L'esquizofrènia és un trastorn cerebral crònic, greu i incapacitant que afecta l'1% de la població i s'expressa en funcions mentals anormals i alteracions en el comportament. La causa de l'esquizofrènia és desconeguda, ara bé, la vulnerabilitat de patir aquesta malaltia psiquiàtrica està clarament relacionada amb factors genètics. Existeixen evidències que suggereixen que aquest trastorn es relaciona amb una activitat i connectivitat alterada de l'escorça prefrontal (EPF) i àrees relacionades anatòmicament i funcional com el tàlem i els nuclis del mesencèfal (nuclis del rafe-NR, locus coeruleus-LC i l'àrea tegmental ventral-ATV). S'han elaborat nombroses hipòtesis sobre l'etiologia de l'esquizofrènia que inclouen una hiperactivació de la neurotransmissió dopaminèrgica i una hipofunció glutamatèrgica. Ara bé, recentment s'ha suggerit que la hipofunció del receptor NMDA pot originar un excés compensatori d'alliberació de glutamat i incrementar l'activitat de les neurones piramidals de l'EPF. Endemés, en models de desconnexió neonatal de l'hipocamp s'ha observat una més elevada activitat excitadora de dopamina sobre neurones piramidals corticals.En la present Tesi Doctoral hem caracteritzat el paper que exerceixen receptors corticals excitadors i inhibitoris sobre l'activitat del circuit EPF-NR, i hem estudiat l'acció dels fàrmacs antipsicòtics sobre aquests receptors per tal de conèixer millor les bases neurobiològiques de la seva acció terapèutica.L'EPF medial (EPFm) expressa abundantment receptors serotoninèrgics 5-HT1A (inhibitoris) i 5-HT2A (excitadors). Els nostres treballs han mostrat que l'activació farmacològica d'aquests receptors corticals modula de manera oposada l'alliberació local de 5-HT mitjançant canvis en l'excitabilitat de les neurones piramidals que coexpressen àmpliament ambdós receptors i que projecten als nuclis serotoninèrgics. Antecents del grup mostren que l'administració de DOI (al.lucinogen, agonista 5-HT2A/2C) incrementa la freqüència de descàrrega de les neurones piramidals i l'alliberació cortical de serotonina (5-HT), activació circuit EPFm-NR. Així hem estudiat l'alliberació de 5-HT cortical, mitjançant la tècnica de microdiàlisi intracerebral in vivo, com a mesura indirecta de l'activitat de les neurones piramidals. Hem descrit també que l'estimulació dels receptors excitadors adrenèrgics 1 corticals incrementa l'alliberació local i al NDR de 5-HT, possiblement a través del mateix mecanisme que l'activació dels receptors 5-HT2A (estimulació de les vies excitadores descendents cap al NDR). De la mateixa manera, l'augment de la neurotransmissió glutamatèrgica a l'EPFm, mitjançant i) l'aplicació local de S-AMPA, ii) la desinhibició de les aferències glutamatèrgiques talàmiques o bé iii) l'administració sistèmica d'antagonistes glutamatèrgics dels receptors NMDA, estimula l'alliberació de 5-HT a l'EPF, fet que és probablement degut a una major activitat de les neurones piramidals que projecten al NDR i al conseqüent increment de l'activitat serotoninèrgica. Amdós efectes (adrenèrgic-1 i glutamatèrgic) són revertits pel bloqueig de receptors adrenèrgics 1 i 5-HT2A.Endemés hem observat que l'estimulació del receptor 5-HT1A a l'EPFm reverteix l'increment de l' alliberació local de 5-HT induït per l'agonista 5-HT2A/2C DOI, l'agonista adrenèrgic 1 cirazolina i S-AMPA. La implicació dels receptors 5-HT1A postsinàptics a EPFm en aquesta inhibició es fa palesa perquè i) és comuna a cinc agonistes diferents, ii) és revertida per la inactivació prèvia i el bloqueig dels receptors 5-HT1A, i iii) està totalment absent en ratolins genoanul·lats d' aquest receptor. Finalment, hem descrit que els fàrmacs antipsicòtics reverteixen l'increment de l'alliberació de 5-HT a l'EPFm induït per l' estimulació de receptors excitadors corticals. Aquesta acció és possiblement deguda a la seva capacitat de bloquejar in vivo els receptors 1 adrenèrgics (típics i atípics) i 5-HT2A (atípics) pels quals presenten una elevada afinitat. Aquestes dades suggereixen que els fàrmacs antipsicòtics exercirien en part la seva acció terapèutica disminuint una possible hiperactivitat de les neurones de l'EPF. Ara bé, la incapacitat de l'haloperidol de bloquejar l'efecte dels antagonistes NMDA indica possiblement diferències d'acció entre antipsicòtics típics i atípics sobre les neurones corticals. / The prefrontal cortex (PFC) plays a crucial role in higher brain functions which are altered in schizophrenic patients. Pyramidal neurons in medial PFC (mPFC) integrate excitatory inputs from cortex and thalamus, and modulatory inputs from brainstem aminergic nuclei like raphe nuclei (RN). In turn, mPFC controls the activity of raphe serotonergic neurons. Previous reports showed that the stimulation of prefrontal 5-HT2A or AMPA receptors increases pyramidal and serotonergic cell firing, and 5-hydroxytryptamine (5-HT) release in mPFC. We use 5-HT release (microdialysis technique) as an indirect measure of pyramidal activity.In this Doctoral Thesis we have examined the role of cortical excitatory and inhibitory receptors in the mPFC-RN circuit, which has been implicated in schizophrenia. Given the similar laminar distribution of 5-HT2A receptors and a1-adrenoceptors in mPFC and their excitatory action on pyramidal neuron activity, we tested the hypothesis that a1-adrenoceptors might also modulate 5-HT release. Antipsychotics exhibit high affinity for receptors expressed in pyramidal neurons such as 5-HT2A and a1-adrenoceptors. Therefore, we have also examined the effects of antipsychotics, as well as selective antagonists for these receptors, on the increased mPFC 5-HT release induced by cirazoline (a1-adrenoceptor agonist), DOI (5-HT2A/2C agonist), and the increase in glutamatergic transmission.The results showed that the stimulation of prefrontal a1-adrenoceptors and the increase in mPFC glutamatergic transmission (exogenous stimulation of AMPA receptors, disinhibition of thalamic afferents to mPFC or acute administration of NMDA antagonists) activate pyramidal afferents to ascending serotonergic neurons (measured as an increase in 5-HT release in RN and mPFC) possibly in a manner similar to that observed for 5-HT2A receptors. This effect was reversed by antipsychotics and antagonists of excitatory receptors located in pyramidal neurons.The PFC contains high density of serotonin 5-HT1A (inhibitory) and 5-HT2A (excitatory) receptors. Likewise, we report that the activation of cortical 5-HT1A receptors reverse the increase in local 5-HT release induced by cirazoline, DOI and S-AMPA. Finally, our results suggest that antipsychotics may exert their therapeutic action by reducing the increased excitability of prefrontal pyramidal neurons. The effect of classical antipsychotics may involve blockade of a1-adrenoceptors, whereas that of atypical may also involve blockade of 5-HT2A receptors.

La actividad de las neuronas piramidales de la corteza prefrontal (CPF) está regulada por receptores ionotrópicos excitatorios (AMPA, KA y NMDA) e inhibitorios (GABAA). Las entradas sinápticas en dichos receptores son esenciales para el funcionamiento de las redes corticales. Sin embargo, los receptores monoaminérgicos juegan un papel esencial en la modulación fina de dichas entradas sinápticas. Los fármacos antipsicóticos clásicos y atípicos ejercen su acción fundamentalmente a través de su interacción con receptores dopaminérgicos de la familia D2 (clásicos) así como serotoninérgicos 5-HT2A (atípicos). Además, todos ellos poseen gran afinidad por los receptores adrenérgicos Alfa-1. Es por ello que la presente Tesis se ha centrado en su mayor parte en el estudio detallado de la distribución regional y celular de receptores monoaminérgicos en un área clave para la esquizofrenia como es la CPF.Así, los resultados de esta Tesis muestran que una gran proporción (entre un 40 y un 80%, dependiendo del área cortical) de neuronas glutamatérgicas de la CPF expresan el ARNm tanto del receptor serotoninérgico 5-HT1A como del 5-HT2A. Ambos se encuentran presentes en todas las regiones de la parte medial de la CPF (infralímbica, prelímbica, cingulada y motora secundaria) tanto en capas superficiales como profundas, siendo el 5-HT1A más abundante en capas profundas (V-VI) y el 5HT2A en capas más superficiales (III-V). Nuestros datos también indican una modulación serotoninérgica de las neuronas GABAérgicas de CPF a través de los receptores 5HT1A y 5HT2A. El ARNm de estos receptores se expresa en un 10-30% de las interneuronas GABAérgicas de las diferentes áreas de la CPF medial, a excepción del 5-HT2A en capa VI, donde este receptor se expresa en menor proporción. Este trabajo muestra también la presencia del ARNm del receptor serotoninérgico 5-HT3 en interneuronas GABAérgicas de CPF de rata, en una proporción de 40, 18, 6, 8% en capas I, II-III, V y VI, respectivamente. Además, la estimulación fisiológica de los núcleos del rafe excitó neuronas probablemente GABAérgicas en las áreas cingulada y prelímbica de la CPF de rata in vivo. Estas excitaciones fueron bloqueadas por la administración i.v. de los antagonistas del receptor 5-HT3 ondansetron y tropisetron.En este trabajo examinamos también la expresión celular de los receptores Alfa-1-adrenérgicos en neuronas piramidales y GABAérgicas en CPF y su colocalización con los receptores serotoninérgicos 5-HT2A. Los adrenoceptores Alfa-1 se expresaron en una alta proporción de neuronas piramidales (62-85%) y GABAérgicas (52-79%) en CPF medial y coexpresaron con el 80% de las células positivas para el 5-HT2A. Además, mediante las técnicas de co-inmunoprecipitación y FRET, se demostró la interacción heterodimérica entre el receptor serotoninérgico 5-HT2A con cada uno de los subtipos del receptor Alfa-1-adrenérgico. Se examinó también la expresión de los ARNm de los receptores dopaminérgicos D1 y D2 en neuronas piramidales y GABAérgicas en la CPF de rata. Los ARNm de ambos receptores se expresaron predominantemente en capas V-VI de la CPF medial, las áreas cingulada y motora así como en áreas ventrales de la CPF. Las neuronas que expresaron el receptor D1 fueron más abundantes que las que expresaron el receptor D2. Algunas neuronas piramidales y GABAérgicas expresaron densidades muy altas del ARNm del receptor D1. Los receptores D1 se expresaron por una mayor proporción de células GABAérgicas que piramidales mientras que lo contrario ocurrió en el caso de los receptores D2. La administración sistémica de fenciclidina (PCP), utilizada como modelo farmacológico de esquizofrenia, aumentó marcadamente la expresión de c-fos en una gran proporción de neuronas piramidales (50%) de CPF. Este aumento se dio tanto en el nivel de expresión celular como en el número de células que expresaron este marcador de actividad neuronal. Las interneuronas GABAérgicas de CPF sin embargo, no experimentaron un aumento de la expresión de c-fos tras la administración de PCP. Por otra parte, la PCP aumentó la frecuencia de descarga del 45% de las neuronas piramidales registradas en CPF y la redujo en el 33% de éstas. Además, la administración sistémica de PCP redujo marcadamente la sincronía cortical en el rango de frecuencia delta (0.3-4 Hz), resultando en una descarga aleatoria de las neuronas piramidales. Ambos efectos (aumento de la expresión de c-fos y aumento de la excitablilidad neuronal) fueron revertidos por fármacos antipsicóticos. La administración sistémica de fenciclidina (PCP) produjo además un aumento de la expresión del marcador de actividad neuronal c-fos en varias áreas corticales y subcorticales, entre ellas, en los núcleos talámicos con una mayor conexión recíproca con la CPF, los núcleos mediodorsal y centromedial. Otras áreas subcorticales aferentes a la CPF, como el hipocampo ventral o la amígdala no aumentaron significativamente su expresión de c-fos tras la administración de PCP. Tampoco lo hicieron las interneuronas GABAérgicas del núcleo reticular del tálamo, encargado del control inhibitorio del resto de los núcleos talámicos. El aumento de expresión de c-fos en las neuronas glutamatérgicas de las áreas mencionadas fue revertido por la aplicación del antipsicótico atípico clozapina.