Αλληλεπίδραση υποδοχέων ντοπαμίνης με ιοντοτρόπους υποδοχείς γλουταμινικού οξέος και γ-αμινοβουτυρικού οξέος στον προμετωπιαίο φλοιό και ιππόκαμπο επίμυος
Authors: Σαράντης Κωνσταντίνος 
Published: January 2014

Η ντοπαμινεργική νεύρωση είναι πολύ σημαντική για τις μακροχρόνιες αλλαγές της συναπτικής πλαστικότητας στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό, καθώς και για την έκφραση των πρώιμων γονιδίων που σχετίζονται με τη μνήμη και τη μάθηση. Πολλές εργασίες έχουν δείξει ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ ντοπαμινεργικών και γλουταμινεργικών υποδοχέων είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τις γνωστικές λειτουργίες του ιππόκαμπου και του προμετωπιαίου φλοιού. Προκειμένου να μελετήσουμε το μοριακό υπόβαθρο των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ντοπαμινεργικών και γλουταμινεργικών υποδοχέων στο ιππόκαμπο και τον προμετωπιαίο φλοιό του επίμυος, εξετάσαμε «in vitro» την επίδραση της ενεργοποίησης των D1 υποδοχέων ντοπαμίνης στο επίπεδο φωσφορυλίωσης των υπομονάδων των NMDA και AMPA υποδοχέων γλουταμινικού οξέος., καθώς στην φωσφορυλίωση/ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της ERK1/2 κινάσης (Extracellular Regulated Kinase1/2) και της DARPP-32 (Dopamine-and cyclicAMP-Regulated PhosphoProtein-32). Επιπλέον, συγκρίναμε τις αλληλεπιδράσεις των D1/NMDA/AMPA υποδοχέων που παρατηρούνται στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό με αυτές που εμφανίζονται στο ραβδωτό σώμα, στο οποίο η πυκνότητα των D1 υποδοχέων είναι η μέγιστη στον εγκέφαλο. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η ενεργοποίηση των D1 υποδοχέων από τον ειδικό αγωνιστή τους SKF38393 (10 μΜ) στις τομές του ιππόκαμπου και του προμετωπιαίου φλοιού έχει ως αποτέλεσμα μια σημαντική αύξηση των επιπέδων φωσφορυλίωσης: α) της σερίνης-897 της NR1 υπομονάδας και της σερίνης-1303 της NR2B υπομονάδας του NMDA υποδοχέα, οι οποίες επάγουν τη διακίνηση των υποδοχέων στην μεμβρανική επιφάνεια (trafficking) και την ενίσχυση των ρευμάτων του ιοντικού διαύλου, αντίστοιχα, β) των σερινών-831 και -845 της GLUR1 υπομονάδας του AMPA υποδοχέα, οι οποίες ενισχύουν τα ρεύματα του ιοντικού διαύλου και αυξάνουν την πιθανότητα ανοίγματος του καναλιού, αντίστοιχα και γ) της ERK1/2 κινάσης, αλλά όχι της DARPP-32. Είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι η συνενεργοποίηση των D1 και NMDA υποδοχέων με ανενεργές δόσεις των ειδικών αγωνιστών τους SKF38393 (2 μΜ) και NMDA (5 μΜ), αντίστοιχα έχει ως αποτέλεσμα μια περαιτέρω αύξηση των επιπέδων φωσφορυλίωσης των υπομονάδων των NMDA και AMPA υποδοχέων, καθώς και της ERK1/2 κινάσης, αλλά όχι της DARPP-32. Οι παραπάνω επαγόμενες από την ενεργοποίηση των D1 υποδοχέων και την συνενεργοποίηση των D1/NMDA υποδοχέων φωσφορυλιώσεις αναστέλλονται πλήρως από τον ειδικό αναστολέα της ενεργοποίησης της ERK1/2 κινάσης, SL327. Αντίθετα, στο ραβδωτό σώμα τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι η επαγόμενη από τους D1 υποδοχείς φωσφορυλίωση των υπομονάδων των NMDA και AMPA υποδοχέων βασίζεται στο καλά περιγραμμένο σηματοδοτικό μονοπάτι D1/PKA/DARPP-32. Συμπερασματικά, τα «in vitro» πειράματα δείχνουν στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό να υφίσταται ισχυρή συνεργιστική αλληλεπίδραση μεταξύ των D1 και των NMDA υποδοχέων, η οποία οδηγεί στην ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της ΕΡΚ1/2 κινάσης. Επιπλέον, η επαγόμενη από την διέγερση των D1 υποδοχέων και από τη συνδιέγερση των D1/NMDA υποδοχέων φωσφορυλίωση των υπομονάδων των NMDA και AMΡΑ υποδοχέων φαίνεται να οφείλεται στο σηματοδοτικό μονοπάτι της ERK1/2 κινάσης και πιθανώς αποτελεί το μοριακό υπόβαθρο της ενίσχυσης των ρευμάτων των NMDA και AMPA υποδοχέων από την ενεργοποίηση των D1 υποδοχέων. Προκειμένου να διερευνήσουμε εάν αυτή η συνεργιστική αλληλεπίδραση των D1/ NMDA υποδοχέων υφίσταται και «in vivo» και να εξετάσουμε περαιτέρω τη λειτουργική της σημασία, επιλέξαμε ένα φυσικό συμπεριφορικό τεστ, την εισαγωγή των πειραματόζωων σε «πρωτόγνωρο» περιβάλλον (ελεύθερη εξερεύνηση του χώρου). Η δοκιμασία αυτή είναι γνωστό ότι επάγει την αύξηση των επιπέδων ντοπαμίνης στον ιππόκαμπο και τον προμετωπιαίο φλοιό και κατ’ επέκταση επάγει την ενεργοποίηση των D1 υποδοχέων. Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι η εισαγωγή των επίμυων στο «καινούργιο» περιβάλλον επάγει στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό: α) μια σημαντική αύξηση των επιπέδων φωσφορυλίωσης των υπομονάδων των NMDA και ΑΜPA υποδοχέων, καθώς και ισχυρή φωσφορυλίωση/ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της ERK1/2 κινάσης. Τα φαινόμενα αυτά όπως δείξαμε μετά τη χορήγηση ειδικών ανταγωνιστών εξαρτώνται από τη σύγχρονη ενεργοποίηση των D1/ NMDA υποδοχέων και οφείλονται στο «νέο» ερεθίσματα, δεδομένου ότι δεν εμφανίζονται μετά από δοκιμασία «εξοικείωσης» των επίμυων στο «καινούργιο» περιβάλλον, β) επιγεννετικές τροποποιήσεις (φωσφορυλίωση/ ακετυλίωση της ιστόνης Η3) και γ) αύξηση των πρωτεϊνικών επιπέδων έκφρασης των πρώιμων γονιδίων cFos και zif268 επιλεκτικά στη CA1 περιοχή του ιπποκάμπου, φαινόμενα τα οποία εξαρτώνται από την συνενεργοποίηση των D1/ NMDA υποδοχέων, καθώς και των μουσκαρινικών υποδοχέων ακετυλοχολίνης. Συμπερασματικά τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι: α) η φωσφορυλίωση των υπομονάδων των NMDA και AMPA υποδοχέων πιθανώς δρα ως «δείκτης του πρωτόγνωρου ερεθίσματος», δεδομένου ότι δεν εμφανίζονται μετά την «εξοικείωση» των επίμυων στο «καινούργιο» περιβάλλον, β) η ισχυρή ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της ERK1/2 κινάσης που επάγεται από το «νέο» ερέθισμα απαιτεί τη συνεργιστική αλληλεπίδραση των D1/ NMDA υποδοχέων και γ) η ενεργοποίηση του μονοπατιού μεταγωγής σήματος της ERK1/2 κινάσης οδηγεί σε επιγεννετικές αλλαγές και αύξηση της έκφρασης των πρώιμων γονιδίων cFos και zif268, φαινόμενα τα οποία απαιτούνται στη ρύθμιση της συναπτικής πλαστικότητας, καθώς και στις διαδικασίες της μνήμης και της μάθησης.