Ο μυς weaver αποτελεί ένα γενετικό ζωϊκό μοντέλο της νόσου Parkinson που χαρακτηρίζεται από προοδευτική εκφύλιση των κυττάρων της μελαινοραβδωτής ντοπαμινεργικής οδού. Η μεταβολή της γλουταμινεργικής διαβίβασης στο κύκλωμα των βασικών γαγγλίων ως απόκριση στη ντοπαμινεργική εκφύλιση έχει προταθεί ότι εμπλέκεται στην παθοφυσιολογία της νόσου Parkinson. Οι ιδιότητες των υποδοχέων του γλουταμινικού εξαρτώνται από τη σύνθεση των υπομονάδων τους και τη φωσφορυλίωσή αυτών, καθώς και από τη σύνθεση του πρωτεϊνικού συμπλόκου που σχηματίζεται ενδοκυττάρια μετά την ενεργοποίηση των υποδοχέων, μέρος του οποίου είναι η ασβεστιοεξαρτώμενη κινάση της καλμοδουλίνης ΙΙ (CaMKII), ένα μόριο σημαντικό στη συναπτική πλαστικότητα. Στην παρούσα διατριβή μελετήσαμε, με την μέθοδο της ανοσοαποτύπωσης, σε ολικό ομογενοποίημα ραβδωτού μυών weaver και φυσιολογικών, τις αλλαγές που παρατηρούνται στην πρωτεϊνική έκφραση και φωσφορυλίωση των υπομονάδων των υποδοχέων του γλουταμινικού και της αCaMKII στις ηλικίες των 3 και 6 μηνών. Στην ηλικία των 3 μηνών αναδείχθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση στους μύες weaver σε σχέση με τους φυσιολογικούς των πρωτεϊνικών επιπέδων των υπομονάδων GluN2A και GluN2B του υποδοχέα NMDA κατά 74% και 92% και της υπομονάδας GluA1 του υποδοχέα AMPA κατά 108%. Στην ηλικία των 6 μηνών, δεν ανευρέθησαν αλλαγές στο ραβδωτό των μυών weaver στα επίπεδα έκφρασης των GluN2A και GluA1, ενώ παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση της GluN2B κατά 21%. Επιπλέον, στην ηλικία των 3 μηνών αναδείχθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση των επιπέδων φωσφορυλίωσης της GluN2B στη σερίνη 1303 κατά 40% και της GluA1 στις σερίνες 831 και 845 κατά 40% και 38%, αντίστοιχα, στους μύες weaver σε σχέση με τους φυσιολογικούς, ενώ στην ηλικία των 6 μηνών αύξηση της φωσφορυλιωμένης GluN2B κατά 22%. Επιπρόσθετα, τα αποτελέσματά μας ανέδειξαν στο ραβδωτό των μυών weaver στατιστικά σημαντική αύξηση της φωσφoρυλίωσης της αCaMKII στη θρεονίνη 286 κατά 176%, ενώ τα επίπεδα της ολικής CaMKII δεν παρουσίασαν στατιστικά σημαντική διαφορά είτε στους 3 είτε στους 6 μήνες. Τα αποτελέσματα μας υποδεικνύουν ότι διακριτοί βαθμοί εκφύλισης των ντοπαμινεργικών νευρώνων επηρεάζουν με διαφορετικό τρόπο την έκφραση και φωσφορυλίωση των υποδοχέων γλουταμινικού και της αCaMKII στο ραβδωτό. Τα ευρήματα σε αυτό το γενετικό παρκινσονικό μοντέλο προτείνουν ότι η γλουταμινεργική διαβίβαση στο ραβδωτό παίζει πιθανά σημαντικό ρόλο στη συναπτική πλαστικότητα και στην κινητική συμπεριφορά, που έπονται της σταδιακής και χρόνιας έλλειψης ντοπαμίνης στη νόσο Parkinson, με βιοχημικά επακόλουθα πέρα από αυτά που παρατηρούνται στα οξέα τοξικά μοντέλα. / Weaver mutant mouse is a valuable tool to further our understanding of Parkinson’s disease (PD) pathogenesis since dopaminergic neurons of the nigro-striatal pathway undergo spontaneous and progressive cell death. Abnormalities in striatal glutamate transmission as a response to dopaminergic degenaration have been associated with the pathophysiology of Parkinson disease. The physiological properties of glutamate receptors depend on their subunit composition and phosphorylation along with the composition of the protein complex formed downstream of receptor activation, where α-subunit of calcium–calmodulin-dependent protein kinase II (αCaMKII), a molecule important to synaptic plasticity, participates. In the present study, using immuoblotting in total striatal homogenate, we investigated the changes in protein expression and phosphorylation of glutamate receptor subunits and αCaMKII at the end of the third and sixth postnatal month. We found increased expression levels of GluN2A and GluN2B subunits of NMDA receptors and GluA1 subunit of AMPA receptors by 74%, 92% and 108% in the 3-month-old weaver striatum compared to control. In the 6-month-old weaver striatum, no changes were detected in GluN2A and GluA1 expression levels, whereas GluN2B showed a 21% statistically significant increase. Our results also indicated increased phosphorylations of GluN2B at serine 1303 by 40% and GluA1 at serines 831 and 845 by 40% and 38% in the 3-month-old and increased GluN2B phosphorylation by 22% in the 6-month-old weaver striatum compared to control. Furthermore, our results showed increased pCaMKIIThr286 phosphorylation by 176% in the 6 month-old weaver striatum, while total CaMKII protein levels were not altered at either 3- or 6-month-old weaver. Our results indicate that distinct degrees of DA neuron degeneration differentially affect expression and phosphorylation of striatal glutamate receptors and αCaMKII. Findings on this genetic parkinsonian model suggest that striatal glutamatergic signaling may play an important role in synaptic plasticity and motor behavior that follow progressive and chronic dopamine depletion in PD with biochemical consequences beyond those seen in acute toxic models.

Η νόσος Parkinson είναι μία νόσος νευροεκφυλιστικής φύσεως, η οποία αναπτύσσεται προοδευτικά και χαρακτηρίζεται κλινικά από κινητική δυσλειτουργία. Τα αίτια της νόσου μέχρι σήμερα είναι άγνωστα. Η εκφύλιση της ντοπαμινεργικής μελαινοραβδωτής οδού στη νόσο Parkinson οδηγεί σε επακόλουθη ελάττωση του νευροδιαβιβιστή ντοπαμίνη στο ραβδωτό σώμα και σε διαταραχή της ισορροπίας της λειτουργίας του κυκλώματος των βασικών γαγγλίων, γεγονός που έχει ως συνέπεια την εμφάνιση των κινητικών συμπτωμάτων της νόσου. Ο μυς weaver αποτελεί ένα εξαιρετικό πειραματικό μοντέλο για τη διαλεύκανση των μηχανισμών που ευθύνονται για την προοδευτική εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων, η οποία λαμβάνει χώρα ενδογενώς και προοδευτικά. Στην παρούσα διατριβή εξετάστηκε ο πιθανός ρόλος του οξειδωτικού στρες και της απόπτωσης στη νευροεκφύλιση των μυών weaver. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν οι εγκεφαλικές περιοχές που εμπλέκονται άμεσα ή έμμεσα στη μελαινοραβδωτή νευροεκφύλιση καθώς και η παρεγκεφαλίδα. Επίσης, στις παραπάνω περιοχές, μελετήθηκε η έκφραση των αποπτωτικών/αντι-αποπτωτικών γονιδίων της οικογένειας bcl-2 καθώς και η έκφραση των προστατευτικών θερμοεπαγόμενων γονιδίων, Hsp27 και Hsp70. Οι παραπάνω μελέτες έγιναν σε φυσιολογικούς και weaver μύες 21 ημερών επειδή στο στάδιο αυτό η εκφύλιση των ντοπαμινεργικών νευρώνων έχει φτάσει στο 42% και οι ντοπαμινεργικοί δενδρίτες είναι ήδη μειωμένοι κατά 76%. Τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα της διατριβής συνοψίζονται στα παρακάτω: Οι weaver μύες παρουσίασαν σημαντική αύξηση του οξειδωτικό στρες στη παρεγκεφαλίδα και στο μεσεγκέφαλο που είναι οι εγκεφαλικές περιοχές στις οποίες συμβαίνει νευροεκφύλιση. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι το οξειδωτικό στρες πιθανόν να συμμετέχει στη νευροεκφύλιση των περιοχών αυτών. Επίσης η παρεγκεφαλίδα και ο μεσεγκέφαλος εμφάνισαν υψηλά επίπεδα κατακερματισμένου DNA. Σημαντικά επίπεδα κατακερματισμένου DNA εμφάνισαν και άλλες περιοχές του εγκεφάλου που εξετάστηκαν. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι η απόπτωση πιθανόν να συμμετέχει στη νευροεκφύλιση των περιοχών αυτών. Τόσο τα επίπεδα έκφρασης του αντιαποπτωτικού γονιδίου bcl2 όσο και τα επίπεδα έκφρασης των προστατευτικών και αντιαποπωτικών γονιδίων Hsp27 και Hsp70, βρέθηκαν αυξημένα στη παρεγκεφαλίδα των Weaver μυών υποδηλώνοντας ότι τα κύτταρα της παρεγκεφαλίδας επιστρατεύουν αμυντικούς μηχανισμούς έναντι του οξειδωτικού στρες και της απόπτωσης. / The Parkinson disease is a neurodegeneration disease that develops progressively and it is clinically characterized by motor disturbances. The degeneration of nigrostriatal dopaminergic innervations in Parkinson disease leads to subsequent decrease of dopamine neurotransmitter in corpus striatum and to disturbance of operational equilibrium of basal ganglia circuit. The result of this is the motor symptoms that the disease appears. The weaver mouse constitutes an excellent Parkinson model for understanding the mechanisms which are responsible for the progressive degeneration of the dopaminergic neurons. The roles of oxidative stress and apoptosis in the neurodegeneration of weaver mice were investigated. The brain regions that are involved directly or indirectly in nigrostriatal dopaminergic innervations as well as cerebellum were examined. In addition, the expression of the apoptotic/antiapoptotic genes of bcl-2 family as well as the expression of the protective heat shock protein genes, Hsp27 and Hsp70. were examined in the above brain regions. The results and conclusions of this work are summarized bellow: The weaver mice showed significant increase of the oxidative stress in cerebellum and midbrain which are the major regions where neurodigeneration takes place. These results suggest that oxidative stress is probably involved in the neurodigeneration of these regions. All brain regions of weaver mice examined showed significant increases in fragmented DNA with the higher fragmentation taking place in the cerebellum and in midbrain. These results suggest that apoptosis is may involved in the neurodegeneration of all these regions. The expression levels of the antiapoptotic gene bcl-2 as well as the expression of the protective heat shock protein genes, Hsp27 and Hsp70, were found to increase in the cerebellum of the weaver mice suggesting that the cerebellum cells recruit defense mechanisms against oxidative stress and apoptosis.

ΜΕΛΕΤΗ Α΄ Στόχος: Να διερευνηθεί αν ο κινητικός υπότυπος της αστάθειας κορμού και δυσχέρειας της βάδισης (ΑΚΔΒ) σχετίζεται με τη γνωστική δυσλειτουργία που εμφανίζουν οι ασθενείς με νόσο του Parkinson (NP) χωρίς άνοια. Μέθοδοι: Χορηγήσαμε μια συστοιχία επιλεγμένων νευροψυχολογικών δοκιμασιών σε δύο ομάδες μη ανοϊκών ασθενών με ήπια έως μέτριας βαρύτητας νόσο κατηγοριοποιημένους είτε στον υπότυπο της ΑΚΔΒ είτε σε υπότυπο μη ΑΚΔΒ, καθώς και σε μια ομάδα υγιών μαρτύρων. Οι ομάδες εξισώθηκαν κατά το δυνατόν όσον αφορά δυνητικούς συγχυτικούς παράγοντες που επηρεάζουν τις νευροψυχολογικές επιδόσεις. Αποτελέσματα: Δε διαπιστώθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο ομάδων ασθενών στην επίδοση σε οποιαδήποτε από τις χορηγηθείσες νευροψυχολογικές δοκιμασίες. Παρόλα αυτά, σε σχέση με τους μάρτυρες υπήρξε μια τάση διαφοροποίησης ως προς το κυρίαρχο πρότυπο της γνωστικής δυσλειτουργίας. Η ομάδα με τον υπότυπο της ΑΚΔΒ είχε βραδύτερες επιδόσεις σε μια δοκιμασία ψυχοκινητικής ταχύτητας και γνωστικής ευελιξίας, ενώ η ομάδα με υπότυπο της νόσου μη ΑΚΔΒ είχε χειρότερες επιδόσεις στις μετρήσεις της λεκτικής μάθησης και της οπτικοχωρικής αντίληψης. Συμπεράσματα: Ο υπότυπος της ΑΚΔΒ δε συσχετίσθηκε με σοβαρότερα γνωστικά ελλείμματα και έτσι είναι πιθανό οι μηχανισμοί της γνωστικής δυσλειτουργίας να είναι, έως ένα ορισμένο βαθμό, κοινοί ανεξάρτητα από τον κινητικό υπότυπο της νόσου. ΜΕΛΕΤΗ Β Στόχος: Να διερευνηθεί αν υπάρχει συσχέτιση μεταξύ της ΝΡ και του γονιδίου CHRNA4, το οποίο κωδικοποιεί την α4 υπομονάδα του α4β2 νικοτινικού υποδοχέα της ακετυλοχολίνης (nAChR). Mέθοδοι: Στη μελέτη συμμετείχαν 100 ασθενείς με ΝΡ και 105 μάρτυρες, εξισωμένοι ως προς την ηλικία και το φύλο και ανήκοντες στην ίδια πληθυσμιακή ομάδα με τους ασθενείς. Ο γενετικός δείκτης που εξετάσθηκε είναι ένας μονονουκλεοτιδικός πολυμορφισμός στο 5ο εξόνιο του γονιδίου CHRNA4 (dbSNP rs1044396). Έγινε απομόνωση DNA γονιδιώματος από περιφερικό αίμα και ακολούθησε ανάλυση μεγέθους περιοριστικών τμημάτων μετά από αλυσωτή αντίδραση πολυμεράσης και κατάτμηση των προϊόντων αυτής με το ένζυμο Hha I. Μια υποομάδα 42 ασθενών υποβλήθηκαν επίσης σε λεπτομερή κλινική και νευροψυχολογική εκτίμηση. Η στατιστική ανάλυση για τη σύγκριση της συχνότητας των αλληλομόρφων και των γονοτύπων μεταξύ των ομάδων έγινε με τη δοκιμασία χ2, και τον ακριβή έλεγχο Fisher εάν έστω ένα κελί είχε n<5. Υπολογίστηκαν οι σχετικοί κίνδυνοι και τα κατά 95% διαστήματα αξιοπιστίας τους που αντιστοιχούσαν στα αλληλόμορφα και τους γονότυπους. Χρησιμοποιήθηκε η λογιστική ανάλυση παλινδρόμησης εάν ήταν απαραίτητη η προσαρμογή για την ηλικία ή το φύλο. Αποτελέσματα: Οι συχνότητες των γονοτύπων στην ομάδα των ασθενών (TT 34%; CT 58%; CC 8%) σε σύγκριση με τις συχνότητες των γονοτύπων στην ομάδα των μαρτύρων (TT 28.6 %; CT 47.6%; CC 23.8 %) παρουσίασαν στατιστικά σημαντική διαφορά (χ2 = 9.48, df = 2, p = 0.009). Η ομοζυγωτία CC συσχετίσθηκε με χαμηλότερο κίνδυνο παρουσίας της ΝΡ (CC vs φορείς T: OR = 0.28; 95% CI = 0.12–0.65; p = 0.002; στατιστική ισχύς 93.1%). Παρατηρήθηκε επίσης απόκλιση στην κατανομή των αλληλομόρφων μεταξύ των ασθενών και των μαρτύρων. Υπήρχε σημαντικά χαμηλότερη συχνότητα του αλληλόμορφου C μεταξύ των ασθενών (37%) σε σχέση με τους μάρτυρες (47.6%) (χ2 = 4.73; df = 1; OR=0.65; 95% CI = 0.44–0.96; p = 0.03). Η ανάλυση διαστρωμάτωσης έδειξε ότι η διαφορά στην κατανομή των γονοτύπων μεταξύ ασθενών και μαρτύρων ήταν στατιστικά σημαντική και συγκριτικά μεγαλύτερη στο θήλυ φύλο σε σχέση με το άρρεν φύλο και στους ασθενείς με εκδήλωση ΝΡ σε όψιμη ηλικία ( > 50 ετών) σε σχέση με αυτούς που εμφάνισαν πρώιμης έναρξης νόσο (< 50 ετών). Οι ασθενείς με ΝP που ανιχνεύθηκαν να φέρουν το γονότυπο CC και υποβλήθηκαν σε νευροψυχολογική αξιολόγηση έτειναν να έχουν καλύτερα διατηρημένες τις γνωστικές λειτουργίες που σχετίζονται με την προσοχή και την ταχύτητα επεξεργασίας των πληροφοριών. Συμπεράσματα: Η παρουσία του αλληλομόρφου C (dbSNP rs1044396) του γονιδίου CHRNA4 συνδέεται με μειωμένο κίνδυνο ΝΡ κατά 35%. Επίσης, τα άτομα με το γονότυπο CC εμφανίζουν σχεδόν τρισήμισυ (3,5) φορές χαμηλότερο κίνδυνο νόσου του Parkinson. Η ποικιλομορφία του γονιδίου CHRNA4 φαίνεται ότι σχετίζεται ιδιαίτερα με την επιρρέπεια εκδήλωσης της ΝΡ με ηλικιακά όψιμη έναρξη της νόσου, και επίσης με τις γνωστικές λειτουργίες των ασθενών χωρίς άνοια, ειδικά αυτές που εξαρτώνται από την προσοχή και την οπτικοκινητική αντίληψη. / Study A Aim: To investigate whether there is an association of the postural instability and gait difficulty (PIGD) motor subtype with cognitive dysfunction in non-demented Parkinson’s disease (PD) patients. Methods: We administered a battery of selected neuropsychological tests to assess attention, psychomotor speed, executive functions (set shifting ability and inhibitory control), visuospatial perception and visual constructive ability to two groups of non-demented patients with mild to moderate disease classified either as PIGD or as non-PIGD subtype and to a group of healthy controls. Groups were matched on potential confounders of neuropsychological performance. Results: No significant differences were revealed between the two groups of patients in the performance of any of the administered neuropsychological tests. However, relative to controls there was a tendency towards a differential pattern of cognitive dysfunction. The PIGD group had slower performance in a test of psychomotor speed and cognitive flexibility, whilst the non-PIGD group performed worse in measures of verbal learning and visuo-spatial perception. Conclusions: The PIGD subtype was not associated with more severe cognitive deficits and may to a certain extent share common mechanisms of cognitive dysfunction with non-PIGD subtypes. Study B Aim: to investigate whether there is an association between PD and a variation in the CHRNA4 gene coding for the α4 subunit, the primary subunit of the α4β2 brain nicotinic acetylcholine receptors. Methods: Patients (N=100) and controls (N=105), matched on the basis of sex, age and ethnicity, were genotyped for a single nucleotide polymorphism at cDNA position 1860 lying within the 5th exon of the CHRNA4 gene. DNA was extracted from peripheral blood samples and genotyping was done by PCR-based restriction fragment length polymorphism analysis. A subset of 42 patients also received detailed clinical and cognitive assessments. Comparisons of allele and genotype frequencies between groups were performed using the χ2 test, and the Fisher exact test if one cell had n<5. The relative risk for genotypes and alleles was estimated through calculation of odds ratios (ORs) with 95% confidence intervals (CIs). Logistic regression analysis was used if adjustment for age or sex was necessary. Results: The genotype frequencies in the patients group (TT 34%; CT 58%; CC 8%) vs. the genotype frequencies in the control group (TT 28.6 %; CT 47.6%; CC 23.8 %) demonstrated a statistically significant difference (χ2 = 9.48, df = 2, p = 0.009). CC homozygosity was associated with a lower risk of PD (CC vs T carriers: OR = 0.28; 95% CI = 0.12–0.65; p = 0.002). Also, the allelic distribution was significantly different between patients and controls. There was a significantly lower frequency of the C allele among the patients with PD (37%) as compared with the controls (47.6%) (χ2 = 4.73; df = 1; OR=0.65; 95% CI = 0.44–0.96; p = 0.03). Stratified analysis showed that the difference in the genotypic distribution between cases and controls was significant among females but did not reach significance among males. The frequency of CC homozygotes was also significantly lower in the group of patients with late onset PD than in the controls, but it was not significantly different between the early onset group of patients and the controls. CC homozygotes also tended to have better performance than T carriers on measures of attention and psychomotor speed (Trail Making Test part A and Symbol Digit Modalities Test). Conclusions: The presence of the C allele at SNP rs1044396 of the CHRNA4 gene is associated with a decreased risk for PD by 35%. Moreover, the CC genotype lowers the risk for PD by ~ 3.5 fold. Variation in the CHRNA4 gene may particularly influence susceptibility for late onset PD and further be associated with measurable effects on overt cognitive performance of yet not-demented PD patients, specifically the part loading on attentional capacities.