Μηχανισμοί πλαστικότητας στον αναπτυσσόμενο εγκέφαλο
Authors: Σταματάκης Αντώνιος 
Published: August 2021

Η οντογένεση του νευρικού συστήματος περιλαμβάνει φαινόμενα όπως η γέννηση κι η μετανάστευση κυττάρων, ο κυτταρικός καθορισμός, ο σχηματισμός κι η απαλοιφή συνάψεων. Παρόμοια πλαστικά φαινόμενα, π.χ. συναπτογένεση και αναμόρφωση νευρικών κυκλωμάτων, παρατηρούνται έπειτα από τραυματισμό του νευρικού συστήματος και κατά τη διαδικασία μάθησης. Νευροδιαβιβαστές όπως η ελεύθερη ρίζα του μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ.) και η νοραδρεναλίνη συμμετέχουν στη φυσιολογική ανάπτυξη του νευρικού συστήματος αλλά και στην απόκρισή του σε επιγενετικούς παράγοντες. Η ΝΟ. είναι μη τυπικός νευροδιαβιαβιβαστής: είναι ένα μικρό μόριο, ιδιαίτερα δραστικό και με μικρό χρόνο ημιζωής. διαχέεται ελεύθερα σε υδατικά διαλύματα και διαμέσου λιπιδικών διπλοστιβάδων και ασκεί τη δράση του κυρίως μέσω της γουανυλικής κυκλάσης. Η νοραδρεναλίνη είναι ένας νευροδιαβιβαστής, καλά συντηρημένος εξελικτικά. Ασκεί τη δράση του μέσω μεμβρανικών υποδοχέων συνδεδεμένων με G-πρωτεϊνες. Οι υποδοχείς της διακρίνονται σε τύπους:α1, α2, β1, β2, β3. Οι α2 νοραδρενεργικοί υποδοχείς εντοπίζονται προσυναπτικά, μετασυναπτικά και εξωσυναπτικά. Διερευνήθηκε η συμμετοχή των συστημάτων της ΝΟ. και των α2 νοραδρενεργικών υποδοχέων σε μηχανισμούς πλαστικότητας στον εγκέφαλο πτηνών κατά τη φυσιολογική ανάπτυξη, μετά από τραυματισμό και σε φαινόμενα μάθησης-μνήμης. Ως πειραματόζωα χρησιμοποιήθηκαν έμβρυα και νεοσσοί ορτυκιού και όρνιθας. Η ενεργότητα του βιοσυνθετικού ενζύμου της ΝΟ. (ΝΟΣ) καθορίστηκε με την ιστοχημική μέθοδο της NADPH-διαφοράσης. Η γέννηση κυττάρων εντοπίστηκε με την ανοσοϊστοχημική μέθοδο της βρωμο-δεοξυ-ουριδίνης. Η κατανομή των α2 νοραδρενεργικών υποδοχέων προσδιορίστηκε με εφαρμογή της in vitro ποσοτικής αυτοραδιογραφικής μεθόδου πρόσδεσης ραδιοσημασμένου δεσμευτή. Στην παρεγκεφαλίδα ορτυκιού παρατηρείται παροδική έκφραση ΝΟΣ στα κύτταρα Purkinje, που σχετίζεται με την επιλεκτική απαλοιφή υπεράριθμων προβολών από προσαγωγούς ίνες. Τα κοκκοειδή κύτταρα εμφανίζουν προοδευτικά υψηλότερη ενεργότητα ΝΟΣ, την οποία διατηρούν και σε ώριμα στάδια, ίσως λόγω της συμμετοχής τους στα κυκλώματα που αποθηκεύουν κινητική μνήμη. Στην εξωτερική κοκκώδη στιβάδα υπάρχουν ίνες με ενεργότητα ΝΟΣ στα αναπτυξιακά στάδια που ο ρυθμός των κυτταρικών διαιρέσεων είναι μεγάλος, πιθανά λόγω της συμμετοχής της ΝΟ. στη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου ή της μετανάστευσης των νέων κυττάρων. Κυτταρικές διαιρέσεις στην εξωτερική κοκκώδη στιβάδα παρατηρούνται και μετά τη γέννηση των ζώων. Αντίθετα με τη σημαντική παρουσία της ΝΟ., τα επίπεδα των α2 νοραδρενεργικών υποδοχέων είναι πολύ χαμηλά στην εμβρυϊκή παρεγκεφαλίδα ορτυκιού. Στην οπτική καλύπτρα, η ενεργότητα ΝΟΣ παρουσιάζει διαφορές μεταξύ των στιβάδων της κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη. Στην παρακοιλιακή φαιά στιβάδα θετικά κύτταρα είναι παρόντα από την 6η εμβρυϊκή ημέρα (Ε6) ως και ώριμα στάδια. Τα δίπολα κύτταρα της υποστιβάδας i της οπτικής καλύπτρας, που συνάπτονται με τις ίνες του οπτικού νεύρου, παρουσιάζουν παροδικά ενεργότητα ΝΟΣ, με μέγιστο την περίοδο σχηματισμού και απαλοιφής συνάψεων με τις οπτικές ίνες. Σε αντίστοιχα αναπτυξιακά στάδια, παρατηρείται παροδική ενεργότητα ΝΟΣ και σε άλλα οπτικά κέντρα του στελέχους (ισθμικοί πυρήνες) και του θαλάμου (πρόσθιος έξω ραχιαίος πυρήνας). Καθόλη την εμβρυϊκή περίοδο που μελετήθηκε, η συγκέντρωση των α2 νοραδρενεργικών υποδοχέων είναι υψηλότερη στις επιφανειακές υποστιβάδες της οπτικής καλύπτρας (SGFSs) από ότι στις εν τω βάθει (SGFSd, SGC, SAC, SGP). Επίσης, σε όλη την ανάπτυξη παρατηρούνται τοπογραφικές διαφορές (κατά τον προσθοπίσθιο και το ραχιαίο-κοιλιακό άξονα) στα επίπεδα των α2 υποδοχέων. Συνολικά, η συγκέντρωση των α2 υποδοχέων αυξάνει σημαντικά την Ε16, γεγονός που σχετίζεται πιθανά με τη συμμετοχή τους στη ρύθμιση της συναπτογένεσης. Στις άλλες οπτικές περιοχές του εγκεφάλου ορτυκιού τα επίπεδα των α2 νοραδρενεργικών υποδοχέων είναι χαμηλά κατά την εμβρυϊκή ζωή. Εξαίρεση αποτελεί ο υπερχιασματικός πυρήνας όπου η συγκέντρωση των α2 υποδοχέων είναι ιδιαίτερα αυξημένη από την Ε12. Στον τελεγκέφαλο όρνιθας, διακρίνονται 2 τύποι ΝΟΣ θετικών κυττάρων: με έντονη χρώση και ορατές αποφυάδες (τύπου Ι) και μικρότερα, κοκκοειδή, με αχνή χρώση, χωρίς εμφανείς αποφυάδες (τύπου ΙΙ). Η κατανομή τους παρουσιάζει τοπογραφικές και αναπτυξιακές διαφορές. Η κατανομή των θετικών κυττάρων τύπου Ι αποκτά το ώριμο πρότυπο την περίοδο γύρω από την εκκόλαψη με υψηλότερο αριθμό τους στα βασικά γάγγλια και το νεοραβδωτό, όπου η ΝΟ. πιθανά σχετίζεται με τον έλεγχο της ντοπαμινεργικής νευροδιαβίβασης. Παροδική έκφραση ΝΟΣ σε κύτταρα τύπου ΙΙ παρατηρείται κατά την εμβρυϊκή ζωή στο βασικό πυρήνα, το εξωραβδωτό, το κοιλιακό υπερ-ραβδωτό, το αρχαιοραβδωτό και τμήματα του νεοραβδωτού, όπου η ΝΟ. πιθανά συμμετέχει στο σχηματισμό ή/και την απαλοιφή συνάψεων. Η κατανομή των α2 νοραδρενεργικών υποδοχέων στον τελεγκέφαλο ορτυκιού παρουσιάζει τοπογραφική και αναπτυξιακή ετερογένεια. Υψηλότερα επίπεδα απαντούν στον ιππόκαμπο, το διάφραγμα, το βασικό πυρήνα, τα βασικά γάγγλια και τμήματα του νεοραβδωτού. Η πυκνότητα των α2 υποδοχέων αυξάνεται γενικά κατά την ανάπτυξη, με εξαίρεση τον ιππόκαμπο όπου παρατηρείται σταδιακή μείωση. Η πειραματική καταστροφή της δεξιάς οπτικής καλύπτρας την Ε9 δεν επηρεάζει την κατανομή κυττάρων με ενεργότητα ΝΟΣ στον εγκέφαλο ορτυκιού. Αντίθετα, η πυκνότητα των α2 νοραδρενεργικών υποδοχέων τροποποιείται: τρείς ημέρες μετά από την καταστροφή της οπτικής καλύπτρας, παρατηρούνται παροδικές μεταβολές στα επίπεδα τους σε καθορισμένα τοπογραφικά τμήματα των στιβάδων της οπτικής καλύπτρας, καθώς και στο εξωραβδωτό και την παραϊπποκάμπια χώρα. πέντε ημέρες μετά την καταστροφή, επηρεάζονται διαφορετικές αλλά πολύ περισσότερες εγκεφαλικές περιοχές που ανήκουν κυρίως στο μεταιχμιακό σύστημα. Ετερόπλευρη διατομή του αριστερού οπτικού νεύρου σε νεοσσούς όρνιθας μίας ημέρας μετά την εκκόλαψη προκαλεί αλλαγές στα επίπεδα των α2 νοραδρενεργικών υποδοχέων σε συγκεκριμένα τμήματα της οπτικής καλύπτρας και σε πολλές εγκεφαλικές περιοχές, κυρίως του μεταιχμιακού συστήματος. Ετερόπλευρη καταστροφή του δεξιού οπίσθιου-ραχιαίου τελεγκεφάλου σε ορτύκια την Ε14, δεν μεταβάλλει την ενεργότητα της ΝΟΣ στον εγκέφαλο. Αντίθετα, τροποποιεί την έκφραση των α2 υποδοχέων σε περιοχές σε όλη την έκταση του εγκεφάλου, με συμμετοχή του μεταιχμιακού συστήματος. Οι α2 νοραδρενεργικοί υποδοχείς στο ενδιάμεσο τμήμα του κοιλιακού υπερ-ραβδωτού συμμετέχουν στο σχηματισμό μνήμης αρνητικών ερεθισμάτων. Ο αριθμός τους αυξάνεται μετά από μαθησιακή δοκιμασία (μονοσυνεδριακή εκπαίδευση παθητικής αποφυγής ερεθίσματος) και απενεργοποίησή τους με χορήγηση ανταγωνιστή (ραουβολσίνη) προκαλεί αμνησία. Συμπερασματικά, η ΝΟ. και οι α2 νοραδρενεργικοί υποδοχείς ασκούν δράση σε πλαστικά φαινόμενα κατά τη φυσιολογική ανάπτυξη (σχηματισμός συνάψεων, ωρίμαση νευρικών συνδέσεων). Η ΝΟ. πιθανά ρυθμίζει τη γέννηση ή/και τη μετανάστευση κυττάρων. Οι α2 υποδοχείς συμμετέχουν στην αναδιοργάνωση του νευρικού συστήματος μετά από τραυματισμό του καθώς και στο σχηματισμό ή/και την ανάκληση μνήμης.