Το γλουταμινικό οξύ αποτελεί τον κύριο διεγερτικό νευροδιαβιβαστή στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα των θηλαστικών, παίζοντας σημαντικό ρόλο σε διαδικασίες μάθησης και μνήμης, αλλά και σε διεργασίες διεγερσιμοτοξικότητας. Το γλουταμινικό οξύ ασκεί τις δράσεις του μέσω δύο ομάδων υποδοχέων, των ιοντοτρόπων και των μεταβοτροπικών υποδοχέων. Οι ιοντοτρόποι υποδοχείς είναι δίαυλοι ιόντων, των οποίων η ενεργοποίηση προκαλεί ταχεία διεγερτική νευροδιαβίβαση και διακρίνονται σε δύο μεγάλες υποομάδες ,τους NMDA και τους μη- NMDA υποδοχείς. Οι μεταβοτροπικοί υποδοχείς, συνδέονται με G-πρωτεΐνες και προκαλούν αργή συναπτική νευροδιαβίβαση μέσω ενεργοποίησης δεύτερων αγγελιοφόρων. Διακρίνονται σε τρεις μεγάλες ομάδες: το Group I που περιλαμβάνει τους mGluR1 και mGluR5, οι οποίοι ενεργοποιούν την Φωσφολιπάση C (PLC), το Group II που περιλαμβάνει τους mGluR 2 και 3 και το Group III που περιλαμβάνει τους mGluRs 4, 6, 7και 8, οι οποίοι ρυθμίζουν αρνητικά την αδενυλική κυκλάση. Οι μεταβοτροπικοί υποδοχείς διαδραματίζουν σημαντικό νευροτροποποιητικό ρόλο σε ολόκληρο τον εγκέφαλο και αποτελούν στόχο για θεραπευτική αγωγή διαφόρων ψυχιατρικών και νευρολογικών διαταραχών όπως το άγχος, η κατάθλιψη, το σύνδρομο του εύθραυστου Χ και η σχιζοφρένεια. Στον ιππόκαμπο, μια δομή όπου διενεργούνται διεργασίες μάθησης και μνήμης, οι mGluR5 υποδοχείς είναι οι πλέον άφθονοι από την οικογένεια των Group I Μεταβοτροπικών υποδοχέων και παίζουν ρόλο στη ρύθμιση της συναπτικής πλαστικότητας και χωρικής μάθησης. Όπως έχει δειχθεί από ηλεκτροφυσιολογικές μελέτες, μια από τις πιο αξιοσημείωτες επιδράσεις των mGluR5 υποδοχέων είναι η ενίσχυση των NMDA-εξαρτώμενων ρευμάτων. Η δράση τους αυτή φαίνεται να παίζει ρόλο στη δημιουργία του LTP ( μακροχρόνια συναπτική ενίσχυση), καθώς η χορήγηση του ειδικού ανταγωνιστή των mGluR5 υποδοχέων (ΜΡΕΡ) σε ιππόκαμπειους νευρώνες επίμυος, αναστέλλει την επαγωγή του LTP. Στο ραβδωτό σώμα, οι mGluR5 υποδοχείς βρίσκονται υπό τον έλεγχο των Α2Α υποδοχέων αδενοσίνης, με τους οποίους σχηματίζουν ετεροδιμερή συμπλέγματα Α2Α-mGluR5 υποδοχέων. Στον ιππόκαμπο, οι Α2Α υποδοχείς αδενοσίνης εκφράζονται σε πολύ χαμηλά επίπεδα, ενώ είναι ελάχιστα τα βιβλιογραφικά δεδομένα για την πιθανή αλληλεπίδρασή τους με τους mGluR5 υποδοχείς. Προκειμένου να διερευνήσουμε το μοριακό μηχανισμό μέσω του οποίου οι mGluR5 υποδοχείς του γλουταμινικού οξέος ενισχύουν τα ρεύματα των NMDA υποδοχέων στον ιππόκαμπο επίμυος, εξετάσαμε την in vitro επίδραση της ενεργοποίησης των mGluR5, στο επίπεδο φωσφορυλίωσης της NR2B υπομονάδας του NMDA υποδοχέα, στα κατάλοιπα τυροσίνη-1472 και σερίνη-1303. Εν συνεχεία, διερευνήσαμε in vitro, την ενδεχόμενη αλληλεπίδραση των mGluR5 και Α2Α υποδοχέων στον ιππόκαμπο, μελετώντας την επίδραση της διέγερσης ή της αναστολής τους στην mGluR5-επαγόμενη φωσφορυλίωση των NMDA υποδοχέων. Τέλος, προκειμένου να ανιχνεύσουμε το ενδοκυττάριο μονοπάτι μεταγωγής σήματος των mGluR5 υποδοχέων στον ιππόκαμπο, εξετάσαμε την επίδραση της ενεργοποίησης των mGluR5 υποδοχέων στο επίπεδο φωσφορυλίωσης της ERK ½ κινάσης καθώς και την επίδραση της διέγερσης των Α2Α υποδοχέων αδενοσίνης στην ενεργοποίηση αυτή. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η διέγερση των mGluR5 υποδοχέων του γλουταμινικού οξέος με τον ειδικό αγωνιστή τους, CHPG, επάγει μια ισχυρή φωσφορυλίωση του καταλοίπου τυροσίνη- 1472 της NR2B υπομονάδας, η οποία είναι εξειδικευμένη στη θέση αυτή δεδομένου ότι δεν εμφανίζονται στο κατάλοιπο σερίνη-1303. Σύμφωνα με τα υπάρχοντα βιβλιογραφικά δεδομένα, η φωσφορυλίωση του καταλοίπου τυροσίνη -1472 της NR2B υπομονάδας, παίζει ρόλο στη μετακίνηση του υποδοχέα στη μεμβράνη και στην ορθή τοποθέτηση του στη σύναψη (trafficking). Συγκεκριμένα, η φωσφορυλίωση στη θέση αυτή καταστέλλει την κλαθρίνη-εξαρτώμενη ενδοκυττάρωση των NMDA υποδοχέων, με αποτέλεσμα τη συσσώρευσή τους στη συναπτική μεμβράνη. Η συσσώρευση των NR2B-NMDA υποδοχέων και η σωστή τοποθέτηση τους στη συναπτική μεμβράνη προάγει τις NMDA εξαρτώμενες αποκρίσεις. Το γεγονός αυτό, συμφωνεί με τα ηλεκτροφυσιολογικά δεδομένα που δείχνουν ότι η διέγερση των mGluR5, ενισχύει τα ρεύματα των NMDA υποδοχέων και προάγει την επαγωγή του LTP στον ιππόκαμπο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματά μας, θεωρούμε ότι η φωσφορυλίωση στη τυροσίνη-1472, αποτελεί το μοριακό μηχανισμό ( ή μέρος αυτού), μέσω του οποίου η ενεργοποίηση των mGluR5 υποδοχέων προάγει τα ρεύματα των NMDA διαύλων. Είναι ενδιαφέρον ότι, οι mGluR5 υποδοχείς του γλουταμινικού οξέος φαίνεται να βρίσκονται υπό τον έλεγχο των Α2Α υποδοχέων αδενοσίνης και στον ιππόκαμπο, όπως και στο ραβδωτό σώμα, καθώς τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι φαρμακευτική αναστολή των Α2Α υποδοχέων εξασθενεί σημαντικά την 10 ικανότητα των ιπποκάμπειων mGluR5 να ελέγχουν τις NMDA-επαγόμενες απαντήσεις. Άρα στον ιππόκαμπο φαίνεται ότι οι Α2Α υποδοχείς δρουν αδειοδοτικά για τη λειτουργία των mGluR5 υποδοχέων ως προς τη ρύθμιση των NMDA-επαγόμενων απαντήσεων. Τέλος, τα αποτελέσματά μας καταδεικνύουν ότι η ενεργοποίηση των mGluR5 υποδοχέων, με το ειδικό αγωνιστή τους CHPG, στον ιππόκαμπο, επάγει τη φωσφορυλίωση της ERK 1/2 κινάσης με τρόπο δοσοεξαρτώμενο. Η επαγωγή αυτή δεν υπόκειται στον έλεγχο των Α2Α υποδοχέων αδενοσίνης, καθώς η φαρμακευτική αναστολή τους δεν είχε επίδραση στα επίπεδα φωσφορυλίωσης της ERK 1/2 κινάσης. Η λειτουργική σημασία της ενεργοποίησης αυτής δεν είναι ακόμα γνωστή και αποτελεί στόχο μελλοντικών πειραμάτων μας. / --

Η λειτουργική διαφοροποίηση κατά το διαφραγματοκροταφικό άξονα του ιπποκάμπου αφορά και την επιληψία. Χρησιμοποιώντας το μοντέλο ελεύθερο μαγνησίου και δυναμικά πεδίου παρατηρήσαμε πως οι επιληπτόμορφες εκφορτίσεις παρατηρούνταν πιο συχνά, είχαν μεγαλύτερη συχνότητα, διάρκεια και ένταση στις κοιλιακές τομές. Ο ανταγωνιστής των NMDA υποδοχέων AP5 μείωσε τη διάρκεια μόνο στις κοιλιακές τομές. Η προσθήκη του NMDA προκάλεσε εμμένουσες επιληπτόμορφες εκφορτίσεις στο 51% των κοιλιακών και το 9% των ραχιαίων τομών. Προτείνουμε πως οι υποδοχείς NMDA συμμετέχουν στη μεγαλύτερη ευπάθεια του κοιλιακού ιπποκάμπου τόσο στην έκφραση όσο και στη μακρόχρονη διατήρηση των επιληπτόμορφων εκφορτίσεων. Για να μελετήσουμε την επιληπτογένεση με άρση του αδενοσινεργικού τόνου, χρησιμοποιήσαμε πρωτόκολλα εκλεκτικού ή μη αποκλεισμού των αδενοσινεργικών υποδοχέων σε συνθήκες ελεύθερες μαγνησίου και καταγράψαμε αυθόρμητα ή προκλητά δυναμικά πεδίου στη CA3 σε κοιλιακές και ραχιαίες τομές. O αποκλεισμός του Α1 προκάλεσε επιληπτογένεση στο 31,13% των ραχιαίων και στο 52,76% των κοιλιακών τομών (P<0,05). Ο σύγχρονος αποκλεισμός του NMDA υποδοχέα αύξησε τα ποσοστά επιληπτογένεσης και στους δυο πόλους (76,38% στις ραχιαίες τομές vs 80,68% στις κοιλιακές τομές). Αυτή η NMDA-ανεξάρτητη επιληπτογένεση μειώθηκε σημαντικά με την προσθήκη του ανταγωνιστή των Α2 υποδοχέων κυρίως στις ραχιαίες τομές. O αποκλεισμός του Α1 υποδοχέα σε συνθήκες αποκλεισμού των NMDA υποδοχέων προκάλεσε παρόμοια αύξηση της κλίσης του fEPSP στις ραχιαίες τομές και στις κοιλιακές τομές. Ο επιπλέον αποκλεισμός των Α2 υποδοχέων επανέφερε την κλίση του fEPSP στο αρχικό της μέγεθος μόνο στις ραχιαίες τομές. Ο σύγχρονος αποκλεισμός των Α1 και Α2 υποδοχέων προκάλεσε επιληπτογένεση πρακτικά μόνο στις κοιλιακές τομές. H επιληπτογένεση αυτή ήταν μερικώς NMDA-εξαρτώμενη. Επιπλέον ενώ ο αποκλεισμός του Α1 προκάλεσε αύξηση της επιφάνειας της καμπύλης του fEPSP σε συνθήκες ελεύθερες μαγνησίου μόνο στις ραχιαίες τομές (96,15%), ο σύγχρονος αποκλεισμός των Α1 και Α2 υποδοχέων προκάλεσε αύξηση κατά 196,62% στις ραχιαίες τομές και 105,26% στις κοιλιακές τομές. Συμπεραίνουμε πως ο εκλεκτικός ή μη αποκλεισμός των υποδοχέων της αδενοσίνης προκαλεί διαφορετικά είδη επιληπτογένεσης που οφείλονται στις διαφορετικές δράσεις των υποδοχέων της αδενοσίνης και την ικανότητα του κοιλιακού ιπποκάμπου για ΝMDA-εξαρτώμενη επιληπτογένεση Χρησιμοποιώντας δυναμικά πεδίου σε κοιλιακές τομές και δυο μοντέλα επιληπτογένεσης παρατηρήσαμε πως οι σχετιζόμενες με τις επιληπτόμορφες εκφορτίσεις υψίσυχνες ταλαντώσεις και η διεγερτική νευροδιαβίβαση συμμεταβάλονται κατά τη διάρκεια της επιληπτογένεσης Παθολογικές υψίσυχνες ταλαντώσεις παρατηρήθηκαν πάντα στην NMDA-εξαρτημένη αλλά όχι και την NMDA-ανεξάρτητη επιληπτογένεση. Η διάρκεια των υψίσυχνων ταλαντώσεων συσχετίστηκε με τη διάρκεια των μεσοκριτικών εκφορτίσεων μόνο μετά την επαγωγή της επιληπτογένεσης Χρησιμοποιώντας ερεθισμό 100Hz και αυξημένη συγκέντρωση καλίου επάγαμε LTP με ερεθισμό των παράπλευρων κλάδων στη CA3 σε συνθήκες αποκλεισμού των υποδοχέων NMDA. Ο νέος τύπος του NMDA-ανεξάρτητου αυτού LTP παρουσίασε αργή ανάπτυξη στο χρόνο, δε μετέβαλε τη διευκόλυνση με σύζευξη παλμών και δεν επαγόταν με ταυτόχρονο αποκλεισμό των ευαίσθητων στη νιφεδιπίνη διαύλων ασβεστίου. Το μέγεθος του LTP ήταν σημαντικά μεγαλύτερο στις ραχιαίες τομές σε σχέση με τις κοιλιακές. / Functional segregation along the dorso-ventral axis of the hippocampus refers to epilepsy too. Using the model of magnesium-free medium and field recordings, single epileptiform discharges displayed higher incidence, rate, duration and intensity in ventral compared with dorsal rat hippocampal slices. The NMDA receptor antagonist AP5 shortened the discharges in ventral slices only. At 5 and 10μΜ of NMDA application 51% of the ventral but only 9% of the dorsal slices displayed persistent epileptiform discharges. We propose that the NMDA receptors contribute to the higher susceptibility of the ventral hippocampus to expression and long-term maintenance of epileptiform discharges. To study epileptogenesis following withdrawal of adenosinergic tone we used models of selective or non-selective blockade of adenosine receptors in magnesium-free medium and we recorded spontaneous or evoked field potentials in CA3 in dorsal as well as ventral slices. Blockade of A1 resulted in epileptogenesis in 31,13% of dorsal and in 52,76% of ventral slices used (P<0,05). NMDAR blockade increased epileptogenesis scores in both poles (76,38% in dorsal slices vs 80,68% in ventral slices). This NMDAR-dependent epileptogenesis was significantly aborted by blockade of A2R more in dorsal slices. Blockade of A1R under conditions of NMDAR blockade resulted to a similar increase of fEPSP slope in dorsal and ventral slices. The additional blockade of A2R decreased fEPSP slope to its original value in dorsal slices only. Simultaneous blockade of A1 and A2 receptors induced epileptogenesis practically in ventral slices only. This epileptogenesis was partially NMDA-dependent. Futrhermore A1R blockade resulted to an increase of fEPSP area under conditions of magnesium-free medium in dorsal slices only, whereas simultaneous blockade of both A1 and A2 receptors to an increase by 196,62% in dorsal slices and by 105,26% in ventral slices. We conclude that the selective or not blockade of adenosine receptors induces different kinds of epileptogenesis and this can be attributed to the different actions of adenosine receptors and the capability of ventral hippocampus to support NMDA-dependent epileptogenesis Employing field recordings from ventral hippocampal slices and two models of epileptogenesis, we found that HFOs associated with epileptiform bursts and excitatory synaptic transmission were co-modulated during epileptogenesis Pathological HFOs>200Hz were unequivocally present in persistent bursts induced by NMDA receptor-dependent but not NMDA receptor-independent mechanisms. The duration of pathological HFOs associated with persistent bursts but not of HFOs associated with bursts before the establishment of epileptogenesis was linearly and strongly correlated with the duration of bursts. Using 100Hz trains and medium with a higher concentration of potassium cations we induced LTP by stimulating associational/commissural fibers in CA3 region under conditions of NMDA receptor blockade. This new type of NMDAR-independent LTP displayed slow kinetics, did not change paired pulse facilitation and was prevented by simultaneous blockade of nifedipine-sensitive calcium channels. The incidence as well as the amplitude of LTP was greater in dorsal slices compared to ventral ones.