Στην παρούσα εργασία ο πρώτος στόχος είναι η μελέτη των πρωτεϊνικών επιπέδων της υπομονάδας NR2B του υποδοχέα NMDA. Σε προηγούμενη εργασία του εργαστηρίου μας παρατηρήθηκε αύξηση των επιπέδων έκφρασης στο mRNA της υπομονάδας NR2B στο ραβδωτό σώμα των μυών weaver ηλικίας έξι μηνών. Η αύξηση του mRNA δεν ακολουθείται πάντα από αύξηση της πρωτεΐνης καθώς το mRNΑ μπορεί να καταστρέφεται προτού οδηγήσει στη δημιουργία νέων πρωτεϊνικών μορίων. Δεύτερος στόχος της εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της ντοπαμινεργικής εννεύρωσης στη φωσφορυλίωση της υπομονάδας NR2B του υποδοχέα NMDA. Επιλέχθηκε η μελέτη της φωσφορυλίωση της υπομονάδας NR2B του υποδοχέα NMDA στη σερίνη 1303 λόγω του ότι στη συγκεκριμένη θέση φωσφορυλιώνεται από την ασβεστιοεξαρτώμενη κινάση της καλμοδουλίνης (CaMKII). H CaMKII εμπλέκεται στο LTP και στο LTD και στο μοντέλο της 6-OHDA φαίνεται να επηρεάζεται από την ντοπαμινεργική ανεπάρκεια. Αλλαγές, συνεπώς, στα επίπεδα φωσφορυλίωσης στη σερίνη 1303 είναι πιθανό να απορρέουν από αλλαγές στα επίπεδα της CaMKII, οδηγώντας σε μεταβολή της συναπτικής πλαστικότητας του ραβδωτού σε ντοπαμινεργική ανεπάρκεια. / -

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.

Οι περισσότερες πληροφορίες που αφορούν μοριακούς μηχανισμούς πλαστικότητας στο κεντρικό νευρικό σύστημα, πηγάζουν από μελέτες συγκεκριμένων τύπων μακρόχρονης ενδυνάμωσης (LTP) και μακρόχρονης αναστολής (LTD), οι οποίοι εξαρτώνται από την ενεργότητα των υποδοχέων N-methyl-D-aspartate (NMDA) του γλουταμινικού οξέος. Αλλαγές στην φωσφορυλίωση των υποδοχέων NMDA από διάφορες κινάσες και φωσφατάσες διαμεσολαβούν ή και ρυθμίζουν την έκφραση του LTP και του LTD. Η οπτική αποστέρηση, όπως η εκτροφή πειραματόζωων στο σκοτάδι, επιμηκύνει την κρίσιμη περίοδο πλαστικότητας του οπτικού φλοιού. Οι υποδοχείς NMDA του γλουταμινικού οξέος, έχει αποδειχθεί ότι εμπλέκονται σημαντικά στην πλαστικότητα του οπτικού φλοιού. Η φωσφορυλίωση τους εμπλέκεται στη συναπτική πλαστικότητα μέσω της ρύθμισης της διακίνησης τους στην σύναψη και της έκφρασης τους στη επιφάνεια του κυττάρου, καθώς και μέσω της επίδρασης στη λειτουργία του ιοντικού διαύλου του υποδοχέα. Η σερίνη 1303 της υπομονάδας NR2B των υποδοχέων NMDA αποτελεί την κύρια περιοχή φωσφορυλίωσης από την CaM κινάση II και την PKC. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η συσχέτιση των μεταβολών του υποδοχέα NMDA, ο οποίος συμμετέχει σε φαινόμενα πλαστικότητας του εγκεφάλου, με την ευαίσθητη περίοδο καθορισμού της αρχιτεκτονικής του οπτικού φλοιού. Για το σκοπό αυτό εξετάσαμε τις μεταβολές της φωσφορυλίωσης της υπομονάδας NR2B των υποδοχέων NMDA σε επίμυες μετά από οπτική αποστέρηση για την περίοδο Ρ0-Ρ21 και Ρ0-Ρ30 (Ρ: postnatal day). Τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας δείχνουν ότι στον οπτικό φλοιό τα επίπεδα της φωσφορυλίωσης του καταλοίπου σερίνης 1303 της NR2B υπομονάδας των υποδοχέων NMDA αυξήθηκαν στις μεταγεννητικές ημέρες 21 και 30 (κατά 27% και 47% αντίστοιχα) στα πειραματόζωα που υπέστησαν οπτική αποστέρηση συγκριτικά με πειραματόζωα ίδιας ηλικίας των οποίων η εκτροφή πραγματοποιήθηκε σε ημερήσιο κύκλο 12 ώρες φως/ 12 ώρες σκοτάδι. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν μια εξαρτώμενη από την εμπειρία ρύθμιση της φωσφορυλίωσης του καταλοίπου σερίνης 1303 της NR2B υπομονάδας των υποδοχέων NMDA . Υπάρχουν ενδείξεις ότι η φωσφωρυλίωση του καταλοίπου ser1303 της υπομονάδας NR2B του υποδοχέα NMDA μέσω της PKC ενισχύει τα NMDA-επαγώμενα ρεύματα (Liao et al., 2001). Επιπλέον μελέτες κατά την ανάπτυξη του οπτικού φλοιού επίμυων και μυών που έχουν υποστεί οπτική αποστέρηση (Carmignoto and Vicini, 1992; Yashiro et al. 2005) έχουν δείξει λειτουργικές μεταβολές του υποδοχέα NMDA και συγκεκριμένα ενίσχυση της διάρκειας του NMDA-επαγώμενου ρεύματος Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης προτείνουν ότι η φωσφορυλίωση της υπομονάδας NR2B του υποδοχέα NMDA μπορεί να είναι ένας από τους μοριακούς μηχανισμούς οι οποίοι ενέχονται στην λειτουργική μεταβολή του υποδοχέα NMDA, η οποία παρατηρείται κατά την ανάπτυξη του οπτικού φλοιού που έχουν υποστεί οπτική αποστέρηση. Τέλος, τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν και συμπληρώνουν την υπάρχουσα βιβλιογραφία που υποστηρίζει ότι η φωσφορυλίωση αποτελεί έναν από τους παράγοντες που συμβάλλουν στην πλαστικότητα. / Phosphorylation of ligand-gated ion channels is recognized as a potentially important mechanism for short and long-term modulation of ion-channel function. Ionotropic glutamate receptors mediate most excitatory neuronal transmission in the brain and play essential roles in the regulation of synaptic activity. Depending on their specific response to different pharmacological agents, ionotropic glutamate receptors are subdivided into N-methyl-D-aspartate (NMDA), α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) and kainate receptors. NMDA receptors are heteromultimers mainly consisting of the obligatory NR1 subunit in combination with NR2A-NR2D and NR3A-B subunits. Many serine/threonine phosphorylation sites have been identified in NMDA receptor subunits, which are substrates for several kinases. Phosphorylation of NMDA receptors mediate synaptic plasticity through regulation of synaptic trafficking and surface expression of these receptors, in addition to the effects on channel function. Phosphorylation on NR2B-Ser1303 is mediated by CaM kinase II and PKC. Visual deprivation has been a powerful tool for investigating the anatomical and physiological correlates of experience-dependent plasticity. Rearing in the dark during a developmentally sensitive period blocks the development of retinal circuitry. In visual cortex, dark-rearing prolongs the critical period for ocular dominance plasticity, reduces LTD and increases LTP, attenuates the maturation of NMDA receptors and attenuates the developmental increase in inhibition relative to excitation. To test the role of neurotransmitter receptor phosphorylation on visual system plasticity, we examined the effects of dark rearing on phosphorylation of NMDA receptor subunit NR2B in rat visual cortex. In visual cortex, we found that dark rearing rats from birth leads to an increase of the percentage of NR2B subunits of the NMDA receptor that are phosphorylated on Serine 1303. Increases in NR2B subunit phosphorylation in dark-reared rats were observed at both P21 (27%) and P30 (47%) which implies that modulation of NMDA subunit phosphorylation appears at the onset and continues during the critical period for ocular dominance plasticity in rats. Our results suggest that NR2B phosphorylation at Ser1303 is regulated by activity in rat visual cortex. There is evidence for PKC-mediated enhancement of NMDA receptor currents by direct phosphorylation of NR2B at Ser1303. Several studies have shown that visual deprivation increases the current duration of synaptic NMDA receptors. A putative molecular basis for this current enhancement could be the increased phosphorylation of NR2B subunit at ser1303.

Στον αμφιβληστροειδή επιτελείται η μετατροπή δηλαδή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρικό ερέθισμα. Κύριος διεγερτικός διαβιβαστής στον αμφιβληστροειδή είναι το γλουταμινικό οξύ του οποίου η δράση επιτελείται μέσω ιοντοτρόπων, NMDA και μη NMDA, και μεταβοτρόπων υποδοχέων. Οι υποδοχείς ΝΜDA παρουσιάζουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, όπως μεγάλη αγωγιμότητα ασβεστίου και τασεοεξαρτώμενη αναστολή από το Μg, ενώ φαίνεται να παίζουν ιδιαίτερο ρόλο σε διαδικασίες συναπτικής πλαστικότητας, στην ανάπτυξη του νευρικού συστήματος καθώς και στην διεγερσιτοξικότητα του γλουταμινικού. Στον αμφιβληστροειδή εντοπίζονται κυρίως στα γαγγλιακά και βραχύϊνα κύτταρα αλλά και σε διάμεσους νευρώνες. Οι υποδοχείς NMDA είναι ετερομερή που αποτελούνται από τις υπομονάδες NR1, NR2 και NR3. Το γονίδιο της βασικής λειτουργικής υπομονάδας NR1 περιέχει τρία εξόνια τα οποία υφίστανται εναλλακτικό μάτισμα προς δημιουργία οχτώ ισομορφών. Οι ισομορφές που περιλαμβάνουν το εξόνιο 21 ή C1 στο καρβοξυτελικό άκρο έχουν την χαρακτηριστική ιδιότητα φωσφορυλίωσης στην θρεονίνη 879 και στις σερίνες 890, 896 και 897. Η φωσφορυλίωση αποτελεί έναν από τους κυριότερους μηχανισμούς ρύθμισης των υποδοχέων του γλουταμινικού οξέος επηρεάζοντας τις ιδιότητες τους, την μεταφορά τους προς την κυτταρική μεμβράνη, αλλά και την υποκυτταρική κατανομή των υπομονάδων τους. Στόχος της εργασίας είναι η μελέτη της φωσφορυλιωμένης υπομονάδας NR1 του υποδοχέα NMDA στις θέσεις σερίνης 896 και 897 (NR1-Ser896 και NR1-Ser897) κατά την ανάπτυξη στον αμφιβληστροειδή. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήσαμε επίμυες Wistar ηλικιών 9, 14, 21, 35 και 60 ημερών. Με την μέθοδο ανοσοαποτύπωσης κατά Western μελετήσαμε τα επίπεδα της φωσφορυλιωμένης πρωτείνης. Η ΝR1-Ser897 παρουσιάζει ένα πρότυπο αύξησης μέχρι και την ηλικία των 35 ημερών με επακόλουθη πτώση σε αυτήν των 60 ημερών. Η NR1-Ser896 αυξάνεται μέχρι την ηλικία των 14 ημερών όπου και παρουσιάζει μια σταθερή πορεία μέχρι την ηλικία των 60 ημερών. Συμπερασματικά, οι φωσφορυλιώσεις στις διαφορετικές σερίνες της υπομονάδας NR1 του υποδοχέα NMDA παρουσιάζουν διαφορετικό αναπτυξιακό προφίλ και γενικότερα η φωσφορυλίωση αυτής της υπομονάδας φαίνεται ότι ρυθμίζεται αναπτυξιακά στον αμφιβληστροειδή. / The retina is responsible for the light conversion into nerve signals. Glutamate is the major excitatory neurotransmitter in the retina. Its actions are mediated by glutamate ionotropic (NMDA and non NMDA) and metabotropic receptors. The NMDA receptors (NMDARs) are permeable to Ca++ and are unique among glutamate receptors in that they are blocked by Mg++ in a voltage dependent manner. These receptors also seem to play an important role in the development of the nervous system, in synaptic plasticity as well as in glutamate neurotoxicity. In the retina they are expressed in many ganglion and amacrine cells and occasionally in horizontal and glial cells. Functional NMDARs are heteromers composed of the NR1 NR2 and NR3 subunits. The gene of the NR1 subunit has three exons which undergo alternative splicing to generate theoretically eight NR1 splice variants. Half of them include the exon 21 or C1 in carboxy-terminus domain which can be phosphorylated in the following residues: threonine 879 and serines 890,896 and 897. Protein phosphorylation has been recognized as a major mechanism for the regulation of glutamate receptor function, changing their properties and because of its proposed role in trafficking and targeting of the NMDARs, as well as in clustering NR1 subunits into receptor-rich domains. The aim of the present work is to study the phosphorylated subunit NR1 at the serine residues 896 and 897 of the NMDAR (NR1-Ser896 and NR1-Ser897) during retinal development. Wistar rats at postnatal days 9, 14, 21, 35 and 60 are used for the developmental studies. The protein levels of the phosphorylated NR1 subunit were evaluated in Western blots. NR1-Ser897 increased gradually with a peak value observed at postnatal day 35, followed by a decrease at P60. NR1-Ser 896 was also increased to its peak level at the age of 14 and its levels sustained until the age of 60.These data reveal that the developmental profiles of the phoshorylated NR1 subunits at the serine residues 896 and 897 are different, and that the phosphorylation of the NR1 subunit is, in general, subject to regulation during development of the retina

Ο α2 –αδρενεργικός υποδοχέας διακρίνεται σε 3 γνωστούς υποτύπους (α2Α, α2Β, α2C) και μετά αλληλεπίδραση με G-πρωτεΐνες (GPCRs), διαμεσολαβεί μέρος των δράσεων των ορμονών- νευρομεταβιβαστών, επινεφρίνη και νορεπινεφρίνη σε πολλά όργανα, συμπεριλαμβανομένου και του νευρικού συστήματος. Πρότυπο μελέτης του νευρικού συστήματος in vitro, αποτελεί η κυτταρική σειρά PC12, που περιλαμβάνει κύτταρα από φαιοχρωμοκύττωμα αρουραίου, τα οποία υπό την επίδραση του Nerve Growth Factor (NGF) διαφοροποιούνται σε συμπαθητικούς νευρώνες. Μετά από διαμόλυνση, αυτά τα κύτταρα εκφράζουν τους υποτύπους των α2-αδρενεργικών υποδοχέων και βάσει δεδομένων από προηγούμενη εμπειρία του εργαστηρίου μας, μπορούν μετά από ενεργοποίηση με επινεφρίνη να οδηγήσουν στην ενεργοποίηση ενός καταρράκτη μεταγωγής σήματος, που περιλαμβάνει τις κινάσες Akt και ERK1/2. Δεδομένου ότι τα μόρια αυτά συμβάλλουν στην ενεργοποίηση του μεταγραφικού παράγοντα CREB (cAMP response element binding protein) θελήσαμε στην παρούσα εργασία να διερευνήσουμε κατά πόσο η ενεργοποίηση των α2-αδρενεργικών υποδοχέων προκαλεί την CREB φωσφορυλίωση. Βάσει προηγούμενων αποτελεσμάτων, που αποδείκνυαν την απελευθέρωση αραχιδονικού οξέος και διαφόρων μεταβολιτών του μετά από ενεργοποίηση των α2 –αδρενεργικών υποτύπων, μελετήσαμε εάν αυτή η απελευθέρωση αραχιδονικού οξέος, μπορούσε να προκαλέσει ενεργοποίηση μέσω φωσφορυλίωσης του CREB και μέσω ποιών μεταβολικών μονοπατιών μπορεί αυτό να πραγματοποιηθεί. Επιπλέον μελετήσαμε εάν αυτή η ενεργοποίηση του CREB ήταν παρούσα και στους 3 υποτύπους και εάν παρουσίαζε υποτυποειδικότητα. Χρησιμοποιήσαμε την τεχνική Western Blotting , σε εκχυλίσματα PC12 κυττάρων, κατάλληλα επεξεργασμένων με επινεφρίνη, παρουσία διαφόρων αναστολέων των μεταβολικών μονοπατιών του αραχιδονικού οξέος. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η επινεφρίνη επάγει τη φωσφορυλίωση του CREB και στους 3 υποτύπους των α2-αδρενεργικών υποδοχέων σε PC12 κύτταρα. Επίσης η απελευθέρωση αραχιδονικού οξέος και η επακόλουθη φωσφορυλίωση του CREB διαμεσολαβείται από την PLC (φωσφολιπάση C) και την εποξυγενάση του κυτοχρώματος P450, αφού έχουμε αναστολή από τους ειδικούς αναστολείς U73122 και κετοκοναζόλη αντίστοιχα. Τα επίπεδα φωσφορυλίωσης ήταν ίδια στους α2A- και α2C-υποτύπους και σημαντικά μεγαλύτερα από τον α2Β-υπότυπο, αποδεικνύοντας ότι παρουσιάζεται σημαντική υποτυποειδικότητα. / α2-adrenergic receptor is divided into 3 known subtypes (α2A, α2Β, α2C) and after interaction with G-proteins (GPCRs) mediates part of actions of hormones-neurotransmitters, epinephrine and nor epinephrine in many organs, including Central Nervous System. Cell line PC12, which origins from cells of rats’ pheochromocytoma , consist a study model of nervous system in vitro and under the influence of Nerve Growth Factor (NGF) is differentiated into sympathetic neurons. After transfection, these cells express the subtypes of α2-adrenergic receptors and based on data from previous experience, after activation with epinephrine, they activate a cascade of signal transduction , which includes kinases Akt and ERK1/2. Based on the fact that these molecules contribute to the activation of transcription factor CREB (cAMP response element binding protein) we study whether the activation of α2-adrenergic receptors can cause direct CREB phosphorylation. Based on previous results, which prove release of arachidonic acid and its metabolites after activation of α2-adrenergic subtypes, we study if the release of arachidonic acid could cause activation, through phosphorylation, of CREB and via which metabolic pathways this happens. Furthermore, we studied if the activation was present in all 3 subtypes and if it presented sub-specificity. We performed the Western Blotting technique in PC12 cells properly pro-incubated with epinephrine and addition of enzymic inhibitors of arachidonic acid metabolism. Our results figure that epinephrine induce CREB phosphorylation in all 3 subtypes of α2-adrenergic receptors in PC12 cells. The release of arachidonic acid and the following phosphorylation of CREB is mediated from phospholipase C (PLC) and cytochrome P450-dependent epoxygenase, as proved by inhibition with the specific inhibitors U73122 and ketokonazole, respectively. The levels of CREB phosphorylation were comparable between α2Α - and α2C- subtypes and higher than the α2Β- subtype, proving that this is an action which presents sub-specificity.

Η ντοπαμινεργική νεύρωση είναι πολύ σημαντική για τις μακροχρόνιες αλλαγές της συναπτικής πλαστικότητας στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό, καθώς και για την έκφραση των πρώιμων γονιδίων που σχετίζονται με τη μνήμη και τη μάθηση. Πολλές εργασίες έχουν δείξει ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ ντοπαμινεργικών και γλουταμινεργικών υποδοχέων είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τις γνωστικές λειτουργίες του ιππόκαμπου και του προμετωπιαίου φλοιού. Προκειμένου να μελετήσουμε το μοριακό υπόβαθρο των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ντοπαμινεργικών και γλουταμινεργικών υποδοχέων στο ιππόκαμπο και τον προμετωπιαίο φλοιό του επίμυος, εξετάσαμε «in vitro» την επίδραση της ενεργοποίησης των D1 υποδοχέων ντοπαμίνης στο επίπεδο φωσφορυλίωσης των υπομονάδων των NMDA και AMPA υποδοχέων γλουταμινικού οξέος., καθώς στην φωσφορυλίωση/ ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της ERK1/2 κινάσης (Extracellular Regulated Kinase1/2) και της DARPP-32 (Dopamine-and cyclicAMP-Regulated PhosphoProtein-32). Επιπλέον, συγκρίναμε τις αλληλεπιδράσεις των D1/NMDA/AMPA υποδοχέων που παρατηρούνται στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό με αυτές που εμφανίζονται στο ραβδωτό σώμα, στο οποίο η πυκνότητα των D1 υποδοχέων είναι η μέγιστη στον εγκέφαλο. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι η ενεργοποίηση των D1 υποδοχέων από τον ειδικό αγωνιστή τους SKF38393 (10 μΜ) στις τομές του ιππόκαμπου και του προμετωπιαίου φλοιού έχει ως αποτέλεσμα μια σημαντική αύξηση των επιπέδων φωσφορυλίωσης: α) της σερίνης-897 της NR1 υπομονάδας και της σερίνης-1303 της NR2B υπομονάδας του NMDA υποδοχέα, οι οποίες επάγουν τη διακίνηση των υποδοχέων στην μεμβρανική επιφάνεια (trafficking) και την ενίσχυση των ρευμάτων του ιοντικού διαύλου, αντίστοιχα, β) των σερινών-831 και -845 της GLUR1 υπομονάδας του AMPA υποδοχέα, οι οποίες ενισχύουν τα ρεύματα του ιοντικού διαύλου και αυξάνουν την πιθανότητα ανοίγματος του καναλιού, αντίστοιχα και γ) της ERK1/2 κινάσης, αλλά όχι της DARPP-32. Είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι η συνενεργοποίηση των D1 και NMDA υποδοχέων με ανενεργές δόσεις των ειδικών αγωνιστών τους SKF38393 (2 μΜ) και NMDA (5 μΜ), αντίστοιχα έχει ως αποτέλεσμα μια περαιτέρω αύξηση των επιπέδων φωσφορυλίωσης των υπομονάδων των NMDA και AMPA υποδοχέων, καθώς και της ERK1/2 κινάσης, αλλά όχι της DARPP-32. Οι παραπάνω επαγόμενες από την ενεργοποίηση των D1 υποδοχέων και την συνενεργοποίηση των D1/ NMDA υποδοχέων φωσφορυλιώσεις αναστέλλονται πλήρως από τον ειδικό αναστολέα της ενεργοποίησης της ERK1/2 κινάσης, SL327. Αντίθετα, στο ραβδωτό σώμα τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι η επαγόμενη από τους D1 υποδοχείς φωσφορυλίωση των υπομονάδων των NMDA και AMPA υποδοχέων βασίζεται στο καλά περιγραμμένο σηματοδοτικό μονοπάτι D1/PKA/DARPP-32. Συμπερασματικά, τα «in vitro» πειράματα δείχνουν στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό να υφίσταται ισχυρή συνεργιστική αλληλεπίδραση μεταξύ των D1 και των NMDA υποδοχέων, η οποία οδηγεί στην ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της ΕΡΚ1/2 κινάσης. Επιπλέον, η επαγόμενη από την διέγερση των D1 υποδοχέων και από τη συνδιέγερση των D1/ NMDA υποδοχέων φωσφορυλίωση των υπομονάδων των NMDA και AMΡΑ υποδοχέων φαίνεται να οφείλεται στο σηματοδοτικό μονοπάτι της ERK1/2 κινάσης και πιθανώς αποτελεί το μοριακό υπόβαθρο της ενίσχυσης των ρευμάτων των NMDA και AMPA υποδοχέων από την ενεργοποίηση των D1 υποδοχέων. Προκειμένου να διερευνήσουμε εάν αυτή η συνεργιστική αλληλεπίδραση των D1/ NMDA υποδοχέων υφίσταται και «in vivo» και να εξετάσουμε περαιτέρω τη λειτουργική της σημασία, επιλέξαμε ένα φυσικό συμπεριφορικό τεστ, την εισαγωγή των πειραματόζωων σε «πρωτόγνωρο» περιβάλλον (ελεύθερη εξερεύνηση του χώρου). Η δοκιμασία αυτή είναι γνωστό ότι επάγει την αύξηση των επιπέδων ντοπαμίνης στον ιππόκαμπο και τον προμετωπιαίο φλοιό και κατ’επέκταση επάγει την ενεργοποίηση των D1 υποδοχέων. Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι η εισαγωγή των επίμυων στο «καινούργιο» περιβάλλον επάγει στον ιππόκαμπο και στον προμετωπιαίο φλοιό: α) μια σημαντική αύξηση των επιπέδων φωσφορυλίωσης των υπομονάδων των NMDA και ΑΜPA υποδοχέων, καθώς και ισχυρή φωσφορυλίωση/ ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της ERK1/2 κινάσης. Τα φαινόμενα αυτά όπως δείξαμε μετά τη χορήγηση ειδικών ανταγωνιστών εξαρτώνται από τη σύγχρονη ενεργοποίηση των D1/ NMDA υποδοχέων και οφείλονται στο «νέο» ερέθισματα, δεδομένου ότι δεν εμφανίζονται μετά από δοκιμασία «εξοικείωσης» των επίμυων στο «καινούργιο» περιβάλλον, β) επιγεννετικές τροποποιήσεις (φωσφορυλίωση/ ακετυλίωση της ιστόνης Η3) και γ) αύξηση των πρωτεϊνικών επιπέδων έκφρασης των πρώιμων γονιδίων cFos και zif268 επιλεκτικά στη CA1 περιοχή του ιπποκάμπου, φαινόμενα τα οποία εξαρτώνται από την συνενεργοποίηση των D1/ NMDA υποδοχέων, καθώς και των μουσκαρινικών υποδοχέων ακετυλοχολίνης. Συμπερασματικά τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι: α) η φωσφορυλίωση των υπομονάδων των NMDA και AMPA υποδοχέων πιθανώς δρα ως «δείκτης του πρωτόγνωρου ερεθίσματος», δεδομένου ότι δεν εμφανίζονται μετά την «εξοικείωση» των επίμυων στο «καινούργιο» περιβάλλον, β) η ισχυρή ενεργοποίηση του σηματοδοτικού μονοπατιού της ERK1/2 κινάσης που επάγεται από το «νέο» ερέθισμα απαιτεί τη συνεργιστική αλληλεπίδραση των D1/ NMDA υποδοχέων και γ) η ενεργοποίηση του μονοπατιού μεταγωγής σήματος της ERK1/2 κινάσης οδηγεί σε επιγεννετικές αλλαγές και αύξηση της έκφρασης των πρώιμων γονιδίων cFos και zif268, φαινόμενα τα οποία απαιτούνται στη ρύθμιση της συναπτικής πλαστικότητας, καθώς και στις διαδικασίες της μνήμης και της μάθησης. / Dopaminergic innervation is critical for long term changes in synaptic efficacy in hippocampus and prefrontal cortex (PFC), as well as for learning-associated immediate-early gene expression. Many studies have demonstrated that the interactions between dopamine and glutamate receptors are essential for the prefrontal cortical (PFC) and hippocampal cognitive functions. In order to understand the molecular basis of dopamine/glutamate interactions in rat PFC and hippocampus, we investigated the effect of “in vitro” dopamine D1 receptor stimulation on glutamate NMDA and AMPA receptor subunits’ phosphorylation, as well as on ERK1/2 (Extracellular Regulated Kinase1/2) and DARPP-32 (Dopamine-and cyclicAMP-Regulated PhosphoProtein-32) phosphorylation/activation. Furthermore, we compared the D1/NMDA/AMPA receptor interactions seen in PFC and hippocampus with those appearing in striatum, in which the D1 receptors’ density is the highest within the mammalian brain. Our results showed that stimulation of D1 receptor by the specific agonist SKF38393 (10μM) in PFC and hippocampal slices significantly increased the phosphorylation state of: a) NR1ser897 and NR2Bser1303 subunits of NMDA receptor, which promotes the trafficking and enhances the ionic currents, respectively, b) of GLUR1(ser831 and ser845) subunit of AMPA receptor, which enhances the receptor currents and the open probability of the receptor channel and c) of ERK1/2, but not of DARPP-32. Interestingly, co-stimulation of D1 and NMDA receptors with an ineffective dose of SKF38393(2μM) and NMDA(5μM) respectively, elevated further the phosphorylation level of NMDA and AMPA receptor subunits, as well as of ERK1/2, but not of DARPP-32. The D1- and D1/NMDA-induced phosphorylations were totally inhibited by SL327 (specific ERK1/2 inhibitor). Conversely, in striatal slices our data confirm that the D1-mediated phosphorylation of NMDA and AMPA receptor subunits relies on D1/PKA/DARPP-32 signalling. In conclusion, in PFC and hippocampus: a) a strong synergistic interaction of D1 and NMDA receptors exists, which results in a significant ERK1/2 pathway activation, b) The D1 and the D1/NMDA receptor induced phosphorylation of NMDA and AMPA receptor subunits seems to rely on ERK1/2 signalling and could to some extend underlie the enhancement of NMDA and AMPA receptor currents mediated by D1 receptor activation. In order to investigate whether this synergistic interaction occurs also “in vivo” and to further examine its functional significance, we exposed the rats to a novel environment (open field exploration), which is known to evoke dopamine release in hippocampus and PFC. Our results showed that the “spatial” novelty stimulus induced in rat hippocampus and PFC: a) a significant increase in phosphorylation of NMDA and AMPA receptor subunits, as well as a robust phosphorylation/activation of ERK1/2 signalling, which are both dependent on the concomitant stimulation of D1/NMDA receptors and are both abolished by habituation, b) chromatin remodeling events (phosphorylation-acetylation of histone H3) and c) an increase in the immediate early genes cFos and zif268 expression in the CA1 region of hippocampus, which is dependent on the coactivation of D1/NMDA and muscarinic acetylcholine receptors. Our results indicate that: a) the phosphorylation of NMDA and AMPA receptor subunits could act as a ‘novelty detector’, since it is absent after habituation, b) the robust activation of ERK1/2 signalling elicited by “spatial” novelty, demands the synergistic interaction of D1/NMDA receptors and c) the activation of ERK1/2 pathway leads to chromatin remodeling events and expression of the immediate early genes cFos and zif268, which are required for the regulation of synaptic plasticity and memory consolidation.