Παράγοντες εξειδίκευσης του ενδογενούς νευρωνικού δικτύου του ιπποκάμπου επίμυος
Authors: Παπαλεωνιδόπουλος Βασίλειος 
Published: September 2021

Ο ιππόκαμπος αποτελεί εγκεφαλική δομή που εμπλέκεται σημαντικά σε μνημονικές διεργασίες, με λειτουργική ετερογένεια κατά μήκος του ραχιαιοκοιλιακού άξονα. Ο ραχιαίος ιππόκαμπος είναι υπεύθυνος για τη χωρική πλοήγηση ενώ ο κοιλιακός ευθύνεται για την επεξεργασία συγκινησιακών πληροφοριών μέσω μηχανισμών που ακόμα δεν έχουν διευκρινιστεί. Στην παρούσα διατριβή, που αποτελείται από τρεις επιμέρους μελέτες, χρησιμοποιήθηκε η μεθοδολογία της in vitro ηλεκτροφυσιολογίας σε λεπτές τομές ιπποκάμπου με καταγραφή του μετασυναπτικού διεγερτικού δυναμικού στις συνάψεις της CA1 περιοχής του ιπποκάμπου, ώστε να προσδιορίσουμε παράγοντες που ευθύνονται για τη ραχιαιοκοιλιακή διαφοροποίηση. Στο πρώτο μέρος της διατριβής μελετήσαμε τις ιδιότητες της βραχύχρονης συναπτικής πλαστικότητας των συνάψεων κατά μήκος ολόκληρου του ραχιαιοκοιλιακού άξονα του ιπποκάμπου, χρησιμοποιώντας πρωτόκολλο ερεθισμού των προσυναπτικών ινών του Schaffer, που αποτελούταν από δέκα παλμούς που επιδίδονταν σε διαφορετικά διαπαλμικά διαστήματα. Το αποτέλεσμα από την επίδοση παλμών σε συχνότητες από 0,1-100 Hz ήταν σταδιακή αλλαγή των μετασυναπτικών απαντήσεων από συναπτική διευκόλυνση στο ραχιαίο πόλο σε συναπτική καταστολή στον κοιλιακό πόλο του ιπποκάμπου. Επίσης ο δεύτερος παλμός παρουσίαζε διευκόλυνση σε όλο το μήκος του ιπποκάμπου για τις συχνότητες 1-40 Hz. Πιο συγκεκριμένα οι συνάψεις από το ραχιαίο ιππόκαμπο παρουσίασαν διευκόλυνση σε συχνοτικούς ερεθισμούς μέχρι και τα 50 Hz και καταστολή στα 75-100 Hz, με μέγιστη διευκόλυνση στα 20Hz. Αντίθετα οι συνάψεις του κοιλιακού ιππόκαμπου παρουσίασαν μετασυναπτική καταστολή σε όλο το φάσμα συχνοτικών ερεθισμών που χρησιμοποιήθηκαν. Οι συνάψεις από τον ενδιάμεσο ιππόκαμπο εμφάνισαν ενδιάμεση μετασυναπτική συμπεριφορά σε σχέση με τον ραχιαίο και τον κοιλιακό ιππόκαμπο. Συμπερασματικά η βραχύχρονη πλαστικότητα εμφανίζει σταδιακή μεταβολή κατά μήκος του ραχιαιοκοιλιακού άξονα του ιπποκάμπου, γεγονός το οποίο στηρίζει περαιτέρω τη λειτουργική διαφοροποίηση του ραχιαίου από τον κοιλιακό ιππόκαμπο στην επεξεργασία της πληροφορίας. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής μελετήθηκε η μακρόχρονη συναπτική πλαστικότητα στο ραχιαίο και κοιλιακό ιππόκαμπο, έπειτα από επίδοση ερεθισμών στο πρότυπο του θήτα 2 ρυθμού αλλά και σε υψίσυχνο ερεθισμό σε συνθήκες ενεργοποίησης και αποκλεισμού των β αδρενεργικών υποδοχέων (β-AR). Οι β-AR ενεργοποιούνται κάτω από καταστάσεις συγκινησιακής φόρτισης όπου απελευθερώνεται νοραδρεναλίνη στον ιππόκαμπο τροποποιώντας τη συναπτική πλαστικότητα και την παγίωση της μνήμης. Η μακρόχρονη συναπτική ενδυνάμωση επηρεάζεται περισσότερο στον κοιλιακό ιππόκαμπο από την ενεργοποίηση των β-AR, σε σχέση με τον ραχιαίο. Πιο συγκεκριμένα η ενεργοποίηση των β-AR από τον αγωνιστή ισοπροτερενόλη μειώνει το κατώφλιο επαγωγής μακρόχρονης συναπτικής ενδυνάμωσης μόνο στον κοιλιακό ιππόκαμπο, μέσω αύξησης της μετασυναπτικής διεγερσιμότητας και ενεργοποίησης των καναλιών ασβεστίου L-VDCC. Η μείωση του κατωφλίου στον κοιλιακό ιππόκαμπο δεν περιλαμβάνει αλλαγές σε προσυναπτικούς μηχανισμούς, ούτε στην αναστολή. Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι οι β-AR δρουν ως διακόπτης που επάγει τη συναπτική πλαστικότητα στον κοιλιακό ιππόκαμπο και παρέχει ένα στοιχείο στους μηχανισμούς που υπόκεινται την εμπλοκή του κοιλιακού ιππόκαμπου σε συγκινησιακές καταστάσεις. Στο τρίτο μέρος της διατριβής μελετήθηκε η δράση των ντοπαμινεργικών υποδοχέων στη μακρόχρονη συναπτική ενδυνάμωση στον ραχιαίο και κοιλιακό ιππόκαμπο, καθώς η ντοπαμίνη τροποποιεί τη συναπτική πλαστικότητα και η ντοπαμινεργική εννεύρωση είναι διαφορετικά κατανεμημένη μεταξύ των δύο πόλων του ιπποκάμπου. Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι η ενδογενής ντοπαμίνη, που απελευθερώνεται κατά την επίδοση παλμών σε πρότυπο θήτα ρυθμού για την επαγωγή μακρόχρονης συναπτικής ενδυνάμωσης, παίζει σημαντικό ρόλο τόσο στο ραχιαίο όσο και στον κοιλιακό ιππόκαμπο. Η ενεργοποίηση των D1/D5 ντοπαμινεργικών μέσω του αγωνιστή SKF38393 σε χαμηλή, μέτρια και αυξημένη συγκέντρωση δεν είχε κάποια επίδραση στην επαγωγή της μακρόχρονης συναπτικής ενδυνάμωσης. Αντίθετα ο ειδικός αγωνιστής των D1 υποδοχέων SKF82958 αύξησε την επαγόμενη μακρόχρονη συναπτική ενδυνάμωση μόνο στον κοιλιακό ιππόκαμπο, αποτέλεσμα το οποίο συνάδει με την αυξημένη έκφραση του D1 υποδοχέα στον κοιλιακό ιππόκαμπο τόσο σε επίπεδο mRNA αλλά και σε επίπεδο πρωτεΐνης. Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η δράση της ντοπαμίνης είναι μεγαλύτερη στον κοιλιακό ιππόκαμπο, ώστε να αποκρίνεται σε πληροφορίες που επιδίδονται από ισχυρά ερεθίσματα του περιβάλλοντος που σηματοδοτούνται από το ντοπαμινεργικό σύστημα.