ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ BΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΖΩΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΑΝΘΡΩΠΟΥ ΚΑΙ ΖΩΩΝ Μελέτη του συστήµατος επαναπρόσληψης και των υποδοχέων της ντοπαµίνης στο κεντρικό νευρικό σύστηµα µυών µε παρεγκεφαλιδική εκφύλιση Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ Φωτεινή ελή Βιολόγος ΠΑΤΡΑ 2005
Τριµελής συµβουλευτική επιτροπή Γιοµπρές Παναγιώτης, Αναπληρωτής Καθηγητής, επιβλέπων της διατριβής. Μητσάκου Αδαµαντία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ματσώκης Νικόλαος, Αναπληρωτής Καθηγητής Επταµελής εξεταστική επιτροπή Γιοµπρές Παναγιώτης, Αναπληρωτής Καθηγητής, Μητσάκου Αδαµαντία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια, Ματσώκης Νικόλαος, Αναπληρωτής Καθηγητής, Κούβελας Ηλίας, Καθηγητής. Κωστόπουλος Γεώργιος, Καθηγητής. Φλωρδέλλης Χριστόδουλος, Καθηγητής. Μαργαρίτη Μαριγώ, Λέκτορας. Για τη εκπόνηση αυτής της διατριβής χορηγήθηκε υποτροφία στη Φωτεινή ελή από το Ίδρυµα Κρατικών Υποτροφιών κατά τα έτη 1999-2003.
εν ξεχνώ µερικούς ανθρώπους. Τον Κωσταντίνο ελή που µου δίδαξε τα πρώτα µου γράµµατα και µου ενέπνευσε την αγάπη για την επιστήµη. Τη Μαγδαληνή ελή που µου δείχνει τον τρόπο να υπερνικώ τις δυσκολίες. Τη Μαρία ελή γι αυτό που είναι. Τον κ Παναγιώτη Γιοµπρέ για τα µικρά και µεγάλα µυστικά του πειράµατος που µου δίδαξε, για την επιστηµονική καθοδήγηση όλα τα χρόνια που έζησα και διαµορφώθηκα στο εργαστήριο και για την πολύτιµη ελευθερία που µου χάρισε. Την κα Άντα Μητσάκου για τη λογική και την αισιοδοξία της. Τον κ Νίκο Ματσώκη για τη φιλαλήθεια, την κα Μαριγώ Μαργαρίτη για τον ενθουσιασµό της. Τον κ. Ηλία Κούβελα για την κατασταλαγµένη σκέψη, τον κ. Γιώργο Κωστόπουλο για την αφοσίωσή του στην επιστήµη. Την κα Φεβρωνία Αγγελάτου για το δυναµισµό της. Τις κες Θεώνη Αναστασοπούλου και Γεωργία Βουκελάτου για το άλλο βλέµµα στην επιστήµη. Όλα τα µέλη της επταµελούς εξεταστικής επιτροπής για την κριτική συµβολή τους στην τελική διαµόρφωση της διατριβής. Τις φίλες Ματίνα Μανιάτη, Νατάσα Σιγάλα, Βίκυ Τοντικίδου, Νατάσα Σταυροπούλου για όλα. Την Αντιγόνη Οικονόµου, το Βαγγέλη Σωτηρίου, τον Πέτρο Ζειτουγιάν, το Γιάννη Νέστορα, την Κατερίνα Ασβεστά, τον Ηλία Κανελλόπουλο, την Alexandra Badea, την Ιωάννα Νικήτα. Τη Μαρία Φωτιά και τον Κώστα Σίσκο. Το Μιχάλη Ξένο για την ήρεµη δύναµη.
Πίνακας περιεχοµένων σελ Εισαγωγή Α. ΝΤΟΠΑΜΙΝΗ 14 Σύνθεση - απελευθέρωση πρόσληψη της ντοπαµίνης 14 Υποδοχείς ντοπαµίνης 18 Κατανοµή υποδοχέων ντοπαµίνης 19 Μεταβίβαση σήµατος µέσω υποδοχέων ντοπαµίνης 20 Ηλεκτροφυσιολογική δράση της ντοπαµίνης 22 Β. ΓΛΟΥΤΑΜΙΝΙΚΟ ΟΞΥ 23 Υποδοχείς γλουταµινικού οξέων τύπου NMDA 24 Η επίδραση των υποδοχέων τύπου ΝΜDΑ στο ντοπαµινεργικό σύστηµα του κυκλώµατος των βασικών γαγγλίων 25 Γ. ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΓΑΓΓΛΙΑ 27 Το ραβδωτό σώµα 28 Η ντοπαµινεργική προβολή 30 Ο υποθαλαµικός πυρήνας 32 Η έσω µοίρα της ωχράς σφαίρας 33 Η έξω µοίρα της ωχράς σφαίρας 33 Η δικτυωτή µοίρα της µέλαινας ουσίας 34 Ο γεφυροσκελιαίος πυρήνας 34 Ο κεντρικός µέσος θαλαµικός πυρήνας 35 ιακριτά µονοπάτια στα βασικά γάγγλια 37. Η ΠΑΡΕΓΚΕΦΑΛΙ Α 37 Ανατοµικές και λειτουργικές υποδιαιρέεις τηςπαρεγκεφαλίδας 38 Ρόλος τηςπαρεγκεφαλίδας 41 Ε. ΑΝΑΤΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΣΥΝ ΕΣΗ ΤΗΣ ΠΑΡΕΓΚΕΦΑΛΙ ΑΣ ΜΕ ΤΑ ΒΣΙΚΑ ΓΑΓΓΛΙΑ 43 Ζ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΤΗΣ ΠΑΡΕΓΚΕΦΑΛΙ ΑΣ ΣΤΑ ΒΣΙΚΑ ΓΑΓΓΛΙΑ 45 Σκοπός της εργασίας 47 Υλικά και Μέθοδοι Α. Πειραµατόζωα 52 Β. Ποσοτική αυτοραδιογραφία 52 Αποµόνωση εγκεφαλικού ιστού γιαπειράµατα ποσοτικής αυτοραδιογραφίας 52 Μορφοµετρία 52 έσµευση ειδικού ιχνηθέτη στο µεταφορέα της ντοπαµίνης 53
έσµευση ειδικού ιχνηθέτη στους υποδοχείς ντοπαµίνης τύπου D1 53 έσµευση ειδικού ιχνηθέτη στους υποδοχείς ντοπαµίνης τύπου D2 54 έσµευση του [ 3 Η]γλουταµινικού οξέος σε θέσεις δέσµευσης ευαίσθητες στο NMDA 54 Ποσοτικοποίηση 54 Γ. Στερεοταξική έγχυση καινικού οξέος στην παρεγκεφαλίδα φυσιολογικών µυών. 55. In situ υβριδισµός 56 Αποµόνωση εγκεφαλικού ιστού για πειράµατα ιn situ υβριδισµού 56 Υβριδισµός 56 Ποσοτικοποίηση υβριδισµού 57 Ε. Πειράµατα δέσµευσης σε µεµβρανικά παρασκευάσµατα 57 Αποµόνωση εγκεφαλικού ιστού για πειράµτα µεµβρανικής δέσµευσης 57 Πειράµατα δέσµευσης του [ 3 Η]GBR 12935 58 ΣΤ. Στατιστική επεξεργασία 58 Ζ. Ανοσοιστοχηµικός εντοπισµός του µεταφορέα της ντοπαµίνης. 58 Αποτελέσµατα Α. Αυτοραδιογραφική µελέτη του ντοπαµινεργικού συστήµατος στον εγκεφαλο µεταλλαγµέων µυών pcd 62 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]WIN 35428 στον εγκέφαλο των µεταλλαγµένων µυών pcd 63 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]SCH 23390 στον εγκέφαλο των µεταλλαγµένων µυών pcd 67 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]raclopride στον εγκέφαλο των µεταλλαγµένων µυών pcd 70 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]nemonapride στον εγκέφαλο των µεταλλαγµένων µυών pcd 70 In situ υβριδισµός για το mrnα του µεταφορέα της ντοπαµίνης και της υδροξυλάσης της τυροσίνης 75 Β. Αυτοραδιογραφική µελέτη των υποδοχέων του γλουταµινικού οξέος τύπου NMDA και του ντοπαµινεργικού συστήµατος στον εγκεφαλικό φλοιό και στα βασικά γάγγλια µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη. 76 Συµπεριφορά των µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 76 Αντιδράσεις µετά το χειρουργείο 76 Αντιδράσεις στην ενδοπεριτοναική ένεση αποµορφίνης 2 και 3 εβδοµάδες µετά την πρόκληση της βλάβης 76
Ιστολογική εικόνα της παρεγκεφαλδικής εκφύλισης στα τελικά πειράµατα 78 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]γλουταµινικού οξέος στον εγκεφαλικό φλοιό των µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 79 Κινητικός φλοιός 79 Σωµατοαισθητικός φλοιός 79 Άλλες φλοιικές περιοχές 80 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]γλουταµινικού οξέος στα βασικά γάγγλια των µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 80 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]WIN 35428 στα βασικά γάγγλια των µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 85 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]SCH 23390 στα βασικά γάγγλια των µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 85 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]raclopride στα βασικά γάγγλια των µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 90 Ειδική δέσµευση του [ 3 Η]nemonapride στα βασικά γάγγλια των µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 90 Γ. Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης στην παρεγκεφαλίδα φυσιολογικών µυών 93 Μεµβρανική δέσµευση του [ 3 Η]GBR 12935 πειράµατα εκτόπισης 93 Παρεγκεφαλίδα µυός 93 Ραβδωτό σώµα µυός 93 Κινητική κορεσµού της δέσµευσης του [ 3 Η]GBR 12935 97 Παρεγκεφαλίδα µυός 97 έσµευση του [ 3 Η]GBR 12935 σε λεπτές τοµές παρεγκεφαλίδας µυός 97 Κινητική κορεσµού της δέσµευσης του [ 3 Η]GBR 12935 97 Ανοσοιστοχηµικός εντοπισµός του µεταφορέα της ντοπαµίνης στην παρεγκεφαλίδα µυός 98 In situ υβρδισµός για το mrna του µεταφορέα της ντποπαµίνης και της υδροξυλάσης της τυροσίνης στην παρεγκεφαλίδα µυός 98 Συζήτηση Α. Το ντοπαµινεργικό σύστηµα στον εγκέφαλο των µεταλλαγµένων µυών pcd 102 Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης στον κοιλιακό µεσεγκέφαλο των µεταλλαγµένων µυών pcd 102 Οι υποδοχείς της ντοπαµίνης D1 στον κοιλιακό µεσεγκέφαλο των µεταλλαγµένων µυών pcd 108 Οι υποδοχείς της ντοπαµίνης D2 στον κοιλιακό µεσεγκέφαλο των µεταλλαγµένων µυών pcd 110 Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης στο ραβδωτό σώµα των 111
µεταλλαγµένων µυών pcd Οι υποδοχείς της ντοπαµίνης στο ραβδωτό σώµα των µεταλλαγµένων µυών pcd 112 Οι υποδοχείς και ο µεταφορέας της ντοπαµίνης σε φλοιϊκές και µεταιχµιακές περιοχές των µεταλλαγµένων µυών pcd 114 Οι υποδοχείς και ο µεταφορέας της ντοπαµίνης στην παρεγκεφαλίδα των µεταλλαγµένων µυών pcd 115 Β. Οι υποδοχείς NMDA και το ντοπαµινεργικό σύστηµα στον εγκεφαλικό φλοιό και τα βασικά γάγγλια µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη. 118 Οι υποδοχείς ΝMDA στον αριστερό κινητικό φλοιό µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 118 Οι υποδοχείς NMDA στο δεξιό κινητικό φλοιό µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 122 Οι υποδοχείς ΝMDA στον αριστερό σωµατοαισθητικό φλοιό µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 123 Οι υποδοχείς ΝMDA στο δεξιό σωµατοαισθητικό φλοιό µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 124 Οι υποδοχείς ΝMDA στις υπόλοιπες εγκεφαλικές περιοχές 125 Αντιδράσεις µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη στην αποµορφίνη 125 Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης στο αριστερό ραβδωτό σώµα µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 126 Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης στο δεξιό ραβδωτό σώµα µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 127 Οι υποδοχείς ντοπαµίνης D1 στο αριστερό ραβδωτό σώµα µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 127 Οι υποδοχείς ντοπαµίνης D1 στο δεξιό ραβδωτό σώµα µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 128 Οι υποδοχείς ντοπαµίνης D2 στο ραβδωτό σώµα µυών µε µερική, δεξιά παρεγκεφαλιδική βλάβη 129 Γ. Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης στην παρεγκεφαλιδα φυσιολογικών µυών 131 Μεµβρανική δέσµευση του [ 3 Η]GBR 12935 πειράµατα αναστολής 131 Κινητική κορεσµού της δέσµευσης του [ 3 Η]GBR 12935 133 Μεµβρανικά παρασκευάσµατα 133 Στιβαδική κατανοµή 134 Ανοσοιστοχηµικός εντοπισµός του µεταφορέα τηςντοπαµίνης 134 Συµπεράσµατα 137 Περίληψη 141 Summary 144 Βιβλιογραφία 146
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Α. ΝΤΟΠΑΜΙΝΗ Σύνθεση-απελευθέρωση-πρόσληψη της ντοπαµίνης Η ντοπαµίνη, ρυθµιστικός νευροδιαβιβαστής του ΚΝΣ, ανήκει στην οµάδα των κατεχολαµινών. Ο όρος κατεχολαµίνες αναφέρεται σε οργανικές ενώσεις που περιέχουν έναν κατεχολικό πυρήνα, δηλαδή έναν βενζολικό δακτύλιο που φέρει δύο διαδοχικές υδροξυλικές υποκαταστάσεις, και µία αµινοµάδα. Ενδογενείς κατεχολαµίνες του ΚΝΣ είναι η ντοπαµίνη, η νορεπινεφρίνη και η επινεφρίνη. Πρόδροµο µόριο των κατεχολαµινών του ΚΝΣ είναι το αµινοξύ τυροσίνη η οποία µετατρέπεται σε 3,4-διυδροξυφαινυλαλανίνη (L-dopa) µέσω του ενζύµου υδροξυλάση της τυροσίνης (Tyrosine Hydroxylase, TH). H L-dopa µετατρέπεται σχεδόν ακαριαία σε ντοπαµίνη από την αποκαρβοξυλάση των L-αρωµατικών αµινοξέων (L-aromatic amino acid decarboxylase, AADC) και οι αντιδράσεις παύουν σε αυτό το σηµείο προκειµένου για ντοπαµινεργικούς νευρώνες. Στους νοραδρενεργικούς νευρώνες η ντοπαµίνη οξειδώνεται σε νορεπινεφρίνη από την β- υδροξυλάση της ντοπαµίνης (dopamine β-hydroxylase, DBH), ενώ στους επινεφρινεργικούς νευρώνες η νορεπινεφρίνη µετατρέπεται σε επινεφρίνη από την Ν- µεθυλοτρανσφεράση των φαινυλαιθανολαµινών (phenylethanolamine N- methyltransferase, PNMT). Η µετατροπή της τυροσίνης σε L-dopa είναι το καθοριστικό σηµείο στην αλυσίδα βιοσύνθεσης των κατεχολαµινών. Στους περισσότερους κατεχολαµινεργικούς νευρώνες η δράση της ΤΗ δε ρυθµίζεται από τα επίπεδα της τυροσίνης, τα οποία είναι αρκετά υψηλά ώστε να κορεννύουν το ένζυµο υπό βασικές συνθήκες, αλλά από τα επίπεδα της ανηγµένης τετραϋδροβιοπτερίνης, ενός συµπαράγοντα που µαζί µε τα ιόντα Fe +2 είναι απαραίτητος για την ενζυµική δράση. Τα τελικά προϊόντα των αντιδράσεων ανταγωνίζονται την ΤΗ για τον συµπαράγοντα πτερίνης και µε τον τρόπο αυτό αναστέλλουν τη δράση της. Η ενεργότητα της ΤΗ ρυθµίζεται και µε φωσφωριλύωσή της σε τέσσερα υπολείµµατα σερίνης στο αµινοτελικό άκρο της πρωτεΐνης από τέσσερις διαφορετικές κινάσες. Τέλος η δράση της ΤΗ ρυθµίζεται και µε µεταβολή των επιπέδων της πρωτεϊνοσύνθεσής της, γεγονός που πραγµατοποιείται κυρίως τους νοραδρενεργικούς νευρώνες, σε αντίθεση µε τους ντοπαµινεργικούς στους οποίους τροποποιείται κυρίως η ενεργότητα του ενζύµου (Deutch and Roth, 1999). Η σύνθεση των κατεχολαµινών, ρυθµίζεται µέσω των µεταγραφικών και µεταµεταφραστικών τροποποιήσεων των βιοσυνθετικών ενζύµων. Ειδικότερα για τη 14
ντοπαµίνη η σύνθεση αλλά και η απελευθέρωσή της ρυθµίζεται και από τους αυτοϋποδοχείς ντοπαµίνης. Η ντοπαµίνη που ελευθερώνεται από έναν νευρώνα, δεσµεύεται σε αυτοϋποδοχείς, γεγονός που οδηγεί σε µείωση της περαιτέρω ελευθέρωσής της. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα την αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης της ντοπαµίνης που οδηγεί σε µείωση της ενεργότητας της ΤΗ και τελικά την έµµεση- µείωση της σύνθεσης της ντοπαµίνης. Η σύνθεση της ντοπαµίνης είναι δυνατόν να µειωθεί άµεσα και πάλι µε τη διαµεσολάβηση ειδικών αυτοϋποδοχέων που ρυθµίζουν τη σύνθεση, δηλαδή την ενεργότητα της ΤΗ, οι οποίοι όµως δεν εντοπίζονται σε όλους τους τύπους ντοπαµινεργικών νευρώνων (χαρακτηριστική είναι η απουσία τους από τους υποθαλαµο-υποφυσιακούς ντοπαµινεργικούς νευρώνες). Η απελευθέρωση της ντοπαµίνης πραγµατοποιείται καταρχήν µε τον κλασσικό µηχανισµό Ca +2 -εξαρτώµενης συναπτικής εξωκύτωσης ο οποίος λαµβάνει χώρα στις κιρσοειδείς διευρύνσεις των κατεχολαµινεργικών αξόνων που διατρέχουν την περιοχή-στόχο τους. Επίσης οι κατεχολαµίνες ελευθερώνονται µέσω του µεταφορέα επαναπρόσληψής τους ο οποίος µετά την επίδραση ορισµένων φαρµάκων (αµφεταµίνη) καθώς και διεγερτικών αµινοξέων αντιστρέφει τη φορά δράσης του και µεταφέρει στον εξωκυττάριο αντί του ενδοκυττάριου χώρου το νευροδιαβιβαστή (Leviel, 2001). Τέλος οι κατεχολαµίνες και ειδικότερα η ντοπαµίνη, απελευθερώνεται µε µηχανισµό που δεν έχει ακόµα αποσαφηνιστεί από τους δενδρίτες των ντοπαµινεργικών κυττάρων (Schultz 1998). Η ντοπαµίνη που ελευθερώνεται από τους δενδρίτες των ντοπαµινεργικών κυττάρων δεσµευόµενη σε αυτοϋποδοχείς στο σώµα και τους δενδρίτες ρυθµίζει ανασταλτικά το ρυθµό πυροδότησης των νευρώνων αυτών (Overton and Clark, 1997). Η ντοπαµίνη που απελευθερώνεται στον εξωκυττάριο χώρο αδρανοποιείται µε δύο µηχανισµούς, µε ενζυµικό καταβολισµό και µε επαναπρόσληψη. Ο ενζυµικός καταβολισµός διαµεσολαβείται από δύο ένζυµα, τη µονοάµινο-οξειδάση (monoamine oxidae, MAO) και την Ο-µεθυλοτρανσφεράση των κατεχολαµινών (catechol-omethyl transferase, COMT). Τα προϊόντα καταβολισµού κάθε ενζύµου αποτελούν υπόστρωµα για το άλλο, και τούτο για να είναι αποτελεσµατικότερη η αποµάκρυνση των τοξικών για το κύτταρο υποπροϊόντων. Η COMT µεταφέρει µεθυλοµάδα στην m υδροξυλοµάδα του κατεχολικού δακτυλίου και εντοπίζεται τόσο ενδο- όσο και εξωκυτταρικά. Η ΜΑΟ εδράζεται στην εξωτερική µεµβράνη του µιτοχονδρίου και απαµινώνει τα υποστρώµατά της µετατρέποντας τα σε ασταθή και ανενεργά 15
αλδεΰδικά παράγωγα, τα οποία στη συνέχεια καταβολίζονται µέσω δεϋδρογονασών και αναγωγασών στα αντίστοιχα οξέα και αλκοόλες. Η ΜΑΟ υπάρχει σε δύο µορφές, τη ΜΑΟ Α µε µεγαλύτερη συγγένεια για τη νορεπινεφρίνη και τη ΜΑΟ Β µε µεγαλύτερη συγγένεια για τη ντοπαµίνη (Reiner, 1994). Η επαναπρόσληψη των κατεχολαµινών στην προσυναπτκή απόληξη πραγµατοποιείται κατά βάση στο προσυναπτικό στοιχείο και διαµεσολαβείται από αντίστοιχο µεταφορέα ο οποίος ανήκει στην οικογένεια των µεταφορέων των νευροδιαβιβαστών. Στην οικογένεια αυτή ανήκουν οι µεταφορείς της ντοπαµίνης, της νορεπινεφρίνης, της σεροτονίνης, της γλυκίνης, του GABA, της ταυρίνης, της προλίνης, της µπεταίνης και της κρεατίνης καθώς και οι ορφανοί µεταφορείς για τους οποίους δεν έχει ακόµα ταυτοποιηθεί υπόστρωµα. Στην οικογένεια αυτή δεν ανήκει ο µεταφορέας της χολίνης (Masson et al., 1999). Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης, όπως και τα υπόλοιπα µέλη της οικογένειας, έχει Μ.Β. ~85kDa, το οποίο γίνεται ~60kDa µετά από ενζυµική αποµάκρυνση των γλυκοοµάδων, αποτελείται από ~620 αµινοξέα που διατρέχουν την κυτταρική µεµβράνη 12 φορές, µε το αµινοτελικό άκρο εξωκυτταρικά και το καρβοξυτελικό άκρο ενδοκυτταρικά, µε θέσεις γλυκοζιλύωσης στην µεγάλη εξωκυτταρική θηλειά µεταξύ 3 ης και και 4 ης διαµεµβρανικής περιοχής και θέσεις φωσφοριλύωσης στις ενδοκυτταρικές θηλείες. Ιδιαίτερα συντηρηµένες µεταξύ των µελών της οικογένειας των µεταφορέων των νευροδιαβιβαστών είναι οι διαµεµβρανικές περιοχές, ενώ η µεγαλύτερη ποικιλότητα παρατηρείται στην µεγάλη εξωκυτταρική θηλειά και στο Ν τελικό και C -τελικό άκρο. Ιδιαίτερα σηµαντικές για τη συγγένεια του µεταφορέα προς τα υποστρώµατά του είναι οι διαµεµβρανικές περιοχές 1-3 και 9-12, η γλυκοζυλίωση στη µεγάλη εξωκυτταρική θηλειά και η φωσφοριλύωση σε ενδοκυτταρικές θέσεις. Επίσης η πρόσληψη της ντοπαµίνης εξαρτάται από τις διαµεµβρανικές περιοχές 5-8, απαιτεί την παράλληλη είσοδο ιόντων Να + και έξοδο ιόντων Cl - σε αναλογία 1 µόριο νευροδιαβιβαστή/ 2 ιόντα Να + / 1 ιόν Cl - και εξαρτάται από τη λειτουργία της αντλίας ιόντων Να + / Κ +. ηλαδή ο µεταφορέας της ντοπαµίνης είναι τόσο µεταφορέας όσο και κανάλι ιόντων (Chen and Reith, 2000). Η δράση του µεταφορέα της ντοπαµίνης είναι σηµαντική για τη ρύθµιση της δράσης της ντοπαµίνης επί των υποδοχέων της, δεδοµένου ότι η επαναπρόσληψη καθορίζει το χρόνο έκθεσης των υποδοχέων στο νευροδιαβιβαστή της συναπτικής σχισµής. Ηλεκτρονική µικροσκοπία έδειξε ότι ο µεταφορέας της ντοπαµίνης δεν εντοπίζεται στην περιοχή της σύναψης αλλά εξωσυναπτικά, γεγονός που συµφωνεί µε 16
την ύπαρξη εξωσυναπτικά τοποθετηµένων υποδοχέων ντοπαµίνης (Yung et al., 1995) και µε την υπόθεση ότι η διάχυση της ντοπαµίνης είναι σηµαντικός παράγοντας για την αποµάκρυνσή της από τη συναπτική σχισµή αλλά και ένας ακόµα τρόπος εξωκυτταρικής µεταβίβασης σήµατος. Η παρακρινής δράση των κατεχολαµινών εντάσσεται στη γενικότερη υπόθεση της «διαβίβασης όγκου» στο ΚΝΣ η οποία αντιµετωπίζει τον εξωκυττάριο χώρο ως µια πλαστική δοµή και ενεργητικά συµµετέχουσα στη µεταβίβαση σήµατος (Hersch et al., 1997, Nirenberg et al., 1997). Η χρόνια ρύθµιση των επιπέδων του µεταφορέα της ντοπαµίνης φαίνεται πως καθορίζεται κυρίως από τα επίπεδα της εξωκυττάριας συγκέντρωσης της ντοπαµίνης, δηλαδή αυξάνονται όταν η εξωκυττάρια ντοπαµίνη αυξάνεται και αντιστρόφως (Zanisher and Doolen, 2001). Η οξεία, βραχυχρόνια, ρύθµιση του µεταφορέα της ντοπαµίνης είναι ένα σύνθετο φαινόµενο στο οποίο συµµετέχουν οι προσυναπτικοί υποδοχείς ντοπαµίνης D2, πρωτεϊνικές κινάσες και φωσφατάσες (Zanisher and Doolen, 2001) Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης είναι δυνατόν υπό ορισµένες συνθήκες να λειτουργεί µε αντίθετη φορά, δηλαδή να εξάγει τη ντοπαµίνη προς τον εξωκυττάριο χώρο. Η αντιστροφή του µεταφορέα της ντοπαµίνης έχει παρατηρηθεί µετά από κατάλληλο φαρµακολογικό χειρισµό, αλλά και όταν η κλίση συγκέντρωσης της ντοπαµίνης είναι υπέρ του κυτταροπλασµατικού κλάσµατος (Leviel, 2001). Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης έχει εντοπιστεί σε ντοπαµινεργικούς νευρώνες, και το mrna του ανιχνεύεται µόνο σε σώµατα ντοπαµινερικών νευρώνων. Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης παράγεται στους ντοπαµινεργικούς πυρήνες του µεσέγκεφάλου Α8 (οπίσθια ερυθρή περιοχή), Α9 (µέλαινα ουσία), Α10 (κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο), στους υποθαλαµικούς πυρήνες Α13 (αβέβαιη ζώνη), Α14 (περικοιλιακός πυρήνας) και Α15 (τοξοειδής πυρήνας) και στην κυτταρική οµάδα Α16 του οσφρητικού βολβού (Cerruti et al., 1993). Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης έχει εντοπιστεί στις απολήξεις των ντοπαµινεργικών νευρώνων στο ραβδωτό σώµα, στον επικλινή πυρήνα, στο οσφρητικό φύµα, στην ωχρά σφαίρα, στους πυρήνες της αµυγδαλής και στον εγκεφαλικό φλοιό (Ciliax et al., 1999) εν έχει εντοπιστεί σε ντοπαµινοδεκτικά κύτταρα, ούτε σε γλοία κύτταρα. Παρ ολ αυτά, πρόσληψη κατεχολαµινών σε γλοία κύτταρα έχει αναφερθεί στη βιβλιογραφία αλλά δεν έχει ακόµα εκτενώς µελετηθεί (Inazu et al., 1999). Ο µεταφορέας της ντοπαµίνης είναι στόχος πολλών νοοτρόπων και ψυχοτρόπων φαρµάκων, η δε συµµετοχή των ντοπαµινεργικών νευρώνων στο κύκλωµα των κοιλιακών βασικών γαγγλίων, αλλά και στη µεσοφλοιϊκή ντοπαµινεργική προβολή, 17
καθιστούν το µεταφορέα της ντοπαµίνης ένα πολύ ενδιαφέροντα στόχο φαρµακολογικών χειρισµών για την ίαση ασθενειών όπως η σχιζοφρένεια και η κατάθλιψη καθώς και για την απεξάρτηση από χηµικές ουσίες. Υποδοχείς ντοπαµίνης Η δράση της ντοπαµίνης µεσολαβείται από τους µεµβρανικούς υποδοχείς της. Οι υποδοχείς της ντοπαµίνης ανήκουν στην κατηγορία των µεταβοτροπικών υποδοχέων νευροδιαβιβαστών, των υποδοχέων δηλαδή που µετά την δέσµευση του συνδέτη επάγουν αλλαγές στα επίπεδα ενδοκυτταρικών µεταβολιτών. Οι µεταβολές αυτές προφανώς δεν πραγµατοποιούνται και ούτε ασκούν τη δράση τους για µικρό χρονικό διάστηµα της τάξεως των msec όπως συµβαίνει µε τους ιονοτροπικούς υποδοχείς, αλλά λαµβάνουν χώρα µετά από πάροδο µεγαλύτερου χρονικού διαστήµατος και διαρκούν για χρονικό διάστηµα της τάξεως των δεκάδων δευτερολέπτων έως ωρών. Έτσι, ένα ερέθισµα ασκεί τη δράση του σε χρονική στιγµή πολύ κατοπινή από τη στιγµή που εφαρµόζεται και για χρονικό διάστηµα µεγαλύτερο του χρονικού διαστήµατος εφαρµογής του, όντας για το κύτταρο ένα είδος µνήµης που ρυθµίζει συνολικά τις αποκρίσεις του στα επόµενα ερεθίσµατα. Οι µεταβοτροπικοί υποδοχείς ανήκουν στην οικογένεια των υποδοχέων µε επτά διαµεµβρανικές περιοχές. Πρόκειται για µία πολυπεπτιδική αλυσίδα µε το αµινοτελικό άκρο στον εξωκυττάριο χώρο και το καρβοξυτελικό άκρο ενδοκυτταρικά. Είναι γλυκοζιλυωµένη στο αµινοτελικό άκρο της, τροποποίηση σηµαντική για την είσοδο της πρωτεΐνης στην κυτταρική µεµβράνη. Επίσης είναι παλµιτιλυωµένη στο καρβοξυτελικό άκρο της, τροποποίηση που σταθεροποιεί την αλληλεπίδραση του µορίου µε την κυτταρική µεµβράνη και τη σύζευξή του µε τις G πρωτεΐνες. Ο νευροδιαβιβαστής δεσµεύεται σε µία «εσοχή» της πρωτεΐνης η οποία συγκροτείται από διαµεµβρανικά αµινοξέα των περιοχών 2, 3, 5 και 6. Σηµαντικά είναι δύο υπολλείµατα Asp στις διαµεµβρανκές περιοχές ΤΜ2 και ΤΜ3, δύο Ser στη διαµεµβρανική περιοχή ΤΜ5 και µία Phe στην ΤΜ6 που εµφανίζονται συντηρηµένα σε όλους τους υποδοχείς βιογενών αµινών και είναι σηµαντικά για την πρόσδεση αγωνιστών και την ενεργοποίηση των υποδοχέων (Waxham, 1999). Οι υποδοχείς της ντοπαµίνης διακρίνονται σε δύο οµάδες στους υποδοχείς της οµάδας D1 και της οµάδας D2. Η οµάδα D1 περιέχει τους υποδοχείς D 1 και D 5, αµφότεροι κωδικοποιούµενοι από γονίδια δίχως εσόνια και συνεπώς χωρίς δυνατότητα εναλλακτικού µατίσµατος. Η οµάδα D2 περιέχει τους υποδοχείς D 2, D 3 18
και D 4, όλοι κωδικοποιούµνεοι από γονίδια µε εσόνια γεγονός που παρέχει τη δυνατότητα πολλαπλών ισοµορφών. Πράγµατι οι D 2 υποδοχείς έχει διαπιστωθεί ότι διαθέτουν δύο ισοµορφές, τις D 2long και D 2short διαφέρουν στην τρίτη ενδοκυτταρική θηλειά και συνδέονται µε διαφορετικές ισοµορφές της Gα i υποµονάδας µε αποτέλεσµα ο υποδοχέας D 2short να παρουσιάζει µεγαλύτερη συγγένεια προς τη ντοπαµίνη και να προκαλεί µεγαλύτερη αναστολή του ενζύµου στόχου (Neve and Neve, 1997). Ιδιαίτερα πολυµορφικοί είναι και οι D 4 υποδοχείς στην τρίτη κυτταροπλασµατική θηλειά στην περιοχή αλληλεπίδρασης µε τη G-πρωτείνη (Oak et al., 2000) Κατανοµή των υποδοχέων ντοπαµίνης Οι υποδοχείς της οικογένειας D1 έχουν ευρύτερη και εντονότερη παρουσία στο ΚΝΣ συγκριτικά µε τους υποδοχείς της οικογένειας των D2 υποδοχέων. D1 υποδοχείς εντοπίζονται στο ραβδωτό σώµα, στον επικλινή πυρήνα, το οσφρητικό φύµα, στη µέλαινα ουσία, στο κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο αλλά και στον εγκεφαλικό φλοιό, µε υψηλότερα επίπεδα στον πρόσθιο φλοιό και χαµηλότερα στον οπτικό φλοιό. Στις περισσότερες περιοχές, οι D1 υποδοχείς εντοπίζονται µετασυναπτικά, δηλαδή η πρωτεΐνη συνεντοπίζεται µε το αντίστοιχο mrna. Εξαίρεση αποτελεί η µέλαινα ουσία, στην οποία οι D1 υποδοχείς εντοπίζονται στις αξονικές απολήξεις των προβολών του ραβδωτού σώµατος στη δικτυωτή µοίρα της µέλαινας ουσίας (Levey et al., 1993, Khan et al., 1998). Οι υποδοχείς της οικογένειας D2 εµφανίζουν υψηλά επίπεδα στο ραβδωτό σώµα, στον επικλινή πυρήνα, στο οσφρητικό φύµα, στη συµπαγή µοίρα της µέλαινας ουσίας, στο κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο, στη δικτυωτή µοίρα της µέλαινας ουσίας και στον εγκεφαλικό φλοιό. Οι D 2 υποδοχείς εντοπίζονται µετασυναπτικά δηλαδή σε ντοπαµινοδεκτικούς νευρώνες, προσυναπτικά στις αξονικές απολήξεις των ντοπαµινεργικών νευρώνων αλλά και στη σωµατοδενδριτική περιοχή των ντοπαµινεργικών νευρώνων (Levey et al., 1993, Khan et al., 1998). Οι D 3 υποδοχείς εντοπίζονται σε πολύ µικρό ποσοστό στο ραβδωτό σώµα και σε σηµαντικά επίπεδα στον επικλινή πυρήνα και στο οφρητικό φύµα, δηλαδή στην υποδιαίρεση του κοιλιακού ραβδωτού σώµατος. Επίσης D 3 υποδοχείς εντοπίζονται στην οδοντωτή έλικα και την CA1 περιοχή του ιπποκάµπου, στον εγκεφαλικό φλοιό στις στιβάδες IV και V και στη δικτυωτή µοίρα της µέλαινας ουσίας. Οι D 4 υποδοχείς εντοπίζονται στον πρόσθιο, τον κροταφικό, το βρεγµατικό και τον οπτικό φλοιό, στις 19
περισσότερες υποπεριοχές του ιπποκάµπου, στον επικλινή πυρήνα, και λιγότερο στο ραβδωτό σώµα, στο οσφρητικό φύµα και στη δικτυωτή µοίρα της µέλαινας ουσίας (Khan et al., 1998). Μεταβίβαση σήµατος µέσω υποδοχέων ντοπαµίνης Eίναι γνωστό ότι οι D1 υποδοχείς είναι συζευγµένοι µε Gs και Gοlf πρωτεΐνες ενώ οι D2 µε Gi/Go πρωτεΐνες, ευαίσθητες στην τοξίνη pertussis ή µε Gq/Gz που δεν εµφανίζουν ευαισθησία στην τοξίνη pertussis. Επίσης η συγγένεια των D1 υποδοχέων για τους αγωνιστές ρυθµίζεται αλλοστερικά από γουανοσινικά νουκλεοτίδια, φαινόµενο που δε χαρακτηρίζει συστηµατικά τους D2 υποδοχείς (Huff, 1997). Η πολυπλοκότητα των αποκρίσεων οφείλεται στην ποικιλία των υπότυπων των G πρωτεΐνών και των ενζύµων που επηρεάζονται από αυτές αλλά και από την ποικιλία των αλληλεπιδράσεων µεταξύ υποδοχέων, G πρωτεΐνών και ενζύµων τελεστών. Τέλος η εξακρίβωση του φυσιολογικού ρόλου των υποδοχέων ντοπαµίνης περιπλέκεται λόγω του συστήµατος µελέτης που επιλέγεται. Ο νευρικός ιστός περιέχει πολλούς τύπους κυττάρων και υποδοχέων που δεν επιτρέπουν την παρατήρηση µεµονοµένων µονοπατιών µεταβίβασης σήµατος. Οι κυτταρικές σειρές περιορίζουν αυτό το µειονέκτηµα χωρίς όµως να το εξαλείφουν µε αποτέλεσµα να λαµβάνονται διαφορετικά ή και αντιφατικά αποτελέσµατα ανάλογα µε τον υπό µελέτη κυτταρικό τύπο και φυσικά να µην είναι δυνατή η άµεση αντιστοίχιση µε τις in vivo συνθήκες. Παρά τις δυσκολίες της πειραµατικής προσσέγγισης, σήµερα είναι µάλλον βέβαιο ότι οι D1 υποδοχείς συζευγνύονται µε Gs ή Golf πρωτεΐνες οι οποίες διεγείρουν την αδενυλική κυκλάση που µετατρέπει το ΑΤΡ σε c-amp, αυξάνοντας τη συγκέντρωσή του στο κύτταρο (Kebabian et al., 1992). Είναι γνωστό ότι το c-amp ενεργοποιεί την πρωτεϊνική κινάση Α, η οποία µε τη σειρά της στοχεύει σε πολλούς ενδοκυτταρικούς στόχους. Έχει επίσης δειχθεί ότι οι D1 υποδοχείς κατά έναν c-amp-εξαρτώµενο αναστέλλουν τη σύνθεση του αραχιδονικού οξέος (Schinelli et al, 1994). Το αραχιδονικό οξύ (το οποίο παράγεται µέσω του ενζύµου φωσφολιπάση Α 2 µε µηχανισµούς που συχνά εµπλέκουν τις G-πρωτεΐνες) και οι µεταβολίτες του µπορούν να επηρεάζουν το άνοιγµα καναλίων Κ +, να αναστέλλουν την ενεργότητα της Ca +2 καλµοντουλίνης- εξαρτώµενης κινάσης ΙΙ και πιθανόν να δρουν ως αντίστροφα µηνύµατα σε διαδικασίες LTP. Έχει επίσης δειχθεί ότι οι D1 υποδοχείς επάγουν τη 20
σύνθεση της τριφωσφωρικής ινοσιτόλης η οποία συντίθεται από την φωσατίδυλοινοσιτόλη µέσω του ενζύµου φωσφολιπάση C, µε µηχανισµό ανεξάρτητο του c-amp (Undie and Friedman, 1990). Οι D 2 υποδοχείς αναστέλλουν την ενεργότητα της αδενυλικής κυκλάσης, επιφέροντας ελάττωση των επιπέδων του c-amp στα νευρικά κύτταρα. Η δράση αυτή των D 2 υποδοχέων αναστέλλεται από την τοξίνη pertussis, δηλαδή διαµεσολαβείται από Gi / o πρωτεΐνη. Επίσης οι D2 υποδοχείς αναστέλουν κανάλια Κ + µέσω G-πρωτεΐνης δίχως τη διαµεσολάβηση του c-αμρ επιφέροντας υπερπόλωση της µεµβράνης (Freedman and Wheight, 1988). Σχετικά µε τους D 3 υποδοχείς, δεν υπάρχουν αποσαφηνισµένες απόψεις για τη δράση τους σε νευρικό ιστό. Από πειράµατα σε κυτταρικές σειρές είναι γνωστό ότι οι D 3 υποδοχείς αναστέλλουν µε µέτρια απόδοση - τη σύνθεση του c-amp και ότι ενισχύουν µέτρια επίσης την ΑΤΡ-επαγόµενη απελευθέρωση του αραχιδονικού οξέος (Chio et al, 1994). Παρατηρήθηκε επίσης ότι οι D 3 υποδοχείς, συχνά λιγότερο από ότι οι D 2, αναστέλλουν την βασική και την Κ + -επαγόµενη απελευθέρωση ντοπαµίνης και ότι επάγουν, συχνά λιγότερο από ότι οι D 2, µιτογένεση η οποία είναι ευαίσθητη στην τοξίνη pertussis και στην οποία πιθανόν συµµετέχουν και κινάσες τυροσίνης. Γενικότερα, από τις µελέτες σε κυτταρικές σειρές διαπιστώνεται ότι οι D 3 υπoδοχείς έχουν παρόµοιο πρότυπο µεταβίβασης σήµατος σε σχέση µε τους D 2, αλλά η δράση τους είναι ασθενέστερη. Η δράση των D 4 υποδοχέων in vivo δεν έχει µελετηθεί εκτενώς. Οι περισσότερες µελέτες σε κυτταρικές σειρές έχουν δείξει ότι συζευγνύονται µε G-πρωτείνη ευαίσθητη στην τοξίνη pertussis, δηλαδή µε Gi/Go πρωτείνη, ελαττώνουν τα επίπεδα του του camp, ενισχύουν την ΑΤΡ-επαγόµενη απελευθέρωση του αραχιδινικού οξέος, προκαλούν το άνοιγµα καναλιών K + και προάγουν τη νευριτογένεση και τη µιτογένεση (Oak et al., 2000). Η δράση των D 4 υποδοχέων είναι πάροµοιας τάξεως ή και µεγαλύτερη εκείνης των D 3 υποδοχέων, πάντα βέβαια στις µελέτες των κυτταρικών σειρών. 21
Ηλεκτροφυσιολογική δράση της ντοπαµίνης Τα πειραµατικά δεδοµένα σχετικά µε την ηλεκτροφυσιολογία της ντοπαµίνης είναι περίπλοκα. Στο ντοπαµινεργικό µεσεγκέφαλο οι υποδοχείς της οικογένειας των D2 υποδοχέων εντοπίζονται στη σωµατοδενδριτική περιοχή των ντοπαµινεργικών νευρώνων και ασκούν ανασταλτικό έλεγχο στην ντοπαµινεργική νευροδιαβίβαση µέσω Go/Gi πρωτεΐνης ευαίσθητης στην τοξίνη pertussis (Innis and Aghajanian, 1987). Τοπικός ηλεκτρικός ερεθισµός σε φέτες εγκεφάλου ακολουθείται από ανασταλτικά µετασυναπτικά δυναµικά µέσω D 2 υποδοχέων οι οποίοι ελλατώνουν τη διεγερσιµότητα των ντοπαµινεργικών νευρώνων ανοίγοντας κανάλια Κ +. Στο ραχιαίο ραβδωτό σώµα είναι δύσκολο να διαπιστωθεί η δράση της ντοπαµίνης γιατί η παρουσία πολλαπλών διεγερτικών εισόδων, ανασταλτικών ενδονευρώνων και παράπλευρων απολήξεων δεν επιτρέπουν τη διάκριση µιας διεγερτικής δράσης από την άρση µιας αναστολής. Επίσης η ντοπαµίνη δεν είναι εύκολο να χαρακτηριστεί ως αµιγώς διεγερτικός ή ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής αλλά χαρακτηρίζεται ως ρυθµιστικός, η δράση του οποίου εξαρτάται εν πολλοίς από το δεδοµένο περιβάλλον στο οποίο βρίσκεται ο νευροδιαβιβαστής. Έτσι λοιπόν έχει δειχτεί ότι η ντοπαµίνη µέσω D1 υποδοχέων επιφέρει αναστολή στη διεγερσιµότητα των νευρώνων του ραβδωτού σώµατος ελαττώνoντας το πλάτος ρεύµατος Να + (Calabresi et al., 1987) και επιφέρει µια ταχεία αναστολή των Ν και Ρ ρευµάτων Ca +2 καθώς και µια βραδύτερη ενίσχυση των L ρευµάτων Ca +2 (Surmeier et al., 1992). Είναι όµως επίσης γνωστό ότι η ντοπαµίνη αναστέλλει τασεοεξαρτώµενα κανάλια K + µέσω D1 υποδοχέων, γεγονός που επιτρέπει την µετάβαση του νευρώνα από την υπερπολωµένη στην ενεργή κατάσταση (Kitai and Surmeier 1993). Οι Rutherford et al (1988) έδειξαν ότι ιοντοφορετική επίδραση της ντοπαµίνης ελαττώνει την υπερπόλωση που ακολουθεί µια σειρά προκλητών δυναµικών ενέργειας, έχει δηλαδή µια διεγερτική δράση στο ραβδωτό σώµα και υπέθεσαν ότι η ντοπαµίνη έχει την ικανότητα να ανεβάζει το κατώφλιο δυναµικό που πρέπει να υπερπηδηθεί προκειµένου να εκδηλωθεί δυναµικό ενέργειας (ανασταλτική επίδραση) αλλά απάξ και το κατώφλιο ξεπεραστεί η παρουσία της ντοπαµίνης ασκεί διεγερτικό έλεγχο. Παροµοίως, οι Cepeda et al (1993) έδειξαν ότι η ντοπαµίνη, µέσω D1 υποδοχέων, ενισχύει την εκπόλωση της µεµβράνης µετά από ιοντοφόρεση του NMDA και περιορίζει την εκπόλωση της µεµβράνης µετά από επίδραση µη-nmda αγωνιστών, ενώ µέσω D2 υποδοχέων ελαττώνει την εκπολωτική δράση τόσο των NMDA όσο και των µη-nmda υποδοχέων. 22
Για τους D2 υποδοχείς οι Calabresi et al (1988) δεν έδειξαν επίδραση της ντοπαµίνης στη διεγερσιµότητα των νευρώνων του ραβδωτού παρά µόνο εάν έχει προηγηθεί ντοπαµινεργική αποστέρηση του ραβδωτού σώµατος, οπότε επέρχεται υπερευαισθησία των υποδχέων D2. Οι Surmeier et al. (1992) έδειξαν την ύπαρξη D2- επαγόµενης διεγερτικής δράσης της ντοπαµίνης επί ρευµάτων Να + που διαµεσολαβείται πιθανά από τα ελαττωµένα επίπεδα του c-amp καθώς και την υπάρξη µιας ανασταλτικής δράσης της που πραγµατοποιείται από αµιγώς µεµβρανικούς µηχανισµούς. Οι Freedman και Weight, (1988, 1989) έδειξαν ότι η ντοπαµίνη αυξάνει την πιθανότητα ανοίγµατος ενός καναλιού Κ + και έδειξαν ότι πρόκειται για ανασταλτική δράση των D2 υποδοχέων. Οι Kitai και Surmeier (1993) έδειξαν ότι το αργό ανασταλτικό ρεύµα K + που αναστέλλεται από D1 υποδοχείς, αυξάνεται ελαφρώς από τους D2 υποδοχείς, γεγονός που υποστηρίζει την ανασταλτική δράση των D2 υποδοχέων. Επίσης έχει δειχθεί η προσυναπτική ανασταλτική δράση των D2 υποδοχέων επί της γλουταµινεργικής φλοιραβδωτής προβολής καθώς και η ανασταλτική επίδραση των D2 αυτοϋποδοχέων στην απελευθέρωση της ντοπαµίνης. Τέλος, η δράση της ντοπαµίνης στους πυραµιδικούς νευρώνες του εγκεφαλικού φλοιού είναι ασθενής και ποικίλουσα και δεν είναι εύκολο να διατυπωθεί µια σαφής άποψη για τη δράση της δεδοµένου ότι έχουν δηµοσιευτεί στοιχεία υπέρ της διεγερετικής ή διευκολυντικής δράσης της αλλά και υπέρ της ανασταλτικής επίδρασής της στους πυραµιδικούς νευρώνες του φλοιού (Law-Tho et al., 1994, Cepeda et al., 1992) Β. ΓΛΟΥΤΑΜΙΝΙΚΟ ΟΞΥ Οι υποδοχείς του γλουταµινικού οξέος διαµεσολαβούν τη συντριπτική πλειοψηφία της διεγερτικής νευροδιαβίβασης στο ΚΝΣ και είναι καθοριστικοί για την πλαστικότητα των συνάψεων, τις πορείες µνήµης και µάθησης του εγκεφάλου αλλά και την νευροτοξικότητα, τη νευροεκφύλιση και την επιληψία. Οι υποδοχείς του γλουταµινικού οξέος διακρίνοται σε δύο µεγάλες κατηγορίες: τους ιονοτροπικούς και τους µεταβοτροπικούς. Οι ιονoτροπικοί υποδοχείς είναι κανάλια κατιόντων αποτελούµενα από πολλαπλές υποµονάδες και διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες, τους υποδοχείς τύπου AMPA, τους υποδοχείς τύπου καϊνικού οξέος και τους υποδοχείς τύπου NMDA. Οι µεταβοτροπικοί υποδοχείς ανήκουν στην κατηγορία των υποδοχέων µε επτά διαµεµβρανικές περιοχές, συζευγνύονται µε G-πρωτεϊνες και 23
ρυθµίζουν τη σύνθεση ενδοκυτταρικών δευτερογενών µηνυµάτων (Ozawa et al., 1998). Υποδοχείς γλουταµινικού οξέος τύπου NMDA Οι υποδοχείς NMDA συγκροτούνται από τρεις κατηγορίες υποµονάδων: τις NR1, NR2 και NR3. Η οµάδα NR1 περιέχει την υποµονάδα NR1, η οµάδα NR2 περιλαµβάνει τις υποµονάδες NR2A, NR2B, NR2C, NR2D και η οµάδα NR3 την υποµονάδα NR3A. Οι υποµονάδες του NMDA υποδοχέα, και ιδιαίτερα οι NR1 υποµονάδες, υφίστανται εναλλακτικό µάτισµα µε αποτέλεσµα τη δηµιουργία πολλαπλών ισοµορφών και µεγάλης ποικιλίας υπότυπων NMDA υποδοχέων. Για τη συγκρότηση λειτουργικού υποδοχέα είναι απαραίτητη η παρουσία υποµονάδων NR1 και NR2A. Ο υποδοχέας είναι πενταµερής, περιλαµβάνει 2 υποµονάδες NR1 αλλά η ακριβής στοιχειοµετρία του δεν είναι εύκολο να αποσαφηνιστεί. Οι NR1 και NR2A υποµονάδες εντοπίζονται σε όλον τον εγκέφαλο αλλά η έκφραση των υπόλοιπων υποµονάδων είναι ιστοειδική: οι NR2B εκφράζονται στον πρόσθιο εγκέφαλο, οι NR2C στην παρεγκεφαλίδα και οι NR2D στο διεγκέφαλο και στο στέλεχος (Dingledine et al., 1999). Για την ενεργοποίηση του NMDA υποδοχέα είναι απραίτητη η δέσµευση τόσο του γλουταµικού οξέος (αγωνιστής) στις υποµονάδες NR2A και NR2B όσο και της γλυκίνης (συνενεργοποιητής) στην υποµονάδα NR1. Όταν όµως στον υποδοχέα NMDA είναι δεσµευµένο ιόν Mg +2 (σε υπολλείµατα Asn στο Μ2 διαµεµβρανικό τµήµα των υποµονάδων NR1, NR2A και NR2B) ο υποδοχέας δεν είναι διαβατός από το Ca +2 και συνεπώς δεν µεταβιβάζει την εξωκυττάρια πληροφορία. Προκειµένου το Ca +2 να διέλθει το κανάλι του NMDA υποδοχέα απαιτείται τόσο η δέσµευση σε αυτόν του αγωνιστή και συνενεργοποιητή όσο και η µερική εκπόλωση της µεµβράνης η οποία διασφαλίζει την αποµάκρυνση του Mg +2 από τον πόρο του καναλιού. ηλαδή ο NMDA υποδοχέας και η εισροή του Ca +2 διαµέσου αυτού εµφανίζουν διπλή εξάρτηση: από τον αγωνιστή και το µεµβρανικό δυναµικό (Dingledine et al., 1999). Ο NMDA υποδοχέας του γλουταµινικού οξέος, συγκριτικά µε τους άλλους ιονοτρόπους υποδοχείς του, παρουσιάζει την υψηλότερη χηµική συγγένεια για το γλουταµινικό οξύ, µε αποτέλεσµα οι συναπτικές συγκεντρώσεις του νευροδιαβιβαστή να αρκούν ώστε να ενεργοποιείται πλήρως ο υποδοχέας. Επίσης, ο NMDA υποδοχέας διακρίνεται για την αργή ενεργοποίησή του αλλά και την πολύ αργή απενεργοποίηση και απευαισθητοποίησή του, σε αντίθεση µε τους άλλους ιονοτρόπους υποδοχείς του 24
γλουταµινικού οξέος οι οποίοι απευαισθητοποιούνται πολύ ταχύτερα. Η υψηλή συγγένεια του γλουταµινικού για αυτόν επιτρέπει την παρατεταµένη δέσµευσή του, µε αποτελέσµα την επανενεργοποίηση του υποδοχέα πριν προλάβει να αποδεσµευτεί ο νευροδιαβιβαστής. Η νευροδιαβίβαση του γλουταµινικού οξέος µέσω του NMDA υποδοχέα είναι λοιπόν αργή αλλά ισχυρή και παρατεταµένη (Ozawa et al, 1998) Η εισροή του ασβεστίου µέσω του καναλιού του NMDA υποδοχέα είναι σηµαντική για τη µεταβίβαση σήµατος εντός του κυττάρου και για το φαινόµενο της µακροχρόνιας ενδυνάµωσης των συνάψεων που πιθανά αποτελεί το µοριακό υπόβαθρο της µνήµης και της µάθησης. Όµως παρατεταµένη εισροή ασβεστίου έχει τοξικές δράσεις και προκαλεί νευρικό τραυµατισµό και θάνατο. Η δράση του NMDA υποδοχέα ρυθµίζεται από µηχανισµούς απευαισθητοποίησής του, οι οποίοι ενεργοποιούνται µετά από παρατεταµένη δράση του γλουταµινικού οξέος, της γλυκίνης και το ασβεστίου (Ozawa et al., 1998). Η επίδραση του NMDA υποδοχέα του γλουταµινεργικού συστήµατος στο ντοπαµινεργικό σύστηµα στο κύκλωµα των βασικών γαγγλίων Η κοντινή παράθεση των γλουταµινερικών και των ντοπαµινεργικών απολήξεων στις ακάνθους των µεσαίου µεγέθους ακανθωτών νευρώνων του ραβδωτού σώµατος επιτρέπει την υπόθεση ότι το γλουταµινεργικό και το ντοπαµινεργικό σύστηµα είναι δυνατόν να αλληλεπιδρούν στο ραβδωτό σώµα. Μελέτες έχουν δείξει ότι το γλουταµινικό οξύ, σε χαµηλές συγκεντρώσεις, αυξάνει την απελευθέρωση της ντοπαµίνης µε µηχανισµό που εξαρτάται από το Ca +2, όχι όµως από την τετροδοτοξίνη (Cheramy et al., 1986, Romo et al., 1986). Σύµφωνα µε τις µελέτες αυτές το γλουταµινικό οξύ που ελευθερώνεται από τις φλοιραβδωτές γλουταµινεργικές απολήξεις ευνοεί την απελευθέρωση της ντοπαµίνης στο ραβδωτό σώµα µέσω ενός τοπικού µηχανισµού που εντοπίζεται στις τελικές νευρικές απολήξεις. Επίδραση υψηλότερων συγκεντρώσεων γλουταµικού οξέος έχει δειχτεί ότι αναστέλλει την απελευθέρωση της ντοπαµίνης κατά τρόπο ευαίσθητο στην τετροδοτοξίνη και στο GABA, και πιθανόν διαµεσολαβείται από GABA-εργικούς ενδονευρώνες. Επίδραση του ειδικού αγωνιστή NMDA επιφέρει αύξηση στην απελευθέρωση της ντοπαµίνης η οποία µάλιστα ευνοείται από τη γλυκίνη, την απουσία ιόντων Mg +2 (Krebs et al., 1989, Wang, 1991) και τους µουσκαρινικούς υποδοχείς της ακετυλοχολίνης (Woodward και Harms, 1992). Επίδραση ανταγωνιστών των NMDA 25
υποδοχέων έχει δειχθεί ότι ελλατώνει την απελευθέρωση της ντοπαµίνης (Whitton et al., 1992) αλλά και ενίοτε ότι την αυξάνει (Imperato et al., 1990). Σχετικά µε την εξάρτηση από την τετροδοτοξίνη της διεγερτικής δράσης του NMDA υποδοχέα στην απελευθέρωση της ντοπαµίνης, τα περισσότερα αποτελέσµατα δείχνουν ότι η δράση του ΝΜDΑ γενικά αναστέλλεται από την τετροδοτοξίνη, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι ενδονευρώνες του ραβδωτού σώµατος επίσης συµµετέχουν στο φαινόµενο αυτό (Whitton, 1997). Είναι επίσης πιθανό ότι το NMDA στο ραβδωτό σώµα αυξάνει το ρυθµό πυροδότησης του ντοπαµινεργικού νευρώνα (Overton και Clark, 1991, Marti et al., 2002). ηλαδή οι ΝΜDA υποδοχείς στο ραβδωτό σώµα είναι σε θέση να επηρεάζουν την απελευθέρωση της ντοπαµίνης που οφείλεται στην τοπική αλληλεπίδραση των γλουταµινερικών και των ντοπαµινεργικών απολήξεων (τονική απελευθέρωση, ανεξάρτητη της τετροδοτοξίνης) αλλά και την απελευθέρωση της ντοπαµίνης που οφείλεται σε πυροδότηση των ντοπαµινεργικών νευρώνων (φασική απελευθέρωση, εξαρτηµένη από την τετροδοτοξίνη). Το γλουταµινικό οξύ επίσης επιδρά στην απελευθέρωση της ντοπαµίνης στη σωµατοδενδριτική περιοχή των ντοπαµινεργικών νευρώνων αλλά και στο ρυθµό πυροδότησης αυτών. Γενικά, το γλουταµινικό οξύ αυξάνει τη σωµατοδενδριτική απελευθέρωση της ντοπαµίνης, το ρυθµό πυροδότησης και εκρηκτικής πυροδότησης των ντοπαµινεργικών νευρώνων είτε όταν εφαρµόζεται τοπικά στους ντοπαµινεργικούς νευρώνες είτε όταν απελευθερώνεται τοπικά µετά από ηλεκτρικό ερεθισµό των γλουταµινεργικών προσαγωγών οδών από τον υποθαλαµικό πυρήνα, τον εγκεφαλικό φλοιό και τον γεφυροσκελιαίο πυρήνα (Overton και Clark, 1997). Οι NMDA υποδοχείς διαµεσολαβούν στη δράση αυτή του γλουταµικού οξέος τόσο στη µέλαινα ουσία όσο και στο κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο. Πρέπει όµως να τονιστεί ότι το κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο αποκρίνεται ευκολότερα στην δράση του γλουταµικού συγκριτικά µε τη µέλαινα ουσία καθώς φαίνεται ότι στη µέλαινα ουσία εδράζονται περισσότερες GABA-εργικές ενδιαµέσες συνάψεις (Rice et al., 1997). 26
Γ. TΑ ΒΑΣΙΚΑ ΓΑΓΓΛΙΑ Με τον όρο βασικά γάγγλια εννοούµε ένα σύνολο εκ πρώτης όψεως ετερόκλητων δοµών, που όµως αποτελούν ένα λειτουργικό σύνολο. Πρόκειται για το ραβδωτό σώµα το οποίο συγκροτείται από τον κερκοφόρο πυρήνα και κέλυφος στα πρωτεύοντα ενώ αποτελεί ενιαία δοµή στα τρωκτικά, την έσω και έξω µοίρα της ωχράς σφαίρας (globus pallidus internal/external GPi, GPe), τον υποθαλαµικό πυρήνα (subthalamic nucleus, STN), τη δικτυωτή και τη συµπαγή µοίρα της µέλαινας ουσίας (substantia nigra pars reticulata/compacta, SNpr, SNpc). Κύρια είσοδος προς τα βασικά γάγγλια αποτελεί η διεγερτική προβολή από τον εγκεφαλικό φλοιό προς το ραβδωτό σώµα και τον υποθαλαµικό πυρήνα. Κύρια έξοδος από τα βασικά γάγγλια αποτελεί η ανασταλτική προβολή από τη δικτυωτή µοίρα της µέλαινας ουσίας και την έσω µοίρα της ωχράς σφαίρας (οι οποίες ονοµάζονται και πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων) προς το θάλαµο και την εξωπυραµιδική περιοχή του µεσεγκεφάλου. Ο υποθαλαµικός πυρήνας είναι τόσο πυρήνας εισόδου των βασικών γαγγλίων όσο και ενδιάµεσος σταθµός. Η έξω µοίρα της ωχράς σφαίρας είναι ενδιάµεσος σταθµός του κυκλώµατος. Το ραβδωτό σώµα έχει περίοπτη θέση στο κύκλωµα των βασικών γαγγλίων. Λαµβάνει διεγερτική είσοδο από τον εγκεφαλικό φλοιό και προβάλλει άµεσα και έµµεσα στους πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων. Η άµεση προβολή του ραβδωτού σώµατος είναι µια µονοσυναπτική προβολή από τους GABA-εργικούς νευρώνες εξόδου του ραβδωτού σώµατος στους GABA-εργικούς νευρώνες της δικτυωτής µοίρας της µέλαινας ουσίας και της έσω µοίρας της ωχράς σφαίρας και συνιστά την άµεση οδό των βασικών γαγγλίων. Η έµµεση προβολή του ραβδωτού σώµατος αποτελείται από την προβολή των GABA-εργικών νευρώνων εξόδου του ραβδωτού σώµατος στους GABA-εργικούς νευρώνες της έξω µοίρας της ωχράς σφαίρας ακολουθούµενη από την ανασταλτική προβολή αυτών προς τους διεγερτικούς νευρώνες του υποθαλαµικού πυρήνα. Οι νευρώνες του υποθαλαµικού πυρήνα συνάπτονται στους ανασταλτικούς νευρώνες των πυρήνων εξόδου των βασικών γαγγλίων. Το πολυσυναπτικό αυτό µονοπάτι αποτελεί την έµµεση οδό των βασικών γαγγλίων. Οι πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων αναστέλλονται από την άµεση προβολή του ραβδωτού σώµατος και διεγείρονται από την έµµεση προβολή. Οι πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων είναι ανασταλτικοί και προβάλλουν στο θάλαµο, τον οποίο αναστέλλουν. Άρα, η άµεση οδός έχει διεγερτική επίδραση στη θαλαµοφλοιική 27
προβολή σε αντίθεση µε την έµµεση οδό η δράση της οποίας επί της θαλαµοφλοιικής προβολής είναι ανασταλτική (Heimer et al, 1995). Το ραβδωτό σώµα Το ραβδωτό σώµα περιέχει GABA-εργικούς νευρώνες εξόδου (GABA: γ-αµινοβουτυρικό οξύ) και GABA-εργικούς, χολινεργικούς και σωµατοστατινεργικούς ενδονευρώνες. Οι GABA-εργικοί νευρώνες εξόδου (ακανθωτοί νευρώνες τύπου Ι) αποτελούν το 95% των νευρώνων του ραβδωτού σώµατος και χαρακτηρίζονται από το εκτεταµένο δενδριτικό πεδίο τους που εκτείνεται σε έκταση 200-500µm. Οι πρωτογενείς δενδρίτες τους είναι λείοι ενώ οι δευτερογενείς και οι τριτογενείς φέρουν ακάνθους. Επίσης τοπικές αξονικές παράπλευροι των νευρώνων αυτών συνάπτονται συµµετρικά µε το λαιµό των ακάνθων ή τους κλαδίσκους (shafts) των δενδριτών γειτονικών ακανθωτών νευρώνων του ιδίου τύπου. Οι ακανθωτοί νευρώνες τύπου Ι εκτός από το νευροδιαβιβαστή GABA περιέχουν και τους νευροτροποποιητές εγκεφαλίνη ή, δυνορφίνη και ουσία Ρ. Οι νευρώνες που περιέχουν το πεπτίδιο εγκεφαλίνη (ΕΝΚ) εκφράζουν κατά το πλείστον τον υποδοχέα ντοπαµίνης D2 και προβάλλουν στο GPe. Οι ακανθωτοί νευρώνες που παράγουν ουσία Ρ (SP) και δυνορφίνη (DYN) εκφράζουν κατά το πλείστον τον υποδοχέα ντοπαµίνης D1 και προβάλλουν στο GPi και στην SNpr. Στο ραβδωτό σώµα υπάρχουν επίσης νευρώνες εξόδου µε ελάχιστες ακάνθους που ονοµάζονται ακανθωτοί νευρώνες τύπου ΙΙ (Bolam et al., 1999). Όλοι οι ενδονευρώνες είναι µη ακανθωτοί. Οι GABA-εργικοί ενδονευρώνες δέχονται εξωγενώς διεγερτική και ενδογενώς ανασταλτική είσοδο. Συνάπτονται στους νευρώνες εξόδου και στους ενδονευρώνες. ιακρίνονται σε αυτούς που περιέχουν παρβαλβουµίνη (PV) και σε νευρώνες που περιέχουν calretinin (CR). Οι δενδρίτες των νευρώνων που περιέχουν PV συνδέονται µε χασµατοσυνδέσεις και για το λόγο αυτό θεωρείται ότι ενεργοποιούνται ταυτόχρονα µετά από διέγερση και αναστέλλουν ταυτόχρονα ένα µεγάλο αριθµό νευρώνων-στόχων. Η PV δεσµεύει το Ca +2 και παρουσιάζεται γενικότερα σε νευρώνες που έχουν συνεχείς υψίσυχνες πυροδοτήσεις όπως είναι οι νευρώνες της SNpr, οι δικτυωτοί θαλαµικοί νευρώνες, οι φλοιϊκοί ενδονευρώνες. Πιθανόν να αντιστοιχούν σε εκείνους τους νευρώνες του ραβδωτού σώµατος που διεγείρονται εύκολα µετά από χαµηλής έντασης προσαγωγό ερεθισµό. έχονται είσοδο από το φλοιό, το θάλαµο, τη SNpc, χολινεργικούς και άλλους PV νευρώνες. 28
Οι χολινεργικοί ενδονευρώνες δέχονται γλουταµινεργικές συνάψεις από τον εγκεφαλικό φλοιό καθώς και συνάψεις ανοσοθετικές για την υδροξυλάση της τυροσίνης (ΤΗ). Οι χολινεργικοί ενδονευρώνες συνάπτονται στους ακανθωτούς νευρώνες εξόδου µε πρότυπο παρόµοιο εκείνου των ντοπαµινεργικών απολήξεων και συνεπώς είναι πιθανή η αλληλεπίδραση µεταξύ DA και ACh σε µετασυναπτικό επίπεδο. Η πρόσω ρυθµιστική δράση τους πιθανόν να σχετίζεται µε τη χαµηλή τυχαία δραστηριότητα των ακανθωτών νευρώνων εξόδου. Επίσης, οι χολινεργικοί ενδονευρώνες είναι σηµαντικοί για την επαγωγή του φαινοµένου της µακροχρόνιας ενίσχυσης (LTP) της φλοιoραβδωτής σύναψης (Centonze et al., 1999). Στο ραβδωτό σώµα υπάρχουν επίσης ενδονευρώνες θετικοί για το ένζυµο συνθάση του µονοξειδίου του αζώτου (NOS). Oι NOS θετικοί ενδονευρώνες είναι δυνατό να συνεντοπίζονται µε το νευροπεπτίδιο Υ (ΝΡΥ) ή τη σωµατοστατίνη (SOM) αλλά και το ένζυµο αποκαρβοξυλάση του γλουταµικού οξέος (GAD). Οι ΝΟS-θετικοί ενδονευρώνες απελευθερώνουν ΝΟ, σωµατοστατίνη, ΝΡΥ και πιθανόν GABA. ιαθέτουν δηλαδή το µεγαλύτερο πληθυσµό νευροδιαβιβαστών και νευροτροποποιητών συγκριτικά µε τα υπόλοιπα κύτταρα του ραβδωτού σώµατος. Οι ΝΟS-θετικοί νευρώνες λαµβάνουν διεγερτική είσοδο από τον εγκεφαλικό φλοιό και έχουν σηµαντικό ρόλο στην επαγωγή του φαινοµένου της µακροχρόνιας αποδυνάµωσης (LTD) της φλοιοραβδωτής σύναψης (Kawaguchi et al., 1995). Η οργάνωση του ραβδωτού σώµατος έχει τρία χαρακτηριστικά: το διαχωρισµό, τη σύγκλιση και την απόκλιση (Parent and Hazrati, 1995). Πιο συγκεκριµένα µπορούµε να υποδιαιρέσουµε το ραβδωτό σώµα µε βάση τη λειτουργική εξειδίκευση των υποπεριοχών αυτού. Έτσι το ραβδωτό σώµα διακρίνεται σε κινητικό (motor), συνειρµικό (associative) και µεταιχµιακό (limbic). Στον επίµυ το κινητικό ραβδωτό σώµα καταλαµβάνει την πλευρική περιοχή του πυρήνα, το συνειρµικό ραβδωτό σώµα τη µέση περιοχή του πυρήνα ενώ το µεταιχµιακό ραβδωτό είναι το κοιλιακό ραβδωτό και ο επικλινής πυρήνας. Η σωµατοτοπία, δηλαδή η τοπογραφικά οργανωµένη προβολή του εγκεφαλικού φλοιού στο ραβδωτό σώµα, αποτελεί πρωτεύον γνώρισµα των βασικών γαγγλίων και είναι δυνατό να αποτελεί µια βάση για την ύπαρξη διακριτών, λειτουργικά διαφορετικών κυκλωµάτων στα βασικά γάγγλια, που εξασφαλίζει στη φλοιραβδωτή προβολή το χαρακτήρα της παράλληλης οργάνωσης και επεξεργασίας της πληροφορίας. Παράλληλα, το εκτετεταµένο δενδριτικό πεδίο των ακανθωτών νευρώνων τύπου Ι επιτρέπει στους νευρώνες εξόδου του ραβδωτού σώµατος να δέχονται συνάψεις από περιοχές του φλοιού σχετικώς αποµακρυσµένες 29
µεταξύ τους, και κατ αυτόν τον τρόπο να επέρχεται σύγκλιση πληροφορίας από διαφορετικές φλοιικές περιοχές και συνεπώς ολοκλήρωση φυσιολογικώς σχετιζόµενων παραµέτρων. Επιπλέον κάθε φλοιϊκή περιοχή είναι δυνατό να προβάλλει σε περισσότερες της µίας υποπεριοχές του ραβδωτού σώµατος, και κατά τον τρόπο αυτό η φλοιραβδωτή προβολή να εµφανίζει το γνώρισµα της απόκλισης. Τα φαινόµενα της σύγκλισης και της απόκλισης δίνουν τη δυνατότητα ολοκλήρωσης και µετασχηµατισµού της πληροφορίας από πολλαπλές περιοχές του φλοιού, γεγονός που ερευνάται σήµερα. Σχετικά µε την ανατοµία του ραβδωτού σώµατος και τη διακριτοποίησή του σε λειτουργικές υποµονάδες είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι το ραβδωτό σώµα, µε βάση τη χρώση ακετυλοχολινεστεράσης (AChE), διακρίνεται σε ελαφρώς χρωσµένες περιοχές που ονοµάζονται ραβδοσώµατα (striosomes) και σε ισχυρότερα χρωσµένες περιχές που τις περιβάλλουν, που αποτελούν το στρώµα (matrix). To στρώµα λαµβάνει είσοδο από την πλειοψηφία του εγκεφαλικού φλοιού και προβάλλει τόσο άµεσα όσο και έµµεσα στους πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων (Gpi, SNpr) σε αντίθεση µε τα ραβδοσώµατα που λαµβάνουν είσοδο από τον πρόσθιο µετωπιαίο φλοιό και προβάλλουν στην SΝpc, ανατοµικά γνωρίσµατα που ενισχύουν το χαρακτήρα του διαχωρισµού στα βασικά γάγγλια (Gerfen, 1992). Η ντοπαµινεργική προβολή Μία κύρια είσοδος προς το ραβδωτό σώµα είναι από τους ντοπαµινεργικούς πυρήνες του µεσεγκεφάλου. Οι ντοπαµινεργικοί πυρήνες του µέσου εγκεφάλου διακρίνονται από τους Fuxe και Dahlstrom στις περιοχές Α8, Α9 και Α10 ή αντίστοιχα οπίσθια ερυθρή περιοχή (retrorubral field), µέλαινα ουσία (substantia nigra) και κοιλιακό καλυπτρικό πεδίο (ventral tegmental area). Η προβολή των ντοπαµινεργικών νευρώνων στο ραβδωτό δεν είναι τυχαία. Το κινητικό ραβδωτό λαµβάνει είσοδο κυρίως από την πλευρική SNpc, το συνειρµικό ραβδωτό σώµα δέχεται είσοδο από τη µέση SNpc και το VTA ενώ το µεταιχµιακό ραβδωτό λαµβάνει κυρίως από τη VTA και µια µικρή συνδροµή από τη µέση SNpc. Η περιοχή Α8 προβάλλει και στις τρεις υποδιαιρέσεις του ραβδωτού σώµατος. Οι ντοπαµινεργικές απολήξεις στο ραβδωτό σώµα συνάπτονται κατά το µεγαλύτερο ποσοστό τους στους λαιµούς των ακάνθων, λιγότερο στους δενδριτικούς κλαδίσκους και ελάχιστα στο σώµα των µεσαίου µεγέθους ακανθωτών νευρώνων (Joel and Weiner, 2000) 30
Η σύνδεση ντοπαµινεργικών πυρήνων και ραβδωτού σώµατος είναι αµφίδροµη. Το µεταιχµιακό ραβδωτό σώµα προβάλλει στο VTA και στο ραχιαίο τµήµα της SNpc. Το κινητικό και το συνειρµικό ραβδωτό σώµα προβάλλουν στο κοιλιακό τµήµα της SNpc (το κινητικό στην πλάγια περιοχή της και το συνειρµικό στην µέση περιοχή της) καθώς και στο VTA. Και οι τρεις περιοχές προβάλλουν στην περιοχή Α8. Επίσης οι νευρώνες του ραβδωτού σώµατος προβάλλουν στους δενδρίτες των ντοπαµινεργικών κυττάρων της κοιλιακής µοίρας της SNpc που εκτείνονται στην SNpr καθώς και στους GABA-εργικούς νευρώνες της SNpr. Αν και η µεσοπλευρική οργάνωση των προβολών του ραβδωτού στην SNpr σε γενικές γραµµές διατηρείται, φαίνεται ότι στο επίπεδο των νευρώνων αυτής, πραγµατοποιείται σε κάποιο βαθµό σύγκλιση του κινητικού και του συνειρµικού ραβδωτού διότι οι δενδρίτες των κυττάρων της SNpr εκτείνονται στο ~40% της έκτασης του πυρήνα. Αντίθετα οι δενδρίτες της SNpc περιορίζονται τοπικά οπότε δεν αναµένεται στο επίπεδο αυτό να είναι δυνατή κάποιας µορφής σύγκλιση (Hedreen and DeLong, 1991). Η απελευθέρωση της ντοπαµίνης διακρίνεται στην τονική και την φασική, η πρώτη ανεξάρτητη της τετροδοτοξίνης και οφειλόµενη στην τοπική δράση των νευροδιαβιβαστών στις ντοπαµινεργικές απολήξεις και η δεύτερη εξαρτηµένη από την τετροδοτοξίνη και οφειλόµενη στην πυροδότηση των ντοπαµινεργικών νευρώνων και τελικά στην ισοροπία διεγερτικών και ανασταλτικών προβολών στη σωµατοδενδρτική περιοχή τους (Grace, 1991). Οι ντοπαµινεργικοί νευρώνες παρουσιάζουν ένα χαµηλής συχνότητας πρότυπο πυροδότησης που συχνά αποκαλείται τυχαία (spontaneous) πυροδότηση, επί της οποίας τίθεται ένα µεγαλύτερης συχνότητας πρότυπο πυροδότησης που συχνά αποκαλείται εκρηκτική πυροδότηση ή πυροδότηση κατά ριπές (burst firing). Η ρύθµιση της συχνότητας πυροδότησης των ντοπαµινεργικών νευρώνων δεν έχει ακόµα διαλευκανθεί πήρως είναι όµως γνωστό ότι το πρότυπο πυροδότησης κατά ριπές είναι µεγάλης φυσιολογικής σηµασίας για τους ντοπαµινεργικούς νευρώνες διότι θεωρείται ότι αντιπροσωπεύει την παρουσίαση στον οργανισµό ευχάριστων ή περίοπτων ερεθισµάτων ή αποροσδόκητων επιβραβεύσεων ή/και ότι προβλέπει επερχόµενες ανταµοιβές (Schultz, 1998). Η εµπλοκή του ντοπαµινεργικού συστήµατος σε αυτές τις διαδικασίες το καθιστούν στόχο ψυχοτρόπων φαρµάκων και ουσιών εθισµού αλλά και εν πολλοίς υπεύθυνο για ψυχικές και νοητικές διατραχές ασθενών µε ντοπαµινεργικές διαταραχές. 31