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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/5337 |
| Date | 27 June 2012 |
| Creators | Κατσούλη, Σοφία |
| Contributors | Μητσάκου, Αδαμαντία, Katsouli, Sofia, Μητσάκου, Αδαμαντία, Κούβελας, Ηλίας, Σταματάκης, Αντώνης |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 6 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0045 seconds