Μελέτη ενδογενούς εγκεφαλικής δραστηριότητας
Authors: Καπλανιάν Εγίς-Ανί 
Published: June 2022

Οι Αργές Ταλαντώσεις, το χαρακτηριστικό ηλεκτροφυσιολογικό σήμα που καταγράφεται κατά τη non-REM φάση του ύπνου, και το ‘κυτταρικό τους αποτύπωμα’, τα Up-Down states, θεωρούνται η ταυτότητα των δικτύων του φλοιού και αντικατοπτρίζουν την ενδογενή λειτουργική συνδεσιμότητα του νεοφλοιού. Παρ’ όλο που προηγούμενες μελέτες έχουν ήδη ερευνήσει το ρόλο της αναστολής στη ρύθμιση της Up-Down state δραστηριότητας, λίγα δεδομένα υπάρχουν σχετικά με το αν και πώς αλλάζει ο ρόλος της κατά την ωρίμανση των δικτύων. Αυτό αποτελεί έκπληξη, καθώς οι Αργές Ταλαντώσεις όπως και τα Up-Down states, έχει δειχτεί πως υποβάλλονται σε αναπτυξιακές αλλαγές. Επιπροσθέτως, παρά το γεγονός ότι η χολινεργική νευροτροποποίηση είναι ένας πολύ σημαντικός ρυθμιστής των φλοιικών μικροδικτύων και της ισορροπίας διέγερσης-αναστολής, ο ρόλος του χολινεργικού στη ρύθμιση των Up-Down states δεν είναι καλά μελετημένος ακόμη. Για να ερευνήσουμε την επίδραση των αναπτυξιακών αλλαγών των GABAb και GABAa υποδοχέων στη ρύθμιση των Up-Down states, κάναμε ταυτόχρονες εξωκυττάριες και ενδοκυττάριες καταγραφές ex vivo σε φέτες από εγκέφαλο νεαρών και ενήλικων αρσενικών ποντικών, χρησιμοποιώντας επιλεκτικούς ανταγωνιστές των υποδοχέων, το CGP και χαμηλές συγκεντρώσεις gabazine, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα που πήραμε μετά το μπλοκάρισμα και των δύο υποδοχέων, διέφεραν ανάλογα με την ηλικία των πειραματοζώων. Το CGP προκάλεσε αύξηση των Down states στα νεαρά ποντίκια ενώ προκάλεσε μείωση στα ενήλικα. Η gabazine προκάλεσε την εμφάνιση επιληπτικών γεγονότων και στις δύο ηλικίες, παρ’ όλα αυτά ενώ τα νεαρά δίκτυα μετατράπηκαν πλήρως σε επιληπτικά με ελάχιστη ή καμία δυνατότητα να παράξουν φυσιολογική δραστηριότητα (Up-Down states), τα ενήλικα δίκτυα συνέχισαν να δίνουν φυσιολογική δραστηριότητα. Εν συνεχεία, καταγραφές μετασυναπτικών ανασταλτικών ρευμάτων (mIPSCs) με voltage-clamp, αποκάλυψαν ότι η συγκεκριμένη συγκέντρωση gabazine που χρησιμοποιήσαμε, μπλόκαρε επιλεκτικά τα φασικά ρεύματα και συγκεκριμένα τους μετασυναπτικούς μηχανισμούς. Καθώς η καταγραφή των mIPSCs ανέδειξε την ύπαρξη αναπτυξιακών διαφορών σε αυτά τα ρεύματα, οδηγηθήκαμε στην εξέταση της υπόθεσης της διαφορετικής σύστασης υπομονάδων των υποδοχέων. Οι εξωκυττάριες καταγραφές που κάναμε στη συνέχεια σε χαμηλές και υψηλές συγκεντρώσεις διαζεπάμης, αποκάλυψαν ότι η ‘κλασσική’ θέση πρόσδεσης του φαρμάκου στην α1-υπομονάδα διαφέρει στις δύο ηλικίες. Οι GABAa υποδοχείς που φέρουν α1-υπομονάδα παίζουν κρίσιμο ρόλο για την έναρξη της Up-Down state δραστηριότητας στα νεαρά δίκτυα, ενώ GABAa υποδοχείς με μη-α1-υπομονάδες παίζουν καθορίζουν τη δραστηριότητα στα ενήλικα. Στη συνέχεια της έρευνάς μας, θελήσαμε να διαλευκάνουμε το ρόλο των νικοτινικών υποδοχέων που φέρουν α5-υπομονάδα, όσον αφορά στους μηχανισμούς έναρξης, διατήρησης και τερματισμού της Up-Down state δραστηριότητας. Για αυτό το σκοπό, κάναμε ταυτόχρονες εξωκυττάριες και ενδοκυττάριες καταγραφές των Up-Down states ex vivo σε φέτες από εγκέφαλο αρσενικών νεαρών ποντικών -αγρίου τύπου και διαγονιδιακά (knock-out στις α5-υπομονάδες των νικοτινικών υποδοχέων, ACNA5) ποντίκια. Τα πειράματά μας έδειξαν ότι οι δύο γονότυποι παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές: τα δίκτυα των διαγονιδιακών ποντικών ήταν πιο ‘αργά’ με μικρά και αραιά Up states που παρεμβάλλονταν ανάμεσα σε μακρά Down states. Για να διερευνήσουμε περαιτέρω τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά των μικροδικτύων των ACNA5, κάναμε voltage clamp καταγραφές σε πυραμιδικούς νευρώνες της στιβάδας ΙΙ/ΙΙΙ: δείξαμε ότι τα κύτταρα αυτά δέχονται σημαντικά αυξημένες ποσότητες ανασταλτικών μετασυναπτικών ρευμάτων, με αποτέλεσμα να κάνουν αυξημένες εκφράσεις GABAa υποδοχέων. Επ’ ακόλουθα φαρμακολογικά πειράματα με τους ανταγωνιστές CGP και gabazine, έδειξαν μια ενδιαφέρουσα αλληλεπίδραση μεταξύ του χολινεργικού και GABAεργικού συστήματος στηρύθμιση αυτού ου μικροδικτύου: μπλοκάρισμα της φασικής αναστολής δεν επηρέασε τα ACNA5 δίκτυα, σε αντίθεση με τα αγρίου τύπου που μετατράπηκαν σε επιληπτικά. Η εφαρμογή του CGP είχε παρόμοια αποτελέσματα και στα δύο δίκτυα: επιμήκυνση των Up και Down states. Τα ευρήματά μας, βοηθούν σημαντικά στην κατανόηση της σημασίας των αναπτυξιακών αλλαγών που υφίστανται τα φλοιικά δίκτυα καθώς και των μηχανισμών που τα ρυθμίζουν.