευρώνων προβολής από τη ντοπαμίνη είναι σε μεγάλο βαθμό απλοποιημένο, δεδομένου ότι οι δύο παραπάνω πληθυσμοί νευρώνων δεν είναι ανεξάρτητοι μεταξύ τους, αλλά αλληλεξαρτώνται είτε μέσω απευθείας συνάψεων μεταξύ τους, είτε μέσω συνάψεων με τους ενδονευρώνες του ραβδωτού σώματος με αποτέλεσμα η ηλεκτροφυσιολογική δραστηριότητα του ενός να επηρεάζει τον άλλον (Gerfen 1992). Η αντίθετη δράση των υποδοχέων D1 και D2 δεν αφορά μόνο την ηλεκτροφυσιολογική δραστηριότητα των κυττάρων του ραβδωτού σώματος, αλλά και την βιοχημική τους λειτουργία. Τα δεδομένα μίας σειράς φαρμακολογικών μελετών (Ηοng et al. 1980, Tang et al. 1983, Chou et al. 1984, Hanson et al. 1987, Romano et al. 1987, Gerfen et al. 1990, Engber et al. 1992) έχουν οδηγήσει στο συμπέρασμα, ότι η δράση της ντοπαμίνης στους υποδοχείς D1 οδηγεί στην επαγωγή της έκφρασης γονιδίων, όπως αυτό της δυνορφίνης και της ουσίας P στους νευρώνες προβολής της άμεσης οδού, ενώ η δράσης της στους υποδοχείς D2, αναστέλλει την έκφραση γονιδίων, όπως αυτό της εγκεφαλίνης στους νευρώνες προβολής της έμμεσης οδού. Η μελέτη των Andersson et al. (2001), έδειξε ότι η ρύθμιση της έκφρασης της δυνορφίνης από την ντοπαμίνη στο φυσιολογικό ραβδωτό σώμα γίνεται μέσω ενεργοποίησης των μεταγραφικών παραγόντων CREB και c-fos. Παρόλ αυτά, στο ραβδωτό σώμα επίμυων μετά από βλάβη της μελανοραβδωτής ντοπαμινεργικής οδού, η παραπάνω ρύθμιση έχει βρεθεί ότι συντελείται μέσω ενεργοποίησης των μεταγραφικών παραγόντων 20

26 FosB (Αndersson et al. 1999, Westin et al. 2001, Cenci 2002). H ρύθμιση του γονιδίου της εγκεφαλίνης από την ντοπαμίνη θεωρείται ότι συντελείται μέσω ενεργοποίησης των μεταγραφικών παραγόντων της οικογένειας Fos και συγκεκριμένα του παράγοντα ΔFosB (Calon et al. 2000). Οι υποδοχείς ντοπαμίνης τύπου D1 (D1 και D5) συνδέονται μέσω G-πρωτεΐνης με το ένζυμο αδενυλική κυκλάση και το ενεργοποιούν, με αποτέλεσμα την αύξηση της ενδοκυττάριας παραγωγής κυκλικού AMP, ενώ οι υποδοχείς τύπου D2 (D2, D3 και D4) έχουν ακριβώς την αντίθετη δράση (Clark and White 1987). Παρολ αυτά, στο ραβδωτό σώμα έχει ανακαλυφθεί η ύπαρξη ετερομερών συμπλόκων υποδοχέων ντοπαμίνης με υποδοχείς άλλων νευροδιαβιβαστών, όπως της αδενοσίνης ή της σωματοστατίνης (σύμπλοκα A1/D1, A2Α/D2, sstr5/d2), τα οποία επιτρέπουν την ταυτόχρονη και συνδυασμένη δράση της ντοπαμίνης με αυτήν άλλων νευροδιαβιβαστών μετασυναπτικά στα κύτταρα του ραβδωτού σώματος (Fuxe et al. 1998, Rocheville et al. 2000). Με αυτόν τον τρόπο, το τελικό βιοχημικό αποτέλεσμα στο κύτταρο, καθορίζεται από την συνισταμένη δράση της σύγχρονης ενεργοποίησης του υποδοχέα-σύμπλοκο από την ντοπαμίνη και έναν δεύτερο νευροδιαβιβαστή, ο οποίος μπορεί να δρα είτε συνεργικά (ενεργοποίηση συμπλόκου sstr5/d2), είτε ανταγωνιστικά (ενεργοποίηση συμπλόκου A1/D1, ή A2Α/D2) με την ντοπαμίνη. Η ενεργοποίηση των μετασυναπτικών υποδοχέων τύπου D1 στους νευρώνες προβολής του ραβδωτού σώματος έχει βρεθεί ότι εμπλέκεται στον έλεγχο της τονικής ηλεκτρικής δραστηριότητας και των χαρακτηριστικών των διεγερτικών μετασυναπτικών δυναμικών αυτών των κυττάρων μέσω ρύθμισης της αγωγιμότητας τασοελεγχόμενων διαύλων Na+ (Calabresi et al. 2000). Eπίσης η ντοπαμίνη πιθανολογείται ότι μπορεί να ρυθμίζει την μη συναπτική διακυτταρική επικοινωνία στο ραβδωτό σώμα η οποία συντελείται μέσω gap junctions (Onn and Grace 1994). Οι Centonze et al. (2001) έδειξαν ότι η δράση της ντοπαμίνης στο ραβδωτό σώμα αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για την παραγωγή LTD από τις φλοιοραβδωτές ίνες στους νευρώνες προβολής του ραβδωτού σώματος, υποδεικνύοντας έτσι την συμμετοχή της ντοπαμίνης στα φαινόμενα συναπτικής πλαστικότητας μέσα στο ραβδωτό σώμα. Τα αποτελέσματα της παραπάνω εργασίας υποστηρίζουν ότι, η ντοπαμίνη δρα πρώτα στους D1 υποδοχείς της που βρίσκονται στους ενδονευρώνες που παράγουν συνθετάση του νιτρικού οξέος διεγείροντας την παραγωγή του τελευταίου, το οποίο σε συνδυασμό με την δράση της 21

27 ντοπαμίνης στους υποδοχείς D2 πάνω στους νευρώνες προβολής οδηγεί στην πυροδότηση των μηχανισμών που επιτρέπουν την παραγωγή LTD σε αυτούς τους νευρώνες. Το ντοπαμινεργικό σύστημα, αλληλεπιδρά με τα υπόλοιπα συστήματα νευροδιαβίβασης μέσα στο ραβδωτό σώμα, όπως το γλουταμινεργικό, το GABAεργικό, το χολινεργικό και το σωματινεργικό. Η αλληλεπίδραση της ντοπαμίνης με το γλουταμινεργικό και το GABAεργικό σύστημα, περιγράφεται αναλυτικά στα κεφάλαια που ακολουθούν. Η ντοπαμίνη αναστέλλει την παραγωγή καθώς και την έκκριση της ακετυλοχολίνης στο ραβδωτό σώμα και η δράση της αυτή φαίνεται να συντελείται τόσο μετασυναπτικά στους χολινεργικούς ενδονευρώνες, όσο και προσυναπτικά στις χολινεργικές ίνες (Εργασίες από Nieoullon, Mavridis et al. 1994). Υπάρχουν επίσης δεδομένα τα οποία υποδεικνύουν την ύπαρξη αλληλεπίδρασης ντοπαμίνης-ακετυλοχολίνης μέσω δράσης στους μετασυναπτικούς υποδοχείς τους στο επίπεδο ενός κοινού κυτταρικού στόχου, όπως ο νευρώνας προβολής, ή ο ενδονευρώνας που περιέχει σωματοστατίνη (Νieoullon and Kerkerian-Le Goff 1992). Η επίδραση της ντοπαμίνης στην ρύθμιση της έκφρασης της σωματοστατίνης στο ραβδωτό σώμα δεν έχει πλήρως ξεκαθαριστεί, καθώς διάφορες μελέτες έχουν υποδείξει είτε απουσία ρυθμιστικής δράσης (Beal and Martin 1983, Salin et al. 1990a), είτε αναστολή της έκφρασης (Zavitsanou et al. 2002), είτε ακόμα και θετική ρύθμιση αυτής (Salin et al. 1990b, Soghomonian and Chesselet 1991). Παρολ αυτά, η ντοπαμίνη έχει βρεθεί ότι ενισχύει την αναστολή της αδενυλικής κυκλάσης που προκαλείται από την ενεργοποίηση των υποδοχέων σωματοστατίνης στο ραβδωτό σώμα (Rodriguez-Sanchez et al. 1997) Αλληλεπίδραση ντοπαμινεργικού-γλουταμινεργικού συστήματος στο ραβδωτό σώμα Μελέτες με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο έδειξαν ότι οι απολήξεις των ντοπαμινεργικών ινών καταλήγουν πάνω στην ίδια δενδριτική άκανθα με αυτές των γλουταμινεργικών ινών στους δενδρίτες των νευρώνων προβολής του ραβδωτού σώματος, με απόσταση μεταξύ τους μόλις 1 μm (Εικόνα 4). Eπίσης, οι γλουταμινεργικές ίνες δημιουργούν συνάψεις στην κεφαλή, ενώ οι ντοπαμινεργικές στον κορμό των δενδριτικών ακανθών (Βouyer et al. 1984, Freund et al. 1984, Smith and Bolam 1990, Sesack et al. 1994). Mε αυτόν τον τρόπο, τα δύο συστήματα νευροδιαβίβασης αλληλεπιδρούν τόσο μέσω προσυναπτικών, όσο και 22

28 μετασυναπτικών μηχανισμών, ρυθμίζοντας την δραστηριότητα των νευρώνων εξόδου του ραβδωτού σώματος. Η αλληλεπίδραση αυτή μέσα στο ραβδωτό σώμα, αλλά και τον επικλινή πυρήνα, θεωρείται ότι συνεισφέρει στην ρύθμιση των διαφόρων ψυχοκινητικών λειτουργιών στις οποίες εμπλέκονται τα βασικά γάγγλια (West et al. 2003). Η γλουταμινεργική είσοδος του ραβδωτού σώματος προέρχεται μόνο από τον εγκεφαλικό φλοιό και τον θάλαμο, ενώ ο επικλινή πυρήνας δέχεται επίσης γλουταμινεργική νεύρωση από τον ιππόκαμπο και τους ραχιαιο-βασικούς πυρήνες της αμυγδαλής. Η γλουταμινεργική νεύρωση στις δύο παραπάνω δομές, θεωρείται ότι έχει καθοριστική συμμετοχή στην ρύθμιση της διεγερσιμότητας των νευρώνων προβολής. (West et al. 2003). Eκτός από τον παραπάνω ρόλο τους, οι γλουταμινεργικές ίνες εμπλέκονται και στην ρύθμιση της ντοπαμινεργικής νευροδιαβίβασης, όπως έχει δειχθεί από φαρμακολογικές μελέτες και μελέτες με βλάβες της φλοιοραβδωτής οδού στα τρωκτικά. Συγκεκριμένα, η γλουταμινεργική νευροδιαβίβαση στο ραβδωτό σώμα επάγει την αύξηση των επιπέδων εξωκυττάριας ντοπαμίνης, καθώς και την έκκριση αυτής (Μurase et al. 1993, Karreman and Moghaddam 1996, Smolders et al. 1996, Segovia et al. 1997, West and Galloway 1997, Bert et al. 2002). Η ρύθμιση της έκκρισης της ντοπαμίνης φαίνεται να γίνεται μέσω δράσης στους ιονοτροπικούς υποδοχείς του γλουταμινικού οξέος που βρίσκονται προσυναπτικά στις μελανοραβδωτές ντοπαμινεργικές απολήξεις (Imperato et al. 1990a,b, Barbeito 1990, Krebs et al. 1991, Jin and Fredholm 1994). Η ρύθμιση της ντοπαμινεργικής νευροδιαβίβασης από τον γλουταμινικό οξύ συντελείται και έμμεσα, μέσω της διέγερσης της έκκρισης νιτρικού οξέος από τους ενδονευρώνες του ραβδωτού σώματος. Το νιτρικό οξύ διεγείρει με ελεγχόμενο τρόπο την αύξηση των εξωκυττάριων επιπέδων ντοπαμίνης, ασκώντας έτσι ρυθμιστική δράση στην επαγωγή τους από το γλουταμινικό οξύ (West et al. 2002a). Στον επικλινή πυρήνα επίσης, η γλουταμινεργική είσοδος που προέρχεται από τα αμύγδαλα, διεγείρει την έκκριση της ντοπαμίνης και αυτή η λειτουργία έχει δειχθεί ότι εμπλέκεται στην συμπεριφορική εκδήλωση εξαρτημένης μάθησης μετά από εφαρμογή δυσάρεστων ερεθισμάτων στα τρωκτικά (West et al. 2003). Σε αντίθεση με τα παραπάνω, η πρόσφατη μελέτη των Wu et al. (2000) υπέδειξε την ανασταλτική δράση αγωνιστών των ιοντοτρόπων υποδοχέων γλουταμινικού οξέος στην ηλεκτρικά επαγόμενη έκκριση της ντοπαμίνης στο ραβδωτό σώμα του επίμυος. Οι ερευνητές αυτοί προτείνουν ότι το γλουταμινικό οξύ διεγείρει την έκκριση της ντοπαμίνης η οποία δεν 23