Λειτουργική και μορφολογική ανάλυση μυών με γενετικά τροποποιημένους πληθυσμούς κατά την ανάπτυξη του φλοιού των εγκεφαλικών ημισφαιρίων
Authors: Καλεμάκη Αικατερίνη 
Published: September 2021

Μέρος Ι. Αναπτυξιακές αλλαγές κατά την πρώιμη μεταγεννετική περίοδο του ανασταλτικού κυκλώματος του έσω προμετωπιαίου φλοιού σε σχέση με τον κύριο σωματοαισθητικό φλοιό.Ο προμετωπιαίος φλοιός (prefrontal cortex, PFC) ελέγχει ανώτερες γνωστικές ικανότητες που έχουν σοβαρή βλάβη στις νευροαναπτυξιακές διαταραχές. Ο PFC χαρακτηρίζεται από καθυστερημένη ωρίμανση που εκτείνεται μέχρι το τέλος της εφηβείας. Οι κυτταρικοί μηχανισμοί που ελέγχουν την πρώιμη ανάπτυξη των κυκλωμάτων του προμετωπιαίου φλοιού παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αδιευκρίνιστοι. Η μελέτη μας αναλύει τις αναπτυξιακές κυτταρικές διεργασίες in vitro που βρίσκονται σε εξέλιξη στον έσω PFC (medial PFC, mPFC) του ποντικιού από τη δεύτερη και την τρίτη μεταγεννητική εβδομάδα ή νεογνική και προ-νεανική, αντίστοιχα, συγκριτικά με αυτές στο βαρελοειδή φλοιό (barrel cortex, BC). Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι η βασική συναπτική μεταβίβαση μειώνεται με την ηλικία ως αποτέλεσμα της ταυτόχρονης μείωσης των αυθόρμητων μετασυναπτικών διεγερτικών ρευμάτων και της αύξησης των ανασταλτικών. Αν και η ολική κυτταρική πυκνότητα του mPFC μειώνεται από την δεύτερη στην τρίτη μεταγεννητική εβδομάδα, ο αριθμός των ενδονευρώνων που εκφράζουν την παρβαλβουμίνη (parvalbumin, PV) και τον υποδοχέα της σεροτονίνης (5HT3aR) αυξάνεται. Επιπλέον, τα δεδομένα μας υποδεικνύουν ότι η αυξημένη δραστικότητα του GABAA υποδοχέα οδηγεί σε αυξημένη βασική συναπτική μεταβίβαση στο νεογνικό mPFC, δείχνοντας ότι η επίδραση του GABA δεν θα μπορούσε να είναι ανασταλτική σε αυτό το χρονικό παράθυρο στον mPFC. Ένα πρόσθετο στοιχείο για την υποστήριξη αυτής της υπόθεσης είναι η έκφραση του KCC2, ενός μεταφορέα που εμπλέκεται στη μεταστροφή μεταξύ της εκπολωτικής σε υπερπολωτικής δράσης του GABA. Η έκφραση του KCC2 είναι μειωμένη στο νεογνικό mPFC σε σύγκριση με το προ-νεανικό mPFC και το BC, σε αμφότερα χρονικά σημεία. Παράλληλα, οι εγγενείς ιδιότητες των ενδονευρώνων μεταβάλλονται με τέτοιο τρόπο ώστε η ωρίμανσή τους να ρυθμίζεται από την ηλικία, ενώ οι αλλαγές στις ιδιότητες των πυραμιδικών νευρώνων είναι πιο μικρές. Τέλος, δείχνουμε ότι όλα τα 9 παραπάνω αναπτυξιακά συμβάντα σχετίζονται με αυξημένη δραστηριότητα των νευρικών δικτύου στο mPFC από τη δεύτερη έως την τρίτη μεταγεννητική εβδομάδα, in vivo. Μέρος ΙΙ Μύες με μειωμένο αριθμό ενδονευρώνων επιδεικνύουν διαταραχές στην αυθόρμητη δραστηριότητα και στη ρυθμική δραστηριότητα των δικτύων του σωματαισθητικού /βαρελοειδούς φλοιού.Οι GABAεργικοί ενδονευρώνες είναι οι κύριοι ανασταλτικοί νευρώνες και προστατεύουν τους εγκεφαλικούς ιστούς από την υπερβολική διέγερση. Οι GABAεργικοί ενδονευρώνες του φλοιού έχουν σημαντικό ρόλο για την παραγωγή συγχρονισμένης ρυθμικής φλοιικής δραστηριότητας. Πολλές νευροψυχιατρικές διαταραχές συσχετίζονται με ανισορροπία ανάμεσα στους μηχανισμούς διέγερσης και αναστολής σε συνδυασμό με μεταβολές στη ρυθμική δραστηριότητα των νευρικών δικτύων, ειδικά σε γάμμα συχνότητες (30-80 Hz). Ερευνήσαμε τις αλλαγές της δραστηριότητας των φλοιικών δικτύων όταν απουσιάζει η αναστολή στον ενήλικο βαρελοειδή φλοιό (barrel cortex-BC) μυών. Χρησιμοποιήσαμε γενετικά τροποποιημένα ζώα ως πειραματικά μοντέλα-εργαλεία με 50% μείωση των ενδονευρώνων του ώριμου φλοιού, εξαιτίας της απαλοιφής της πρωτεΐνης Rac1 στους ενδονευρώνες που εκφράζουν το NKx2.1/Cre κατά την εμβρυική ηλικία [Rac1 conditional knockout (cKO)]. Σκοπός μας ήταν να εξετάσουμε πώς η αναπτυξιακή μείωση των φλοιικών ενδονευρώνων επηρεάζει τη βασική συναπτική μεταβίβαση, την συναπτική πλαστικότητα, την αυθόρμητη δραστηριότητα και τη ρυθμική δραστηριότητα στον ώριμο BC. Καταγραφές πεδίου διεγερτικών μετασυναπτικών δυναμικών (fEPSPs) είδαν ότα τα δίκτυα της φλοιικής στοιβάδας ΙΙ των Rac1cKO ζώων χαρακτηρίζονται από αυξημένη βασική συναπτική μεταβίβαση, μειωμένη μακροχρόνια ενδυνάμωση ( long-term potentiation, LTP) μετά από ένα έντονο ερεθισμό και ανεπηρέαστη αναλογία συζευγμένων παλμών (pair-pulse ratio, PPR). Επιπλέον, καταγραφές αυθόρμητης δραστηριότητας σε φέτες εγκεφάλου των Rac1cKO ζώων έδειξαν αυξημένη ευαισθησία και επιδεκτικότητα στην εμφάνιση αυθόρμητης δραστηριότητας. Επίσης, βρήκαμε ότι στα ζώα με μειωμένο αριθμό των φλοιικών ενδονευρώνων, η δραστηριότητα των τοπικών νευρικών δικτύων εμφανίζει μειωμένη ισχύ στις χαμηλές συχνότητες (δέλτα 0-4 Hz, θήτα 4-8 Hz, άλφα 8-12 Hz) και στις γάμμα συχνότητες (30-80 Hz) με μία πρόσθετη παρεκκλίνουσα κορυφή στις υψηλές γάμμα συχνότητες (80-150 Hz). Συνεπώς, τα αποτελέσματά μας απέδειξαν ότι η διαταραχή της GABAεργικής αναστολής αλλάζει τις συναπτικές ιδιότητες και τη συναπτική πλαστικότητα, και επιπλέον διαταράσσει τον συγχρονισμό των νευρικών δικτύων του ενήλικου BC.