Στην παρούσα εργασία, για πρώτη φορά, τίθεται η πιο πρόσφατη εισαχθείσα τεχνολογία των –omics, η μεταβολομική, στην υπηρεσία της μοριακής βιολογίας για την μελέτη της θερμοκρασιακής μεταβολικής πλαστικότητας. Με τον όρο θερμοκρασιακή μεταβολική πλαστικότητα αναφερόμαστε στην ιδιότητα ενός γονότυπου να παράγει ποικίλους φαινότυπους σε επίπεδο μεταβολισμού, ως απόκριση στις θερμοκρασιακές συνθήκες στις οποίες υπόκειται. Σκοπός, λοιπόν της παρούσας ερευνητικής εργασίας ήταν η μελέτη της επίδρασης της πρώιμης θερμοκρασίας ανάπτυξης στο μεταβολικό πρότυπο ενήλικων θηλυκών και αρσενικών zebrafish σε γονάδες, εγκέφαλο και μυϊκό ιστό. Στα πλαίσια του σκοπού αυτού, τρεις πληθυσμοί zebrafish τοποθετήθηκαν στους 22οC, 28οC και 32οC από 0-20 ημερών, κατά την 20η ημέρα και οι τρεις πληθυσμοί αναπτύχθηκαν σε κοινή θερμοκρασία 28οC μέχρι την πάροδο εφτά μηνών, οπότε και πραγματοποιήθηκε δειγματοληψία. Ακολούθησε η ανάκτηση των μεταβολικών προτύπων, μετά την αριστοποίηση του πρωτοκόλλου για κάθε ιστό, χρησιμοποιώντας αέριο χρωματογράφο-φασματόμετρο μάζας. Τα αποτελέσματα της πολυπαραμετρικής στατιστικής ανάλυσης έδειξαν να μη διαφαίνεται θερμοκρασιακή μεταβολική πλαστικότητα στις γονάδες και στο μυϊκό ιστό, μιας και η ομαδοποίηση των μεταβολικών προτύπων έγινε ως προς το φύλο. Συγκεκριμένα και στις δυο κατηγορίες ιστών παρατηρήθηκε μεγάλη μείωση της μεταβολικής ενεργότητας στα θηλυκά ως προς τα αρσενικά zebrafish. Εξαιρετικής σημασίας, όμως, είναι το γεγονός ότι, για πρώτη φορά, αποδείχθηκε η επίδραση της πρώιμης θερμοκρασίας ανάπτυξης, στο μεταβολικό πρότυπο ενήλικων θηλυκών και αρσενικών zebrafish μέσω της δραματικής μείωσης της ενεργότητας του κεντρικού μεταβολισμού των εγκεφάλων 22ο C και 32ο C ως προς τους 28ο C. / With the term temperature induced metabolic plasticity one refers to the feature of genotype to produce different phenotypes on a metabolic level, due to the temperature conditions of its environment. The aim of this thesis is to study the effect of temperature on the metabolic profile during the early growth stage of adult male and female zebrafish in three tissues: gonads, brain and muscle. For this end three populations of zebrafish were bread at 22οC, 28οC and 32οC from 0 to 20 post-fertilization (pf) days. After the 20th pf day all populations were bread at 28οC for seven months. The metabolic profiles of all tissues were acquired using gas chromatography-mass spectrometry; in this thesis the protocol of metabolic profile acquisition was optimized for each tissue separately. Multivariate statistical analysis of the profiles showed no temperature plasticity in gonads and muscles. However, for the first time worldwide it was shown temperature induced plasticity in the brains metabolism of adult male and female zebrafish. Characteristically, a decline of the metabolic activity was observed in the 22ο C and 32ο C grown zebrafish compared to the 28ο C grown.

Ο όρος φαινοτυπική πλαστικότητα χαρακτηρίζει την ιδιότητα ενός γονότυπου να παράγει ποικίλους φαινότυπους, ως απόκριση στις περιβαλλοντικές συνθήκες στις οποίες υπόκειται (Pigliucci et al. 2006). Αυτή η απόκριση μπορεί να εκφράζεται σε μορφολογικό, βιοχημικό, φυσιολογικό ή αναπτυξιακό επίπεδο (οντογενετική πλαστικότητα), καθώς και στα πρότυπα συμπεριφοράς. Δεδομένης της σημασίας της φαινοτυπικής πλαστικότητας για τις λειτουργικές αποκρίσεις των ατόμων και των πληθυσμών (π.χ. αναλογία φύλου και πληθυσμιακή δομή), η μελέτη του φαινομένου στην ομάδα των ψαριών θεωρείται σημαντική τόσο για τους φυσικούς πληθυσμούς, σε οικολογικό ή εξελικτικό χρόνο, όσο και για τους εκτρεφόμενους. Η ολοκληρωμένη μελέτη της φαινοτυπικής πλαστικότητας, με έμφαση στους υποκείμενους μοριακούς και αναπτυξιακούς μηχανισμούς, μπορεί να δώσει πιο τεκμηριωμένες απαντήσεις στα ερωτήματα που σχετίζονται με τον τρόπο δράσης του φαινομένου στην οικολογία και στην εξέλιξη των ειδών, αλλά και σε πιο πρακτικά ζητήματα, όπως αυτά που αφορούν την εκτροφή ψαριών. Ο κύριος περιβαλλοντικός παράγοντας, υπεύθυνος για την εμφάνιση φαινοτυπικής πλαστικότητας στα ψάρια, φαίνεται ότι είναι η θερμοκρασία ανάπτυξης, η οποία έχει βρεθεί ότι επιδρά στο μεταβολισμό, την ανάπτυξη (Johston 1996, Stickland et al. 1998, Guderley 2004) και τη δομή των μυών (Guderley and Johston 1996, Ochi and Westerfield 2007), τους μεριστικούς χαρακτήρες (Lindsey 1998, Georgakopoulou et al. 2007), το σχήμα του σώματος (Loy et al. 1996, Georgakopoulou et al. 2007), την κολυμβητική ικανότητα (Fuiman and Batty 1997) και την αναλογία φύλου (Pavlidis et al. 2000, Koumoundouros et al. 2002a). Η θερμοκρασία ανάπτυξης, φαίνεται ότι επηρεάζει σημαντικά το ρυθμό αύξησης και διαφοροποίησης των ψαριών, τροποποιώντας το σωματικό μέγεθος όπου επιτελούνται τα διάφορα αναπτυξιακά γεγονότα, φαινόμενο γνωστό ως οντογενετική πλαστικότητα (Koumoundouros et al. 2001, Sfakianakis et al. 2004). Στην παρούσα εργασία εξετάστηκε η επίδραση της θερμοκρασίας πρώιμης ανάπτυξης, στη φαινοτυπική πλαστικότητα του είδους Danio rerio. Εξετάστηκε η αναλογία του φύλου και το σχήμα του σώματος των ψαριών, καθώς και ο ρυθμός ανάπτυξης των νυμφών και των ιχθυδίων κατά τη διάρκεια της εφαρμογής των διαφορετικών θερμοκρασιακών συνθηκών. Παράλληλα έγινε μια προσπάθεια προσδιορισμού του ευαίσθητου στην επίδραση της θερμοκρασίας, οντογενετικού σταδίου. Σύμφωνα με τον πειραματικό σχεδιασμό που ακολουθήθηκε, εξετάστηκε η επίδραση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια δύο διαφορετικών πρώιμων οντογενετικών περιόδων, διάρκειας 280οd η κάθε 100 μία (28-308οd και 280-560οd). Στην πρώτη οντογενετική περίοδο, τα έμβρυα αφέθηκαν για είκοσι τέσσερις ώρες στους 28οC και στη συνέχεια διαχωρίστηκαν σε τρεις πληθυσμούς ψαριών οι οποίοι υποβλήθηκαν σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασιακές συνθήκες (22, 28, 32οC) για μια περίοδο 280οd (28-308od, πρώτη υπό εξέταση οντογενετική περίοδος, ΟΠ1). Στη δεύτερη οντογενετική περίοδο, τα έμβρυα και οι νύμφες διατηρήθηκαν σε κοινές συνθήκες (28οC) μέχρι την 10η ημέρα μετά τη γονιμοποίηση. Στη συνέχεια διαχωρίστηκαν σε τρεις πληθυσμούς ψαριών, οι οποίοι υποβλήθηκαν σε διαφορετικές θερμοκρασιακές συνθήκες (22, 28 και 32οC) μέχρι την 560οd (280-560od, δεύτερη υπό εξέταση οντογενετική περίοδος, ΟΠ2). Και στις δύο περιπτώσεις, μετά το πέρας της περιόδου των 280οd με διαφορετική θερμοκρασιακή επίδραση, η ανάπτυξη πραγματοποιήθηκε σε κοινές συνθήκες (28οC). Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν εις διπλούν. Όλοι οι πειραματικοί πληθυσμοί, προήλθαν από κοινό απόθεμα αυγών. Η διατήρηση και η εκτροφή των νυμφών και των ενήλικων ψαριών πραγματοποιήθηκε βάσει μεθοδολογίας που περιγράφεται στο «The Zebrafish Book» (Westerfield 1995). Το φύλο των ενήλικων ατόμων προσδιορίστηκε μακροσκοπικά, έχοντας ως βάση τους χαρακτήρες της διογκωμένης κοιλιάς των θηλυκών ατόμων και του κίτρινου χρώματος των αρσενικών (Νεοφύτου 2003). Προκειμένου να επιβεβαιωθεί ο μακροσκοπικός προσδιορισμός του φύλου, ακολούθησε ο εγκλεισμός τριάντα συντηρημένων δειγμάτων (Εγκλεισμός σε Τechnovit 7100, τμήση 1-3 μm, χρώση με Polychrome I και II κια μικροσκοπική παρατήρηση των τομών). Για τη μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας ανάπτυξης στην εξωτερική μορφολογία του σώματος των ενήλικων zebrafish, επιλέχθηκαν τυχαία 30 άτομα ανά φύλο και πειραματικό πληθυσμό, τα οποία υποβλήθηκαν σε ανάλυση γεωμετρικής μορφομετρίας. Με την ίδια μέθοδο αναλύθηκε και το σχήμα του σώματος των νυμφών της πρώτης και της δεύτερης υπό εξέταση οντογενετικής περιόδου, κατά το τέλος της εφαρμογής των διαφορετικών θερμοκρασιακών συνθηκών, στις 308od και στις 560od, αντίστοιχα. Στις νύμφες της πρώτης οντογενετικής περιόδου, ελήφθησαν επιπλέον δείγματα δέκα ημέρες μετά από το τέλος της εφαρμογής των θερμοκρασιακών συνθηκών. Για τη μελέτη του ρυθμού διαφοροποίησης, ελήφθησαν δείγματα νυμφών από κάθε πειραματικό πληθυσμό, μετά από τη λήξη της εφαρμογής των διαφορετικών θερμοκρασιακών συνθηκών. Συγκεκριμένα, από τους πληθυσμούς της ΟΠ1 δείγματα ελήφθησαν στις 588°d, ενώ από τους πληθυσμούς ΟΠ2, στις 560°d. Επίσης, εξετάστηκαν οι μεριστικοί χαρακτήρες των νυμφών της πρώτης και της δεύτερης οντογενετικής περιόδου, αφού προηγήθηκε διπλή χρώση των δειγμάτων με 101 Αλιζαρίνη (Alizarin Red S) και Κυανό της Αλσατίας (Alcian Blue) (Park and Kim 1984). Τα δείγματα φωτογραφήθηκαν ατομικά και μετρήθηκε το μεσουραίο μήκος (FL) του κάθε ατόμου. Στη συνέχεια, μετρήθηκε (1) ο αριθμός των κοιλιακών πλευρών, (2) ο αριθμός των πτερυγιοφόρων και των λεπιδοτριχίων του ραχιαίου και εδρικού πτερυγίου, και (3) ο αριθμός των δερματοτριχίων και των λεπιδοτριχίων του ουραίου πτερυγίου. Ο έλεγχος των διαφορών της αναλογίας φύλου μεταξύ των διαφορετικών πληθυσμών, έγινε με G-test (Sokal and Rohlf 1981). Για τη σύγκριση του σχήματος μεταξύ των δύο φύλων και των διαφορετικών πειραματικών πληθυσμών, εφαρμόστηκε ανάλυση κανονικών συνιστωσών (Canonical Variate Analysis, λογισμικό Statistica, έκδοση 6.0). Τέλος, ο έλεγχος των διαφορών του μέσου μήκους του σώματος μεταξύ των διαφορετικών πληθυσμών, πραγματοποιήθηκε με Mann-Whitney test (μη παραμετρικός έλεγχος), αφού προηγήθηκε ο έλεγχος ομοιοσκεδαστικότητας και κανονικής κατανομής. Η επίδραση της θερμοκρασίας στην αναλογία φύλου αποδείχθηκε στατιστικά σημαντική μόνο κατά την πρώτη οντογενετική περίοδο (p < 0.05, G-test), και όχι κατά τη δεύτερη (p > 0.05, G-test). Ο κατά ζεύγη έλεγχος των διαφορών στην αναλογία φύλου μεταξύ των διαφορετικών θερμοκρασιακών συνθηκών, έδειξε στατιστικά σημαντική επίδραση στην αναλογία φύλου μόνο μεταξύ των 22 και 28οC της ΟΠ1 (28-308οd), όπου η μέση συχνότητα των θηλυκών ατόμων ευνοείται στους 22°C (52,3% έναντι του 37,0% των 28°C, p < 0.05, G-test). Η ίδια συχνότητα εμφανίστηκε αυξημένη και στους 32°C (44,9% έναντι του 37,0% των 28°C), χωρίς ωστόσο να επιβεβαιώνεται και στατιστικά (p > 0.05, Gtest). Σε ότι αφορά τη δεύτερη οντογενετική περίοδο (280-560°d), η μέση συχνότητα των θηλυκών ατόμων στους 22°C (51,9%) και στους 32°C (46,1%), εμφανίζεται αυξημένη σε σχέση με αυτή των 28°C (44,5%), χωρίς ωστόσο οι διαφορές αυτές να είναι στατιστικά σημαντικές (p > 0.05, G-test). Η ύπαρξη μη στατιστικά σημαντικής διαφοράς της αναλογίας φύλου μεταξύ των 28 και 32°C και στατιστικά σημαντικής διαφοράς μεταξύ των 22 και 28°C, υποδεικνύει ότι το πρότυπο απόκρισης της αναλογίας φύλου στην θερμοκρασία πρώιμης ανάπτυξης εμφανίζει ανεξαρτησία στο εύρος 28-32°C και θηλυκοποίηση στους 22°C. Σε όλα τα οντογενετικά παράθυρα που εξετάστηκαν και σε όλες τις πειραματικές επαναλήψεις, τα αποτελέσματα της ανάλυσης των κανονικών συνιστωσών, έδειξαν ότι το φύλο και η θερμοκρασία πρώιμης ανάπτυξης επέδρασαν σημαντικά στο σχήμα του σώματος των ενήλικων ατόμων zebrafish. Η κατά φύλο γεωμετρική ανάλυση του σχήματος, έδειξε ότι η θερμοκρασία ανάπτυξης κατά την ΟΠ1 (28-308od) και ΟΠ2 (280-560od) επιδρά σημαντικά στο σχήμα 102 του σώματος και των δύο φύλων, με τους τρεις πληθυσμούς κάθε οντογενετικής περιόδου και επανάληψης να διαχωρίζονται πλήρως μεταξύ τους κατά μήκος των δύο κανονικών μεταβλητών. Η εξέταση του σχήματος του σώματος των νυμφών της ΟΠ1 (28-308οd), στις 308οd και στις 588 οd, και της ΟΠ2 (280-560οd), στις 560οd, έδειξε ότι η θερμοκρασία ανάπτυξης επηρέασε το σχήμα του σώματός τους. Σε όλες τις, οι διαφορές στο σχήμα οφείλονται τόσο στις ομοιόμορφες συνιστώσες του σχήματος, όσο και στις μη ομοιόμορφες, με τις πρώτες να συμβάλλουν στη νωτοκοιλιακή διεύρυνση ή συμπίεση του σώματος των νυμφών, ανάλογα με την περίπτωση. Ενώ όμως η επίδραση της θερμοκρασίας στο σχήμα του σώματος είναι σημαντική, δε φαίνεται να υπάρχει κάποιο καθορισμένο – σταθερό πρότυπο επίδρασης των κανονικών συνιστωσών. Αυτό πιθανότατα οφείλεται στο ότι δεν είχαν φτάσει όλες οι νύμφες στο ίδιο στάδιο ανάπτυξης κατά τις ημέρες των δειγματοληψιών. Τα δείγματα των νυμφών που λήφθηκαν μετά την έκθεση των πληθυσμών στις τρεις διαφορετικές θερμοκρασιακές συνθήκες, κατά την πρώτη (28-308οd) ή τη δεύτερη (280- 560οd) οντογενετική περίοδο, διαφοροποιήθηκαν σημαντικά ως προς το μέσο μεσουραίο μήκος (FL) των ατόμων. Συγκεκριμένα, η έκθεση στους 22οC οδήγησε σε σημαντική μείωση του FL των ατόμων (p<0.05, Mann Whitney U-test), παρά το ότι τα δείγματα λήφθηκαν στο ίδιο θερμικό άθροισμα. Τα αποτελέσματα έδειξαν, ότι η ανάπτυξη των ψαριών που αφέθηκαν στους 22οC, κατά τη δεύτερη υπό εξέταση οντογενετική περίοδο (280-560οd), καθυστέρησε σε σχέση με τους πληθυσμούς των 28 και 32οC. Αυτό φαίνεται από τα διαγράμματα που αφορούν τον αριθμό των πτερυγιοφόρων και των ακτινών του ραχιαίου πτερυγίου, τον αριθμό των πτερυγιοφόρων και των ακτινών του εδρικού πτερυγίου, καθώς και τον αριθμό των κοιλιακών πλευρών. Συγκεκριμένα, η ολοκλήρωση της ανάπτυξης των πτερυγιοφόρων του ραχιαίου πτερυγίου, των ακτινών του εδρικού και των κοιλιακών πλευρών, καθυστερεί στους 28οC, σε σχέση με τους 32 οC. Η εμφάνιση των ακτινών του ραχιαίου πτερυγίου, καθυστερεί στους 28 οC, σε σχέση με τους 32 οC. Τέλος, η εμφάνιση των πτερυγιοφόρων του εδρικού πτερυγίου, καθυστερεί στους 22 οC, σε σχέση με τους 28 οC. Σε ότι αφορά τα άτομα της πρώτης οντογενετικής περιόδου, οι χαρακτήρες που μελετήθηκαν είτε είχαν εμφανιστεί νωρίτερα από τη λήψη των δειγμάτων, είτε είχε ολοκληρωθεί αργότερα η ανάπτυξή τους. / The term phenotypic plasticity characterizes the property of a genotype to produce different phenotypes in response to distinct environments (Pigliucci et al. 2006). This response can express itself in a morphological, biochemical, physiologic or developmental level (developmental plasticity), or even through changes in the models of behavior. Due to its great importance among individuals in a population at a certain time period or in future generations (e.g. proportion of sex and demographic structure), the study of the phenotypic plasticity in the group of fish is considered significant not only for the natural populations, at the ecological or evolutionary level, but for the cultured populations too. The complete study of phenotypic plasticity, including the underlying molecular and developmental mechanisms, can answer questions related with the way the phenomenon acts in the ecology and species development, but also in more practical applications, such as those that concern aquaculture. One of the most important environmental factors responsible for the appearance of plasticity in fish appears to be the developmental temperature, which affects metabolism, muscle growth (Johston 1996, Stickland et al. 1998, Guderley 2004) and structure (Guderley and Johston 1996, Ochi and Westerfield 2007), meristic characters (Lindsey 1998, Georgakopoulou et al. 2007), body shape (Loy et al. 1996, Georgakopoulou et al. 2007), swimming performance (Fuiman and Batty 1997) and sex ratio (Pavlidis et al. 2000, Koumoundouros et al. 2002a). The developmental temperature influences considerably growth rate and differentiation of fish, modifying the body size as development proceeds. This phenomenon is known as developmental plasticity (Koumoundouros et al. 2001, Sfakianakis et al. 2004). The present study examined the effect of precocious developmental temperature, in phenotypic plasticity of Danio rerio. The Sex ratio and body shape of fish was analyzed, as well as the growth rate of larvae and juveniles during the application of different temperature conditions. At the same time the most sensitive developmental period in the effect of temperature was determined. According to the experimental design, the effect of temperature was examined during two different early developmental periods of 280°d, each (28-308°d and 280-560°d). Two experimental groups of fish were subjected in duplicate to three different temperatures. More specifically, in the first developmental period the embryos were left for twenty four hours in 28°C and then separated in three populations, which were submitted to three different temperature conditions (22, 28 and 104 32°C) for a period of 280°d (28-308°d, first developmental period DP1). In the second developmental period the embryos and the larvae were maintained under common conditions (28°C) up to the 10th day post fertilization. Then they were separated in three populations, which were submitted to three different temperature conditions (22, 28 and 32°C) up to the 560th °d (280-560°d, second developmental period DP2). In both developmental periods that were examined, after the end of the 280°d of temperature effect, fish growth was completed under common conditions (28°C). All the eggs of the experimental populations were obtained from a broodstock of the same genetic origin. The maintenance and the culture of larvae and adult fish were as described in "The Zebrafish Book" (Westerfield 1995). The sex of adult individuals was determined macroscopically using the characters of the swelled abdomen of females and the yellow color of males (Neophytou 2003). In order to confirm the macroscopic determination of sex, thirty fixed samples of zebrafish were enclosed for histology sections (Technovit 7100, sections of 1-3μm and staining with Polychrome I and II) and microscopy. To study the temperature effect on growth and body shape of adult zebrafish, 30 individuals per sex and experimental population were selected randomly and were submitted in geometric morphometrics analysis. The body shape of the larvae of the first and the second developmental period, was analyzed with the same method, at the end of the different temperature conditions, in 308°d and 560°d, respectively. Additional samples were selected in the first developmental period, ten days after the end of the three different temperature regimes. To study the temperature effect on growth rate and differentiation, samples of larvae were obtained from each experimental population, following completion of the different temperature periods. From the populations of DP1, samples were taken at 588°d, while from DP2 samples were obtained at 560°d. The meristic characters of the larvae from the first and second developmental period were examined, after staining of the samples with Alizarin Red and Alcian Blue (Park and Kim 1984). Larvae were photographed and the fork length of each individual was measured (FL). The meristic characters that were examined are (1) the number of ribs (2) the number of pterygiophors and lepidotrichia of the dorsal and the anal fin, and (3) the number of pterygiophors and lepidotrichia of the caudal fin. Sex ratio differences between populations were studied with G-test (Sokal and Rohlf 1981). Canonical Variate Analysis was applied for the comparison of the body 105 shape between the two sexes and between the different experimental populations (Statistica, 6.0). Finally, the differences of medium total length between the different populations was examined with the Mann-Whitney test (non parametric). The sex ratio was significantly affected only at the first developmental period (p < 0.05, G-test), and not at the second (p > 0.05, G-test). The paired control of changes in the sex ratio between the different temperature conditions at DP1 (28-308°d), showed a significant effect only between the populations of 22°C and 28°C (52.3% females in 22°C vs. 37.0% in 28°C, p < 0.05, G-test). The female/male frequency was also increased in the 32°C group (44.9% females in 32°C vs. 37.0% females in 28°C), without however being confirmed as statistically significant (p > 0.05, G-test). Regarding the second developmental period (280-560°d), the medium frequency of the female individuals in the 22°C (51.9%) and 32°C (46.1%) groups, was also increased compared to 28°C (44.5%), although these differences were not confirmed as statistically significant (p > 0.05, G-test). The significant differences in sex ratio between the 22 and 28°C, and the non significant differences between 28 and 32°C indicate that the model of response in sex ratio due to the different developmental temperature shows autonomy in the range of 28-32°C and feminization at 22°C. In both ontogenetic windows that were examined and in all experimental repetitions, the results of the canonical variables showed that sex and developmental temperature significantly affected the bodyshape of the adult individuals. The body shape analysis in accordance with the gender of the individuals, was significantly affected from the developmental temperature at DP1 (28-308°d) and DP2 (280-560°d). The three populations of each ontogenetic period were totally separated amongst them, along the two axes of canonical variables CV1 and CV2. The body shape analysis of the larvae at DP1 (28-308οd), in 308οd and in 588 οd, and at DP2 (280-560οd), in 560οd, indicates that developmental temperature significantly affected their body shape. In all cases, the differences in body shape are contributed from uniform, as much as from non uniform components of shape. Despite the significant effect of developmental temperature in larval body shape, there is not a stable model of the way that canonical variables effect, probably because larvae were not at the same stage of growth during sampling. The total (TL) or the fork length (FL) of the larvae that were analyzed following development at the three different temperatures during the first (28-308°d) or the second (280-560°d) developmental period, was significantly differentiated. The exposure at 22°C 106 led to important reduction of the individuals FL (p < 0.05, Mann-Whitney test), despite the fact that all samples were of the same age. These results showed that the growth of fish that were submitted to 22°C during DP2 (280-560°d) was delayed relative to the populations at 28 and 32°C. This is noticeable from the diagrams that refer to the number of pterygiophors and lepidotrichia of the dorsal fin, the number of pterygiophors and lepidotrichia of the anal fin and the number of ribs. The completion of growth of pterygiophors of the dorsal fin, of lepidotrichia of the anal fin and the abdominal ribs, are also delayed at 28°C vs. 32°C. The appearance of lepidotrichia of the dorsal fin is delayed at 28°C vs. 32°C, as well. Finally, the appearance of pterygiophors of the anal fin is delayed at the 22°C vs. 28°C. Regarding the individuals of DP1, the development of the meristic characters that were studied was completed either earlier or later than the time of sampling, making it difficult to evaluate differences within various groups.

Σκοπός της εργασίας ήταν να μελετήσει την επίδραση του ενδοειδικού ανταγωνισμού, κατά τη διάρκεια της μεταμόρφωσης, στο ρυθμό αύξησης, στην αναλογία φύλου και στο σχήμα του σώματος του zebrafish. Εφαρμόσθηκαν 4 πειραματικές συνθήκες σε τρεις επαναλήψεις. Οι πειραματικοί πληθυσμοί αποτελούνταν από 200 άτομα μήκους 5,6–6,5 mm FL («αμυνόμενα», ηλικίας 15 ημερών μετά τη γονιμοποίηση, dpf), τα οποία ήταν υποκείμενα στην επιθετική συμπεριφορά κανενός, ενός, τριών ή πέντε ατόμων με μέσο FL 12,6-13,3 mm FL («επιτιθέμενα», ηλικίας 30 dpf). Κάθε πειραματικός πληθυσμός βιντεοσκοπείτο δυο φορές την εβδομάδα (λήψη διάρκειας 15 λεπτών, 2 ώρες μετά το τάισμα). Τριάντα ημέρες μετά την έναρξη των πειραμάτων (50 dpf για τα «αμυνόμενα άτομα») τα «επιτιθέμενα» άτομα απομακρύνθηκαν από τους πειραματικούς πληθυσμούς. Η εκτροφή των «αμυνόμενων» ατόμων συνεχίστηκε μέχρι την ενηλικίωσή τους (150-190 dpf). Η ανάλυση των βιντεοσκοπήσεων έδειξε ότι ο αριθμός των «επιτιθέμενων» ατόμων σε κάθε ενυδρείο επηρέασε σημαντικά τον αριθμό των επιθέσεων που δέχονταν τα «αμυνόμενα» άτομα (p<0,05, Kruskall-Wallis), αλλά μόνο στην οντογενετική περίοδο των 9,5-12,5 mm FL. Η ένταση της επιθετικότητας επηρέασε σημαντικά το ρυθμό αύξησης των «αμυνόμενων» ατόμων, όπως αυτός εκφράστηκε από το FL στην ηλικία των 50 dpf (p<0,05, ANOVA). Ως προς την αναλογία φύλου, τα αποτελέσματα δεν έδειξαν κάποια σημαντική επίδραση (p>0,05, G-test) του εξεταζόμενου παράγοντα. Τέλος, αναφορικά με το σχήμα του σώματος των ενήλικων «αμυνόμενων» ατόμων, τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική επίδραση της έντασης της επιθετικότητας (p<0,05, MANOVA). Η γεωμετρική μορφομετρική ανάλυση έδειξε σημαντικές διαφορές στο σχήμα σώματος των θηλυκών μεταξύ των συνθηκών με το ένα «επιτιθέμενο» άτομο και αυτών με τα τρία και πέντε. Στα αρσενικά σημαντικές διαφορές παρατηρήθηκαν ανάμεσα στις συνθήκες με το ένα και τρία «επιτιθέμενα» άτομα. Τα πιο σημαντικά landmarks τα οποία συνέβαλαν στη μεταβολή τους σχήματος ήταν το πρόσθιο άκρο της βάσης του κοιλιακού πτερυγίου για τα θηλυκά, ενώ για τα αρσενικά το πρόσθιο άκρο της βάσης του κοιλιακού πτερυγίου και το κάτω άκρο του βραγχιακού επικαλύμματος. Στην παρούσα εργασία, για πρώτη φορά δείχθηκε η επίδραση της ενδοειδικής επιθετικότητας κατά τη φάση της μεταμόρφωσης, στο σχήμα του σώματος των ενήλικων ψαριών. / The present study examined the effect of intraspecific competition during metamorphosis, in the specific growth rate, in the ratio sex and on the adult body shape zebrafish (Danio rerio). Four experimental conditions were conducted in three replicate. The experimental populations were constituted by 200 individuals which length was 5,6-6,5 mm FL (“defendants”, age of 15 days post fertilization, dpf) and they were subjects in aggressive behavior of no, three or five individuals with mean FL 12,6-13,3 mm FL (“aggressors”, age 30 dpf). Each experimental population videotapped two times a week (time 15 minutes, 2 hours after feeding). Thirty days after the beginning of experiments (50 dpf for the “defendant individuals”) the “aggressor” individuals were removed by the experimental populations. The stockfarming of “defendant” individuals was continued up to adultness (150-190 dpf). The analysis of videos showed that the number of “aggressor” individuals in each aquarium influenced considerably the number of attacks that accepted the “defendant” individuals (p<0,05, Kruskall-Wallis), but only in the ontogenetic period 9,5-12,5 mm FL. The intensity of aggressiveness influenced considerably specific growth rate of “defendant” individuals, as this was expressed by the FL in the age of 50 dpf (p<0,05, ANOVA). As for ratio of sex, the results did not show important effect (p>0,05, G-test) in the examined factor. Finally, as far as the intensity of aggressiveness is concerned, the adult body shape of “defendant” individuals affected significantly (p<0,05, MANOVA). The geometric morphometrics analysis showed the important differences in female body shape between conditions with one “aggressor” individual and these with three and five. Important differences were observed between the conditions with one and three male “aggressor” individuals. Most important landmarks that contributed in males body shape were anterior base of anal fin, while for females were the base of anal fin and the base of gill arch. For first time was shown that intraspecific aggressiveness, at the phase of metamorphosis, affects the adult body shape.

Η πλαστικότητα - η ικανότητα του εγκεφάλου να αναδιοργανώνει τις συνδέσεις του δομικά και λειτουργικά σε απάντηση μεταβολών της αισθητικής εμπειρίας - είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των νευρικών κυκλωμάτων και την δυνατότητα προσαρμογής του νευρικού συστήματος στο περιβάλλον. Το οπτικό σύστημα έχει για χρόνια αποτελέσει το έδαφος των περισσότερων μελετών της εξαρτώμενης από την εμπειρία πλαστικότητας και αυτό χάριν του εύκολου χειρισμού της οπτικής εμπειρίας καθώς και των συνεπειών αυτής, που δύνανται να μελετηθούν σε ανατομικό και μοριακό επίπεδο αλλά και σε επίπεδο φυσιολογίας. Σε ζώα που μεγάλωσαν στο σκοτάδι από την γέννηση, οι φλοιϊκοί νευρώνες εμφανίζουν ιδιότητες ανώριμου οπτικού συστήματος όπως μεγαλύτερα υποδεκτικά πεδία, μειωμένη ικανότητα προσανατολισμού και κατεύθυνσης και μειωμένη οπτική οξύτητα, όπως αυτών που παρατηρείται κατά την στιγμή του ανοίγματος των οφθαλμών. Η πιο κλασική μορφή πλαστικότητας που χρησιμοποιήθηκε σαν μοντέλο για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η δραστηριότητα συμμετέχει στην δημιουργία των νευρικών κυκλωμάτων είναι αυτή της οφθαλμικής επικράτησης (Hubel and Wiesel, 1963). Παρά το γεγονός ότι το οπτικό σύστημα αποτελεί για πολλά χρόνια ένα από τα καλύτερα μοντέλα για την μελέτη του φαινομένου της πλαστικότητας, εντούτοις οι περισσότερες εργασίες αναφέρονται κυρίως στον οπτικό φλοιό, στο έξω γονατώδες σώμα και στο άνω διδύμιο. Λιγότερες μελέτες αναφέρονται στον αμφιβληστροειδή όπου από τα πειράματα των Chalupa et al (1993) αλλά και Tian et al (2003) φαίνεται ότι η πλαστικότητα ίσως δεν είναι προνόμιο μόνο του οπτικού φλοιού. Οι μελέτες αυτές έδειξαν ότι τόσο φαρμακολογικοί παράγοντες όσο και η οπτική αποστέρηση δύνανται να οδηγήσουν σε αναδιοργάνωση της φυσιολογικής δομής του ιστού του αμφιβληστροειδούς. Το γλουταμινικό οξύ είναι ο κύριος διεγερτικός νευροδιαβιβαστής στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Ένας από τους υποδοχείς μέσω των οποίων ασκεί τη δράση του είναι οι υποδοχείς του Ν-μέθυλο-D-ασπαρτικού οξέος (NMDA) οι οποίοι έχουν σημαντικό ρόλο στην πλαστικότητα λόγω της διττής ιδιότητας του να είναι ιοντο-εξαρτώμενοι και τασο-εξαρτώμενοι υποδοχείς. Πληθώρα ερευνών έχει δείξει ότι οι υποδοχείς αυτοί συμμετέχουν στους κυτταρικούς μηχανισμούς για την πλαστικότητα των νευρωνικών κυκλωμάτων όπως LTP (μακρόχρονη ενδυνάμωση) και LTD (μακρόχρονη καταστολή). Μελέτες είτε με φαρμακολογικό αποκλεισμό είτε με γενετική τροποποίηση των υποδοχέων NMDA έχουν δείξει την εξάρτηση της πλαστικότητας των κυκλωμάτων του οπτικού συστήματος από τους υποδοχείς NMDA. Γνωρίζουμε ότι μεταφραστικές και μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, καθώς και ρύθμιση της διακίνησης των υποδοχέων NMDA παίζουν ενεργό ρόλο στον μηχανισμό πλαστικότητας της γλουταμινεργικής σύναψης. Ένας από τους βασικούς μηχανισμούς ρύθμισης των υποδοχέων NMDA είναι η φωσφορυλίωση που παίζει ρόλο τόσο στην ενδοκυττάρια διακίνηση του υποδοχέα όσο και στις ιδιότητες του διαύλου του υποδοχέα μεταβάλλοντας κατά αυτόν τον τρόπο την συναπτική ισχύ και εν τέλει συμμετέχοντας σε διάφορες μορφές συναπτικής πλαστικότητας. Με βάση τα παραπάνω, σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να διερευνήσει τη συμβολή του γλουταμινεργικού υποδοχέα NMDA στην πλαστικότητα του αναπτυσσόμενου οπτικού συστήματος. Η παρούσα διατριβή μελετά την επίδραση της οπτικής εμπειρίας στην ρύθμιση των υπομονάδων του υποδοχέα NMDA στον αμφιβληστροειδή και τον οπτικό φλοιό επίμυων. Συγκεκριμένα, πρώτος στόχος της εργασίας είναι να μελετήσουμε την μεταβολή των επιπέδων έκφρασης των υπομονάδων NR2A και NR2B του υποδοχέα NMDA κατά την ανάπτυξη των επίμυων στο σκοτάδι (οπτική αποστέρηση) στον αμφιβληστροειδή. Δεύτερος στόχος να μελετήσουμε την επίδραση του οπτικής αποστέρησης στην φωσφορυλίωση της υπομονάδας ΝR2B στον αμφιβληστροειδή και στον οπτικό φλοιό. Τρίτος στόχος είναι να μελετήσουμε τα επίπεδα έκφρασης και φωσφορυλίωσης των υπομονάδων του υποδοχέα NMDA μετά από έκθεση στο φως των επίμυων που μεγάλωσαν στο σκοτάδι με σκοπό να εξετάσουμε εάν η ρύθμιση τους από την οπτική εμπειρία είναι αμφίδρομη. / Experimental manipulation of experience during development can have profound effects on the functioning of the resulting circuits. N-methyl-d-aspartate glutamate receptor (NMDAR) activity is required for the establishment and refinement of neural circuits during development. In the present study, the authors addressed the issue of experience-dependent regulation of NMDARs by examining the effects of visual experience and deprivation on subunit composition and subunit phosphorylation of NMDAR in the retina and visual cortex. Methods. Total homogenates were prepared from retinas and visual cortices of 30-day-old (P30) Wistar rats, raised either in a normal 12-hour light/12-hour dark cycle (normal-reared [NR]) or in complete darkness from birth (dark-reared [DR]). Some of the DR animals were exposed to light for 6 hours at P30 (DR+6h). Immunoblotting was performed for the NMDAR subunits, NR2A and NR2B, and for the phosphorylated NR2B subunit protein at serine 1303 (pNR2B-Ser1303). Results. Dark rearing for 1 month decreased the NR2A/NR2B ratio and increased the level of phosphorylation of NR2B subunit at Ser1303 in the retina and visual cortex. Light exposure at P30 reversed the effects of visual deprivation on NMDAR composition and NR2B phosphorylation in both regions. Conclusions. These results indicated that NMDAR subunit composition and NR2B phosphorylation at Ser1303 is regulated bidirectionally by visual experience and deprivation in rat retina and visual cortex.

Οι ιπποκάμπιες συνάψεις επιδεικνύουν σημαντική ικανότητα για μακρόχρονη πλαστικότητα, η οποία θεωρείται ότι είναι η βάση της μνήμης και της μάθησης. Υπάρχουν ολοένα και αυξανόμενες αποδείξεις ότι αυτή η ικανότητα διαφέρει κατά μήκος του ιπποκάμπου, με τις συνάψεις της CA1 περιοχής του κοιλιακού ιπποκάμπου να επιδεικνύουν σημαντικά μικρότερη ικανότητα για μακρόχρονη ενίσχυση (LTP) σε σύγκριση με τις αντίστοιχες συνάψεις του ραχιαίου ιπποκάμπου, όταν ενεργοποιούνται με υψηλόσυχνο ερεθισμό. Στην παρούσα εργασία, δείχνουμε ότι μία μικρή συχνότητα ερεθισμού, των 10 Hz, επάγει μακρόχρονη ενίσχυση πιο αξιόπιστα στην περιοχή CA1 του ραχιαίου απ' ό,τι του κοιλιακού ιπποκάμπου. Προτείνουμε ότι η δραστηριότητα που επάγεται από του υποδοχείς α5GABAA παίζει έναν σημαντικό ρόλο στην ρύθμιση του κατωφλίου επαγωγής του LTP ειδικά στις συνάψεις της περιοχής CA1 του κοιλιακού ιπποκάμπου. Αυτό το γεγονός μπορεί να έχει σημαντικές συνέπειες για την λειτουργική εξειδίκευση κατά μήκος του ιπποκάμπου. / The hippocampal synapses display conspicuous ability for long-term plasticity which is thought to underlie learning and memory. Growing evidence shows that this ability differs along the long axis of the hippocampus, with the ventral CA1 hippocampal synapses displaying remarkably lower ability for long-term potentiation(LTP) compared with their dorsal counterpart when activated with high-frequency stimulation. Here, we show that low frequency, 10Hz stimulation induced LTP more reliably in DH than in VH CA1 field. Blockade of alpha5 subunit-containing GABAA receptors eliminated the difference between DH and VH. We propose that α5GABAA receptor-mediated activity plays a crucial role in regulating the threshold for induction of LTP especially at the ventral CA1 hippocampal synapses. This might have important implications for the functional specialization along the hippocampus.

Ο νεογνικός χειρισμός, ένα πειραματικό μοντέλο πρώιμων εμπειριών, είναι γνωστό οτι επηρεάζει τη λειτουργία του άξονα υποθαλάμου-υπόφυσης-επινεφριδίων, βελτιώνοντας έτσι την προσαρμοστικότητα, την αντιμετώπιση του στρες, τις διανοητικές ικανότητες και γενικά τις διεργασίες του εγκεφάλου που σχετίζονται με την πλαστικότητα. Προηγούμενη μελέτη έχει δείξει οτι ο νεογνικός χειρισμός παρουσιάζει εκλεκτικές επιδράσεις στους υποδοχείς του N-μεθυλο-D-ασπαρτικού οξέος (NMDA) του διεγερτικού νευροδιαβιβαστή γλουταμινικό στον εγκέφαλο των επίμυων. Οι υποδοχείς του γλουταμινικού που διαμεσολαβούν την ταχεία συναπτική νευροδιαβίβαση στις διεγερτικές συνάψεις του κεντρικού νευρικού συστήματος είναι οι υποδοχείς του α-αμινο-3-υδροξυ-5-μεθυλο-ισοξαζολο-προπιονικού οξέος (AMPA) και είναι κρίσιμοι κατά τη νευρωνική ανάπτυξη, τη συναπτική πλαστικότητα και τη δομική αναδιαμόρφωση του εγκεφάλου. Συντίθενται από τέσσερις υπομονάδες, τις GluRA, GluRB, GluRC και GluRD, οι οποίες συνδυάζονται για να σχηματίσουν τετραμερή. Οι περισσότεροι υποδοχείς AMPA είναι ετεροτετραμερή, αποτελούμενα από τουλάχιστον δύο από τις αναφερθείσες υπομονάδες. Οι υποδοχείς AMPA που είναι διαβατοί στο ασβέστιο δεν περιέχουν την υπομονάδα GluRB, ενώ τόσο η υπομονάδα GluRA, όσο και η GluRB, παίζουν σημαντικό ρόλο στη συναπτική διακίνηση των υποδοχέων AMPA. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν να ερευνηθεί κατά πόσο ο νεογνικός χειρισμός μπορεί να επιδρά στους υποδοχείς AMPA, εφόσον έχει δειχθεί οτι η σύνθεση των υπομονάδων και κατά συνέπεια και οι ιδιότητες των υποδοχέων AMPA στη σύναψη μεταβάλλονται από την αισθητική εμπειρία και κατά πόσο αυτή η επίδραση είναι εξαρτώμενη από το φύλο. Σύμφωνα με το παρόν πρωτόκολλο νεογνικού χειρισμού, κάθε νεογνό απομακρυνόταν από τη φωλιά για 15 λεπτά καθημερινά από την πρώτη μεταγεννητική ημέρα μέχρι τον απογαλακτισμό του τρεις εβδομάδες μετά. Η τεχνική του in situ υβριδισμού χρησιμοποιήθηκε για την εντόπιση και ποσοτικοποίηση της έκφρασης του mRNA της κάθε υπομονάδας. Η έκφραση των υπομονάδων του υποδοχέα AMPA μελετήθηκε σε συγκεκριμένες εγκεφαλικές περιοχές που εμπλέκονται στο συναίσθημα, στη μάθηση, στη μνήμη και στην αισθητική αντίληψη, όπως ο ιππόκαμπος, η αμυγδαλή και ο εγκεφαλικός φλοιός ενήλικων αρσενικών και θηλυκών επίμυων. Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν οτι ο νεογνικός χειρισμός προκάλεσε διαφορετικές και σε κάποιες περιπτώσεις φυλετικά διμορφικές μεταβολές στην έκφραση των υπομονάδων του υποδοχέα AMPA, με τρόπο ειδικό ανά υπομονάδα και περιοχή. Πιο συγκεκριμένα, τα ζώα που είχαν υποστεί νεογνικό χειρισμό, αρσενικά και θηλυκά, είχαν μειωμένα επίπεδα mRNA της GluRB και της GluRC στο ραχιαίο ιππόκαμπο και στο σωματαισθητικό φλοιό, συγκριτικά με τα ζώα χωρίς χειρισμό. Επιπλέον, τα επίπεδα mRNA της GluRC ήταν μειωμένα στην αμυγδαλή και στον προμετωπιαίο φλοιό και τα επίπεδα mRNA της GluRD ήταν μειωμένα στον κοιλιακό ιππόκαμπο αρσενικών και θηλυκών ζώων που είχαν υποστεί χειρισμό. Επιπροσθέτως, ο νεογνικός χειρισμός είχε φυλετικά διμορφικές επιδράσεις, αυξάνοντας τα επίπεδα mRNA της GluRA στο ραχιαίο ιππόκαμπο των αρσενικών ζώων και μειώνοντάς τα στα θηλυκά, καθώς και μειώνοντας τα επίπεδα mRNA της GluRΒ στον κοιλιακό ιππόκαμπο και στην αμυγδαλή μόνο των θηλυκών επίμυων. Οι μεταβολές στο mRNA των υποδοχέων AMPA θεωρούμε οτι συντελούνται μέσω επιγενετικής ρύθμισης λόγω του νεογνικού χειρισμού. Τα αποτελέσματα μας στο ραχιαίο ιππόκαμπο υποδεικνύουν ότι ο νεογνικός χειρισμός είναι πιθανό να προκαλεί επαγόμενη από την εμπειρία συναπτική ενδυνάμωση και αποδυνάμωση αρσενικών και θηλυκών ζώων αντίστοιχα, δεδομένων των αντίθετων μεταβολών που παρατηρούνται στα επίπεδα του mRNA της υπομονάδας GluRA στα δύο φύλα. Επιπλέον, η παρατηρούμενη μείωση της έκφρασης του mRNA της GluRB πιθανόν να οδηγεί σε μειωμένο αριθμό αδιάβατων στο ασβέστιο υποδοχέων AMPA που περιέχουν την υπομονάδα GluRB, οπότε ο νεογνικός χειρισμός μπορεί να προκαλεί μεταβολή στο φαινότυπο του υποδοχέα AMPA από αδιάβατο σε διαβατό στο ασβέστιο και τελικά αύξηση της πλαστικότητας της σύναψης στις περιοχές όπου παρατηρούνται οι μεταβολές. Συμπερασματικά, στην παρούσα μελέτη δείξαμε οτι οι υπομονάδες του υποδοχέα AMPA μεταβάλλονται από το νεογνικό χειρισμό, ένα μοντέλο πρώιμης εμπειρίας, στον εγκέφαλο ενήλικων επίμυων, με τρόπο ειδικό ανά υπομονάδα και ανά περιοχή και σε κάποιες περιπτώσεις φυλετικά διμορφικό. Αυτό σημαίνει οτι η γλουταμινεργική νευροδιαβίβαση μεταβάλλεται από μια πρώιμη εμπειρία. Αυτή η επίδραση του νεογνικού χειρισμού μπορεί να είναι ένας από τους παράγοντες που υπόκεινται της αυξημένης πλαστικότητας του εγκεφάλου των ζώων που έχουν υποστεί νεογνικό χειρισμό, η οποία εκδηλώνεται τόσο σε κυτταρικό επίπεδο όσο και στο συμπεριφορικό επίπεδο. / Neonatal handling, an experimental model of early life experiences, is known to affect the hypo¬thalamic-pituitary-adrenal axis function, thus increasing adaptability, coping with stress, cognitive abilities and in general brain plasticity-related pro¬cesses. Previous study has shown selective effects of neonatal handling on rat brain NMDA receptors. AMPA receptors (AMPARs) mediate fast synaptic trans¬mission at excitatory synapses in the CNS and are crucial during neuro¬nal development, synaptic plasticity and structural remodeling. AMPARs are composed of four types of subunits, designated as GluRA, GluRB, GluRC and GluRD, which combine to form tetramers. Most AMPARs are heterotetramerics, made of at least two of the four pro¬per subunits GluRA-D. AMPA receptors that are permeable to Ca2+ lack the GluRB subunit, while both GluRA and GluRB subunits have an important role in AMPAR trafficking towards the synapse. The present study addressed the question of whether neonatal handling might have an effect on AMRARs, since it has been shown that the subunit composition and thus the synaptic properties of AMPARs, changes in response to sensory experience, and whether this effect is gender-specific. According to the current neonatal handling pro¬tocol, each pup of a litter was removed from the nest for 15 min daily from the first postnatal day 1 (PND1) until weaning (PND22). In situ hybridization was used in order to localize and quantify subunit mRNA expression, with specific cDNA oligo¬nucleotides. AMPAR subunit expression was studied in specific brain regions that are involved in emotions, learning, memory and sensory perception, such as the hippo¬campus, cerebral cortex and amydgala of adult male and female rats. We found that neonatal handling caused differential and in cases sexually dimorphic changes in AMPA receptor subunit expression, depending on the brain region and the subunit. More specifically, neonatally handled animals, both males and females, had lower GluRB and GluRC mRNA levels in the dorsal hippocampus and the somatosensory cortex, compared to the non-handled. Moreover, GluRC mRNA levels were decreased in the amygdala and the prefrontal cortex and GluRD mRNA levels were decreased in the ventral hippocampus of handled animals of both sexes. Furthermore, neonatal handling had sexually dimorphic effects, increasing GluRA mRNA levels in the dorsal hippocampus of males while decreasing them in females, as well as decreasing GluRB mRNA levels in the ventral hippocampus and the amygdala only of the females. The observed changes in AMPA receptor mRNA levels are thought to occur via epigenetic regulation in response to neonatal handling. Our results in dorsal hippocampus suggest that neonatal handling may induce experience-dependent synaptic strengthening in males and weakening in females, due to the opposite changes observed in GluRA mRNA levels of the two sexes. Moreover, the observed decrease in GluRB mRNA expression most likely leads to reduced GluRB-containing calcium-impermeable AMPA receptors, therefore neonatal handling may cause a switch in AMPA receptor phenotype from calcium-impermeable to calcium-permeable AMPA receptors, and thus induce a higher synaptic plasticity in the regions where the changes are observed. In the present study we show that neonatal handling, an experimental model of early life experiences, induces changes in the AMPA receptor subunits expression in the adult rat brain that are region- and subunit-specific and in cases sexually dimorphic. These results demonstrate that glutamatergic transmission changes in response to an early experience. This effect of handling could be one of the factors underlying the increased plasticity of the brain of neonatally handled animals, which is manifested both at the cellular and at the behavioural/systemic level.

Η μελέτη της πλαστικότητας του ανθρώπινου εγκεφάλου σε όλα τα επίπεδα είναι ένα πολύ σημαντικό βήμα στην εξερεύνηση της λειτουργίας του εγκεφάλου και παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στον σχεδιασμό θεραπειών αποκατάστασης μετά από εγκεφαλικές και κινητικές βλάβες. Τα τελευταία είκοσι χρόνια έχει καθιερωθεί πλέον η ιδέα ότι ο ώριμος εγκέφαλος μπορεί να ανακατανέμει τις περιοχές του στην περίπτωση μιας βλάβης ή στην περίπτωση περισσότερης χρήσης ή νέας λειτουργίας, αναδιοργανώνοντας έτσι την λειτουργικότητά του. Και ενώ υπάρχουν αρκετές μελέτες σε ζώα και λιγότερες σε ανθρώπους όπου μελετάται η χωρική έκταση των αλλαγών αυτών, λίγες εργασίες υπάρχουν που να μελετούν τη δυναμική των αλλαγών αυτών σε ένα πεδίο χρόνου μερικών ωρών. Η παρούσα διδακτορική διατριβή συνεισφέρει ακριβώς σε αυτόν τον τομέα: τη μελέτη των πλαστικών αλλαγών σε ένα εύρος χρόνου 6 ωρών με διαδοχικές μαγνητοεγκεφαλογραφικές (ΜΕΓ) μετρήσεις ανά μία ώρα της αναπαράστασης των δακτύλων στον πρωτεύοντα σωματοαισθητικό φλοιό. Μέχρι τώρα στην βιβλιογραφία οι μελέτες για βραχύχρονη πλαστικότητα εστίαζαν στη μελέτη αλλαγών μετά από συγκεκριμένη σωματοαισθητική διέγερση για συγκεκριμένο κάθε φορά χρόνο από μερικά λεπτά και έως τρεις με τέσσερις ώρες. Τα αποτελέσματα των ερευνών αυτών παρουσιάστηκαν διαφορετικά για διαφορετικούς χρόνους μελέτης. Έτσι και για την περίπτωση των δακτύλων στον σωματοαισθητικό φλοιό, μετά από σύντομο χρονικό διάστημα σωματοαιθητικής αλλαγής, η Ευκλείδεια απόσταση μεταξύ των μελετούμενων περιοχών έδειχνε να συρρικνώνεται (Braun et al, 2000; Ziemus et al, 2000) ενώ μετά από περισσότερο χρονικό διάστημα, αυτή να αυξάνεται (Godde et al, 2003; Schaeffer et al, 2004). Η παρούσα μελέτη, συνεισφέρει στην έρευνα της δυναμικής των πλαστικών αλλαγών σε μικρό εύρος χρόνου. Το πρωτόκολλο, είναι εμπνευσμένο από το πρώτο πείραμα πού έδειξε την ύπαρξη πλαστικότητας στον ώριμο εγκέφαλο μέσω της δημιουργίας συνδακτυλίας σε πιθήκους (Allard et al, 1988; 1991). Οι συγγραφείς παρατήρησαν σημαντικές αλλαγές στην αντιπροσώπεση των δύο αυτών δακτύλων στον σωματοαισθητικό φλοιό (Δ3 και Δ4) μετά από 3-7.5 μήνες. Οι δύο περιοχές εμφανίστηκαν ενοποιημένες, και χωρίς την διαχωριστική γραμμή που συνήθως τις διαχωρίζει. Επίσης παρατηρήθηκε η ύπαρξη ιδιοδεκτικών πεδίων που ανταποκρίνονταν στον ερεθισμό και των δύο δακτύλων. Οι συγγραφείς εξέφρασαν αυτό το αποτέλεσμα ως μία ένδειξη του ρόλου του χρονικού συγχρονισμού όπως εκφράζεται και με την αρχή του Hebb για την ομαδοποίηση των εισερχόμενων σημάτων και τον σχηματισμό των ιδιοδεκτικών πεδίων στον φλοιό. Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα μελέτη και εμπνευσμένο από το προηγούμενο πείραμα περιλαμβάνει το δέσιμο των δακτύλων του δεξιού χεριού εθελοντών από τον δείκτη (Δ2) έως το μικρό δάκτυλο (Δ5) και τον ξεχωριστό ηλεκτρικό ερεθισμό των Δ2 και Δ5 για τον εντοπισμό της αντιπροσώπευσής τους στον σωματοαισθητικό φλοιό μέσα σε συνολικό χρονικό διάστημα 5.5 ωρών. Οι καταγραφές πραγματοποιήθηκαν με την τεχνική της Μαγνητοεγκεφαλογραφίας, και η ανάλυση έγινε βάσει της μεθόδου της Μαγνητικής Απεικόνισης Πηγών (Μagnetic Source Imaging). H MΕΓ, χάρη της μη αλλοίωσης των μαγνητικών σημάτων από τις ενδιάμεσες δομές του εγκεφάλου χαρίζει καλλίτερο εντοπισμό των ενεργοποιημένων περιοχών. Το κάθε πείραμα αποτελείτο από 7 ΜΕΓ μετρήσεις, με διαλείμματα μεταξύ των μετρήσεων. Η μέση απόσταση μεταξύ των καταγραφών ήταν περίπου 50 λεπτά της ώρας και το κάθε διάλειμμα διαρκούσε μισή ώρα. Η πρώτη καταγραφή έγινε πριν το δέσιμο των δακτύλων. Επίσης καταγραφές της ποσότητας του ηλεκτρικού παλμού (Sensory nerve action potential, SNAP) πάνω στο ωλένιο και μέσο νεύρο γινόταν ταυτόχρονα για την διασφάλιση της σταθερότητας του ηλεκτρικού παλμού που εισέρχεται στο σωματοαισθητικό φλοιό. Δύο πειράματα ελέγχου συμπληρώνουν το πρωτόκολλο, σε μερικούς από τους συμμετέχοντες, ένα με επανάληψη της διαδικασίας χωρίς δέσιμο των δακτύλων μετά από μερικούς μήνες και ένα με συμπληρωματικές ταυτόχρονες μετρήσεις στο άλλο ημισφαίριο. Τέλος η ανατομική μαγνητική τομογραφία, για κάθε συμμετέχοντα λήφθηκε, για επιβεβαίωση του εντοπισμού του ισοδύναμου διπόλου. Μέσω της τεχνικής λοιπόν του ισοδύναμου δίπολου, για κάθε δάκτυλο και κάθε ΜΕΓ καταγραφή κατά την διάρκεια των 5.5 ωρών εντοπίστηκε το ισοδύναμο δίπολο που χαρακτηρίζει το κέντρο βάρους της αντιπροσώπευσης του μεσοποιημένου προκλητού δυναμικού στον πρωτοταγή σωματοαισθητικό φλοιό. Στην συνέχεια ελήφθησαν οι συντεταγμένες του. Μετά την επεξεργασία προ-ανάλυσης του σήματος, μελετήθηκε το ισοδύναμο δίπολο που περιγράφει την κορυφή P30m. Το κύμα P30m προσδιορίζει την είσοδο του ηλεκτρικού σήματος στον σωματοαισθητικό φλοιό. Η θέση του διπόλου κατά τη διάρκεια των μετρήσεων παρουσίασε στατιστικώς σημαντικές αλλαγές, παραμένοντας εντούτοις μέσα στον σωματοαισθητικό φλοιό. Όπως έχει αποδειχθεί και από άλλες μελέτες, στατιστικά σημαντικές αλλαγές στη θέση του ισοδύναμου διπόλου ισοδυναμούν με αλλαγές στην σωματοτοπία (Hodzic et al, 2004; Pleger et al, 2003; 2001). Τα αποτελέσματά λοιπόν έδειξαν ότι συμβαίνουν στατιστικώς σημαντικές αλλαγές στην Ευκλείδεια απόσταση (ΕΑ) των περιοχών μέσα στις 5 περίπου ώρες που διαρκεί η ‘τεχνητή συνδακτυλία’ που επιβάλαμε. Αναλυτικά, και όπως φαίνεται στην Εικόνα 1, στην διάρκεια της πρώτης μισής ώρας, μια μείωση της ΕΑ μεταξύ του δεύτερου (Δ2) και πέμπτου δακτύλου (Δ5) έλαβε χώρα ακολουθούμενη από μία αύξηση της ΕΑ για τις επόμενες δύο ώρες. Στη συνέχεια, ξεκινάει μια μείωση της ΕΑ η οποία διαρκεί πάλι περίπου 2 ωρες. Σημειώνουμε εδώ ότι στα πειράματα ελέγχου, δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές στην ΕΑ μεταξύ των δακτύλων, κάτι που μας κάνει να πιστεύουμε ότι η αλλαγές στην ΕΑ οφείλονται αποκλειστικά στην νέα σωματοαισθητική κατάσταση που δημιουργήθηκε με το δέσιμο των δακτύλων. Οι παρατηρούμενες αλλαγές, οι οποίες συμβαίνουν καθ’ όλη τη διάρκεια των έξι ωρών, οδηγούν στο συμπέρασμα ότι συμβαίνει μία συνεχής ανακατανομή (remapping) των περιοχών των δύο δακτύλων στη διάρκεια του χρόνου αυτού. Σημειώνουμε εδώ ότι στα πειράματα ελέγχου, δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές στην ΕΑ μεταξύ των δακτύλων, κάτι που μας κάνει να πιστεύουμε ότι οι αλλαγές στην ΕΑ οφείλονται αποκλειστικά στην νέα σωματοαισθητική κατάσταση που δημιουργήθηκε με το δέσιμο των δακτύλων. Επειδή ενδείξεις δεν έχουμε για αλλαγή στην ισχύ του διπόλου συμπεραίνουμε ότι οι αλλαγές αυτές οφείλονται σε μετατόπιση και όχι σε εξάπλωση των αντίστοιχων περιοχών της αντιπροσώπευσης των δακτύλων. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι οι αλλαγές που παρατηρήσαμε συμβαδίζουν με αλλαγές άλλων ερευνητών στον σωματοαισθητικό φλοιό, ανάλογα με τον χρόνο της παρατήρησης. Δηλαδή, παρόμοιες αλλαγές συμβαίνουν στους αντίστοιχους χρόνους. Αναλυτικά, αύξηση της ΕΑ έχει παρατηρηθεί σε μικρά χρονικά διαστήματα ενώ μείωση της ΕΑ μετά από μεγαλύτερα (της τάξεως των μερικών ωρών) διαστήματα μετά από κάποια σωματοαισθητική αλλαγή/τροποποίηση. Τα αποτελέσματά μας λοιπόν ενοποιούν τα προηγούμενα αποτελέσματα παρουσιάζοντας ένα ενοποιημένο χρονικό πλαίσιο μέσα στο οποίο παρουσιάζονται οι αλλαγές αυτές. Ένα συμπέρασμα που μπορεί να εξαχθεί είναι ότι η ανακατανομή των ιδιοδεκτικών πεδίων των νευρώνων του σωματοαισθητικού φλοιού γίνεται με μη γραμμικό τρόπο. Ο εγκέφαλος προκειμένου να προσδιορίσει τις ομάδες νευρώνων που αναπαριστούν καλλίτερα τη νέα σωματοαισθητική πραγματικότητα ανακαταμερίζει τις δυνάμεις του και επαναπροσδιορίζει τα όριά του. Η αναδιάρθρωση των χαρτών του εγκεφάλου σε τόσο μικρά χρονικά διαστήματα έχει αποδοθεί σε μεταβολή της αναστολής. Το γεγονός ότι οι αλλαγές αυτές στην αναπαράσταση των δακτύλων Δ2 και Δ5 έγιναν τόσο γρήγορα δεν πρέπει να μας εκπλήσσει καθώς μελέτες σε in vivo και in vitro έχουν αποδείξει ότι παρόμοιες αλλαγές στο συναπτικό επίπεδο συμβαίνουν σε χρονικά όρια παρόμοια με αυτά του πειράματός μας, όπως στο LTP και LTD. Επίσης, άλλοι μηχανισμοί όπως αυτοί της ομοιόστασης συμμετέχουν ενεργά σε παρόμοιες περιπτώσεις που έχει παρουσιαστεί πλαστικότητα μετά από αλλαγή στην σωματοαισθητική εμπειρία. Η παρούσα μελέτη εκτός του ότι θέτει ένα χρονικό πλαίσιο μέσα στο οποίο, διαφορετικές αλλαγές στην ΕΑ λαμβάνουν χώρα, αποτελεί μια πρώτη ένδειξη της σημαντικότητας του χρόνου ως παραμέτρου σε ηλεκτροφυσιολογικές μετρήσεις. / The adult primary somatosensory cortex (SI) exhibits a detailed topographic organization of the hand and fingers, which undergoes plastic reorganizational changes following modifications of the sensory input. Although the spatial properties of these changes have been extensively investigated, little is known about their temporal dynamics. The current PhD thesis, contributes exactly to this field: to the study of plastic changes in time frame of 6 hours with consecutive Magnetoencephalographic measurements every hour. The inspiration for the protocol came from the finger webbing paradigm first employed to study adult human representational plasticity. In this paradigm of finger webbing, 4 fingers are temporarily webbed together, hence modifying their sensory feedback, for about 6 hours. We used Magnetoencephalography, a non invasive technique to study magnetic fields of the human brain, in order to measure changes in the hand representation in SI, before, during, and after finger webbing for this time frame of 6 hours. Cortical sources representing the index and little finger were localized using electric current stimulation and with the Equivalent Current Dipole method for all the recording sessions. Our results showed a decrease in the Euclidean distance (ED) between the cortical sources of the index and small finger 30 min after webbing, followed by an increase lasting for about 2 h after webbing, which was followed by a return toward baseline values. These results provide a unique frame in which the different representational changes occur, merging previous findings that were only apparently controversial, in which either increases or decreases in ED were reported after sensory manipulation for relatively long or short duration, respectively. Moreover, these observations further confirm that the mechanisms that underlie cortical reorganization are extremely rapid in their expression and, for the first time, show how brain reorganization occurs over time.

Η θερμοκρασία ανάπτυξης αποτελεί παράγοντα μεγάλης σημασίας στην οντογένεση των ιχθύων, αφού ως ποικιλόθερμοι οργανισμοί είναι συνεχώς εκτεθειμένοι στις μεταβολές του περιβάλλοντός τους. Έχει παρατηρηθεί πως η θερμοκρασία ανάπτυξης δύναται να προκαλέσει μετατόπιση του χρονοδιαγράμματος των οντογενετικών γεγονότων και πλαστικότητα σε μορφολογικούς και φυσιολογικούς χαρακτήρες (πχ στο μυοσκελετικό και το καρδιαγγειακό σύστημα). Ωστόσο, μέχρι σήμερα δεν έχει μελετηθεί η επίδραση της θερμοκρασίας ανάπτυξης στο πρότυπο της γονιδιακής έκφρασης του zebrafish και σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη του ολικού μεταγραφικού προτύπου νυμφών zebrafish. Για το λόγο αυτό σχεδιάστηκαν δύο πειράματα, όπου τρεις θερμοκρασιακές συνθήκες ανάπτυξης (22, 28 και 32oC) εφαρμόστηκαν στην πρώιμη οντογενετική περίοδο: για το διάστημα 0-20 dpf* (1ο πείραμα) και 10-20 dpf (2ο πείραμα). Πραγματοποιήθηκε απομόνωση ολικού RNA από τα άτομα ηλικίας 20 dpf όλων των πληθυσμών και από τα άτομα ηλικίας 10 dpf του πληθυσμού των 28oC του 2ου πειράματος και ακολούθησε υβριδοποίηση σε ολιγονουκλεοτιδικές μικροσυστοιχίες Affymetrix, με 15.509 αντιπροσωπευτικές αλληλουχίες γονιδίων (probe sets). Τα 21 μεταγραφικά προφίλ επεξεργάσθηκαν με τα εξειδικευμένα προγράμματα ανάλυσης μικροσυστοιχιών, dChip και MeV (v.4.5.1). Η κανονικοποίηση και το φιλτράρισμα των δεδομένων των μικροσυστοιχιών απέδωσε μεταγραφικά πρότυπα με 9.488 probe sets. Με τεχνικές πολυπαραμετρικής στατιστικής ανάλυσης (HCL και PCA) πραγματοποιήθηκαν οι συγκρίσεις των μεταγραφικών προτύπων μεταξύ των πειραματικών πληθυσμών για κάθε θερμοκρασία ανάπτυξης και οντογενετικό στάδιο. Οι HCL και PCA αναλύσεις έδειξαν i) σαφή διαχωρισμό των μεταγραφικών προτύπων μεταξύ των δύο πειραμάτων, ii) σαφή διαχωρισμό των προτύπων των 28oC και 32oC ως προς αυτά των 22oC και στα δύο πειράματα, και iii) σαφή διαχωρισμό των προτύπων των 28oC διαφορετικού οντογενετικού σταδίου (ηλικίας 10 dpf vs 20 dpf). Θα αναμέναμε τα πρότυπα έκφρασης των 28oC να παρουσιάζουν παρόμοιο πρότυπο, κάτι που δεν παρατηρείται. Αυτό οφείλεται στο πειραματικό σφάλμα που υπεισέρχεται από το διαφορετικό χρόνο πραγματοποίησης των δύο πειραμάτων και τις ρυθμίσεις κατά την υβριδοποίηση. Έτσι πραγματοποιήθηκε η κανονικοποίηση των “28”, που απαλείφει το πειραματικό σφάλμα. Οι HCL και PCA αναλύσεις έδειξαν i) σαφή διαχωρισμό των μεταγραφικών προτύπων των 28oC και 32oC ως προς αυτά των 22oC ως αποτέλεσμα της επίδρασης της θερμοκρασίας ανάπτυξης, ii) σαφή διαχωρισμό των προτύπων των 22oC των δύο πειραμάτων ως αποτέλεσμα της επίδρασης της περιόδου εφαρμογής και διάρκειας της θερμοκρασιακής αγωγής και iii) σαφή διαχωρισμό των πρότυπων των 28oC (ηλικίας 10 dpf vs 20 dpf) ως αποτέλεσμα της επίδρασης του οντογενετικού σταδίου. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε ανάλυση σημαντικότητας (SAM) και λειτουργική γονιδιωματική ανάλυση (λογισμικό DAVID) των στατιστικώς σημαντικών γονιδίων που διαφοροποιούν τα πρότυπα. Η ανάλυση των γονιδίων, ως προς την ιστοειδική έκφραση ανέδειξε γονίδια που σχετίζονται με την ανάπτυξη του ματιού, των θωρακικών πτερυγίων και του εγκεφάλου στους πληθυσμούς των 22oC έναντι των 28oC και 32oC. Η παρούσα εργασία αποδεικνύει την επίδραση της θερμοκρασίας ανάπτυξης και της διάρκειας της θερμοκρασιακής αγωγής, καθώς επάγει μηχανισμούς πλαστικότητας στο επίπεδο της γονιδιακής έκφρασης. Τέλος, υποδεικνύεται πως η πρώιμη οντογενετική περίοδος τείνει να είναι περισσότερο θερμοευαίσθητη, καθώς παρατηρείται εντονότερη επίδραση της θερμοκρασίας (στην περίπτωση των 22οC)στην ανάπτυξη του ατόμου. *dpf: days post fertilization / Developmental temperature plays a principal role in the ontogeny of fish. It is known that developmental temperature may shift the initiation time of the ontogenetic stages and induce plasticity in morphological and physiological characters e.g. the musculoskeletal and the cardiovascular system. However, its effect on the gene expression pattern has not previously been attempted for zebrafish. In the present study, zebrafish Affymetrix microarrays of 15,509 probe sets were used to map the transcriptome profile of: a) 20 dpf* old zebrafish larvae at three developmental temperatures, i.e. 22oC, 28oC and 32oC (1st experiment) and b) 20 dpf old zebrafish larvae, which were all grown at 28oC for the first 10 days and subsequently divided into three groups, which were grown at 22oC, 28oC and 32oC, respectively; the profile of 10 dpf old larvae was also measured (2nd experiment). We have isolated total RNA from the above populations and then, hybridization of RNA samples has been done on oligonucleotide Affymetrix microarrays of 15,509 probe sets. All 21 profiles were normalized and filtered (dChip software), and multivariate statistical analysis techniques were used on the normalized 9,488 probe set expression profiles (TM4 MeV software). Hierarchical Clustering (HCL) and Principal Component Analysis (PCA) on expression profiles indicated: a) clear separation of the two experiments based on their transcriptomic patterns, b) clustering of the 28oC and 32oC profiles of the 20 dpf old larvae separately from those at 22oC in both experiments and c) clear separation of the 28oC profiles based on the developmental stage. We would expect expression profiles of 28oC to be clustered together, though this was not observed because of experimental parameters during the hybridization, as the two experiments were carried out independently on different dates. So the normalization of “28” profiles took place, in order to eliminate the experimental noise. HCL and PCA, then, indicated: a) clustering of the 28oC and 32oC profiles of the 20 dpf old larvae separately from those at 22oC, as the effect of developmental temperature, b) clear separation of 22oC profiles of the two experiments, based on the effect of the period and duration of thermal conditions and c) clear separation of the 28oC profiles based on the developmental stage. Then, Significant Analysis of Microarrays (SAM) and Functional Genomic Classification Analysis (DAVID software) of statistically significant genes was carried out. Analysis of genes based on tissue-specific expression indicated characteristic genes for the development of the eye, pectoral fins and brain in 22oC profiles versus 28oC and 32oC profiles. The present study has proved that thermal effect is determinative among the early ontogenetic stage, especially in the case of longer cold thermal period, and developmental temperature may induce plastic response of gene expression, that could affect the fate of fish. *dpf: days post fertilization

Το πρόβλημα Fermat-Torricelli για n μη συγγραμμικά σημεία με βαρύτητες στον R^3 (b.FT) διατυπώνεται ως εξής: Δοθέντος n μη συγγραμμικών σημείων στον R^3 να βρεθεί ένα σημείο το οποίο ελαχιστοποιεί το άθροισμα των αποστάσεων με θετικές βαρύτητες του σημείου αυτού από τα n δοσμένα σημεία. Το αντίστροφο πρόβλημα Fermat-Torricelli για n μη συγγραμμικά και μη συνεπίπεδα σημεία με βαρύτητες στον R^3 (αντ.FT) διατυπώνεται ως εξής: Δοθέντος ενός σημείου που ανήκει στο εσωτερικό ενός κλειστού πολυέδρου που σχηματίζεται από n δοσμένα μη συγγραμμικά και μη συνεπίπεδα σημεία στον R^3, υπάρχει μοναδικά προσδιορίσιμο σύνολο τιμών για τις βαρύτητες που αντιστοιχούν σε κάθε ένα από τα n δοσμένα σημεία, ώστε το σημείο αυτό να επιλύει για τις τιμές αυτές των βαρυτήτων το πρόβλημα b.FT στον R^3; Στην παρούσα διατριβή, αποδεικνύουμε μία γενίκευση της ισογώνιας ιδιότητας του σημείου b.FT για ένα γεωδαισιακό τρίγωνο σε ένα Κ-επίπεδο (Σφαίρα, Υπερβολικό επίπεδο, Ευκλείδειο επίπεδο). Στη συνέχεια, δίνουμε μία αναγκαία συνθήκη για να είναι το σημείο b.FT εσωτερικό σημείο ενός τετραέδρου και ενός πενταέδρου (πυραμίδες) στον R^3. Η δεύτερη ομάδα αποτελεσμάτων της διατριβής περιλαμβάνει τη θετική απάντηση στο αντ.FT πρόβλημα για τρία μη γεωδαισιακά σημεία στο Κ-επίπεδο και στο αντ.FT πρόβλημα για τέσσερα μη συγγραμμικά και μη συνεπίπεδα σημεία στον R^3. Η αρνητική απάντηση στο αντ.FT για τέσσερα μη συγγραμμικά σημεία στον R^2 θα μας οδηγήσει σε σχέσεις εξάρτησης των βαρυτήτων που ονομάζουμε εξισώσεις της δυναμικής πλαστικότητας των τετραπλεύρων. Ομοίως, δίνοντας αρνητική απάντηση στο αντ.FT πρόβλημα για πέντε μη συνεπίπεδα σημεία στον R^3, παίρνουμε τις εξισώσεις δυναμικής πλαστικότητας , διατυπώνουμε και αποδεικνύουμε την αρχή της πλαστικότητας των κλειστών εξαέδρων στον R^3, που αναφέρει ότι: Έστω ότι πέντε προδιαγεγραμμένα ευθύγραμμα τμήματα συναντώνται στο σημείο b.FT, των οποίων τα άκρα σχηματίζουν ένα κλειστό εξάεδρο. Επιλέγουμε ένα σημείο σε κάθε ημιευθεία που ορίζει το προδιαγεγραμμένο ευθύγραμμο τμήμα, τέτοιο ώστε το τέταρτο σημείο να βρίσκεται πάνω από το επίπεδο που σχηματίζεται από την πρώτη και δεύτερη προδιαγεγραμμένη ημιευθεία και το τρίτο και πέμπτο σημείο να βρίσκονται κάτω από το επίπεδο που σχηματίζεται από την πρώτη και δεύτερη προδιαγεγραμμένη ημιευθεία. Τότε η μείωση της τιμής της βαρύτητας που αντιστοιχεί στην πρώτη, τρίτη και τέταρτη προδιαγεγραμμένη ημιευθεία προκαλεί αύξηση στις βαρύτητες που αντιστοιχούν στη δεύτερη και πέμπτη προδιαγεγραμμένη ημιευθεία.Τέλος, ένα σημαντικό αποτέλεσμα της διατριβής αφορά την επίλυση του γενικευμένου προβλήματος του Gauss για κυρτά τετράπλευρα στο Κ-επίπεδο, θέτοντας δύο σημεία στο εσωτερικό του κυρτού τετραπλεύρου με ίσες βαρύτητες, τα οποία στη συνέχεια αποδεικνύουμε ότι είναι δύο σημεία b.FT με συγκεκριμμένες βαρύτητες, αποτέλεσμα το οποίο γενικεύει το πρόβλημα b.FT για τετράπλευρα στο Κ-επίπεδo. / The weighted Fermat-Torricelli for n non-collinear points in R^3 states the following: Given n non-collinear points in R^3 find a point (b.FT point) which minimizes the sum of the distances multiplied by a positive number which corresponds to a given point (weight). The inverse Fermat-Torricelli problem for n non-collinear points with weights in R^3 (inv.FT) states the following: Given a point that belongs to the interior of a closed polyhedron which is formed between n given non-collinear points in R^3, does there exist a unique set of weights which corresponds to each one of the n points such that this point solves the weighted Fermat-Torricelli problem for this particular set of weights? In the present thesis, we prove a generalization of the isogonal property of the b.FT point for a geodesic triangle on the K-plane (Sphere, Hyperbolic plane, Euclidean plane). We proceed by giving a sufficient condition to locate the b.FT point at the interior of tetrahedra and pentahedra (pyramids) in R^3. The second group of results contains a positive answer on the inv.FT problem for three points that do not belong to a geodesic arc on the K-plane and on the inv.FT problem for four non collinear points and non coplanar in R^3. The negative answer with respect to the inv.FT problem for four non-collinear points in R^2 lead us to the relations of the dependence between the weights that we call the equations of dynamic plasticity for quadrilaterals. Similarly, by giving a negative answer with respect to the inv.FT problem for five points which do not belong in the same plane in R^3, we derive the equations of dynamic plasticity of closed hexahedra and we prove a plasticity principle of closed hexahedra in R^3, which states that: Considering five prescribed rays which meet at the weighted Fermat-Torricelli point, such that their endpoints form a closed hexahedron, a decrease on the weights that correspond to the first, third and fourth ray, causes an increase to the weights that correspond to the second and fifth ray, where the fourth endpoint is upper from the plane which is formed from the first ray and second ray and the third and fifth endpoint is under the plane which is formed from the first ray and second ray. Finally, a significant result of this thesis deals with the solution of the generalized Gauss problem for convex quadrilaterals on the K-plane in which by setting two points at the interior of the convex quadrilateral with equal weights we prove that these points are weighted Fermat-Torricelli points with specific weights, that generalizes the b.FT problem for quadrilaterals on the K-plane.