Πανεπιστήμιο Πατρών Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής Μεταπτυχιακό πρόγραμμα «Εφαρμογές Βασικών Ιατρικών Επιστημών»

Πανεπιστήμιο Πατρών Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής Μεταπτυχιακό πρόγραμμα «Εφαρμογές Βασικών Ιατρικών Επιστημών» ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΜΕΤΑΜΟΣΧΕΥΜΕΝΩΝ ΝΕΥΡΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΣΕ ΜΟΝΤΕΛΟ ΜΥΟΣ ΤΗΣ ΝΟΣΟΥ ΤΟΥ PARKINSON ΖΙΑΒΡΑ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΒΙΟΛΟΓΟΣ ΑΜ: 942

ΠΑΤΡΑ 2007

Ευχαριστιές Σα βγεις στον πηγαιμό για την Ιθάκη, να εύχεσαι νά 'ναι μακρύς ο δρόμος, γεμάτος περιπέτειες, γεμάτος γνώσεις. Τους Λαιστρυγόνες και τους Κύκλωπας, τον θυμωμένο Ποσειδώνα μη φοβάσαι, τέτοια στον δρόμο σου ποτέ σου δεν θα βρεις, αν μέν' η σκέψης σου υψηλή, αν εκλεκτή συγκίνησης το πνεύμα και το σώμα σου αγγίζει Το ποίημα αυτό του Κωνσταντίνου Καβάφη εκφράζει με τον καλύτερο τρόπο την πανεπιστημιακή ζωή, αλλά και τη μετέπειτα πορεία όλων μας... Η ζωή μας πρέπει να διακρίνεται από στόχους υψηλούς, με σημασία και νόημα. Δεν θα πρέπει επαναπαυόμαστε με τα εύκολα και απλά αλλά θα πρέπει να κοιτάμε μακριά, εκμεταλλευόμενοι στο έπακρο της δυνατότητές μας. Και στο τέλος, ίσως να μην έχει και τόση σημασία αυτά που κατακτήσαμε αλλά αυτή η πορεία μας μέσα από τη γνώση είναι το μεγάλο κέρδος για τον καθένα μας. Σε αυτό λοιπόν το ταξίδι μου μέσα στη γνώση είχα την τύχη να μην είμαι μόνη μου Είχα τους κατάλληλους καθοδηγητές αλλά και συνοδοιπόρους τους οποίους θέλω να ευχαριστήσω για την αναμφίβολα σημαντική βοήθεια που μου προσέφεραν αυτά τα δυο χρόνια Θα ήθελα λοιπόν, πρώτα από όλα να ευχαριστήσω την επιστημονική μου υπεύθυνο κα Μητσάκου Αδαμαντία αλλά και τον Κ. Κουβελα που μου έδωσαν την χαρά να συνεργαστούμε και μου εμπιστεύτηκαν αυτό το θέμα της διπλωματικής μου εργασίας. Θα ήθελα ακόμα να ευχαριστήσω τον Κ. Γιομπρέ Παναγιώτη για την απεριόριστη υπομονή του αλλά και για την συνεχή παρουσία του σε κάθε βήμα της πειραματικής πορείας. Επιπροσθέτως, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον Κ. Ταραβήρα Σταύρο του οποίου οι προτάσεις αλλά και συμβουλές απέβησαν καταλυτικές και ιδιαίτερα χρήσιμες για την διεξαγωγή των πειραμάτων μου. Θα ήθελα ακόμα να τον ευχαριστήσω για την παραχώρηση του εργαστηρίου του για την διεξαγωγή των πειραμάτων ανοσοφθορισμού καθώς και για την ανάθεση της εκπαίδευσής μου, σε θέματα ανοσοφθορισμού, στην μεταπτυχιακή του φοιτήτρια Σπέλλα Μαγδαληνή που με υπομονή και επιμονή με βοήθησε σημαντικά. Επιπλέον θα ήθελα να ευχαριστήσω από το Ινστιτούτο Παστερ

την Κ. Μάτσα Ρεββέκα, την Κ. Θωμαίδου Δήμητρα και την Μακρή Παρασκευή καθώς και από το Ινστιτούτο Φλέμινγκ την Κ. Ρεμπούτσικα Ευμορφία για την καλή συνεργασία μας στα πλαίσια του προγράμματος ΕΠΑΝ, στα οποία διεξήχθη και αυτή η διπλωματική. Θα ήθελα ακόμα να ευχαριστήσω τον κ. Τριάρχου που ευχαρίστως δέχτηκε να με βοηθήσει στην εκμάθηση της τεχνική των μεταμοσχεύσεων, παρέχοντας μου πολύ σημαντικές συμβουλές. Δεν θα μπορούσα να παραβλέψω επίσης και την σημαντική αρωγή του Νέστωρα Ιωάννη που με βοήθησε να κάνω τα πρώτα βήματα για την διεκπεραίωση αυτής της διπλωματικής. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τους γονείς μου αλλά και τις αδερφές μου για την αστείρευτη αγάπη και υποστήριξη τους όλα αυτά τα χρόνια. Σε αυτούς λοιπόν αφιερώνω αυτή την διπλωματική εργασία. Ελπίζω να φανώ αντάξια των προσδοκιών τους.

Τριμελής Συμβουλευτική Επιτροπή Μητσάκου Αδαμαντία, Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήματος Ιατρικής, Σχολής, Επιστημών Υγείας Πανεπιστημίου Πατρών. Γιομπρές Παναγιώτης, Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήματος Βιολογίας, Σχολής Θετικών Επιστημών Πανεπιστημίου Πατρών. Ταραβήρας Σταύρος, Επίκουρος Καθηγητής Τμήματος Ιατρικής, Σχολής, Επιστημών Υγείας Πανεπιστημίου Πατρών. Επιβλέπουσα μεταπτυχιακής διατριβής: Μητσάκου Αδαμαντία

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κεφάλαιο 1: Βασικά γάγγλια 1.1 Εισαγωγή.. 2 1.2 Το κύκλωμα των βασικών γαγγλίων: Ανατομικές συνδέσεις και νευροδιαβιβαστές 3 1.2.1 Γενικά..3 1.2.2 Ραβδωτό σώμα 4 1.2.3 Ωχρά σφαίρα...7 1.2.3.1 Έσω ωχρά σφαίρα...7 1.2.3.2 Έξω ωχρά σφαίρα...9 1.2.4 Μέλαινα ουσία 9 1.2.4.1 Συμπαγής μοίρα.9 1.2.4.1 Δικτυωτή μοίρα.10 1.2.5 Υποθαλάμιος πυρήνας..11 1.3 Λειτουργική οργάνωση του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων.12 1.3.1 Το μοντέλο της αμέσου και εμμέσου οδού..12 Κεφάλαιο 2: Νόσος Parkinson 2.1 Γενικά...15 2.2 Επιδημιολογία της νόσου... 15 2.3 Κλινικά χαρακτηριστικά...15 2.4 Νευροπαθολογικά δεδομένα..16 2.5 Παθοβιοχημεία της νόσου..17 2.5.1 Αλλαγές στο ντοπαμινεργικό σύστημα.17 2.5.2 Αλλαγές σε άλλα νευροδιαβιβαστικά και νευρορυθμιστικά συστήματα..18 2.5.3 Βιοχημικές αλλαγές..18 2.6 Λειτουργικές αλλαγές το κύκλωμα των Βασικών γαγγλίων.19 2.7 Αιτιολογία της νόσου.20 2.7.1 Περιβαλλοντικοί παράγοντες 21 2.7.2 Γενετικοί παράγοντες...22 2.8 Πιθανοί νευροεκφυλιστικοί μηχανισμοί της νόσου...23 2.8.1 Οξειδωτικό στρες..24

2.8.2 Βλάβες στα μιτοχόνδρια 25 2.8.3 Τοξικότητα του γλουταμικού...27 2.8.4 Συσσώρευση ελλατωματικών για τον οργανισμό πρωτεϊνών-συσσώρευση α- συνουκλεϊνης. 28 Κεφάλαιο 3:Πειραματικά μοντέλα της νόσου του Parkinson 3.1 Γενικά.32 3.2 Παθολογικά μοντέλα.. 32 3.2.1 Reserpine μοντέλο........32 3.2.2 Methamphetamine μοντέλο.. 33 3.2.3 Μοντέλο της 6-ΟΗDA( 6-υδροξυντοπαμίνης)....33 3.2.4 ΜΡΤΡ μοντέλο......34 3.2.5 Paraquat και Rotenone μοντέλο...35 3.2.6 3-ΝΤ μοντέλο...35 3.3 Γενετικά μοντέλα... 35 3.4 Το μοντέλο της 6-υδροξυντοπαμίνης (6-OHDA)..37 3.4.1 Γενικά....37 3.4.2 Είσοδος της τοξίνης τα κύτταρα.......38 3.4.3 Θέση πρόκλησης βλάβης του ντοπαμινεργικού συστήματος με την 6- OHDA 39 3.4.4 Νευροτοξικός μηχανισμός της 6-OHDA..40 3.4.4.1 Οξειδωτικό στρες.40 3.4.4.2 Αναστολή της μιτοχονδριακής αναπνευστικής αλυσίδας.41 3.5 Νευροπαθολογικές και νευροχημικές αλλαγές μετά την μονόπλευρη έγχυση 6- OHDA..42 3.5.1 Ανατομικές αλλαγές..42 3.5.2 Αλλαγές στο ντοπαμινεργικό σύστημα..43 3.5.2.1 Ιστολογικές μελέτες των ντοπαμινεργικών νευρώνων αυτών καθαυτών...43 3.5.2.2 Εξωκυττάρια και ενδοκυττάρια επίπεδα DA και των μεταβολιτών της, και....43 3.5.2.3 Δραστικότητα ενζύμων της ντοπαμινεργικής οδού...45 3.5.2.4 Κατάσταση μηχανισμών επαναπρόσληψης της DA καθώς και υποδοχέων αυτής 45

3.5.2.5 Κατάσταση μηχανισμών μεταγωγής ενδοκυτταρικών σημάτων...47 3.5.3 Αλλαγές σε άλλα συστήματα.47 3.6 Έλεγχος της βλάβης που προκαλείται από την έγχυση 6-OHDA..49 3.6.1 Τεστ περιστροφών μετά την χορήγηση αμφεταμίνης........50 3.6.2 Τεστ περιστροφών μετά την χορήγηση απομορφίνης....52 Κεφάλαιο 4: Θεραπευτική προσέγγιση της νόσου του Parkinson 4.1 Γενικά.54 4.2 Χρήση ντοπαμινεργικών αγωνιστών..55 4.3 Χρήση γλουταμινεργικών ανταγωνιστών..55 4.4 Γονιδιακή θεραπεία 55 4.5 Χειρουργική επέμβαση..56 4.6 Μεταμόσχευση κυττάρων..57 4.6.1 Ιστορική αναδρομή 57 4.6.2 Εναλλακτικές πηγές μεταμόσχευσης κυττάρων 58 4.6.3 Βλαστικά κύτταρα...58 4.6.3.1 Χρήση των ΕS κυττάρων για την αντιμετώπιση της νόσου του Parkinson..59 4.6.3.2 Χρήση των NSC κυττάρων για την αντιμετώπιση της νόσου του Parkinson..61 4.6.3.3 Χρήση βλαστικών κυττάρων ενήλικου ατόμου για την αντιμετώπιση της νόσου του Parkinson..62 4.6.3.4 Χρήση βλαστικών κυττάρων ενήλικου ατόμου...63 4.6.3.5 Χρήση βλαστικών κυττάρων ζωικών οργανισμών για την αντιμετώπιση της νόσου του Parkinson.....65 Κεφάλαιο 5: Σκοπός της εργασίας......66 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Κεφάλαιο 6: Μέθοδοι 6.1 Πειραματόζωα...69 6.2 Σχεδιασμός πειραματικής πορείας. 69 6.3 Στερεοταξική έγχυση 6-ΟΗDA.70

6.3.1 Προετοιμασία χειρουργείου..70 6.4 Έλεγχος του ποσοστού βλάβης των μυών καθώς και λειτουργικότητας ενός μοσχεύματος με την χρήση του τέστ της απομορφίνης....75 6.5 Απομόνωση και καλλιέργεια των GFP + νευρικών βλαστικών κυττάρων..76 6.6 Μεταμόσχευση νευρικών βλαστικών κυττάρων 78 6.6.1 Προετοιμασία των προς μεταμόσχευση κυττάρων...78 6.6.2 Προετοιμασία χειρουργείου.. 79 6.7 Προετοιμασία εγκεφαλικού ιστού..81 6.7.1 Perfusion....81 6.8 Κόψιμο εγκεφαλικού ιστού 82 6.9 Ανοσοϊστοχημεία...83 6.9.1 Αρχή και στόχος της μεθόδου...83 6.9.2 Πειραματική πορεία......84 6.10 Ανοσοφθορισμός.86 6.10.1 Γενικά.. 86 6.10.2 Πειραματική πορεία....86 6.11 BrdU πρωτόκολλο 87 6.11.1 Γενικά.. 87 6.11.2 Πειραματική πορεία....87 6.12 Παρατήρηση και μέτρηση των GFP + κυττάρων...89 Κεφάλαιο 7: Υλικά και διαλύματα 90 Κεφάλαιο 8: Aποτελέσματα 8.1 Μελέτη του ποσοστού θνησιμότητας των πειραματοζώων λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορετικές θέσεις έγχυσης της τοξίνης 6-OHDA 100 8.2 Σύγκριση αρχικού βάρους (gr) μυών που επιβίωσαν με αυτών που απεβίωσαν...101 8.3 Σύγκριση ηλικίας μυών που επιβίωσαν με αυτών που απεβίωσαν (σε βδομάδες)...102 8.4. Ανοσοϊστοχημικά δεδομένα βλαβών..103

8.5 Σύγκριση βαθμού βλάβης, μέσω του τεστ της απομορφίνης, πειραματοζώων διαφορετικής ηλικίας και ίδιας δόσης 6-OHDA 105 8.5.1 Δόση 6-OHDA 1,2 μl...105 8.5.2 Δόση 6-OHDA 0,7 μl..107 8.6 Μελέτη της πορείας του βάρους των πειραματοζώων μετά την πραγματοποίηση της βλάβης με την τοξίνη 6-OHDA...112 8.6.1 Πειραματόζωα αρχικού βάρους 25,5 έως 27,5 gr...112 8.6.2 Πειραματόζωα αρχικού βάρους 28 έως 30 gr.....115 8.7 Σύγκριση δεδομένων του τεστ απομορφίνης..117 8.8 Επίδραση του διαφορετικού αριθμού μεταμοσχευθέντων βλαστικών κυττάρων στην κινητική συμπεριφορά των πειραματοζώων...121 8.9 Ανοσοϊστοχημικά αποτελέσματα...122 8.9.1 Οργάνωση του μοσχεύματος... 122 8.9.2 Ανοσοϊστοχημικά δεδομένα πειραματοζώων που μεταμοσχεύθηκαν με 80.000 GFP+ κύτταρα.. 122 8.9.3 Ανοσοϊστοχημικά δεδομένα πειραματοζώων που μεταμοσχεύθηκαν με 200.000 GFP+ κύτταρα...128 Κεφάλαιο 9: Συζήτηση 9.1 Επιλογή παρκισονικού μοντέλου. 135 9.2 Αξιολόγηση του παρκισονικού μοντέλου....137 9.3 Χαρακτηριστικά των παρκισονικών μυών.. 138 9.4 Μεταμοσχεύσεις νευρικών βλαστικών κυττάρων σε παρκισονικούς μύες...142 9.5 Λειτουργικότητα του μοσχεύματος...145 9.6 Επιβίωση μεταμοσχευμένων εμβρυικών νευρικών βλαστικών κυττάρων σε παρκισονικούς μύες......145 9.7 Ταυτοποίηση του φαινοτύπου των μεταμοσχευμένων εμβρυικών νευρικών βλαστικών κυττάρων σε παρκισονικούς μύες 147 Κεφάλαιο 10: Βιβλιογραφία...153

Εισαγωγή

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια 1. Βασικά γάγγλια 1.1 Εισαγωγή Η ορθή εκτέλεση των εκούσιων κινήσεων στον άνθρωπο, αλλά και γενικότερα στα ζώα, είναι απόρεια της σωστής ροής αισθητικοκινιτικής πληροφορίας στον εγκέφαλο. Η διαδικασία αυτή πραγματοποιείται χάρις στην ύπαρξη ενός πολύπλοκου νευρωνικού δικτύου που περιλαμβάνει τον εγκεφαλικό φλοιό, τον θάλαμο και τα βασικά γάγγλια [1]. Ο όρος βασικά γάγγλια δεν έχει ακόμα πλήρως αποσαφηνιστεί ενώ φαίνεται να μην υπάρχει ένας γενικά αποδεκτός ορισμός. Οι κλασσικοί ανατόμοι περιγράφουν ως βασικά γάγγλια τις μεγάλες γκρι δομές που βρίσκονται βυθισμένες στην λευκή ουσία σε κάθε εγκεφαλικό ημισφαίριο. Αρχικά μάλιστα ο όρος αυτός είχε χρησιμοποιηθεί κατά κόρον σε οντοφυλογενετικές αλλά και τοπογραφικές ταξινομήσεις (μέχρι και ο θάλαμος θεωρούνταν τμήμα των βασικών γαγγλίων μέχρι αποδείξεως βέβαια του αντιθέτου, από τον Vicq d Azyr το 1786) [2]. Το κύκλωμα των βασικών γαγγλίων παρεμβάλλεται λειτουργικά στον θάλαμο και τον φλοιό. Γενικά μπορούμε να πούμε ότι το κύκλωμα αυτό συμμετέχει σε πολλά νευρωνικά μονοπάτια έχοντας συναισθηματικές, κινητικές άλλα και νοητικές λειτουργίες. Ειδικότερα τώρα τα βασικά γάγγλια μπορούν: α) να μεταφέρουν τα σήματα που ρέουν από τον φλοιό, β) να παράγουν σήμα εξόδου που να επιστρέφει στον φλοιό, μέσω του θαλάμου, γ) να ρυθμίζουν την εκτέλεση των κινήσεων. Ειδικά όσον αφορά τον ρόλο των βασικών γαγγλίων στη ρύθμιση των διαφόρων κινήσεων, μπορούμε να πούμε ότι παραμένει αινιγματικός. Οι κατά καιρούς προτεινόμενοι ρόλοι είναι πολλοί και πολλές φορές αλληλοσυγκρουόμενοι. Δεδομένα από ΡΕΤ υποστηρίζουν ότι πιθανότατα το σύστημα των βασικών γαγγλίων καταστέλλει μη ηθελημένες κινήσεις κατά την εκτέλεση κάποιας εργασίας και ίσως παίζει κάποιο ρόλο στην προσαρμογή σε καινούργιες καταστάσεις καθώς και στην διευκόλυνση «αμοιβώμενων» δράσεων [3]. 12

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια 1.2 Το κύκλωμα των βασικών γαγγλίων: Ανατομικές συνδέσεις και νευροδιαβιβαστές 1.2.1 Γενικά Τα βασικά γάγγλια απαντώνται στον βασικό τελεγκέφαλο και απαρτίζονται από πέντε αλληλοσυνδεόμενους πυρήνες: τον κερκοφόρο πυρήνα, το κέλυφος, την ωχρά σφαίρα, την μέλαινα ουσία και τον υποθαλάμιο πυρήνα. Παρά το γεγονός ότι ο κερκοφόρος πυρήνας χωρίζεται μερικώς από το κέλυφος με την έσω κάψα, ωστόσο πολλές ομάδες κυττάρων γεφυρώνουν τις δυο δομές, οι οποίες είναι παρόμοιες τόσο δομικά όσο και λειτουργικά. Για αυτό οι δύο αυτές δομές αναφέρονται μαζί ως ραβδωτό σώμα ή απλά ραβδωτό [1]. Εικόνα 1: Απεικόνιση των πέντε πυρήνων του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. 13

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια 1.2.2 Ραβδωτό σώμα Όπως προαναφέρθηκε, στα πρωτεύοντα ο κερκοφόρος πυρήνας και το κέλυφος διαχωρίζονται με ίνες. Εν αντιθέσει, στα τρωκτικά το ραβδωτό παρουσιάζεται ανατομικώς σαν μια ομοιογενή δομή. Ο επικλινής πυρήνας, που αποτελεί μια ακόμα κύρια δομή του ραβδωτού, βρίσκεται πρόσθια και Εικόνα 2: Η δομή του Ραβδωτού σώματος. κοιλιακά αυτού. Κύριος νευρωνικός πληθυσμός της δομής αυτής είναι οι μεσαίου μεγέθους ακανθωτοί νευρώνες, που αποτελούν το 95% των κυττάρων του ραβδωτού και χρησιμοποιούν ως κύριο νευροδιαβιβαστή το γ-αμινοβουτυρικό οξύ (GABA). Ωστόσο μέσα στις απολήξεις των νευρώνων αυτών μπορεί να συνυπάρχουν και άλλοι νευροδιαβιβαστές όπως η εγκεφαλίνη ή η P/ δυνορφίνη. Το υπόλοιπο 5% των νευρώνων του ραβδωτού περιλαμβάνει μη ακανθώτους ενδονευρώνες που μπορεί να έχουν ως νευροδιαβιβαστή εναλλακτικά ακετυλοχολίνη, σωματοστατίνη, NADPHδιαφοράση ή ενδονευρώνες που περιέχουν παραλβουμίνη ή καλρετίνη. Τέλος πρόσφατα έχει προταθεί και η ύπαρξη ντοπαμινεργικών νευρώνων μέσα στο ραβδωτό σώμα [4]. Οι μεσαίου μεγέθους ακανθωτοί νευρώνες του ραβδωτού προβάλλουν κυρίως στην έξω αλλά και έσω ωχρά σφαίρα καθώς και στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας. Φαίνεται ότι οι νευρώνες του ραβδωτού που περιέχουν εγκεφαλίνη προβάλλουν κυρίως στην έξω ωχρά σφαίρα ενώ εκείνοι που περιέχουν P/ δυνορφίνη προβάλλουν στην έσω ωχρά σφαίρα και στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας. Αυτή η λειτουργική διαφοροποίηση της εξόδου του ραβδωτού αποτέλεσε και την βάση για την μορφοποίηση του μοντέλου της άμεσης και της έμμεσης οδού των βασικών γαγγλίων, που θα αναφερθεί αργότερα [5]. Το ραβδωτό αποτελεί την κύρια είσοδο του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. Η φύση αυτής της εισόδου είναι κυρίως διεγερτική: γλουταμινεργικές προβολές από όλες τις φλοιικές περιοχές συγκλίνουν στους νευρώνες του πυρήνα αυτού και παίζουν τον κυρίαρχο ρόλο στην ρύθμιση της λειτουργίας του ενώ υπάρχουν και διεγερτικές είσοδοι τόσο από τον θάλαμο όσο από το στεφανιαίο 14

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια σύστημα και κυρίως την αμυγδαλή. Μια άλλη σημαντική είσοδος στο ραβδωτό προέρχεται από τους ντοπαμινεργικούς νευρώνες της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας και της κοιλιακής καλυπτρυδικής περιοχής (VTA). Τέλος το ραβδωτό δέχεται αραιή νοραδρενεργική νεύρωση από τον υπομέλανα τόπο και σεροτονεργική είσοδο από το ραχιαίο πυρήνα καθώς και από τον ουραίο γραμμικό πυρήνα της ραφής [1]. Εικόνα 3: Οργάνωση της εισόδου των βασικών γαγγλίων. Εξαιτίας λοιπόν αυτής της πλούσιας εννεύρωσης του, το ραβδωτό διαθέτει ένα μεγάλο ρεπερτόριο από υποδοχείς νευροδιαβιβαστών και μάλιστα σε μεγαλύτερη συγκέντρωση από οποιονδήποτε άλλο πυρήνα του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. Γλουταμινεργικοί υποδοχείς: Υπάρχουν τόσο ιοντοτρόποι (NMDA, AMPA και καϊνικοί) όσο και μεταβοτρόποι υποδοχείς γλουταμινικού στο ραβδωτό σώμα. 15

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια - Ιοντοτρόποι: Φαίνεται ότι οι νευρώνες που προβάλλουν στο ραβδωτό διαφέρουν από τους ενδονευρώνες ως προς στις υπομονάδες των υποδοχέων των NMDA και AMPA που εκφράζουν, πχ η υπομονάδα GluR1 εκφράζεται μόνο στους ενδονευρώνες. Το 80% των ακανθωτών ενδονευρώνων εκφράζουν υπομονάδες και των δυο ιοντοτρόπων υποδοχέων [6]. - Μεταβοτρόποι: Οι ενδονευρώνες του ραβδωτού κωδικοποιούν μια ποικιλία mrna για τα διαφορετικά μέλη των 3 μεταβοτρόπων υποδοχέων που εμφανίζονται σε αρκετά μεγάλη πυκνότητα [7]. Ντοπαμινεργικοί υποδοχείς: Οι μεσαίου μεγέθους ακανθωτοί νευρώνες του ραβδωτού εκφράζουν τους D 1 και D 2 ντοπαμινεργικούς υποδοχείς, που μεσολαβούν στην ρυθμιστική επίδραση της απελευθέρωσης της ντοπαμίνης από της απολήξεις της μελαιναραβδωτής οδού. Οι υποδοχείς αυτοί φαίνεται να εκφράζονται σε διαφορετικούς νευρώνες του ραβδωτού, ανάλογα με την θέση προβολής αυτών των νευρώνων. Έτσι οι υποδοχείς D 1 εκφράζονται σε νευρώνες που προβάλουν στην έσω ωχρά σφαίρα και στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας ενώ οι D 2 εκφράζονται σε νευρώνες που προβάλουν στην έξω ωχρά σφαίρα. Ωστόσο πρέπει να αναφερθεί ότι ένα ποσοστό νευρώνων εκφράζουν και τους δυο τύπους υποδοχέων [1]. Υποδοχείς Αδενοσίνης: Οι υποδοχείς της Αδενοσίνης (Α 1, Α 2Α, Α 2Β, και Α 3 ) φαίνεται να συνεντοπίζονται με τους υποδοχείς της ντοπαμίνης. Συγκεκριμένα οι Α 1 συνεντοπίζονται με τους D 1 υποδοχείς ενώ οι Α 2Α με τους D 2. Και στις δυο περιπτώσεις η αδενοσίνη, ως νευρορυθμιστής των ντοπαμινεργικών υποδοχέων, ανταγωνίζεται την δράση που μεσολαβείται από την ντοπαμίνη στους νευρώνες του ραβδωτού. Παραδείγματος χάριν η απελευθέρωση του GABA από τον ενδοσκελή πυρήνα (ο ομόλογος σχηματισμός της ωχράς σφαίρας των τρωκτικών στα πρωτεύοντα) που οφείλεται στην διέγερση των D 1 υποδοχέων του ραβδωτού, μπορεί να εμποδιστεί από την ενεργοποίηση των Α 1 υποδοχέων του πυρήνα αυτού. Υποδοχείς GABA: Οι υποδοχείς GABA Α εμφανίζονται στο ραβδωτό σώμα και έχουν περιγραφεί λεπτομερειακά τόσο σε επίμυες όσο και σε πρωτεύοντα. 16

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια Οι συνάψεις των GABAεργικών νευρώνων μέσα στο ραβδωτό σώμα είναι κυρίως απόρεια της σύνδεσης των αξόνων των GABAεργικών ενδονευρώνων με τους άξονες των GABAεργικών νευρώνων που προβάλλουν στον πυρήνα αυτόν. Βασισμένοι στην τεχνολογία των cdnas έχουν ανακαλυφθεί ως τώρα 13 υπομονάδες του υποδοχέα αυτού στο ραβδωτό: 6 α διαφορετικές υπομονάδες, 3 β υπομονάδες, 3 γ και 1 δ υπομονάδα. Δεδομένα in situ υβριδοποίησης σε πρωτεύοντα δείχνουν ότι οι υπομονάδες με την μεγαλύτερη έκφραση στο ραβδωτό είναι οι α 2, α 3, α 5 και β 3. Τα δεδομένα σε επίμυες είναι λίγο διαφοροποιημένα με τις υπομονάδες α 2, α 4 και β 3 να φαίνονται να κυριαρχούν. Σεροτονεργικοί υποδοχείς: Οι κύριοι υπότυποι σερετονεργικών υποδοχέων, που εκφράζονται στο ραβδωτό, είναι οι 5-HT2A, 5-HT2C και 5-HT6. Μάλιστα φαίνεται ότι οι υποδοχείς αυτοί εντοπίζονται στους νευρώνες που περιέχουν εγκεφαλίνη, ουσία Ρ καθώς και δυνορφίνη. 1.2.3 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 απο τον ενδοσκελιαίο πυρήνα και την ωχρά σφαίρα. Οι κύριοι ενδονευρώνες είναι GABAεργικοί. 1.2.3.1 Ενδοσκελιαίος πυρήνας (έσω ωχρά σφαίρα) Αποτελεί τον μικρότερο πυρήνα των βασικών γαγγλίων. 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 17

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια Ο πυρήνας αυτός δέχεται ένα συνδυασμό ανασταλτικών (GABAεργικών) καθώς και διεγερτικών (γλουταμινεργικών) προβολών. Η ισορροπία μεταξύ αυτών των δυο αντίρροπων συστημάτων καθορίζουν και την λειτουργική δράση του πυρήνα. Κύρια πηγή GABAεργικών προβολών είναι το ραβδωτό αλλά και η γειτονική ωχρά σφαίρα [5,8]. Η διεγερτική εννεύρωση προέρχεται από τον υποθαλάμιο πυρήνα ενώ μικρή συνεισφορά έχει και ο πρόσθιος φλοιός. Εικόνα 4: Οργάνωση της εξόδου των βασικών γαγγλίων. Όσον αφορά τους υποδοχείς του πυρήνα αυτού, υπάρχουν αρκετοί GABA A υποδοχείς (κυρίως των α 1 και β 2 υπομονάδων) εξαιτίας της GABAεργικής εισόδου από το ραβδωτό [9]. Υπάρχουν επίσης γλουταμινεργικοί υποδοχείς. Αρχικά είχε διατυπωθεί η άποψη ότι στον πυρήνα αυτό οι υποδοχείς AMPA εμφανίζονται με μεγαλύτερη συχνότητα από ότι οι NMDA. Ωστόσο πρόσφατα δεδομένα δείχνουν ότι υπάρχει ισόποση έκφραση των GluR 1, 2/3, 4 (AMPA) και NR1 (NMDA) υπομονάδων [10]. D1 υποδοχείς έχουν επίσης εντοπιστεί ωστόσο δεν έχει ακόμα παρατηρηθεί απελευθέρωση ντοπαμίνης μέσα στον πυρήνα [11]. 18

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια 1.2.3.2 Ωχρά σφαίρα (έξω ωχρά σφαίρα) Οι νευρώνες της ωχράς σφαίρας χρησιμοποιούν κυρίως ως 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 ωχράς σφαίρας είναι: ο υποθαλάμιος πυρήνας, η συμπαγής μοίρα της μέλαινας ουσίας, ο ενδοσκελιαίος πυρήνας, σκελογεφυρικός πυρήνας και ο δικτυωτός θαλαμικός πυρήνας. Τέλος έχουν περιγραφεί GABAεργικές προβολές του πυρήνα στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας [12] καθώς και χολινεργικές και μη-χολινεργικές προβολές στον φλοιό [13]. Οι κύριες είσοδοι στην ωχρά σφαίρα πραγματοποιούνται από το ραβδωτό (GABAεργικές ίνες) και τον υποθαλάμιο πυρήνα (γλουταμινεργικές ίνες). Πρόσφατα ο Feger (1997) πρότεινε την ύπαρξη μιας ακόμη διεγερτικής εισόδου στην ωχρά σφαίρα που προέρχεται από τον θάλαμο. Επιπροσθέτως ο πυρήνας φαίνεται να δέχεται ντοπαμινεργική εννεύρωση από πλάγιες ίνες της μελαναραβδωτής οδού [14]. Όπως και ο ενδοσκελιαίος πυρήνας έτσι και η ωχρά σφαίρα έχει πολλούς GABA A υποδοχείς (εμφάνιση κυρίως των α 1 και β 2 υπομονάδων). Υπάρχουν επίσης γλουταμινεργικοί υποδοχείς, ιοντοτρόποι και μεταβοτρόποι καθώς και D 1 και D 2 ντοπαμινεργικοί υποδοχείς, οι οποίοι υποστηρίζουν τον ρόλο της ντοπαμίνης σε αυτό το επίπεδο. 1.2.4 Μέλαινα ουσία Η μέλαινα ουσία μπορεί να διακριθεί σε δυο δομές: στην συμπαγή μοίρα, η οποία βρίθει σε νευρώνες, και στην δικτυωτή μοίρα, που εμφανίζει μικρότερο πληθυσμό νευρώνων και βρίσκεται κοιλιακότερα της προηγούμενης. 1.2.4.1 Συμπαγής μοίρα Κύριος νευροδιαβιβαστής των νευρώνων της μοίρας αυτής, που περιέχουν νευρομελανίνη, είναι η ντοπαμίνη. Η δομή αυτή προβάλλει κυρίως στο ραβδωτό, στον υποθαλάμιο πυρήνα και στην ωχρά σφαίρα μέσω πλαγίων αξόνων, που εκπορεύονται από τους άξονες της μελαναραβδωτής οδού [1]. Μια άλλη ομάδα ντοπαμινεργικών νευρώνων, παρόμοιων με αυτούς της μέλαινας ουσίας, εντοπίζονται πιο εσωτερικά, στην VTA. Οι νευρώνες αυτοί προβάλλουν στο κοιλιακό ραβδωτό, 19

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια στην αμυγδαλή και στον εγκεφαλικό φλοιό. Πρόσφατα, ηλεκτροφυσιολογικά και μορφολογικά δεδομένα προτείνουν την ύπαρξη στην μέλαινα ουσία νευρώνων (5-8%) που χρησιμοποιούν τον νευροδιαβιβαστή GABA αντί της ντοπαμίνης [15]. Η συμπαγής μοίρα της μέλαινας ουσίας δέχεται ανασταλτικές (GABAεργικές) προβολές από το ραβδωτό και την ωχρά σφαίρα. Ηλεκτροφυσιολογικά δεδομένα προτείνουν ανασταλτική είσοδο και από την γειτονική δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας [16]. Η διεγερτική είσοδος (γλουταμινεργική) της δομής αυτής πραγματοποιείται από τον μέσο προμετωπιαίο φλοιό, τον υποθαλάμιο πυρήνα και τον σκελογεφυρικό πυρήνα της καλύπτρας (ο οποίος στέλνει επίσης χολινεργικές προβολές στην μοίρα αυτή). Τέλος οι ντοπαμινεργικοί νευρώνες της μέλαινας ουσίας δέχονται και σεροτονεργική νεύρωση από τον έσω και ραχιαίο πυρήνα της ραφής. Η σημασία τη γλουταμινεργικής εισόδου για την λειτουργία της μέλαινας ουσίας αποσαφηνίστηκε πολύ πρόσφατα. Τόσο οι NMDA όσο και οι AMPA υποδοχείς βρίσκονται στα σώματα και στους δενδρίτες των ντοπαμινεργικών νευρώνων και ρυθμίζουν την ηλεκτρική τους δραστηριότητα. Οι ενεργοποίηση των NMDA, AMPA καθώς και η παρουσία γλουταμινικού αυξάνουν την ηλεκτρική δραστηριότητα των ντοπαμινεργικών νευρώνων [1]. Πειραματικά έχει δειχτεί ότι με την χρήση ανταγωνιστών των NMDA (CPP) και AMPA (NBQX) εμποδίζεται η αύξηση της ηλεκτρικής δραστηριότητας αυτών των νευρώνων. Όσον αφορά τις υπομονάδες των NMDA και AMPA υποδοχέων που εκφράζονται στην συμπαγή μοίρα της μέλαινας ουσίας αυτοί είναι οι GluR1, GluR2/3 και NR1 [17]. Η παρουσία μεταβοτρόπων υποδοχέων και δη του υποτύπου mglur1 έχει επίσης δειχτεί, με κύρια εντόπισή τους στο κυτταρικό σώμα, στους άξονες αλλά και στους δενδρίτες των νευρώνων της συμπαγούς μοίρα της μέλαινας ουσίας [18]. 1.2.4.2 Δικτυωτή μοίρα Η δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας απαρτίζεται από GABAεργικούς νευρώνες. Κύριες περιοχές προβολής του πυρήνα είναι ο προσθοκοιλιακός και οοπισθιοκοιλιακός πυρήνας του θαλάμου. Ωστόσο προβάλει και σε άλλες περιοχές όπως τα άνω διδύμια και ο σκελογεφυρικός πυρήνας. Όπως και ο ενδοσκελιαίος πυρήνας, η δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας, δέχεται ανασταλτικές προβολές (GABAεργικές) από το ραβδωτό, την ωχρά σφαίρα, τον υπομέλανα τόπο και την κοιλιακή ωχρή και διεγερτικές (γλουταμινεργικές) από τον υποθαλάμιο πυρήνα. Ο υποθαλάμιος πυρήνας παίζει σημαντικό ρόλο στην 20

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια ρύθμιση της λειτουργίας της μέλαινας ουσίας. Επιλεκτικές βλάβες στον υποθάλαμο μειώνουν την δράση των μιτοχονδριακών ενζυμικών συμπλόκων Ι, ΙΙ, ΙV στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας. Συμπερασματικά λοιπόν, μειωμένη λειτουργία της μέλαινας ουσίας οφείλεται σε κατάργηση της υποθαλαμικής διεγερτικής οδού [19]. Κύριοι υποδοχείς είναι, όπως και στην περίπτωση του ενδοσκελιαίου πυρήνα, οι GABA A υποδοχείς (εμφάνιση κυρίως των α 1 και β 2 υπομονάδων). Γίνεται λοιπόν φανερό ότι η δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας εμφανίζει πολλές ομοιότητες ιστολογικές και λειτουργικές (συμπεριλαμβανομένου του τρόπου εισόδου εξόδου πληροφορίας) με τον ενδοσκελιαίου πυρήνα. Οι δυο αυτοί πυρήνες θεωρούνται ως οι κύριες δομές εξόδου του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. Για αυτό συχνά αναφέρονται ως μια δομή (πυρήνας εξόδου των βασικών γαγγλίων). 1.2.5 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. Δέχεται ανασταλτική νεύρωση από την έξω ωχρά σφαίρα αλλά και από το κοιλιακό ραβδωτό. Διεγερτική εννεύρωση δέχεται από τον αισθητικό-κινητικό φλοιό, τον θαλαμικό παραδεσμικό πυρήνα και τον σκελογεφυρικός πυρήνας [20]. Πρόσφατα απεδείχθει ότι υπάρχει και ντοπαμινεργική είσοδος στον υποθαλάμιο πυρήνα από την συμπαγή μοίρα της μέλαινας ουσίας. Όσον αφορά τους υποδοχείς που υπάρχουν σε αυτό τον πυρήνα, τόσο οι γλουταμινεργικοί (ιοντοτρόποι, μεταβολοτρόποι) όσο και οι GABAεργικοί (υπομονάδες α 1, β 2 και γ 1 ) εμφανίζουν αυξημένη έκφραση. Οι ντοπαμινεργικοί υποδοχείς είναι παρόντες στο υποθαλαμικό επίπεδο και μάλιστα παίζουν σημαντικότατο ρόλο στην λειτουργική οργάνωση των βασικών γαγγλίων. 21

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια 1.3 Λειτουργική οργάνωση του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων 1.3.1 Το μοντέλο της αμέσου και εμμέσου οδού Η προσπάθεια ανάλυσης της λειτουργικής αρχιτεκτονικής των βασικών γαγγλίων οδήγησε στη δημιουργία ενός μοντέλου, εκείνου της αμέσου και εμμέσου οδού. Σύμφωνα λοιπόν με αυτό το μοντέλο το ραβδωτό, που αποτελεί την κύρια είσοδο του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων, μεταδίδει την πληροφορία που λαμβάνει από τον φλοιό στην έξοδο των βασικών γαγγλίων, δηλαδή στην δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας και στην έσω ωχρά σφαίρα, μέσω ενός άμεσου και ενός έμμεσου μονοπατιού. Στο άμεσο μονοπάτι, GABAεργικοί νευρώνες του ραβδωτού, που περιέχουν δυνορφίνη και εκφράζουν τους D 1 ντοπαμινεργικούς υποδοχείς, προβάλλουν μονοσυναπτικά στη έξοδο των βασικών γαγγλίων. Στο έμμεσο μονοπάτι μια άλλη ομάδα GABAεργικών νευρώνων του ραβδωτού, που περιέχουν εγκεφαλίνη και εκφράζουν τους D 2 ντοπαμινεργικούς υποδοχείς, προβάλλουν αρχικά στην έξω ωχρά σφαίρα που στέλνει GABAεργικές προβολές στον υποθαλάμιο πυρήνα. Ο υποθαλάμιος πυρήνας με την σειρά του στέλνει γλουταμινεργικές ίνες στη έξοδο των βασικών γαγγλίων και στην έξω ωχρά σφαίρα. Από την έξοδο ανασταλτικές GABAεργικές προβολές φτάνουν στον κοιλιακό πρόσθιο και έξω κοιλιακό πυρήνα του κινητικού θαλάμου. Ο θάλαμος στέλνει εν συνεχεία γλουταμινεργικές ίνες στον κινητικό φλοιό, και έτσι το κύκλωμα κλείνει [1]. Με βάση λοιπόν την παρακάτω σχηματική απεικόνιση της λειτουργίας των βασικών γαγγλίων γίνεται κατανοητό ότι η ενεργοποίηση της αμέσου ή της εμμέσου οδού οδηγούν σε διαφορετική επίδραση στον πυρήνα εξόδου του κυκλώματος. Έτσι, η ενεργοποίηση των GABAεργικών νευρώνων του ραβδωτού (άμεση οδός) αναστέλλει τους GABAεργικούς νευρώνες του πυρήνα εξόδου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την άρση αναστολής των νευρώνων του θαλάμου από τον πυρήνα εξόδου. Εν αντιθέσει (έμμεση οδός) η ενεργοποίηση των GABAεργικών νευρώνων του ραβδωτού, αναστέλλουν την έξω ωχρά σφαίρα και άρα έχουμε άρση της αναστολής των νευρώνων του υποθαλάμου. Ο υποθαλάμιος πυρήνας, μέσω γλουταμινεργικών νευρώνων αυξάνει την δράση του πυρήνα εξόδου που με την σειρά του αναστέλλει τον θαλάμο. Ακόμα από το παρακάνω σχήμα απορρέει και η στρατηγικής σημασία θέση του υποθαλάμιου πυρήνα. 22

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια ΚΙΝΗΤΙΚΟΣ ΦΛΟΙΟΣ D 1 ΡΑΒΔΩΤΟ D 2 GABA Γλουταμικό Συμπαγής μέλαινα Ντοπαμίνη Υποθαλάμιος πυρήνας Έξω ωχρά Άμεση οδός Έμμεση οδός Έσω ωχρά Θάλαμος Δικτυωτή μέλαινα Εικόνα 5: Σχηματική απεικόνιση της άμεσης και της εμμέσου οδού του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. Παρά την ανομολόγητη διευκόλυνση που παρείχε αυτό τα μοντέλο σε ανατομικές, φυσιολογικές και κλινικές μελέτες ωστόσο νέα δεδομένα [21,22,23] έκριναν απαραίτητη την εμπλουτινσή του. Τα 4 βασικά δεδομένα που έκριναν απαραίτητη αυτή την αλλαγή ήταν: Οι δυο πληθυσμοί νευρώνων που δίνουν γένεση την άμεση και έμμεση οδό φαίνεται να είναι συναπτικά αλληλοσυνδεόμενοι. Η έξω ωχρά σφαίρα δύναται να συνδεθεί άμεσα με τον πυρήνα εξόδου των βασικών γαγγλίων χωρίς να είναι απαραίτητη η μεσολάβηση του υποθαλάμιου πυρήνα [12]. Ο υποθαλάμιος πυρήνας δέχεται απευθείας διεγερτικές ίνες από τον κινητικό φλοιό. Τέλος, ο υποθαλάμιος πυρήνας αλληλοσυνδέεεται με την συμπαγή μοίρα της μέλαινας ουσίας [24]. Έτσι το μοντέλο παίρνει της εξής μορφή : 23

Κεφάλαιο 1 Βασικά γάγγλια ΚΙΝΗΤΙΚΟΣ ΦΛΟΙΟΣ D 1 ΡΑΒΔΩΤΟ D 2 GABA Γλουταμικό Συμπαγής μέλαινα Ντοπαμίνη Άμεση οδός Υποθαλάμιος πυρήνας Έξω ωχρά Έμμεση οδός Έσω ωχρά ΘΑΛΑΜΟΣ Δικτυωτή μέλαινα Εικόνα 6: Σχηματική απεικόνιση της άμεσης και της εμμέσου οδού του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων με βάση τα νέα δεδομένα που προέκυψαν. 24

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson 2. Νόσος Parkinson 2.1 Γενικά Ήταν μόλις το 1817 όταν ο James Parkinson εκδίδει το διάσημο πλέον μονόγραμμά του An essay on the shaking palsy όπου και περιγράφει μια νευρολογική ασθένεια, γνωστή σήμερα ως Νόσος Parkinson, παρατηρώντας ενδελεχώς την συμπεριφορά 6 ατόμων της εποχής. Σήμερα η νόσος αυτή αποτελεί την δεύτερη πιο κοινή νευροεκφυλιστική νόσο, μετά από εκείνη του Alzheimer, καθώς και ένα ευρύτατο πεδίο για επιστημονική έρευνα καθώς πολλά ερωτηματικά γύρω από την αιτιολογία αλλά και την θεραπεία της νόσου παραμένουν αναπάντητα. 2.2 Επιδημιολογία της νόσου Εκτιμάται ότι στις εκβιομηχανισμένες περιοχές το 0.3% του γενικού πληθυσμού υποφέρει από την νόσο ενώ παγκοσμίως το ποσοστό αγγίζει το 0.15%. Μέσος όρος εμφάνισης της ασθενείας είναι τα 55 χρόνια ωστόσο υπάρχουν και περιπτώσεις απόκτησης της νόσου σε πολύ νεαρότερες ηλικίες, κάτω ακόμα και από τα 20 χρόνια. Εμφανίζεται σε μεγαλύτερο ποσοστό στον ανδρικό πληθυσμό και φαίνεται ότι επιρρεπής στην νόσο είναι όλες οι εθνικότητες, με διαφορετικό ωστόσο ποσοστό εμφάνισης της νόσου [25]. 2.3 Κλινικά χαρακτηριστικά Κλινικά, οποιαδήποτε ασθένεια περιλαμβάνει ανεπάρκεια της ποσότητας της DA στο ραβδωτό σώμα ή απευθείας βλάβη αυτού, μπορεί να οδηγήσει σε παρκισονισμό, που χαρακτηρίζεται από διάφορα κινητικά προβλήματα. Η νόσος του Parkinson αποτελεί την κύρια αιτία πρόκλησης παρκισονισμού (πίνακας 1) [26]. Τα τρία κύρια χαρακτηριστικά της νόσου είναι: Τρόμος: Εμφανίζεται όταν το άτομο είναι σε ακινησία (συχνότητα 3-5 Hz). Αποτελεί το πρώτο χαρακτηριστικό στο 70% των ασθενών. 15

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson Ακαμψία: Αυξημένη αντίσταση που παρατηρείται κατά την δημιουργία παθητικών κινήσεων στις κλειδώσεις. Βραδυκινησία: Αποτελεί το πιο επίπονο σύμπτωμα τις ασθένειας μιας και δυσκολεύει την πραγματοποίηση πολλών από τις καθημερινές κινήσεις μας. Άλλα συμπτώματα τις ασθένειας είναι: η αστάθεια κατά τη στάση, πάγωμα κατά την κίνηση και δυσλειτουργία του αυτόνομου συστήματος που εκδηλώνεται μέσω συχνοουρίας, ορθοστατικής πίεσης και δυσκοιλιότητας [25]. Συχνές είναι και οι πνευματικές όσο και οι ψυχολογικές διαταραχές όπως κατάθλιψη, βραδυφρενία, άνοια διαταραχές στον ύπνο, έλλειψη πρωτοβουλίας και παθητικοποίηση του ατόμου [27]. Primary Parkinsonism Parkinson disease (sporadic, familial) Πίνακας 1 : Parkinsonian Syndromes Secondary Parkinsonism Drug-induced: dopamine antagonists and depletors Hemiatrophy-hemiparkinsonism - Hydrocephalus: normal pressure hydrocephalus, Hypoxia Infectious: postencephalitic Metabolic: parathyroid dysfunction Toxin: Mn, CO, MPTP, cyanide Trauma Tumor Vascular: multiinfarct state patients. Parkinson-plus Syndromes Cortical-basal ganglionic degeneration Dementia syndromes: Alzheimer disease, diffuse Lewy body frontotemporal dementia Lytico-Bodig (Guamanian Parkinsonism-dementia-ALS) Multiple system atrophy syndromes: striatonigral degeneration, Shy-Drager syndrome, sporadic olivopontocerebellar, degeneration (OPCA), motor neuron disease- parkinsonism Progressive pallidal atrophy Progressive supranuclear palsy Familial Neurodegenerative Diseases Hallervorden-Spatz disease Huntington disease Lubag (X-linked dystonia-parkinsonism) Mitochondrial cytopathies with striatal necrosis Neuroacanthocytosis Wilson disease 2.4 Νευροπαθολογικά δεδομένα Οι κύριες μορφολογικές αλλαγές που έχουν παρατηρηθεί στο μεγαλύτερο ποσοστό αυτοψιών διαγνωσμένων ασθενών της νόσου του Parkinson, είναι η απώλεια των ντοπαμινεργικών νευρώνων της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας, που μάλιστα είναι εμφανής και μακροσκοπικά ως αποχρωματοποίηση της περιοχής, καθώς και η εμφάνιση των λεγόμενων Lewy bodies, Εικόνα 7: Σχηματική απεικόνιση φυσιολογικής και παρκισονικής μελαναραβδωτής οδού. Είναι εμφανής η αποχρωματοποίηση της μέλαινας ουσίας καθώς και η μορφή των Lewy bodies (c ). 16

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson κυτταροπλασματικών συσσωματωμάτων που περιέχουν διάφορες πρωτεΐνες όπως α- συνουκλεΐνη, ουβικουιτίνη καθώς και νευροινίδια [26]. Τέτοια συσσωματώματα είναι εμφανή σε κατεχολαμινεργικούς νευρώνες της μέλαινας ουσίας αλλά σε κάποιες περιπτώσεις έχουν βρεθεί και σε άλλες εγκεφαλικές περιοχές όπως στον φλοιό, στους μεγαλοκυτταρικούς βασικούς νευρώνες του προσθίου εγκεφάλου ακόμα στον νωτιαίο μυελό [28]. 2.5 Παθοβιοχημεία της νόσου 2.5.1 Αλλαγές στο ντοπαμινεργικό σύστημα Τα μέχρι τώρα δεδομένα που υπάρχουν για τις βασικές αλλαγές που παρατηρούνται στο ντοπαμινεργικό σύστημα ασθενών της νόσου του Parkinson δείχνουν ότι όχι μόνο το ντοπαμινεργικό σύστημα των βασικών γαγγλίων αλλά και όλου του κεντρικού νευρικού συστήματος επηρεάζονται σημαντικά από την ανάπτυξη της νόσου. Η εκφύλιση των ντοπαμινεργικών Πίνακας 2: Παθοβιοχημεία του ντοπαμινεργικού συστήματος στην νόσο του Parkinson 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 δραστικότητα του ενζύμου της τυροσίνης υδροξυλάσης (ΤΗ) καθώς και μειωμένα επίπεδα 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, την ΤΗ καθώς και την αποκαρβοξυλάση της DOPA. Εν αντιθέσει τα επίπεδα των ενζύμων COMT και MAO-B, που εντοπίζονται στα κύτταρα της γλοίας, δεν επηρεάζονται σχεδόν καθόλου. Βέβαια θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι μειώσεις που παρατηρούνται στα επίπεδα των μεταβολιτών της DA και των ενζύμων 17

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson αυτής είναι μικρότερες από την μείωση του νευροδιαβιβαστή της DA (πίνακας 2). Τα δεδομένα αυτά καταδεικνύουν ότι εναπομείναντες DA νευρώνες προσπαθούν να διατηρήσουν αμετάβλητη την νευροδιαβίβαση της DA απελευθερώνοντας μεγαλύτερες ποσότητες του νευροδιαβιβαστή αυτού. Σε αντίθεση τώρα με τις προσυναπτικές ανωμαλίες που παρατηρούνται στα άτομα που νοσούν, οι μετασυναπτικοί υποδοχείς του ραβδωτού εμφανίζονται καθ όλα λειτουργικοί [29]. 2.5.2 Αλλαγές σε άλλα νευροδιαβιβαστικά και νευρορυθμιστικά συστήματα Στα τελευταία στάδια της νόσου παρατηρείται μια γενικευμένη ανισορροπία σε όλα τα συστήματα νευροδιαβίβασης του εγκεφάλου. Έτσι τοπική μείωση του νευροδιαβιβαστή της νοραδρεναλίνης (ΝΕ) συνδέεται με καταστροφή νοραδρενεργικών νευρώνων και εμφάνιση συγκεκριμένων μη-κινητικών συμπτωμάτων της νόσου όπως κατάθλιψη, παθητικότητα, άνοια. Η παρατηρηθήσα μείωση της σεροτονίνης στον εγκέφαλο δεν έχει ακόμα συνδεθεί με την εκφύλιση κάποιων νευρώνων ωστόσο με κάποιο τρόπο φαίνεται να εμπλέκεται ο ραχιαίος πυρήνας της ραφής. Όσοι ασθενείς παρουσιάζουν άνοια. εμφανίζουν εκφύλιση του χολινεργικού πυρήνα του Meynert [30]. Τέλος μια σειρά από νευροπεπτίδια και αμινοξέα όπως η ουσία Ρ, η χολεκυστοκινήνη, η λευκίνη είναι μειωμένα σε διάφορα ποσοστά στις διάφορες περιοχές της VTA και του μελαναραβδωτού συστήματος. Η σωματοστατίνη, εν αντιθέσει, είναι μειωμένη μόνο στον πρόσθιο φλοιό και τον ιππόκαμπο. 2.5.3 Βιοχημικές αλλαγές Στους εγκεφάλους ασθενών της νόσου του Parkinson, και ειδικά στην μέλαινα ουσία, έχουν εντοπιστεί μειωμένες δραστικότητες των ενζύμων της γλουταθειονικής υπεροξειδάσης και της καταλάσης, ενζύμων που μεταβολίζουν και που απομακρύνουν από τον οργανισμό το υπεροξείδιο του υδρογόνου. Επιπλέον τα ποσά της γλουταθειόνης παρουσιάζονται αρκετά μειωμένα ενώ το ένζυμο SOD, που παράγει το υπεροξείδιο του υδρογόνου, καθώς και το ένζυμο της ΜΑΟ-Β εμφανίζουν αύξηση. Όλα τα παραπάνω υπονοούν αυξημένη ποσότητα υπεροξειδίου του υδρογόνου στην μέλαινα ουσία στους εγκεφάλους ασθενών της νόσου. Επιπροσθέτως η αύξηση του Fe στην μέλαινα ουσία και η ταυτόχρονη αλλαγή του λόγου Fe ΙΙ/ Fe ΙΙΙ από 2:1 σε 1:2 υποδηλώνει αύξηση του ποσοστού σύνθεσης ριζών υδροξυλίου. Τέλος νεκροψίες στους εγκεφάλους παρκισονικών ατόμων έχουν δείξει ότι: 18

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson 1. Υπάρχουν αυξημένα επίπεδα θειοβαρβιτορικού σε συνδυασμό με μειωμένα επίπεδα πολυακόρεστων λιπαρών οξέων, που αποτελεί απόδειξη αυξημένης λιπιδικής υπεροξείδωσης καθώς και αυξημένα επίπεδα 8-υδρόξυ-2δεοξυγουανίνης που αποτελεί απόδειξη αυξημένης καταστροφής του DNA. 2. Υπάρχει μειωμένη δράση του Ι συμπλόκου της αναπνευστικής αλυσίδας των μιτοχονδρίων. Τα δεδομένα αυτά από τις βιοχημικές αλλαγές προτείνουν σαν έναν πιθανό παθολογικό μηχανισμό της ασθένειας το οξειδωτικό στρες σε συνδυασμό με κάποια βλάβη στα μιτοχόνδρια [29]. 2.6 Λειτουργικές αλλαγές το κύκλωμα των Βασικών γαγγλίων Στη νόσο του Parkinson η απώλεια των ντοπαμινεργικών κυττάρων της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας προκαλεί μια σειρά αλλαγών σε όλους τους πυρήνες του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. Το τελικό αποτέλεσμα της εκφύλισης των κυττάρων αυτών είναι η αύξηση της δραστηριότητας των νευρώνων του GABAεργικού πυρήνα εξόδου των βασικών γαγγλίων (έσω ωχρά σφαίρα, δικτυωτή μοίρα της μέλαινας ουσίας) που προκαλεί αυξημένη αναστολή στον κινητικό θάλαμο και επακόλουθη μείωση της γλουταμινεργικής θαλαμικής εξόδου στον κινητικό φλοιό. Τέλος, παρατηρείται μια υπερδραστηριότητα του υποθαλάμιου πυρήνα. Το αρχικό μοντέλο λειτουργίας των βασικών γαγγλίων απέδιδε την υπερδραστηριότητα αυτή σε μείωση της αναστολής του υποθαλάμιου πυρήνα από την έξω ωχρά σφαίρα. Ωστόσο με πειράματα αφαίρεσης της ωχράς σφαίρας [31], απεδείχθηκε ότι τελικά η υπερδραστηριότητα του υποθαλάμιου πυρήνα δεν οφείλεται στην αλληλεπίδραση υποθαλάμιου πυρήνα-έξω ωχράς σφαίρας. Καινούργια δεδομένα έδειξαν ότι : 1. ο υποθαλάμιος πυρήνας δέχεται ντοπαμινεργική προβολή από την συμπαγή μοίρα της μέλαινας ουσίας [32]. 2. η ντοπαμίνη παίζει σημαντικό ρόλο στην ρύθμιση αυτού τον πυρήνα, κυρίως μέσω των ντοπαμινεργικών υποδοχέων D 2 [33]. 19

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson 3. η εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων της μέλαινας ουσίας μπορεί να επιδρά άμεσα τον υποθαλάμιο πυρήνα, με πιθανή μια ντοπαμινεργική απονεύρωση στον πυρήνα αυτό. Φυσιολογικό άτομο Παρκισονικό άτομο ΚΙΝΗΤΙΚΟΣ ΦΛΟΙΟΣ ΚΙΝΗΤΙΚΟΣ ΦΛΟΙΟΣ D 1 ΡΑΒΔΩΤΟ D 2 D 1 ΡΑΒΔΩΤΟ D 2 Συμπαγής μέλαινα Συμπαγής μέλαινα Υποθαλάμιος πυρήνας Έξω ωχρά Υποθαλάμιος πυρήνας Έξω ωχρά ΘΑΛΑΜΟΣ Έσω ωχρά Δικτυωτή μέλαινα GABA Γλουταμικό Ντοπαμίνη Άμεση οδός Έμμεση οδός ΘΑΛΑΜΟΣ Έσω ωχρά Δικτυωτή μέλαινα GABA Γλουταμικό Ντοπαμίνη Άμεση οδός Έμμεση οδός Εικόνα 8: Σχηματικό διάγραμμα που παρουσιάζει τις αλλαγές στο λειτουργικό κύκλωμα των βασικών γαγγλίων στην νόσο του Parkinson. Το διαφορετικό πάχος των βελών δείχνουν διαφορετικό βαθμό ενεργοποίησης των νευροδιαβιβαστικών μονοπατιών. Στη νόσο του Parkinson η απώλεια των ντοπαμινεργικών κυττάρων της συμπαγούς μοίρας της μέλαινας ουσίας προκαλεί μια σειρά αλλαγών σε όλους τους πυρήνες του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων. Το τελικό αποτέλεσμα της εκφύλισης των κυττάρων αυτών είναι η αύξηση της δραστηριότητας των νευρώνων του GABAεργικού πυρήνα εξόδου των βασικών γαγγλίων. Από το σχήμα είναι εμφανής η αυξημένη υπερδραστηριότητα του υποθαλάμου και η αυξημένη αναστολή του κινητικού υποθαλάμου από τον πυρήνα εξόδου των βασικών γαγγλίων. Τέλος, θα πρέπει να αναφερθεί ότι ο υποθαλάμιος πυρήνας, πλην του καλά πλέον μελετημένου ρόλου του στην ανάπτυξη των κινητικών συμπτωμάτων της νόσου του Parkinson, πιθανώς να εμπλέκεται και σε μηχανισμούς συνέχισης της νευροεκφυλιστικής διαδικασίας στην συμπαγή μοίρα της μέλαινας ουσίας μέσω της τοξικότητας του γλουταμινικού, ενός μηχανισμού που θα αναλυθεί παρακάτω. 2.7 Αιτιολογία της νόσου Παρά την εντατική έρευνα των τελευταίων δεκαετιών γύρω από την νευροεκφυλιστική αυτή νόσο η αιτία ή οι αιτίες εμφάνισης αυτής παραμένουν ακόμα 20

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson αδιευκρίνιστες. Διάφοροι παράγοντες όπως περιβαλλοντικοί, κληρονομικοί, κατάσταση υγείας ασθενούς (εγκεφαλική βλάβη, μολύνσεις) έχουν προταθεί κατά καιρούς χωρίς ωστόσο να υπάρχει μια απάντηση για το τι είναι αυτό που πραγματικά προκαλεί την νόσο. Πιθανότατα μιλάμε για μια πολυπαραγοντική νόσο με γονιδιοπεριβαλλοντική προέλευση [1]. 2.7.1 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 τοξινώνπεριβαλλοντικών 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 [34]. 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 [35]. 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 [36]. 21

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson 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 [37], η Ιαπωνική Β εγκεφαλίτιδα [38], η εγκεφαλίτιδα που οφείλεται στον ιό Coxackie B, o έρπης κλπ, σχετίζονται με τον παρκισονισμό. 2.7.2 Γενετικοί παράγοντες Μόλις 70 χρόνια μετά το έργο του James Parkinson, ο Gowers ήταν ο πρώτος που αναφέρθηκε σε μια πιθανή γενετική φύση της νόσου του Parkinson, παρατηρώντας ότι το 15% των ασθενών του είχαν θετικό οικογενειακό ιστορικό όσον αφορά την νόσο [39]. Το 1949 ο Mjones πραγματοποιεί την πρώτη συστηματική μελέτη γύρω από το θέμα αυτό. Το 41% των ασθενών του είχαν θετικό οικογενειακό ιστορικό και συμπέρανε ότι η ασθένεια ήταν αυτοσωμική, επικρατής. Παρά το γεγονός ότι ο τρόπος διεξαγωγής της μελέτης δεν ήταν ο κατάλληλος, μιας και συμπεριέλαβε άτομα διαφόρων μορφών παρκισονισμού, ωστόσο προσανατόλισε περισσότερο τις μελλοντικές μελέτες γύρω από την εύρεση γενετικών παραγόντων που εμπλέκονται στην παθογένεια της νόσου [40]. Μονογονιδιακοί παράγοντες δεν φαίνονται να παίζουν πρωταρχικό ρόλο στις περισσότερες περιπτώσεις της ασθένειας (παρά μόνο στο 10% των περιπτώσεων). Παρά το γεγονός ότι στις περισσότερες μελέτες υπήρχε υψηλός κίνδυνος εμφάνισης της ασθενείας σε οικογένειες με θετικό ιστορικό, ωστόσο σε καμιά από αυτές δεν είναι ξεκάθαρος ο τρόπος κληρονόμισης της ασθένειας. Μονογονιδιακώς κληρονομήσιμη νόσος του Parkinson - α-συνουκλεϊνη: Προσυναπτική πρωτεΐνη που απαντάται στον ανθρώπινο εγκέφαλο και κυρίως την μέλαινα ουσία, στους οσφρητικούς νευρώνες και τον υποθάλαμο. Αποικοδομείται,φυσιολογικά όπως οι περισσότερες πρωτεΐνες από το σύστημα ουβικουιτίνης-πρωτεασώματος [41]. Μεταλλάξεις στο γονίδιο της πρωτεΐνης αυτής έχουν ως αποτέλεσμα την παραγωγή ενός προϊόντος το οποίο συσσωματώνεται μέσα στα νευρωνικά κύτταρα και εμποδίζει το σύστημα ουβικουιτίνης-πρωτεασώματος να το αποικοδομήσει. Είναι απαραίτητο να 22

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson αναφερθεί ότι η πρωτεΐνη αυτή είναι συστατικό των Lewy bodies που συναντάμε στην σποραδική μορφή της νόσου. - Parkin: Πρωτεΐνη που στο αμινοτελικό της άκρο περιέχει μια δομή ομόλογη της ουβικουιτίνης. Φαίνεται ότι η πρωτεΐνη αυτή συνδέεται στο σύστημα της ουβικουιτίνης και αλληλεπιδρά με πρωτεΐνες-υποστρώματα, συμμετέχοντας έτσι στην αποικοδόμηση τους. Έχει βρεθεί πχ ότι η πρωτεΐνη αυτού του γονιδίου αλληλεπιδρά με την α-συνουκλεϊνη. Μεταλλαγμένες μορφές τις πρωτεΐνης φαίνεται να μην μπορούν να συνδεθούν με την α-συνουκλεϊνη και αυτό έχει ως αποτέλεσμα την συσσώρευση της δεύτερης. - UCH-L1: Η υδρολάση-l1 του καροξυτελικού άκρου της ουβικουιτίνης είναι ένα ένζυμο που μέσω της υδρόλυσης του καροξυτελικού άκρου της ουβικουιτίνης, παράγει μονομερή ουβικουιτίνης που μπορεί να επαναχρησιμοποιηθούν για περεταίρω στοχευμένη εκκαθάριση πρωτεϊνών [42]. Η μετάλλαξη αυτής της πρωτεΐνης αποτελεί πολύ σπάνια αιτία για την εμφάνιση της νόσου. Γενετικοί πολυμορφισμοί Αρκετοί γενετικοί τόποι εμφανίζουν ποικιλομορφία όσον αφορά την νουκλεοτιδική αλληλουχία σε φυσιολογικά άτομα. Με τον όρο πολυμορφισμό ονομάζουμε εκείνες τις ποικιλομορφίες νουκλεοτιδικής περιοχής που εμφανίζονται με συχνότητα μικρότερη του 0,99 στο γενικό πληθυσμό. Η σημασία εύρεσης πολυμορφισμών στην νόσο του Parkinson, έγκειται στο γεγονός ότι αποτελούν δείκτες αυξημένης ή αντίστοιχα μειωμένης πιθανότητας εμφάνισης της νόσου. Τέτοιοι λοιπόν πολυμορφισμοί έχουν βρεθεί στο γονίδιο Parkin, σε ισομορφή του κυτοχρώματος Ρ450, στο γονίδιο της ΜΑΟ-Β, της DAT αλλά και σε πολλά άλλα γονίδια [43]. 2.8 Πιθανοί νευροεκφυλιστικοί μηχανισμοί της νόσου Ανεξάρτητα με την αιτία ή τις αιτίες που συνεργούν στην πρόκληση της νόσου, φαίνεται ότι υπάρχουν κάποιοι συγκεκριμένοι μηχανισμοί νευροεκφύλισης που οδηγούν στο θάνατο των ντοπαμινεργικών νευρώνων της μέλαινας ουσίας. Οι μηχανισμοί αυτοί είναι: Το οξειδωτικό στρες Βλάβες στα μιτοχόνδρια 23

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson Τοξικότητα του γλουταμινικού Συσσώρευση ελλατωματικών για τον οργανισμό πρωτεϊνών-συσσώρευση α- συνουκλεϊνης 2.8.1 Οξειδωτικό στρες Καθημερινά δραστικές οξειδωτικές ρίζες παράγονται στον οργανισμό μας ως αποτέλεσμα των διαφόρων βιοχημικών αντιδράσεων. Εξαιτίας της παρουσίας ενός αδέσμευτου ηλεκτρονίου οι οξειδωτικές ρίζες είναι αρκετά ασταθείς και τείνουν να σταθεροποιηθούν οξειδώνοντας συστατικά των κυττάρων και κυρίως μεμβρανικά λιπίδια και νουκλεινικά οξέα. Συγκρίνοντας τώρα την συμπαγή μοίρα της μέλαινας ουσίας με άλλες περιοχές του εγκεφάλου μπορούμε να πούμε ότι εκτίθεται σε υψηλότερα ποσοστά οξειδωτικού στρες λόγω καταβολισμού της ντοπαμίνης (DA) αλλά και αυτοοξείδωσης αυτής [1]. Εικόνα 9: Οξείδωση της ντοπαμίνης (από το ένζυμο της ΜΑΟ καθώς και αυτοοξείδωση). Πιο αναλυτικά, ενδοκυτταρικά η DA αποικοδομείται: i) μέσω της δράσης του ενζύμου της μονοάμινο οξειδάσης, που οδηγεί σε παραγωγή του δυ-υδροξυφαινυλακετικού οξέως (DOPAC) και του υδροξειδιόυ του υδρογόνου (H 2 O 2 ), μέσω κατανάλωσης νερού και οξυγόνου [44], ii) μέσω της αυτοοξείδωσης της, όπου παρατηρείται παραγωγή H 2 O 2 και κουινόνης της DA [45]. Το μόριο της κουινόνης συμμετέχει σε αντιδράσεις με νουκλεοφιλικές σουλφιδρυλικές ομάδες προκαλώντας έτσι διάφορες αλλαγές στην δομή πρωτεϊνών καθώς και μειωμένα επίπεδα γλουταθειόνης (GSH), 24

Κεφάλαιο 2 Νόσος Parkinson ενός ενζύμου που είναι ο κύριος αμυντικός μηχανισμός των κυττάρων έναντι στο οξειδωτικό στρες. Το H 2 O 2 που παράγεται κατά τον μεταβολισμό της DA μπορεί, μέσω της αντίδρασης Fenton και παρουσία δισθενούς σιδήρου (Fe 2+ ), να μετατραπεί σε υδροξύλιο (OH - ). Τα OH - γενικότερα είναι πολύ δραστικά μόρια που δύναται να αντιδράσουν με οποιοδήποτε κυτταρικό ή μη μακρομόριο. Η μεσολαβούμενη από το Fe 2+ κατάλυση του H 2 O 2 ίσως να αποτελεί και το κλειδί για τον παθογενετικό μηχανισμό της νόσου του Parkinson, δεδομένου ότι όχι μόνον τα επίπεδα του σιδήρου στην μέλαινα ουσία είναι πολύ υψηλοτέρα από οποιαδήποτε άλλη περιοχή του εγκεφάλου, αλλά επιπλέον σε ασθενείς της νόσου το ποσό του σιδήρου είναι περίπου 35% μεγαλύτερο συγκρινόμενο με υγιή άτομα τις ίδιας ηλικίας. Θα πρέπει επιπλέον να επισημάνουμε ότι διάφοροι δείκτες λιπιδικής υπεροξείδωσης καθώς και οξειδωτικής καταστροφής του DNA είναι αρκετά αυξημένοι σε ασθενείς της νόσου[46]. Τέλος το οξειδωτικό στρες μπορεί ευθύνεται και για την βλάβη που παρατηρείται, σε αρκετές των περιπτώσεων, στο μιτοχονδριακό σύμπλοκο Ι της αναπνευστικής αλυσίδας των κυττάρων της μέλαινας ουσίας, καθότι το σύμπλοκο αυτό είναι αρκετά επιρρεπές στην οξειδωτική καταστροφή [47]. Από την άλλη μεριά, αναστολή του μιτοχονδριακού συμπλόκου Ι οδηγεί σε αυξημένα επίπεδα οξειδωτικών ριζών [48]. Παραμένει λοιπόν ακόμα ασαφές αν το οξειδωτικό στρες προκαλεί βλάβη στο μιτοχονδριακό σύμπλοκο Ι ή το αντίστροφο.. 2.8.2 Βλάβες στα μιτοχόνδρια Πιθανή συμμετοχή των μιτοχονδρίων στον νευροεκφυλιστικό μηχανισμό της νόσου του Parkinson, προέκυψε μετά την ανακάλυψη του ΜΡΤΡ, που όπως έχει προαναφερθεί προκαλεί ένα σύνδρομο σε πρωτεύοντα και σε τρωκτικά παρόμοιο με εκείνο της νόσου του Parkinson. Το μόριο αυτό δρα μέσω αναστολής του συμπλόκου Ι της μιτοχονδριακής αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων [49]. Υπό φυσιολογικές συνθήκες τα μιτοχόνδρια παράγουν την απαραίτητη για το κύτταρο ενέργεια με την μορφή του ΑΤΡ, μέσω της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων περιλαμβάνει διάφορα σημαντικά σύμπλοκα (το αναπνευστικό σύμπλοκο Ι,ΙΙ, ΙV, ισοένζυμο Q), και 25