Ο ρόλος του χολινεργικού συστήματος στους μηχανισμούς πλαστικότητας και γήρανση του εγκεφάλου
Authors: Κονσολάκη Ελένη 
Published: September 2021

Η γήρανση οδηγεί σε αλλαγές στη νευρωνική δομή και κατ’ επέκταση στη γνωστική λειτουργία. Έχει παρατηρηθεί ότι το φάσμα αυτών των αλλαγών εκτείνεται από μικρές δομικές αλλαγές συνοδευόμενες από μικρή γνωστική έκπτωση έως σημαντική νευροεκφύλιση που συνοδεύεται από σοβαρά γνωστικά ελλείμματα. Το χολινεργικό σύστημα θεωρείται ότι παρουσιάζει μικρού βαθμού εκφύλιση κατά τη φυσιολογική γήρανση αλλά έχει δειχθεί ότι εμπλέκεται σε μηχανισμούς παθολογικής γήρανσης όπως στη νόσο Alzheimer. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη των επιπτώσεων της απουσίας της β2 υπομονάδας του νικοτινικού υποδόχεα ακετυλοχολίνης (nAChR) στη νευρωνική δομή και γνωστική λειτουργία σε σχέση με τη γήρανση. Για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν ενήλικοι και γηρασμένοι φυσιολογικοί και β2-/- μύες, δηλαδή μύες στους οποίους δεν εκφράζονται οι β2 υπομονάδες των nAChRs.Οι β2-/- μύες έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία ως μοντέλο επιταχυνόμενης γνωστικής γήρανσης αλλά και ως μοντέλο της διαταραχής ελλειμματικής προσοχής/υπερκινητικότητας. Για τη διερεύνηση της ισχύος των δύο αυτών μοντέλων ακολουθήθηκαν τρεις ερευνητικοί άξονες: ανάλυση νευρωνικής δομής πυραμιδικών νευρώνων, μελέτη επίδοσης των μυών σε δοκιμασίες συμπεριφοράς και μέτρηση επιπλέον δεικτών γήρανσης.Αρχικά μελετήθηκε η μορφολογία YFP+ πυραμιδικών νευρώνων της στιβάδας V του πρόσθιου φλοιού του προσαγωγίου και του πρωτοταγούς οπτικού φλοιού. Οι δύο αυτές εγκεφαλικές περιοχές είναι κυτταροαρχιτεκτονικά διαφορετικές αλλά έχουν κοινή πηγή χολινεργικής εννεύρωσης από τη διαγώνια ταινία του Broca. Επομένως, η ενδεχόμενη ύπαρξη διαφορών μεταξύ των δύο περιοχών ως προς τις συνέπειες της απουσίας των β2 υπομονάδων των nAChRs κατά τη γήρανση, θα παρέχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με διαφορές στην ευαλωτότητα των διαφορετικών εγκεφαλικών περιοχών του χολινεργικού συστήματος. Βρέθηκε ότι και στους δύο γονότυπους υπήρχαν σημαντικές μορφολογικές διαφορές στα YFP+ κύτταρα της στιβάδας V μεταξύ του φλοιού του προσαγωγίου και του οπτικού φλοιού, τόσο σε ενήλικα όσο και σε γηρασμένα ζώα. Επίσης, οι β2-/- μύες παρουσίασαν σημαντικά δομικά ελλείμματα ήδη από την ενήλικη ζωή στον πρόσθιο φλοιό του προσαγωγίου, αλλά όχι στον πρωτοταγή οπτικό φλοιό, σε σχέση με τους φυσιολογικούς μύες. Τα ελλείμματα αυτά είτε επιδεινώνονταν περαιτέρω είτε παρέμεναν στα ίδια επίπεδα με τη γήρανση. Συνεπώς, φαίνεται ότι ο πρόσθιος φλοιός του προσαγωγίου είναι περισσότερο ευπαθής στη χρόνια απουσία των β2 υπομονάδων των nAChRs σε σύγκριση με τον πρωτοταγή οπτικό φλοιό. Το εύρημα αυτό, όπως φάνηκε από μετρήσεις αγγειακών δεικτών, δεν μπορεί να αποδοθεί σε εκφύλιση των αγγείων.Στη συνέχεια μελετήθηκαν οι επιπτώσεις της γήρανσης και του γονότυπου στην επίδοση των ενήλικων και γηρασμένων φυσιολογικών και β2-/- μυών σε δοκιμασίες συμπεριφοράς. Βρέθηκε ότι οι β2-/- μύες ενήλικοι και γηρασμένοι δεν εξοικειώνονταν στη δοκιμασία στο ανοιχτό πεδίο το οποίο πιθανότατα οφειλόταν σε μειωμένη εξερεύνηση του νέου περιβάλλοντος σε σύγκριση με τους φυσιολογικούς όπως φάνηκε από την ανάλυση των αργών και γρήγορων κινήσεων. Τα αποτελέσματα στη δοκιμασία του ανοιχτού πεδίου δεν μπορούν να αποδοθούν σε διαφορετικά επίπεδα άγχους, καθόσον δεν παρατηρήθηκαν τέτοιες διαφορές στον υπερυψωμένο λαβύρινθο σε σχήμα σταυρού. Επιπρόσθετα, από τα πειράματά μας προκύπτει ότι η β2 υπομονάδα παίζει ρόλο σε τυπικές για το είδος συμπεριφορές όπως φάνηκε σε ηθολογικές δοκιμασίες οι οποίες αντιστοιχούν με καθημερινές δραστηριότητες σε ανθρώπους (Activities of daily living, ADL). Συγκεκριμένα βρέθηκε ότι οι β2-/- μύες παρουσίασαν ελλείμματα στη δοκιμασία ορύγματος με τη γήρανση και στην κατασκευή φωλιάς ήδη από την ενήλικη ζωή, τα οποία όμως αντιστράφηκαν όταν οι β2-/- μύες μεγάλωσαν σε εμπλουτισμένο περιβάλλον. Στη δοκιμασία αποθησαύρισης, οι γηρασμένοι μύες και των δύο γονότυπων αποθησαύρισαν λιγότερη τροφή, και η διαβίωση σε εμπλουτισμένο περιβάλλον δεν στάθηκε ικανή να αντιστρέψει αυτό το συμπεριφορικό έλλειμμα. Aπό την ανάλυση της συμπεριφοράς των πειραματόζωων σε μία σειρά από δοκιμασίες που ελέγχουν τις ικανότητες χωρικής και μη-χωρικής μάθησης και μνήμης προκύπτει ότι η απουσία των β2 υπομονάδων των nAChRs επηρεάζει ανώτερες γνωστικές λειτουργίες ιδιαίτερα κατά τη γήρανση. Οι γηρασμένοι β2-/- μύες δεν μπορούσαν να διακρίνουν το νέο αντικείμενο από το οικείο στη δοκιμασία αναγνώρισης αντικειμένου αλλά αυτό το έλλειμμα αντιστράφηκε μετά από διαβίωση σε εμπλουτισμένο περιβάλλον. Επίσης οι γηρασμένοι β2-/- μύες δεν κατάφεραν να αλλάξουν στρατηγική επίτευξης νέου στόχου σε δοκιμασία χωρικής μάθησης (Αντιστροφή Μάθησης στον Υδάτινο Λαβύρινθο κατά Morris). Κατά τον έλεγχο της μνήμης σε αυτή τη δοκιμασία βρέθηκε οι β2-/- μύες παρουσιάζουν γνωστικά ελλείμματα όχι μόνο κατά τη γήρανση αλλά ήδη από την ενήλικη ζωή. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα παρατηρούμενα ελλείμματα δεν συνοδεύονται από αύξηση του ουρικού οξέος στον ορό του αίματος των γηρασμένων β2-/- σε σχέση με τους φυσιολογικούς όπως συναντάται σε ηλικιωμένους ανοϊκούς ανθρώπους. Συνοψίζοντας, από τα πειράματα της παρούσας διατριβής προκύπτει ότι οι β2-/- μύες με επιλεκτικά νευρωνικά και γνωστικά ελλείμματα ήδη από την ενήλικη ζωή και κατά τη γήρανση μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μοντέλο επιταχυνόμενης γνωστικής γήρανσης και όχι ως μοντέλο της διαταραχής ελλειμματικής προσοχής/υπερκινητικότητας.