ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ «ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΡΑΠΕΖΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΕΛΛΗΝΩΝ ΠΑΡΚΙΝΣΟΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΥΡΕΣΗ ΝΕΩΝ ΚΑΙ ΓΝΩΣΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΩΝ ΤΟΥ ΓΟΝΙΔΙΟΥ NR4A2 ΚΑΙ Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΤΟΥΣ ΣΗΜΑΣΙΑ» ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΖΙΑΒΡΑ ΔΕΣΠΟΙΝΑ

ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Μητσάκου Αδαμαντία, Καθηγήτρια Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Πατρών Βασιλάτης Δημήτριος, Ερευνητής Γ Ίδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών Ακαδημίας Αθηνών Αθανασιάδου Αγλαΐα, Καθηγήτρια Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Πατρών Αγγελάτου Φεβρωνία, Καθηγήτρια Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Πατρών Μίντζας Αναστάσιος, Καθηγητής Τμήματος Βιολογίας Πανεπιστημίου Πατρών Γιομπρές Παναγιώτης, Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήματος Βιολογίας Πανεπιστημίου Πατρών Ταραβήρας Σταύρος, Αναπληρωτής Καθηγητής Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Πατρών

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η νόσος του Πάρκινσον (ΝΠ) είναι μια χρόνια, προοδευτική νευροεκφυλιστική νόσος του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος (ΚΝΣ). Τα πρωτογενή συμπτώματα της ΝΠ είναι ο τρόμος, η βραδυκινησία, η ακαμψία και η αστάθεια θέσης, που μαζί με την απόκριση του ασθενούς στην αγωγή της levodopa (L-dopa) αποτελούν και μέρος της κλινικής διάγνωσης της νόσου. Η χαρακτηριστική παθοφυσιολογία της ΝΠ, στην οποία στηρίζεται και η οριστική διάγνωση της νόσου, συνίσταται στην εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων της SNpc που συνοδεύεται από την εμφάνιση ενδοκυτταρικών πρωτεϊνικών συσσωματωμάτων, των σωματίων Lewy. Ολοένα και αυξανόμενα δεδομένα καταδεικνύουν ότι πολλές περιπτώσεις της νόσου Πάρκινσον προκαλούνται από γενετικές ανωμαλίες ή από απροσδιόριστες περιβαλλοντικές προσβολές που ενεργούν στα γενετικά προδιαθεμένα άτομα. Μέσα σε αυτά τα γονίδια που ενοχοποιούνται για την εμφάνιση της νόσου είναι και το γονίδιο Nurr1 (NR4A2). Το Nurr1 ανήκει στην υπο-οικογένεια NGFI-B (Nerve Growth Factor-Induced clone B) των ορφανών υποδοχέων. Εκφράζεται στους πυρήνες των κυττάρων του κεντρικού νευρικού συστήματος, και ιδιαίτερα στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες. Είναι σημαντικό μόριο για την ανάπτυξη καθώς και στην επιβίωση των ντοπαμινεργικών νευρώνων. Σε εγκεφάλους Παρκινσονικών ασθενών έχει διαπιστωθεί σημαντικά μειωμένη έκφραση του Nurr1 ειδικά στους νευρώνες της μέλαινας ουσίας με έγκλειστα α-συνουκλεΐνης ενώ έχουν εντοπιστεί και 5 διαφορετικές μεταλλάξεις σε ασθενείς της νόσου. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η δημιουργία Τράπεζας Δεδομένων Ελλήνων Παρκισονικών και ο εντοπισμός νέων ή των ήδη γνωστών μεταλλάξεων του γονιδίου του Nurr1 στον ελληνικό πληθυσμό καθώς και η λειτουργική ανάλυση των νέων αλλά και παλιών μεταλλάξεων και προσδιορισμός του μηχανισμού με τον οποίο οι μεταλλάξεις αυτές επηρεάζουν τα επίπεδα συγκέντρωσης mrna του Nurr1. Για τη δημιουργία τράπεζας πληροφοριών Ελλήνων Παρκινσονικών βασιστήκαμε αρχικά στις ήδη υπάρχουσες συλλογές δειγμάτων DNA και ιατρικών ιστορικών που έχουν συλλέξει η Δρ. Αθανασιάδου και ο Δρ. Χατζηγεωργίου. Αυτές οι συλλογές επαυξήθηκαν από επιπλέον δείγματα με πλήρη ιστορικά που συλλέχθηκαν από την Αθήνα (Αττικό Νοσοκομείο) (Δρ Στεφανής) καθώς και τις Κυκλάδες (Δρ.Μπόζη). Από την ανάλυση των δειγματών DNA που είχαν απομονωθεί από ασθενείς και μάρτυρες της Τράπεζας με τη μέθοδο SSCP

(Single-Strand Conformation Polymorphism) ανακαλύφθηκε μια καινούργια μετάλλαξη στο πρώτο εξώνιο (θέση που εντοπίζονται οι 4 από τις 5 γνωστές μεταλλάξεις του Nurr1) στη θέση -339 ενώ δεν εντοπίστηκαν στον υπό εξέταση πληθυσμό καμία από της ήδη 5 γνωστές μεταλλάξεις. Μελέτη των επιπέδων έκφρασης του Nurr1 με qpcr στα λεμφοκύτταρα του ασθενούς που φέρει την μετάλλαξη σε σύγκριση με τους υγιείς συγγενείς του (αδέρφια) δεν έδειξε να υπάρχει καμία αξιόλογη μεταβολή στα επίπεδα έκφρασης του Nurr1 μεταξύ των τριών δειγμάτων σε αντίθεση με μεταλλάξεις το γονιδίου αυτού σε άλλες θέσεις του εξωνίου 1. Για την μελέτη των επιπτώσεων της μετάλλαξης -339 στη λειτουργία του Nurr1 επιμολύναμε νευροβλαστικά κύτταρα SHSY- 5Y με πλασμίδια που έφεραν τις μεταλλάξεις -339 καθώς και τις ηδη γνωστές μεταλλάξεις (-291,-245,-223,-253) σε γενομικούς και cdna κλώνους του Nurr1 και μετρήσαμε τα επίπεδα της παραγόμενης λουσιφεράσης. Διαπιστώσαμε ότι όλες οι μεταλλάξεις επέφεραν μείωση των επιπέδων της λουσιφεράσης κατά περίπου δύο τρίτα σε σχέση με τον γενομικό κλώνο που έφερε το άγριου τύπου Nurr1. Τα αποτελέσματα αυτά έδειξαν για πρώτη φορά ότι η μετάλλαξη -339 όντως επηρεάζει την λειτουργία του Nurr1 και μάλιστα έχει την δυνατότητα να μεταβάλει τα επίπεδα ενεργοποίησης γονιδίων στόχων.

SUMMARY Parkinson s Disease (PD) is a chronic, progressive neurodegenerative disease of the central nervous system. The primary symptoms of PD is tremor, bradykinesia, rigidity and postural instability. These symptoms combined with the response of patient to levodopa (L-dopa) compose a part of clinical diagnose of the disease. The characteristic pathophysiology of PD, in which the final diagnose is based, is the neurodegeneration of dopaminergic neurons of substantia nigra followed by the appearance of endocellular protein aggregations, the Lewy bodies. Rising data demonstrate that many cases of PD patients provoked by genetic abnormalities or by indeterminate environmental insults which influences the genetic predisposed cases. One of the genes that is implicated in the apparition of the disease is Nurr1 (NR4A2). Nurr1 gene belongs in the sub-family of NGFI-B (Nerve Growth Factor-Induced clone B) of orphan receptors. It is expressed in the nucleus of cells of central nervous system, and particularly in the dopaminergic neurons. It is an important molecule for the development and the survival of dopaminergic neurons. In the brain of parkinsonian patients Nurr1 expression is reduced, particularly in the neurons of substantia nigra which have aggregations of a-synuclein, while five different mutations of the gene have been identified in PD patients. The purpose of these work was the creation of a Biobank of Greek PD patients and the discovery of new or already known mutations of Nurr1 in the Greek population and their functional analysis as well as the identification of the mechanism with whom the mutations influences the levels of Nurr1 mrna. In the beginning, for the creation of the Biobank we were based on the existing DNA and anamnesis of Dr. Athanasiadou and Dr. Hatzigeorgiou. These collections were compile with new samples and extended anamnesis from Attikon Hospital (Dr.Stefanis) and Cyclades (Dr. Bozi). From the analysis of DNA samples of control and patients of the Biobank with the SSCP (Single- Strand Conformation Polymorphism) method one new mutation of Nurr1 was discovered in the first exon of the gene in position -339 ( the exon where four from five known mutations are detected), while no known mutation has been found.

The study of the levels of Nurr1 expression with qpcr in the lymphocytes of the patient in comparison to his healthy family members showed no remarkable changes in the levels of Nurr1 expression of patient in contrast to what it happens with other mutations of the gene. For the study of the influence of mutation -339 in the function of Nurr1, neuroblastoma SHSY-5Y cells were transfected with plasmids which carry the mutation -339 or other known mutations of the gene (-291,-245,-223,-253) in genomic or cdna clones of Nurr1 and we measured the levels of luciferase. We observed that all the mutations reduced the levels of luciferase about 2/3 in comparison to genomic clone that carries the wild type Nurr1. The results showed for the first time that indeed the mutation -339 influences the function of Nurr1.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα Κεφάλαιο 1 : ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΓΑΓΓΛΙΩΝ: ΑΝΑΤΟΜΙΚΕΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΚΑΙ ΝΕΥΡΟΔΙΑΒΙΒΑΣΤΕΣ 1.1 Τα βασικά γάγγλια 1 1.1.1Νεοραβδωτό σώμα 1 1.1.2 Ωχρά σφαίρα 2 1.1.3 Υποθαλάμιος πυρήνας 3 1.1.4 Μέλαινα ουσία 3 1.2 Η μελαινοραβδωτή οδός 3 1.3 Οι κύριοι νευροδιαβιβαστές των βασικών γαγγλίων 4 1.4 Λειτουργική οργάνωση του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων 6 Κεφάλαιο 2 : Η ΝΟΣΟΣ ΠΑΡΚΙΝΣΟΝ 2.1 Γενικά 9 2.2 Κλινική περιγραφή της ΝΠ 10 2.3 Παθολογία της μελαινοραβδωτής οδού στη ΝΠ 11 2.4 Παθολογία των βασικών γαγγλίων στη ΝΠ 12 2.5 Μη ντοπαμινεργική παθολογία της ΝΠ 13 2.6 Η αιτιολογία της ΝΠ 13 2.6.1 Περιβαλλοντικοί παράγοντες 14 2.6.2 Γενετικοί παράγοντες 15 2.7 Πιθανοί νευροεκφυλιστικοί μηχανισμοί της ΝΠ 18 2.7.1 Το οξειδωτικό stress 18 2.7.2 Μιτοχονδριακή δυσλειτουργία 19 2.7.3 Ανώμαλη διαμόρφωση και συσσώρευση πρωτεϊνών 20 2.7.4 Η φλεγμονή στην παθογένεια της ΝΠ 21 Κεφάλαιο 3: ΤΟ ΓΟΝΙΔΙΟ NURR1 3.1 Γενικά 23 3.2 Δομή του γονιδίου Νurr1 23

3.2.1 Ο υποκινητής και τα στοιχεία ελέγχου της μεταγραφής του Νurr1 24 3.2.2. Η περιοχή πρόσδεσης του γονιδίου με το DNA (DBD) και με τους συνδέτες του (LBD) 25 3.3 Κατανομή του nurr1 στο κεντρικό νευρικό σύστημα 26 3.4 O ρόλος του Nurr1 στην ανάπτυξη του ντοπαμινεργικού συστήματος 26 3.5 Ο ρόλος του nurr1 στην παθογένεια της ΝΠ 28 3.5.1 Συσχέτιση του γονιδίου Nurr1 με την εμφάνιση της ΝΠ 28 3.5.2 Μειωμένη έκφραση του Nurr1 σε ασθενείς με ΝΠ 29 3.5.3 Τα επίπεδα έκφρασης του Nurr1 επηρεάζουν τη λειτουργικότητα του ντοπαμινεργικού συστήματος στα ποντίκια 30 3.5.4 Nurr1 και μοριακοί μηχανισμοί παθογένειας της ΝΠ 31 3.5.4.1 Το Nurr1 στο οξειδωτικό stress και τη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία 31 3.5.4.2 Το Nurr1 στην πρωτεϊνική τοξικότητα 32 3.5.4.3. Το Nurr1 και φλεγμονώδη αντίδραση 33 ΣΚΟΠΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 34 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ 35 4.1 Δημιουργία Τράπεζας Πληροφοριών Ελλήνων Παρκινσονικών 36 4.2 Γενετική ανάλυση των δειγμάτων 44 4.2.1 Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης 44 4.2.2 SSCP 45 4.3 Κατασκευή γενωμικών και cdna κλώνων που φέρουν μεταλλάξεις του εξωνίου 1 48 4.3.1 Γενωμικοί κλώνοι 48 4.3.2 cdna κλώνοι 49 4.4 Κυτταρικές καλλιέργειες 50 4.4.1 Κυτταρικές σειρές 50 4.4.2 Παροδική επιμόλυνση (transient transfection) κυττάρων 51 4.4.3 Απομόνωση κυτταρικών εκχυλισμάτων 52 4.4.4 Μέτρηση δραστικότητας λουσιφεράσης και β-γαλακτοσιδάσης 52 4.4.5 Απομόνωση RNA από κυτταρικές σειρές 53 4.4 Αντίδραση αντίστροφης μεταγραφής 53

4.5 Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης πραγματικού χρόνου (qreal time pcr) 54 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 5.1 Βάση Δεδομένων Ελλήνων Παρκινσονικών 56 5.2 Πειραματικός σχεδιασμός γενετικών αναλύσεων 60 5.3 Εντοπισμός νέων ή των ήδη γνωστών μεταλλάξεων του εξονίου 1 του γονιδίου του Nurr1 στον ελληνικό πληθυσμό 62 5.4 Επιπτώσεις της μετάλλαξης -339 στα λεμφοκύτταρα 66 5.5 Προσδιορισμός του μηχανισμού με τον οποίο οι μεταλλάξεις επηρεάζουν τα επίπεδα συγκέντρωσης mrna του Nurr1 σε ντοπαμιεργικά κύτταρα 67 5.6 Μελέτη της επίδρασης των μεταλλάξεων στα επίπεδα συγκέντρωσης mrna του Nurr1 68 5.7 Μελέτη των μοριακών μηχανισμών μείωσης των επιπέδων συγκέντρωσης του Nurr1 mrna 70 5.7.1 Επίδραση των μεταλλάξεων στον χρόνο ημιζωής του mrna του Nurr1 71 ΣΗΖΗΤΗΣΗ 6.1 Βιοτράπεζα Ελλήνων Παρκινσονικών 73 6.2 Ηλικία έναρξης της νόσου Πάρκινσον σε Έλληνες ασθενείς 74 6.3 Γενετικές αναλύσεις για το Nurr1, εύρεση της μετάλλαξης -339 75 6.4 Η διεισδυτικότητα της μετάλλαξης -339 76 6.5 Επιπτώσεις της μετάλλαξης -339 στα λεμφοκύτταρα 77 6.6 Λειτουργικές επιπτώσεις της μετάλλαξης -339 σε κυτταροκαλλιέργειες 78 6.7 Μοριακός μηχανισμός μείωσης του Nurr1 mrna λόγω της μετάλλαξης -339 80

6.8 Συμπεράσματα 81 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 83

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια 1. ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΓΑΓΓΛΙΩΝ: ΑΝΑΤΟΜΙΚΕΣ ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ ΚΑΙ ΝΕΥΡΟΔΙΑΒΙΒΑΣΤΕΣ 1.1 Τα βασικά γάγγλια Τα βασικά γάγγλια αποτελούν ένα σύνολο υποθαλάμιων εγκεφαλικών δομών, που λειτουργούν ως κύκλωμα, το οποίο παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της κίνησης. Τα βασικά γάγγλια παρεμβάλλονται λειτουργικά μεταξύ του φλοιού και του θαλάμου, όπου επεξεργάζονται την πληροφορία που δέχονται από το φλοιό και την επαναδιοχετεύουν στο φλοιό μέσω Εικόνα 1 : Απεικόνιση των τμημάτων των του θαλάμου. Με τον τρόπο αυτό, βασικών γαγγλίων ασκούν σημαντική ρυθμιστική δράση στην έναρξη της κίνησης, ενώ συμμετέχουν και σε μηχανισμούς επιδιόρθωσης των κινήσεων, ενισχύοντας την επιθυμητή και καταστέλλοντας την ανεπιθύμητη συμπεριφορά (Lawrence, 2000). Τα βασικά γάγγλια περιλαμβάνουν 4 πυρήνες: το νεοραβδωτό σώμα (neostriatum Str), την ωχρά σφαίρα που υποδιαιρείται στην έξω μοίρα (Globus Pallidus external Gpe) και την έσω μοίρα (Globus Pallidus internal), τον υποθαλάμιο πυρήνα (Subthalamic nucleus STN) και τη μέλαινα ουσία (SN) που περιλαμβάνει 2 κύριες υποδιαιρέσεις: τη συμπαγή μοίρα (Substantia Nigra pars compacta - SNpc) και τη δικτυωτή μοίρα (Substantia Nigra pars rericulata SNpr) που βρίσκεται κοιλιακά της συμπαγούς μοίρας (εικόνα 1). 1.1.1 Νεοραβδωτό σώμα Το νεοραβδωτό σώμα λαμβάνει διεγερτική είσοδο από τον εγκεφαλικό φλοιό και προβάλλει στους πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων. Αποτελείται από τον κερκοφόρο πυρήνα (caudate nucleus) και το κέλυφος (putamen), που στα τρωκτικά εμφανίζεται ως μία ανατομικά ομοιογενής δομή. 1

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια Το ραβδωτό σώμα αποτελείται κυρίως από GABAεργικούς νευρώνες εξόδου (GABA: γ-αμινοβουτυρικό οξύ) που δέχονται ντοπαμινεργική και γλουταμινεργική νεύρωση από το φλοιό, και GABAεργικούς ενδονευρώνες που δέχονται νεύρωση από το φλοιό, τη SNpc και το θάλαμο, ενώ συνάπτονται με τους νευρώνες εξόδου και τους άλλους ενδονευρώνες του ραβδωτού σώματος. Στο ραβδωτό συναντώνται επίσης χολινεργικοί και σωματοστατινεργικοί ενδονευρώνες που δέχονται γλουταμινεργική είσοδο απο το φλοιό. Τέλος, έχει παρατηρηθεί ότι το ραβδωτό σώμα περιέχει και ντοπαμινεργικούς νευρώνες (Betarbet et al., 1997). Με βάση τη λειτουργική εξειδίκευση το ραβδωτό σώμα διακρίνεται σε τρεις υποπεριοχές : το κινητικό (motor), το συνειρμικό (associative) και το μεταιχμιακό (limbic) ραβδωτό. Ανατομικά το ραβδωτό διακρίνεται με βάση τη χρώση της ακετυλοχολινεστεράσης σε ελαφρώς χρωσμένες περιοχές, που ονομάζονται ραβδοσώματα (striosomes), και σε ισχυρότερα χρωσμένες περιοχές που αποτελούν το στρώμα (matrix). 1.1.2 Ωχρά σφαίρα Όπως έχει προαναφερθεί, στα πρωτεύοντα, η ωχρά σφαίρα διαιρείται στην έσω και έξω ωχρά σφαίρα ενώ στα τρωκτικά η έσω και έξω ωχρά σφαίρα αντικαθιστάτε από τον ενδοσκελιαίο πυρήνα και την ωχρά σφαίρα. Οι κύριοι ενδονευρώνες είναι GABAεργικοί. Η έσω ωχρά σφαίρα παίζει κεντρικό ρόλο στην έξοδο των μηνυμάτων του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων προς τον θάλαμο και τελικά προς τον κινητικό φλοιό. Μαζί με την δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας, με την οποία εμφανίζει πολλές ιστολογικές άλλα και λειτουργικές ομοιότητες, αποτελούν την κύρια έξοδο του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. Κύρια περιοχή προβολής του πυρήνα είναι ο προσθοκοιλιακός και οπισθοκοιλιακός θάλαμος και τελικά ο κινητικός φλοιός. Άλλες περιοχές προβολείς είναι ο παραδεσμικός θαλαμικός πυρήνας, τα πλάγια ηνία και ο σκελογεφυρικός πυρήνας. Η έξω ωχρά σφαίρα έχει νευρώνες που χρησιμοποιούν ως κύριο νευροδιαβιβαστή το GABA, το οποίο συνεντοπίζεται με την εγκεφαλίνη, και προβάλλουν σε ένα μεγάλο αριθμό δομών που εντοπίζονται μέσα στο κύκλωμα των βασικών γαγγλίων. Έτσι κύριοι στόχοι των νευρώνων της εξω ωχράς σφαίρας είναι: ο υποθαλάμιος πυρήνας, η συμπαγής μοίρα της μέλαινας ουσίας, ο ενδοσκελιαίος πυρήνας, σκελογεφυρικός πυρήνας και ο δικτυωτός θαλαμικός πυρήνας 2

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια 1.1.3 Υποθαλάμιος πυρήνας Αποτελεί τον μοναδικό γλουταμινεργικό πυρήνα του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. Προβάλλει κυρίως στον πυρήνα εξόδου των βασικών γαγγλίων (δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας και την έσω ωχρά σφαίρα) και στην έξω ωχρά σφαίρα. Επιπρόσθετοι στόχοι του πυρήνα είναι το ραβδωτό σώμα, ο κινητικός φλοιός και η συμπαγής μοίρα της μέλαινας ουσίας. 1.1.4 Μέλαινα ουσία Η μέλαινα ουσία (SN) υποδιαιρείται σε συμπαγή μοίρα (Substantia Nigra pars compacta - SNpc) και δικτυωτή μοίρα (Substantia Nigra pars rericulata SΝpr). Στην SNpc περιλαμβάνονται τα σώματα των ντοπαμινεργικών νευρώνων που προβάλλουν στο ραβδωτό σώμα και σχηματίζουν τη μελαινοραβδωτή οδό, ενώ οι δενδρίτες των ντοπαμινεργικών κυττάρων της SNpc εκτείνονται στη SNpr. Η SN διακρίνεται επιπλέον σε κοιλιακό και ραχιαίο κέρας, ενώ ανάλογα με το βαθμό παρουσίας της καλβινδίνης διαχωρίζεται στο στρώμα που είναι πλούσιο σε καλβιδίνη και στα μελαινοσώματα που είναι φτωχά σε καλβιδίνη. Τα μελαινοσώματα εγκλείονται στο σώμα, σε μια διάταξη παρόμοια με τη διάταξη του σώματος και των ραβδοσωμάτων του νεοραβδωτού (Holt et al., 1997). 1.2 Η μελαινοραβδωτή οδός Η μελαινοραβδωτή οδός αποτελεί μέρος του συστήματος των βασικών γαγγλίων και χαρακτηρίζεται από πολύπλοκη τοπογραφική οργάνωση. Πιο αναλυτικά, το πλευρικό τμήμα της SNpc νευρώνει το κινητικό ραβδωτό, ενώ τα πιο μεσαία τμήματα της SNpc προβάλλουν στο συνειρμικό ραβδωτό σε συνδυασμό με ντοπαμινεργικές ίνες από την κοιλιακή καλύπτρα (Ventral Tegmental Area VTA). Το μεταιχμιακό ραβδωτό νευρώνεται κυρίως από τη VTA και σε μικρότερο βαθμό από τη SNpc. Ο ερυθροειδής πυρήνας προβάλλει και στις 3 λειτουργικές υποδιαιρέσεις του ραβδωτού σώματος. Τέλος, προβολές τόσο από το κοιλιακό όσο και από το ραχιαίο κέρας της SN καταλήγουν στην ωχρά σφαίρα και στις 2 μοίρες της (Prensa et al., 2000). 3

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια Οι συνδέσεις στη μελαινοραβδωτή οδό είναι αμφίδρομες. H SNpc δέχεται ανασταλτική GABAεργική νεύρωση απο το ραβδωτό σώμα και την ωχρά σφαίρα. Το μεταιχμιακό ραβδωτό προβάλλει στη VTA και στο ραχιαίο τμήμα της SNpc, ενώ το κινητικό και συνειρμικό ραβδωτό προβάλλουν στο κοιλιακό τμήμα της SNpc, στα πλευρικά και μεσαία τμήματά του αντίστοιχα. Η SNpc δέχεται επίσης γλουταμινεργική νεύρωση από το μέσο προκινητικό φλοιό και τον υποθαλάμιο πυρήνα. Οι ντοπαμινεργικοί νευρώνες της μέλαινας ουσίας δέχονται επίσης σεροτονινεργικές προβολές από τους μεσαίους και ραχιαίους πυρήνες της ραφής (Hauber, 1998). Η SNpr περιλαμβάνει GABAεργικούς νευρώνες και νευρώνει τον πλευροκοιλιακό και τον πρόσθιο κοιλιακό πυρήνα του θαλάμου. Οι νευρώνες της SNpr δέχονται ανασταλτική GABAεργική νεύρωση κυρίως από το ραβδωτό σώμα (Chevalier and Deniau, 1990), αλλά και απο την ωχρά σφαίρα (Smith et al., 1989) και από τον επικλινή πυρήνα (Deniau et al., 1994). Η SNpr δέχεται επίσης και γλουταμινεργική νεύρωση απ από ο τον υποθαλάμιο πυρήνα, (Blandini et al., 1995). 1.3 Οι κύριοι νευροδιαβιβαστές των βασικών γαγγλίων Η ηλεκτρική διέγερση που φτάνει στο νευράξονα οδηγεί στην απελευθέρωση συγκεκριμένων νευροδιαβιβαστών από τον προσυναπτικό νευρώνα στο συναπτικό κενό, όπου ενεργοποιούν τους ανάλογους υποδοχείς του μετασυναπτικού νευρώνα. Με αυτόν τον τρόπο η ηλεκτρική ώση μετατρέπεται σε χημική. Η αντίδραση του μετασυναπτικού κυττάρου στον νευροδιαβιβαστή εξαρτάται από τους υποδοχείς που υπάρχουν στη μεμβράνη του. Οι νευροδιαβιβαστές παράγονται από τους ίδιους τους νευρώνες με τη βοήθεια ενζύμων και συγκεντρώνονται σε συναπτικά κυστίδια, τα οποία απελευθερώνονται μέσω εξωκυττάρωσης. Η ντοπαμίνη είναι ένας νευροδιαβιβαστής της οικογένειας των κατεχολαμινών και όπως έχει αναφερθεί η μείωση των επιπέδων του νευροδιαβιβαστή αυτού οδηγεί στην εμφάνιση της ΝΠ αλλά και σε άλλες διαταραχές. Συντίθεται από το αμινοξύ τυροσίνη το οποίο μετατρέπεται σε L-δινδροξυφαινυλαλαμίνη (L-DOPA) από την υδροξυλάση της Τυροσίνης (ΤΗ), και στη συνεχεία αποκαρβοξυλιώνεται από την αποκαρβοξυλάση της L-DOPA (AADC) σε ντοπαμίνη. Η κυτταροπλασματική 4

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια ντοπαμίνη συσκευάζεται σε κυστίδια που απελευθερώνονται στη συναπτική σχισμή με εξωκύττωση από τους ενεργοποιημένους ντοπαμινεργικούς νευρώνες. Η απομάκρυνση της ντοπαμίνης από τη σύναψη προκειμένου να τερματιστεί η δράση της καθώς και η επαναπρόσληψή της επιτελείται από το μεταφορέα της ντοπαμίνης (DAT), ενώ ο καταβολισμός της ντοπαμίνης καταλύεται από 2 ένζυμα, τη μονοαμινοοξειδάση (MAO) και την Ο-μεθυλοτρανσφεράση των κατεχολαμινών (COMT) (Reiner, 1994). Η ντοπαμίνη ασκεί τη δράση της μέσω της δέσμευσης της σε μεμβρανικούς υποδοχείς των μετασυναπτικών νευρώνων. Οι υποδοχείς της ντοπαμίνης ανήκουν στην κατηγορία των μεταβοτροπικών υποδοχέων νευροδιαβιβαστών. Η φύση των υποδοχέων αυτών καθορίζει και την αργή δράση της ντοπαμίνης, το αποτέλεσμα της οποίας εμφανίζεται αρκετά αργότερα και για μεγαλύτερο διάστημα από το χρόνο δράσης της Εικόνα 2: Μεταβολισμός της ντοπαμίνης. (Lee et al., 2005). Οι υποδοχείς της ντοπαμίνης διακρίνονται λειτουργικά σε 2 μεγάλες κατηγορίες, τους υποδοχείς της ομάδας D1 και τους υποδοχείς της ομάδας D2. Οι υποδοχείς της ομάδας D1 εντοπίζονται κατά κανόνα μετασυναπτικά σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου (Khan et al., 1998) ενώ οι υποδοχείς της ομάδας D2 εντοπίζονται μετασυναπτικά ή προσυναπτικά στο ραβδωτό σώμα, τον επικλινή πυρήνα, τη μέλαινα ουσία, την κοιλιακή καλύπτρα και το φλοιό. Η ντοπαμίνη προκαλεί τόσο διεργετική όσο και ανασταλτική νευροδιαβίβαση, γι' αυτό δεν μπορεί να χαρακτηριστεί ως ένα αμιγώς διεγερτικός ή ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής, αλλά ως ένα ρυθμιστικό μόριο, η συμπεριφορά του οποίου εξαρτάται από το περιβάλλον στο οποίο δρα. Επίσης σημαντικοί νευροδιαβιβαστές των βασικών γαγγλίων είναι το γ- Αμινοβουτυρικό οξύ (GABA) και το γλουταμικό οξύ. Το γ-αμινοβουτυρικό οξύ (GABA) αποτελεί τον κύριο ανασταλτικό νευροδιαβιβαστή του ΚΝΣ. Η λειτουργικότητα των GABA ενεργών συνάψεων 5

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια καθορίζεται από τη δράση του GABA στους μετασυναπτικούς υποδοχείς του. Οι υποδοχείς του GABA διακρίνονται σε 2 κύριες κατηγορίες, τους GABA A και GABA B. Οι υποδοχείς GABA A είναι υπεύθυνοι για την άμεση ανασταλτική νευροδιαβίβαση που επιτελείται από τους GABA A υποδοχείς, ενώ οι GABA B υποδοχείς είναι υπεύθυνοι για το αργό και μακροχρόνιο ανασταλτικό δυναμικό. Αντίθετα το γλουταμικό οξύ αποτελεί τον κύριο διεγερτικό νευροδιαβιβαστή του εγκεφάλου. Η ποικίλη δράση του οφείλεται στη δέσμευσή του από τους διαφόρους υποδοχείς του, οι οποίοι παίζουν σημαντικό ρόλο στην πλαστικότητα των συνάψεων, τη μνήμη και τη μάθηση, ενώ εμπλέκονται επίσης στη νευροτοξικότητα και τη νευροεκφύλιση. 1.4 Λειτουργική οργάνωση του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων Ο ρόλος των βασικών γαγγλίων στη ρύθμιση της κίνησης καθορίζεται από την επικοινωνία τους με τον εγκεφαλικό φλοιό. Το ραβδωτό σώμα λειτουργεί ως είσοδος στο κύκλωμα των βασικών γαγγλίων και δέχεται γλουταμινεργική διεγερτική νεύρωση απευθείας από το φλοιό (Kemp και Powell, 1971). Η GPi και η SNpr αποτελούν τις δομές εξόδου των βασικών γαγγλίων προβάλλοντας ανασταλτικές GABAεργικές ίνες στο θάλαμο, από όπου γλουταμινεργικές διεγερτικές ίνες καταλήγουν τελικά στον κινητικό φλοιό. Οι οδοί μετάδοσης της πληροφορίας από το ραβδωτό προς τους πυρήνες εξόδου είναι δυο: η άμεση και η έμμεση (εικόνα 3). Τόσο η άμεση, όσο και η έμμεση οδός ενεργοποιούνται από τους γλουταμινεργικούς νευρώνες του φλοιού που προβάλλουν στο ραβδωτό σώμα, ενώ οι 2 οδοί ασκούν αντίθετη ρυθμιστική δράση στη ροή της πληροφορίας από το κύκλωμα των βασικών γαγγλίων προς τον κινητικό φλοιό. Το άμεσο μονοπάτι πιστεύεται πως εμπλέκεται στον έλεγχο των λεπτών κινήσεων, ενώ το έμμεσο μονοπάτι έχει τον γενικότερο έλεγχο της κινητικής λειτουργίας, παρεμποδίζοντας τις ανεπιθύμητες κινήσεις (Stefani et al., 1995; Surmeier, 2011). Στην άμεση οδό οι GABAεργικοί νευρώνες του ραβδωτού που φέρουν D1 υποδοχείς ντοπαμίνης προβάλλουν απευθείας στη GPi και στη SNpr. Η ενεργοποίηση της άμεσης οδού αναστέλλει τους GABAεργικούς νευρώνες των πυρήνων εξόδου των βασικών γαγγλίων που προβάλλουν στο θάλαμο και έτσι ενεργοποιούνται οι θαλαμοφλοιϊκοί νευρώνες με αποτέλεσμα να επιτελείται 6

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια η κίνηση. Στην έμμεση οδό, οι GABAεργικοί νευρώνες του ραβδωτού, που φέρουν D2 υποδοχείς ντοπαμίνης, προβάλλουν στη GPe, η οποία στέλνει ανασταλτικές Εικόνα 3: Συνοπτική απεικόνιση της άμεσης και έμμεσης οδού στο κύκλωμα των βασικών γαγγλίων. Η άμεση οδός από το ραβδωτό σώμα καταλήγει στην έσω μοίρα της ωχράς σφαίρας (GPi) και την δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας (SNr). H έμμεση οδός ξεκινά από το ραβδωτό σώμα προς την έξω μοίρα της ωχράς σφαίρας (GPe) στην συνέχεια τον υποθαλάμιο πυρήνα (STN) και από εκεί προς τους πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων, GPi και SNpr. Η άμεση οδός οδηγεί σε διέγερση ενώ η έμμεση σε αναστολή του θαλάμου και κατά συνέπεια της κίνησης. GABAεργικές ίνες στον υποθαλάμιο πυρήνα. Ο υποθαλάμιος πυρήνας (STN) τέλος προβάλλει γλουταμινεργικές διεγερτικές ίνες στους πυρήνες εξόδου των βασικών γαγγλίων GPi και SΝpr. Έτσι, η ενεργοποίηση της έμμεσης οδού επιτρέπει την ενεργοποίηση των GABAεργικών νευρώνων του STN οι οποίοι με τη σειρά τους ενεργοποιούν τους GABAεργικούς νευρώνες των πυρήνων εξόδου των βασικών γαγγλίων οι οποίοι αναστέλλουν τους θαλαμοφλοιϊκούς νευρώνες (Gerfen, 1992). Σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της λειτουργίας των βασικών γαγγλίων παίζει η ντοπαμίνη που απελευθερώνεται από τα ντοπαμινεργικά κύτταρα στους GABAεργικούς νευρώνες του ραβδωτού σώματος. Οι D1 και D2 υποδοχείς της ντοπαμίνης σηματοδοτούν τα 2 διακριτά μονοπάτια στο κύκλωμα των βασικών γαγγλίων. Η ντοπαμίνη διεγείρει την άμεση οδό μέσω των D1 υποδοχέων αλλά και αναστέλλει την έμμεση οδό μέσω των D2 υποδοχέων (West and Grace, 2002). Έτσι η ντοπαμίνη συμβάλλει στην αναστολή των GABAεργικών νευρώνων των πυρήνων εξόδου των βασικών γαγγλίων και μέσω της άμεσης και μέσω της έμμεσης οδού. Η αναστολή των GABAεργικών νευρώνων των πυρήνων εξόδου επιτρέπει την 7

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια ενεργοποίηση των θαλαμοφλοιϊκών νευρώνων και τη ροή της πληροφορίας για την εκτέλεση της κίνησης, με τελικό αποτέλεσμα την επαγωγή της κινητικής δραστηριότητας. 8

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον 2. Η ΝΟΣΟΣ ΠΑΡΚΙΝΣΟΝ 2.1 Γενικά Η νόσος του Πάρκινσον (ΝΠ) είναι μια χρόνια, προοδευτική νευροεκφυλιστική νόσος του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος (ΚΝΣ) που περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον James Parkinson το 1817 (Parkinson, 1817). Η ΝΠ είναι η συνηθέστερη νευροεκφυλιστική νόσος μετά τη νόσο Altzheimer, και ο μέσος άνθρωπος έχει πιθανότητα 2,5% περίπου, να εμφανίσει Πάρκινσον στη ζωή του ενώ ο κίνδυνος, για όσους έχουν συγγενείς με τη νόσο, αυξάνεται στο 6%. Στο 10-15% των περιπτώσεων, εμφανίζεται σε ηλικία μικρότερη των 40 ετών και τότε χαρακτηρίζεται ως 'πρώιμης έναρξης'. Υπολογίζεται ότι περίπου 6,3 εκατομμύρια άτομα σε όλο τον κόσμο υποφέρουν από τη νόσο. Το ετήσιο ποσοστό εμφάνισης της νόσου Πάρκινσον είναι 20.5% ανά 100,000 κατοίκους και η μέση επιβίωση μετά την εμφάνισης της είναι περίπου 12,3 έτη. Το κατ' εκτίμηση ποσοστό στο γενικό πληθυσμό είναι περίπου 300 άτομα ανά 100.000 κατοίκους (Rajput, 1992). Τα ποσοστά εμφάνισης της νόσου αυξάνονται με την πάροδο της ηλικίας. Στο Αμπερντήν της Σκωτίας, παραδείγματος χάριν, η διάγνωση της νόσου για άτομα ηλικίας άνω των 84 ετών ανήλθε στους 2657.8 ανά 100,000 κατοίκους (2.7%) για τους άνδρες και 2071.0 ανά 100,000 κατοίκους (2.0%) για τις γυναίκες ηλικίας. Η μέση ηλικία εμφάνισης της νόσου, ανεξαρτήτως φύλου, ήταν 65,3 (+/- 12.6) έτη και διέφερε λίγο σε σχέση με παρόμοιες μελέτες κατά τη διάρκεια των προηγούμενων 25 ετών (Mutch, 1986). Σε άλλες επιδημιολογικές μελέτες τα ποσοστά εμφάνισης της νόσου είναι ακόμη υψηλότερα. Από 3.322 τροφίμους 40 Νορβηγικών οίκων ευγηρίας, 269 εξετάστηκαν λεπτομερώς από νευρολόγους. 169 (5.1%) από αυτούς εμφάνιζαν κλινικό ιδιοπαθές Πάρκινσον και μάλιστα σε 31 από αυτούς δεν είχε διαγνωστεί η ασθένεια προηγουμένως (Larsen, 1991). Η επικράτηση της ΝΠ στον ηλικιωμένο πληθυσμό έχει σημαντικές ιατρικές και κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις. Μεταξύ του 1990 και του 2040, ο ηλικιωμένος πληθυσμός στις Ηνωμένες Πολιτείες αναμένεται να αυξηθεί από 31,6 έως 68,1 εκατομμύρια και η θνησιμότητα λόγω των νευροεκφιλιστικών ασθενειών να αυξηθεί κατά 119-231%, ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο μοντέλο της αύξησης πληθυσμών. Για το "μέσο" μοντέλο αύξησης 9

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον πληθυσμών, η αύξηση στην ετήσια θνησιμότητα λόγω των νευροεκφιλιστικών ασθενειών είναι 166% (Lilienfeld, 1993). 2.2 Κλινική περιγραφή της ΝΠ Τα πρωτογενή συμπτώματα της ΝΠ είναι ο τρόμος, η βραδυκινησία, η ακαμψία και η αστάθεια θέσης, ενώ παρουσιάζονται και δευτερογενείς ανωμαλίες όπως αδυναμία στο περπάτημα ή στο γράψιμο. Συχνά παρατηρείται το 'σύνδρομο της μάσκας' λόγω ακαμψίας των μυών του προσώπου. Εκτός από τα κινητικά συμπτώματα, χαρακτηριστικά της ΝΠ είναι οι διαταραχές της όσφρησης και της όρασης (Tissingh et. al., 2001, Price et. al., 1992), ενώ επίσης παρατηρούνται συχνά διαταραχές του ύπνου, κατάθλιψη και ψύχωση (Poewe and Hogl, 2000, Burn, 2002, Papapetropoulos and Mash, 2005). Τα συμπτώματα της ΝΠ εξελίσσονται προοδευτικά με την ηλικία μέσα σε διάστημα αρκετών χρόνων, αν και σε ορισμένες περιπτώσεις η εξέλιξη της νόσου είναι πολύ πιο ραγδαία. Κατά κανόνα ξεκινούν από το ένα μόνο άκρο και είναι ελαφράς μορφής. Στη συνέχεια επεκτείνονται και στα δύο άκρα και προκαλούν τις πρώτες εμφανείς αδυναμίες κίνησης. Σταδιακά επηρεάζεται η θέση του σώματος και το περπάτημα ενώ οι κινήσεις επιβραδύνονται αισθητά. Στο τελικό στάδιο ο ασθενής είναι ανίκανος να περπατήσει ή να σταθεί και απαιτεί συνεχή νοσηλευτική φροντίδα. Συνήθως μεσολαβούν αρκετά χρόνια από την έναρξή της μέχρι την εμφάνιση των πρώτων κινητικών συμπτωμάτων (Hardie, 1999). Στο διάστημα αυτό, που αφορά στα πρώτα στάδια της νόσου (προκλινική φάση), πραγματοποιείται το μεγαλύτερο ποσοστό νευροεκφύλισης. Στην φάση αυτή, τα κλινικά συμπτώματα δεν είναι εμφανή αν και μπορεί να ανιχνευτεί κάποια ασυμμετρία στην κίνηση, καθώς και μειωμένη οσφρητική ικανότητα (Lees, 1992). Η κατάθλιψη και το άγχος μπορούν επίσης να προηγούνται των κινητικών συμπτωμάτων κατά μερικά χρόνια (Taylor et. al., 1986, Shiba et. al. 2000). Τα κριτήρια στα οποία στηρίζεται η κλινική διάγνωση της ΝΠ περιλαμβάνουν τον τρόμο, τη βραδυκινησία, την ακαμψία και τη μη συμμετρική έναρξή των συμπτωμάτων αυτών, καθώς και την απόκριση του ασθενούς στην αγωγή της levodopa (L-dopa) που αναπληρώνει την έλλειψη της ντοπαμίνης (Gelb et. al., 1999). Η κλινική φάση της ΝΠ διαχωρίζεται σε 5 στάδια ανάλογα 10

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον με την έκταση των συμπτωμάτων, που ξεκινούν στο στάδιο 1 από ελαφρά συμπτώματα στη μια πλευρά του σώματος, που είναι ενοχλητικά αλλά όχι ανασταλτικά για τον ασθενή, και φτάνουν στο στάδιο 5 στην καχεξία, και την αδυναμία για βάδιση ή όρθια στάση. 2.3 Παθολογία της μελαινοραβδωτής οδού στη ΝΠ Η χαρακτηριστική παθοφυσιολογία της ΝΠ, στην οποία στηρίζεται και η οριστική διάγνωση της νόσου, συνίσταται στην εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων της SNpc. Η εκφύλιση αυτή συμβαίνει επιλεκτικά στη SΝpc και όχι σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου, ενώ φαίνεται να ξεκινά από την ουραία μέλαινα ουσία (Damier et al., 1999b) και εν συνεχεία να επεκτείνεται κυρίως οπίσθια κοιλιακά και πλευρικά της SNpc. Αντίθετα, κατά τη α φυσιολογική γήρανση η εκφυλιστική διαδικασία επηρεάζει κυρίως το β μεσοραχιαίο τμήμα της SNpc και λιγότερο το οπισθοκοιλιακό της τμήμα (Fearnley and Lees, 1991). Η εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας οδηγεί σε μια δραστική μείωση των επιπέδων της ντοπαμίνης (DA) σε πυρήνες των βασικών γαγγλίων αλλά και σε μεσοφλοιικές περιοχές (έλικα του προσαγωγίου, ιππόκαμπος, πρόσθιος και ενδορινικός φλοιός) και σε μεσοστεφανιαίες προβολές (υποθάλαμος, επικλινής πυρήνας, αμυγδαλοειδές σώμα, οσφρητική περιοχή) της VTA. Μειωμένη Εικόνα 4: α) Σχηματική απεικόνιση της μελαναραβδωτής οδού. β) Η εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων της μέλαινας ουσίας που φαίνεται ως αποχρωματοποίηση της περιοχής αυτής. γ) Τα σωμάτια Lewy. δραστικότητα του ενζύμου της τυροσίνης υδροξυλάσης (ΤΗ) καθώς και μειωμένα επίπεδα γ 11

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον ντοπαμίνης έχουν παρατηρηθεί στον αμφιβληστροειδή και στον μυελό των επινεφριδίων. Επιπροσθέτως παρατηρείται στο ραβδωτό μια γενικότερη μείωση στα επίπεδα των μεταβολιτών της DA, DOPAC, HVA αλλά και στην δράση ενζύμων του μεταβολισμού της DA, όπως της ΤΗ καθώς και της αποκαρβοξυλάση της DOPA. Εν αντιθέσει τα επίπεδα των ενζύμων COMT και MAO-B, που εντοπίζονται στα κύτταρα της γλοίας, δεν επηρεάζονται σχεδόν καθόλου. Η εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων συνοδεύεται από την εμφάνιση ενδοκυτταρικών πρωτεϊνικών συσσωματωμάτων, των σωματίων Lewy (Lewy Bodies -LΒs), που περιεγράφηκαν για πρώτη φορά από τον Frederich H. Lewy το 1912 (Lewy, 1912) και εμφανίζονται στους νευρώνες που θίγονται αλλά και σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου όπως στον φλοιό, στους μεγαλοκυτταρικούς βασικούς νευρώνες του προσθίου εγκεφάλου ακόμα στον νωτιαίο μυελό..η παρουσία τους μάλιστα αποτελεί ιστοπαθολογικό κριτήριο διάγνωσης για τη ΝΠ (Forno, 1996; Lowe et. al., 1997). Τα σωμάτια Lewy αποτελούνται κυρίως από ελαττωματικά διαμορφωμένη α-συνουκλεΐνη ενώ περιέχουν επίσης ουμπικιτίνη και άλλα νευροϊνίδια (Takahashi and Wakabayashi, 2001). Όσον αφορά το ρόλο των σωματίων Lewy στη ΝΠ δεν έχει αποσαφηνιστεί ακόμα αν λειτουργούν τοξικά ή προστατευτικά για τα νευρικά κύτταρα (Li et al., 2010; Foley and Riederer 2000). 2.4 Παθολογία των βασικών γαγγλίων στη ΝΠ Τα κινητικά συμπτώματα της ΝΠ πιστεύεται ότι οφείλονται στη λειτουργική αναδιοργάνωση του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων μετά την εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων της SΝpc. Συγκεκριμένα, η απώλεια της ντοπαμινεργικής νεύρωσης του ραβδωτού σώματος οδηγεί στη μείωση της ρυθμιστικής δράσης της ντοπαμίνης, που ασκείται μέσω της δέσμευσής της στους D1 και D2 υποδοχείς, στους GABAεργικούς νευρώνες του ραβδωτού σώματος. Αυτό έχει σαν συνέπεια μειωμένη ενεργοποίηση της άμεσης οδού και μειωμένη αναστολή της έμμεσης οδού (Obeso et al., 2008). Το καθαρό αποτέλεσμα είναι μια μαζική ενεργοποίηση των πυρήνων εξόδου των βασικών γαγγλίων (GPi/SNpr), οι οποίοι με τη σειρά τους αναστέλλουν τα κινητικά συστήματα, οδηγώντας σε απώλεια της ικανότητας ρύθμισης και εκτέλεσης της κίνησης. Στην εικόνα 6 παρουσιάζεται απλοποιημένα η αναδιοργάνωση των βασικών γαγγλίων στη ΝΠ. 12

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον Εικόνα 5: Στη ΝΠ εκφυλίζονται οι νευρώνες της SNpr και VTA που προβάλλουν στο ραβδωτό. Η έλλειψη ντοπαμίνης προκαλεί διαταραχή της φυσιολογικής ισορροπίας της άμεσης και έμμεση, οδηγώντας σε απώλεια της ικανότητας ρύθμισης και εκτέλεσης της κίνησης. Με διακεκομμένες γραμμές απεικονίζονται οι οδοί ρύθμισης που υπολειτουργούν και με έντονες αυτές που ενισχύονται στη ΝΠ. 2.5 Μη ντοπαμινεργική παθολογία της ΝΠ Η νευροεκφύλιση στη ΝΠ δεν περιορίζεται στην περιοχή της μέλαινας ουσίας. Η νευροεκφύλιση και ο σχηματισμός των σωματίων Lewy παρατηρούνται και εκτός του ντοπαμινεργικού συστήματος στο νοραδρενεργικό (locus coerulus), σεροτονινεργικό (πυρήνες της ραφής), χολινεργικό (nucleus basakis of Meynert, dorsal motor nucleus of vagus nerve) σύστημα αλλά και στον εγκεφαλικό φλοιό, στους οσφρητικούς λοβούς και στο αυτόνομο νευρικό σύστημα (Zarow et al., 2003; Hilker et al., 2005., Rinne et al., 2008). Η εκφύλιση του ιπποκάμπου και των χολινεργικών ινών που εισέρχονται στο φλοιό πιθανόν εξηγεί την άνοια που παρατηρείται στη ΝΠ, ειδικά στους ασθενείς προχωρημένης ηλικίας. Επίσης, η συμπαθητική νεύρωση της καρδιάς εκφυλίζεται σε ασθενείς της νόσου (Goldstein et al., 2000), ενώ παρατηρούνται και βιοχημικές ανωμαλίες στη λειτουργία εξουδετέρωσης τοξικών ουσιών του ήπατος (Tanner, 1991). 2.6 Η αιτιολογία της ΝΠ Αν και η αιτιολογία της ΝΠ παραμένει υπό διερεύνηση μέχρι σήμερα, διάφοροι παράγοντες, 13

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον όπως περιβαλλοντικοί, κληρονομικοί, κατάσταση υγείας ασθενούς (εγκεφαλική βλάβη, μολύνσεις) έχουν προταθεί κατά καιρούς ότι μπορεί να συμμετέχουν στη έναρξη και εξέλιξη της νόσου. Πιθανότατα η ΝΠ είναι μια πολυπαραγοντική νόσο με γονιδιο-περιβαλλοντική προέλευση. 2.6.1 Περιβαλλοντικοί παράγοντες Βασική αφορμή για την αναζήτηση της αιτιολογίας της νόσου σε περιβαλλοντικούς παράγοντες δόθηκε το 1983, μετά την εύρεση 4 ασθενών που έπασχαν από μια ασθένεια με παρόμοια συμπτώματα με αυτά της νόσου του Parkinson και που ανταποκρίνονταν στην αγωγή με levodopa, που αποτελεί ως γνωστών την μοναδική μέχρι τώρα φαρμακευτική, παροδική θεραπεία τη ασθένειας. Οι ασθενείς αυτή είχαν ενεθεί με την τοξίνη MPTP. Έτσι άνοιξε ο δρόμος για την αναζήτηση άλλων τοξινών- περιβαλλοντικών παραγόντων, που θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνοι για την ανάπτυξη της νόσου. Τέτοιοι λοιπόν πιθανοί παράγοντες είναι: Αγροτική ζωή-έκθεση σε φυτοφάρμακα: Μια σειρά από μελέτες που εκπονηθήκαν την δεκαετία του 90 έδειξαν ότι η αγροτική ζωή και δη η συχνή επαφή με φυτοφάρμακα, άμεση (μέσω του δέρματος) ή έμμεση (πόση νερού από μολυσμένο υδροφόρο ορίζοντα), αποτελεί έναν αυξημένο παράγοντα κινδύνου για την εμφάνιση της νόσου. Φυτοφάρμακα όπως το rotenone, paraquat αποτελούν υποψήφιους τοξικούς παράγοντες ενάντια στα κύτταρα της μέλαινας ουσίας. Μάλιστα πρόσφατα δεδομένα δείχνουν ότι η χορήγηση rotenone σε επίμυες προκαλεί επιλεκτική βλάβη των ντοπαμινεργικών νευρώνων που ξεκινά από το ραβδωτό και καταλήγει στην μέλαινα ουσία (Betarbet et al,2000) Έκθεση σε μέταλλα: Μακροχρόνια έκθεση (πάνω από 20 χρόνια) σε κάποια συγκεκριμένα μέταλλα όπως ο χαλκός, ο σίδηρος, το αλουμίνιο, ο υδράργυρος καθώς και σε συνδυασμούς αυτών έχουν ενοχοποιηθεί για την εμφάνιση της νόσου (B. C. L. Lai et al., 2002) Τραύματα εγκεφαλικά: Παρά το γεγονός ότι έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές μελέτες για το θέμα αυτό, προς το παρόν είναι ασαφές αν πράγματι μια εγκεφαλική βλάβη μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση της νόσου. Ωστόσο σε αρκετές μελέτες υπάρχει μια θετική σχέση μεταξύ εγκεφαλικού τραύματος και εμφάνισης της νόσου (Stern, 1991) 14

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον Μολύνσεις: Η παρατήρηση ότι η μόλυνση διαφόρων ατόμων με τον ιό της ληθαργικής εγκεφαλίτιδας συχνά προηγούνταν του παρκισονισμού στην πανδημία που ξέσπασε τα τέλη του 1910 πρότεινε μια πιθανή μολυσματική προέλευση του παρκισονισμού. Μια σειρά από αναφορές προτείνουν ότι κάποιες μολυσματικές ασθένειες όπως το AIDS (Mintz, et al. 1996) η Ιαπωνική Β εγκεφαλίτιδα (Pradhan et al, 1999) η εγκεφαλίτιδα που οφείλεται στον ιό Coxackie B, o έρπης κλπ, σχετίζονται με τον παρκισονισμό. 2.6.2 Γενετικοί παράγοντες Ένα αυξανόμενο σώμα στοιχείων δείχνει ότι πολλές περιπτώσεις της νόσου Πάρκινσον προκαλούνται από γενετικές ανωμαλίες ή από απροσδιόριστες περιβαλλοντικές προσβολές που ενεργούν στα γενετικά προδιαθεμένα άτομα. Η κληρονομική μορφή της ΝΠ αφορά περίπου στο 10% των περιπτώσεων. Μέχρι σήμερα, 10 γενετικοί τόποι έχουν συσχετιστεί με την κληρονομικότητα της νόσου (PARK1-PARK11), εκ των οποίων 6 γονίδια έχουν ήδη ταυτοποιηθεί και οι μεταλλάξεις τους θεωρούνται άμεσα υπεύθυνες για την παθογένεια της κληρονομικής ΝΠ. Οι γενετικοί παράγοντες που έχουν συνδεθεί με οικογενές Πάρκινσον περιλαμβάνουν την α-συνουκλεΐνη, Παρκιν, DJ-1, MAPT, UCHL1, LRRK2 και διάφορα απροσδιόριστα γονίδια που χαρτογραφούνται στα χρωμοσώματα 1p32, 1p35, 2p13, 4p15.7 και 12p11.2-q13.1. Η συσσωμάτωση ινιδίων της α-συνουκλεΐνη, όπως έχει προαναφερθεί, πιθανώς να συμβάλει στο θάνατο των ντοπαμινεργικών νευρώνων προκαλώντας δυσλειτουργία στο μηχανισμό αποικοδόμησης των πρωτεϊνών. Μεταλλάξεις της Παρκιν και της DJ-1 θα μπορούσαν να συμβάλουν σε αυτή τη δυσλειτουργία. Οι στρατηγικές που στοχεύουν στην ενίσχυση της πρωτεϊνικής αποικοδόμησης είναι πολλά υποσχόμενοι ως ισχυροί νευροπροστατευτικοί παράγοντες για την θεραπευτική αγωγή της ΝΠ (Dawson, 2003 Giasson, 2003). α) PARK1 - α-συνουκλεΐνη Η α- συνουκλεΐνη ήταν το πρώτο γονίδιο που συσχετίστηκε με τη ΝΠ, όταν βρέθηκε μια μετάλλαξη σε μία οικογένεια στην Ιταλία και στη συνέχεια σε αρκετές οικογένειες στην Ελλάδα (Polymeropoulos et al., 1997). Συνολικά τρεις μεταλλάξεις (Α53Τ, Α30Ρ και Ε46Κ) και ένας 15

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον τριπλασιασμός του γονιδίου έχουν συνδεθεί με την παθογένεια μίας μορφής της νόσου που κληρονομείται με επικρατή τρόπο (Farrer et al., 1999). Ενώ η συσσωμάτωσή της α-συνουκλεΐνης συνδέεται με νευροπαθολογικές καταστάσεις, ο κύριος φυσιολογικός της ρόλος σχετίζεται με τη συναπτική μεταγωγή και πλαστικότητα. Η α- συνουκλεΐνη εντοπίζεται σε μεγάλη συγκέντρωση στις προσυναπτικές απολήξεις και έχει την ιδιότητα να δεσμεύεται στις μεμβράνες των προσυναπτικών κυστιδίων, γεγονός που συσχετίζει το φυσιολογικό της ρόλο με τη συναπτική λειτουργία (Cabin et al., 2002; Chandra et al., 2004; Murphy et al., 2000). ). Πιστεύεται ότι η α-συνουκλεΐνη έχει την ικανότητα να τροποποιεί την ενεργότητα της φωσφολιπάσης D και έτσι να επηρεάζει τη διαθεσιμότητα των συναπτικών κυστιδίων προκειμένου να απελευθερώσουν το νευροδιαβιβαστή που περικλείουν (Payton et al., 2004). Σε παθολογικές καταστάσεις, όπως η ΝΠ, και υπό άγνωστες συνθήκες οι μεταλλάξεις της α-συνουκλεΐνης επάγουν το σχηματισμό πρωτοϊνιδίων, μη νηματοειδών δηλαδή ολιγομερών, που ίσως προκαλούν τοξικότητα στο κύτταρο συμμετέχοντας τον σχηματισμό των σωματίων Lewy. β) PARK2 - Parkin Μεταλλάξεις του γονιδίου parkin βρέθηκε ότι είναι η αιτία μίας υπολειπόμενης κληρονομικής μορφής της νόσου πρώιμης έναρξης (ARJP Autosomal Recessive Juvenile Parkinsonism) που χαρακτηρίζεται από την απουσία σωματίων Lewy (Kitada et. al., 1998). Ο φυσιολογικός ρόλος της parkin φαίνεται να σχετίζεται με την αποικοδόμηση μη φυσιολογικών πρωτεϊνών στο κύτταρο (Shimura et. al., 2000). Οι μεταλλάξεις του γονιδίου πιστεύεται ότι μειώνουν τη λειτουργικότητα του γονιδίου, με αποτέλεσμα τη διατάραξη του συστήματος αποικοδόμησης πρωτεϊνών του κυττάρου. Tο γονίδιο parkin ευθύνεται για το 49% της κληρονομικής και το 19% της σποραδικής μορφής της ΝΠ με πρώιμη εμφάνιση (Lücking et.al., 2000). γ) PARK5 - UCH-L1 (Ubiquitin C-terminal Hydrolase-L1) Μία επικρατής μετάλλαξη του UCH-L1 βρέθηκε σε μία κληρονομική μορφή της νόσου στη Γερμανία (Leroy et al., 1998) με αυτοσωμικό επικρατές πρότυπο κληρονομικότητας. Για την παρουσία σωματίων Lewy στη συγκεκριμένη μορφή της νόσου δεν υπάρχουν πληροφορίες, αφού δεν έχουν εντοπιστεί άλλες οικογένειες με τη συγκεκριμένη μετάλλαξη. Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει ένας πολυμορφισμός του UCH-L1 που μειώνει την πιθανότητα 16

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον εμφάνισης της σποραδικής ΝΠ, ειδικά σε μικρότερες ηλικίες (Maraganore et al., 2004). Η παθολογική μετάλλαξη μειώνει τη δράση της πρωτεΐνης UCH-L1 ως λιγάσης, ενώ ο πολυμορφισμός που προστατεύει έναντι της ΝΠ την ενισχύει (Liu et al., 2002). δ) PARK6 - PINK1 (PTEN- induced putative kinase-1) Το γονίδιο PINK1 χαρακτηρίστηκε ως γενετικός τόπος PARK6 μετά την ανακάλυψη μεταλλάξεων σε ασθενείς με υπολειπόμενη κληρονομική μορφή της ΝΠ (Valente et.al., 2004). Το PINK1 κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη με δράση κινάσης σερίνης/θρεονίνης που εντοπίζεται φυσιολογικά στα μιτοχόνδρια. Η φυσιολογική λειτουργία της ΡΙΝΚ1 πιθανολογείται πως είναι η προστασία της μιτοχονδριακής λειτουργίας σε καταστάσεις οξειδωτικού stress. Η φυσιολογική PINK1 πρωτεΐνη βρέθηκε ότι έχει νευροπροστατευτική δράση έναντι της αναστολής του πρωτεασώματος σε κυτταρικές σειρές, ενώ η μεταλλαγμένη PINK1 όχι (Valente et. al., 2004), υποδηλώνοντας ότι η απώλεια της λειτουργίας της PINK1 προκαλεί μεγαλύτερη ευαισθησία των ντοπαμινεργικών κυττάρων σε παθογόνους παράγοντες (Vila and Przedborski, 2004). ε) PARK 7- DJ1: Έντεκα διαφορετικές μεταλλάξεις του DJ1 βρέθηκαν να ενέχονται σε μία μορφή υπολειπόμενης κληρονομικής μορφής της ΝΠ (Bonifati et al., 2003; Hague et al., 2003). Πιθανολογείται πως η DJ1 συμμετέχει στην κυτταρική απόκριση στο οξειδωτικό stress (Cookson, 2003), ενώ υπάρχουν ενδείξεις ότι συμβάλλει στην αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος ουβικιτίνης-πρωτεασώματος (Dawson and Dawson, 2003). Τέλος, μέσω της ρύθμισης της έκφρασης του ογκοκατασταλτικού γονιδίου PTEN, το DJ1 φαίνεται να ασκεί αντιαποπτωτική δράση (Kim et al., 2005) στ) PARK 8 LARRK2 (leukine-rich repeat kinase2) Η πρωτεΐνη LARRK2 ή dardarine, είναι μια κινάση που βρίσκεται μεταλλαγμένη στο 1,6% των ασθενών με ιδιοπαθή ΝΠ και στο 5-6,6% των ασθενών με οικογενή ΝΠ (Gilks et al., 2005; Nichols et al., 2005; DiFonzo et al., 2005). Ο φυσιολογικός ρόλος του LARRK2 παραμένει άγνωστος, ωστόσο θεωρείται πιθανό ότι η μετάλλαξη του προκαλεί φωσφορυλίωση πρωτεϊνών, όπως η α-συνουκλεΐνη, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση τους (Zimprich et al., 2004). 17

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον 2.7 Πιθανοί νευροεκφυλιστικοί μηχανισμοί της ΝΠ Η ΝΠ θεωρείται μια πολυπαραγοντική νόσος και οι βασικοί παράγοντες κινδύνου είναι η γενετική προδιάθεση, οι περιβαλλοντικές τοξίνες και κυρίως η πάροδος της ηλικίας. Από τις μέχρι σήμερα έρευνες των πειραματικών μοντέλων της νόσου, των γονιδίων που εμπλέκονται στις κληρονομικές μορφές της αλλά και μεταθανάτιων εγκεφάλων ασθενών της νόσου, τρεις είναι οι κύριες θεωρίες που επικρατούν σχετικά με τη μοριακή παθογένεια της εκφύλισης της μελαινοραβδωτής οδού: 1) Το οξειδωτικό stress 2) Η μιτοχονδριακή δυσλειτουργία 3) Η ελαττωματική διαμόρφωση και η συσσώρευση των πρωτεϊνών 2.7.1 Το οξειδωτικό stress Η μέλαινα ουσία παρουσιάζει αυξημένη ευαισθησία στο οξειδωτικό stress, καθώς ο μεταβολισμός της ντοπαμίνης παράγει ρίζες υπεροξειδίου του υδρογόνου (Graham, 1978). Η ντοπαμίνη έχει επίσης την τάση να αυτο-οξειδώνεται (Pezzella et. al., 1997) και να παράγει κουϊνόνες της ντοπαμίνης, μόρια που βλάπτουν τις πρωτεΐνες αντιδρώντας με νουκλεοφιλικές σουλφιδρυλικές ομάδες. Η αυτο-οξείδωση της ντοπαμίνης μπορεί να επιταχύνεται από την παρουσία ελεύθερου σιδήρου γεγονός το οποίο ευνοεί την αυτό-οξείδωση της ντοπαμίνης στην μέλαινα ουσία καθώς τα επίπεδα σιδήρου στην περιοχή αυτή είναι ιδιαίτερα υψηλά (Jellinger et al., 1990). Πιστεύεται ότι πέρα από την επιτάχυνση της αυτο-οξείδωσης της ντοπαμίνης, ο σίδηρος σε τόσο υψηλές συγκεντρώσεις, ξεφεύγει από τον έλεγχο της φερριτίνης και των άλλων πρωτεϊνών που τον δεσμεύουν, με αποτέλεσμα μέσω της αντίδρασης Fenton, να καταλύει τη μετατροπή του Η 2 Ο 2 σε ρίζα υδροξυλίου, η οποία προσβάλλει το DNA και άλλα βιολογικά μακρομόρια. Επίσης, τα επίπεδα του σιδήρου στη μέλαινα ουσία είναι ακόμα πιο αυξημένα στα προχωρημένα στάδια της νόσου (Jellinger et al., 1990). Πρέπει ωστόσο να σημειωθεί πως στην ιδιοπαθή ΝΠ το πρότυπο της νευροεκφύλισης ακολουθεί περισσότερο την κατανομή των σωματίων Lewy παρά της ντοπαμίνης στον εγκέφαλο και υπάρχουν αρκετά ζωϊκά μοντέλα με ντοπαμινεργικές 18

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον διαταραχές που δεν παρουσιάζουν εκφύλιση ντοπαμινεργικών νευρώνων (Gerlach and Riederer, 1994). Η περιοχή της μέλαινας ουσίας περιέχει επίσης υψηλά επίπεδα νευρομελανίνης, η οποία ενώ φυσιολογικά εξουδετερώνει τις ελεύθερες ρίζες, όταν συνδυάζεται με υψηλή ποσότητα ελευθέρου σιδήρου μπορεί να επάγει την αντίδραση Fenton με αποτέλεσμα την παραγωγή ριζών υδροξυλίου (Youdim et al., 1989). Στοιχεία από μεταθανάτιους εγκεφάλους της ΝΠ δείχνουν αυξημένα επίπεδα δεικτών υπεροξείδωσης λιπιδίων στη μέλαινα ουσία (Andersen, 2004). Αντίθετα, τα ελαττωμένα επίπεδα γλουταθειόνης και της οξειδωμένης μορφής της, που λειτουργούν αντιοξειδωτικά, αποτελούν τους πρώτους δείκτες απώλειας των ντοπαμινεργικών κυττάρων της SN στον παρκινσονικό εγκέφαλο (Sian et al., 1994). Το οξειδωτικό stress σαν αιτιολογικός παράγοντας για τη ΝΠ υποστηρίζεται και από μελέτες με νευροτοξίνες που προκαλούν παρκινσονισμό. Το MPTP (1- methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine), μια νευροτοξίνη που καταστρέφει ειδικά τους ντοπαμινεργικούς νευρώνες της μέλαινας ουσίας και προκαλεί παρκινσονισμό σε ανθρώπους και ζώα, όταν χορηγηθεί σε ποντίκια προκαλεί τη δημιουργία ριζών υδροξυλίου στο ραβδωτό, που με τη σειρά τους οδηγούν σε οξειδωτικό stress και ενδεχομένως απόπτωση (Chiueh et al., 1992; Beal, 2003). 2.7.2 Μιτοχονδριακή δυσλειτουργία Η εμπλοκή της μιτοχονδριακής δυσλειτουργίας στην παθογένεια της ΝΠ στηρίχτηκε στη ντοπαμινεργική εκφύλιση που προκαλούν τρεις αναστολείς του συμπλόκου Ι της αναπνευστικής αλυσίδας των μιτοχονδρίων: το MPTP αρχικά και στη συνέχεια η ροτενόνη και το paraquat. Η αναστολή του συμπλόκου Ι των μιτοχονδρίων έχει ως αποτέλεσμα τη διακοπή της μεταφοράς ηλεκτρονίων στην αναπνευστική αλυσίδα και τη διαταραχή της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, οδηγώντας στη μείωση της παραγωγής ATP και εν συνεχεία σε ενεργειακό έλλειμμα για το κύτταρο (Adams and Odunze, 1991). Σε ασθενείς με ΝΠ έχει αναφερθεί μείωση της ενεργότητας του συμπλόκου Ι κατά 30% στον εγκέφαλο, στους μυς και στα αιμοπετάλια (Schapira et al., 1990; Parker et al., 1989). Επιπρόσθετα, πολλά από τα γονίδια της κληρονομικής ΝΠ συνδέονται έμμεσα ή άμεσα με μιτοχονδριακή δυσλειτουργία. Για παράδειγμα η υπερέκφραση α-συνουκλεΐνης σε ποντίκια 19

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον βρέθηκε ότι προκαλεί μιτοχονδριακή δυσλειτουργία, αυξάνει το οξειδωτικό stress και εντείνει τη δραστικότητα του ΜΡΤΡ (Song et al., 2004). Ακόμη, δύο από τα γονίδια της κληρονομικής ΝΠ, το DJ1 και το PINK1, βρέθηκε ότι εντοπίζονται στα μιτοχόνδρια, συνδέοντας ανωμαλίες στη φυσιολογία των μιτοχονδρίων με την εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων (Ishikawa et al., 2009; Lutz et al., 2009). 2.7.3 Ανώμαλη διαμόρφωση και συσσώρευση πρωτεϊνών Η ανώμαλη συσσώρευση ελαττωματικών πρωτεϊνών αποτελεί κοινό χαρακτηριστικό πολλών νευροεκφυλιστικών ασθενειών (Gandhi and Wood, 2005). οι νευρώνες βασίζονται για την εύρυθμη λειτουργία τους στην συνεχή και αποτελεσματική αποικοδόμηση των ανώμαλων αναδιπλωμένων πρωτεϊνών. Τα κύρια συστήματα αποδόμησης των ενδοκυττάριων πρωτεϊνών στα ευκαριωτικά κύτταρα είναι το σύστημα ουβικουιτίνης πρωτεασώματος και το σύστημα αυτοφαγίας-λυσοσωμάτων. Το μεν πρώτο σύστημα αποικοδομεί κυρίως πυρηνικές και κυτταροπλασματικές πρωτεΐνες, μικρής διάρκειας ζωής, αλλά και μη σωστά αναδιπλωμένες πρωτεΐνες στο ενδοπλασματικό δίκτυο (Rubinsztein et al, 2006), ενώ το δεύτερο αποικοδομεί ολιγομερή και συσσωματώματα πρωτεϊνών καθώς και ενδοκυττάρια οργανίδια(yorimitsu et al, 2005). Μια σειρά ενδείξεων συσχετίζουν τις διαταραχές των συστημάτων αποικοδόμησης των πρωτεϊνών με μηχανισμούς παθογένειας της ΝΠ. Τα σωμάτια LB πχ, αποτελούν μια τέτοια ένδειξη καθώς βρίθουν από πολύ-ουβικουιτυλιωμένες πρωτεΐνες που υποδηλώνουν δυσλειτουργία του συστήματος αποικοδόμησης μέσω πρωτεασώματος. Η ανακάλυψη του γονιδίου parkin στην κληρονομική ΝΠ αποτελεί μια ακόμα απόδειξη της εμπλοκής του συστήματος ουμπικιτίνης- πρωτεασώματος στη ντοπαμινεργική εκφύλιση. Το parkin κωδικοποιεί μία πρωτεΐνη με ενεργότητα Ε3 λιγάσης της ουμπικιτίνης (Mata et. al., 2004) που καταλύει την προσθήκη αλυσίδων ουμπικιτίνης στις πρωτεΐνες που πρέπει να σηματοδοτηθούν προς αποικοδόμηση στο πρωτεάσωμα. Ως υποστρώματα του parkin έχουν αναγνωριστεί η α-συνουκλεΐνη, το Pael-R, το CHIP και η συναπτοταγμίνη ΧΙ (Cookson, 2005). Η απώλεια λειτουργικότητας της parkin πρωτεΐνης μπορεί να οδηγήσει σε συσσώρευση των υποστρωμάτων της και τελικά στον κυτταρικό θάνατο των νευρώνων. Πράγματι, η ντοπαμινεργική εκφύλιση που προκαλείται από υπερέκφραση του Pael-R στη Drosophila είναι 20

Κεφάλαιο 2 Νόσος Πάρκινσον δυνατό να ανασταλεί μέσω υπερέκφρασης του parkin (Yang et al., 2003). Μία επιπλέον απόδειξη της εμπλοκής του συστήματος ουμπικιτίνης-πρωτεασώματος στη νευροεκφύλιση προήλθε από τον προσδιορισμό του γονιδίου UCH-L1 στην κληρονομική ΝΠ. Το UCH-L1, που είναι μία υδρολάση της ουμπικιτίνης στο καρβοξυτελικό της άκρο, βοηθά την ανακύκλωση των αλυσίδων ουμπικιτίνης στα μονομερή της και μεταλλάξεις του γονιδίου αυτού μπορεί να οδηγούν στη συσσωμάτωση ανώμαλα διαμορφωμένων πρωτεϊνών (Healy et al., 2005). Διάφορες έρευνες επιβεβαιώνουν το ρόλο του συστήματος ουμπικιτίνης-πρωτεασώματος και στη σποραδική μορφή της ΝΠ. Συγκεκριμένα, σε μεταθανάτιο εγκέφαλο ασθενών της ιδιοπαθούς ΝΠ έχει βρεθεί ότι η ενεργότητα της υπομονάδας 26S του πρωτεασώματος βρίσκεται σε μη λειτουργικά επίπεδα (Chung et al., 2001). Επιπρόσθετα, χορήγηση αναστολέων του πρωτεασώματος σε τρωκτικά οδήγησε στην εκλεκτική εκφύλιση της μελαινοραβδωτής οδού σε συνδυασμό με την εμφάνιση σωματίων Lewy, αναπαράγοντας τα κλινικά χαρακτηριστικά της ΝΠ (McNaught et al., 2002). Τέλος οι ενδείξεις που υπάρχουν για την συμμετοχή της λυσοσωμικης δυσλειτουργίας στην παθογένεια της ΝΠ περιλαμβάνουν την αύξηση αυτοφαγοσωμάτων σε παθολογοανατομικό υλικό ασθενών της ΝΠ (Anglade et al, 1997) αλλά και σε νευρωνικές σειρές οι οποίες έχουν επωαστεί με αναστολείς πρωτεασώματος (Rideout et al, 2004). 2.7.4 Η φλεγμονή στην παθογένεια της ΝΠ Πρόσφατες έρευνες υποστηρίζουν ότι η φλεγμονή μπορεί επίσης να συμμετέχει στην παθογένεια της ΝΠ. Η υπόθεση αυτή στηρίχτηκε αρχικά στην παρατήρηση ότι χρόνια χρήση αντιφλεγμονώδους αγωγής μειώνει τον κίνδυνο για ΝΠ κατά 45% (Chen et al., 2003). Η φλεγμονή στον εγκέφαλο δεν γίνεται αντιληπτή γιατί είναι ανώδυνη. Επιπλέον, η ανοσοαπόκριση στον εγκέφαλο, δεν περιλαμβάνει αντισώματα ούτε Τ κύτταρα. Αντί αυτού, η αντίδραση εξαρτάται από τα γλοία κύτταρα και τα μακροφάγα του εγκεφάλου, που ονομάζονται μικρογλοία. Τα μικρογλοία είναι μακροφάγα κύτταρα που βρίσκονται στον εγκέφαλο και φυσιολογικά βρίσκονται σε ανενεργή κατάσταση (resting state), ενώ όταν ενεργοποιούνται παράγουν μεγάλες ποσότητες ανιόντων υπεροξειδίου και άλλων πιθανών νευροτοξινών. Πειράματα σε κυτταρικές καλλιέργειες έχουν δείξει ότι η ενεργοποίηση της μικρογλοίας μπορεί να λειτουργήσει βλαπτικά 21