11 sep 2006
Două rapoarte noi din această săptămână arată ce se poate întâmpla atunci când neurotransmițătorii nu mai funcționează cum trebuie, cu ramificații pentru boala Alzheimer și boala Parkinson.
Primul, un articol din Neuron din 7 septembrie descrie un nou model de disfuncție colinergică la șoareci, cu unele probleme interesante de memorie și învățare care amintesc de boala Alzheimer. Raportul, realizat de Marc Caron de la Universitatea Duke din Durham, Carolina de Nord; Marco Prado de la Universidade Federal de Minas Gerais, din Belo Horizonte, Brazilia; și colegii săi, arată că șoarecii cu o expresie redusă a transportatorului vezicular de acetilcolină (VAChT) au un tonus colinergic moderat scăzut în SNC. Din punct de vedere comportamental, animalele prezintă defecte notabile în ceea ce privește recunoașterea obiectelor și animalelor familiare, asemănătoare cu problemele cognitive observate în cazul bolii Alzheimer. Deficiența memoriei sociale a fost inversată prin tratarea șoarecilor cu inhibitori de colinesterază, aceeași strategie utilizată pentru tratarea simptomelor cognitive în cazul bolii Alzheimer. Pe lângă faptul că demonstrează un rol important pentru VAChT în menținerea unei rotații normale a acetilcolinei, șoarecii oferă un model util pentru investigarea unor noi tratamente pentru disfuncția colinergică a bolii Alzheimer și a altor boli.
Un al doilea raport publicat în Journal of Neuroscience din 6 septembrie arată că α-sinucleina, care poate provoca boala Parkinson ereditară atunci când este mutantă sau supraexprimată, crește dopamina citosolică în neuroni, adăugând sprijin ideii că dopamina însăși este cea care provoacă cele mai multe daune în boala Parkinson (a se vedea știrea legată de ARF).
În primul raport, cercetătorii au aplicat o strategie de knockdown pentru a înțelege rolul VAChT în neurotransmisia acetilcolinei. VAChT este necesară pentru a umple veziculele de stocare cu ACh pentru eliberarea la sinapse, iar primul autor Vania Prado și colegii au motivat că eliminarea completă a acesteia ar fi letală. În schimb, ei au creat o alelă knockdown prin întreruperea regiunii netranslate 5′ a genei, ceea ce a provocat o reducere parțială a nivelului de ARNm VAChT. Rezultatul la șoarecii heterozigoți a fost o reducere de aproximativ 40 de procente a proteinei VAChT; homozigoții au prezentat o scădere de 65 de procente.
Animalele au fost viabile, dar au avut o eliberare mai mică de ACh la joncțiunile neuromusculare, care a fost atribuită unui conținut vezicular redus de ACh. Ramificațiile au fost grave pentru homozigoți: aceștia au prezentat deficiențe semnificative în ceea ce privește forța musculară, o incapacitate de a naviga pe rotorod și foarte puțină rezistență fizică pe o bandă de alergare. În schimb, șoarecii heterozigoți au avut nevoie de mai mult timp decât șoarecii normali pentru a învăța rotorodul, dar, în cele din urmă, au atins aceeași competență ca și partenerii lor de tip sălbatic. Aparent, șoarecii au tolerat o scădere moderată a VAChT la nivelul joncțiunilor neuromusculare fără probleme motorii, dar sub un anumit prag deficiența a fost invalidantă.
Problemele musculare ale homozigoților au împiedicat testarea acestora pentru probleme de comportament, dar șoarecii heterozigoți au oferit o oportunitate de a studia contribuția acetilcolinei din sistemul nervos central la comportamente complexe. Pentru a face acest lucru, cercetătorii au confirmat mai întâi că tonusul colinergic a fost redus la heterozigoți. Măsurătorile prin microdializă în cortexul frontal și striatum ale animalelor vii au arătat că nivelurile extracelulare de ACh au fost reduse cu o treime, iar eliberarea stimulată a fost atenuată. Totalul ACh din creier a fost de fapt crescut, dar reducerea VAChT a dus la o rezervă eliberabilă mai mică.
Animalele heterozigote s-au comportat la fel ca și colegii lor normali la un test de evitare, în care trebuiau să învețe și să își amintească să nu coboare pe o platformă electrificată. Rezultatele arată că această cale de învățare și memorie dependentă de hipocampal este păstrată la animale în ciuda tonusului lor colinergic slab. Însă la un alt test, de recunoaștere a obiectelor, heterozigoții s-au descurcat mai prost la amintirea obiectelor familiare la 1,5 sau 24 de ore după antrenament. Atunci când „obiectul” era un alt animal, aceștia nu au reușit, de asemenea, să reacționeze la acesta ca fiind familiar. Deoarece șoarecii se recunosc între ei pe baza mirosului, cercetătorii au exclus faptul că heterozigoții aveau probleme olfactive și au concluzionat că eșecul recunoașterii sociale era un adevărat defect cognitiv. Acest defect de memorie imită unele simptome ale AD și, în mod interesant, a fost inversat prin creșterea ACh cu inhibitori de colinesterază. Acest lucru arată că efectele asupra memoriei s-au datorat reducerii ACh și nu unor efecte de dezvoltare ale unui VAChT redus. Inhibitorii de colinesterază nu au avut niciun efect asupra comportamentului șoarecilor de tip sălbatic.
„Observațiile noastre susțin ideea că tonusul colinergic redus în modelele de șoareci cu AD poate provoca într-adevăr deficite în memoria socială”, scriu autorii. Studiile viitoare care utilizează acești șoareci, spun ei, ar putea ajuta la înțelegerea contribuțiilor declinului colinergic la modificările comportamentale care însoțesc patologiile SNC. În plus, ei notează că rezultatele lor sugerează că o scădere a expresiei transportorului vezicular este mai puțin tolerată decât scăderile enzimei sintetice ACh, colină acetiltransferaza, care este folosită pe scară largă pentru a măsura deficitele colinergice în AD.
Pe partea de cercetare fundamentală, lucrarea demonstrează un alt loc de reglare a neurotransmisiei, acesta la nivelul presinaptic de încărcare a ACh în vezicule. Acest punct este explorat într-o avanpremieră însoțitoare realizată de Thomas Hnasko și Robert Edwards de la Universitatea din California, San Francisco.
În cea de-a doua lucrare, efectele patologice ale α-sinucleinei sunt legate de un caz de prea mult neurotransmițător, mai degrabă decât de prea puțin. În acest caz, neurotransmițătorul este dopamina, care poate provoca daune oxidative atunci când se acumulează în citosol. În condiții normale, dopamina citosolică contribuie doar cu o mică parte din totalul dopaminei celulare, cea mai mare parte fiind sechestrată în vezicule. Pentru a măsura doar rezerva citosolică, primul autor, Eugene Mosharov, a utilizat electrochimia intracelulară patch. El a constatat că în celulele PC12, dopamina citosolică se află sub limita de detectare prin această tehnică, dar tratarea celulei cu L-DOPA a produs semnale detectabile. Tratamentul celulelor PC12 care au supraexprimat α-sinucleina de tip sălbatic sau mutant (A30P sau A53T) a provocat o creștere mai mare a dopaminei citosolice decât celulele fără proteinele respective, mutanții având cel mai mare efect. Pentru a se asigura că rezultatul nu era limitat la celulele tratate cu L-DOPA, cercetătorii au analizat celulele cromafine suprarenale de șoarece care aveau niveluri bazale detectabile de dopamină citosolică. Ei au descoperit că celulele derivate de la șoareci transgenici care exprimă mutantul α-sinucleină A30P (dar nu și α-sinucleina de tip sălbatic) au prezentat o creștere de două ori a concentrației dopaminei citosolice.
Ce ar putea explica această creștere? Cercetătorii au verificat nivelurile proteinelor cheie implicate în metabolismul catecolaminelor, dar niciuna dintre modificări nu a explicat efectele. Pe baza observațiilor anterioare conform cărora α-sinucleina ar putea crește permeabilitatea veziculelor, aceștia au analizat efectul proteinei asupra granulelor cromafine izolate. Tratarea veziculelor cu α-sinucleină purificată, fie de tip mutant, fie de tip sălbatic, a indus scurgeri de protoni din vezicule. Se așteaptă ca prăbușirea gradientului proteic pe membrana veziculelor să diminueze absorbția dopaminei în vezicule. În concordanță cu efectele asupra dopaminei citosolice din celule, proteinele mutante au avut un efect mai mare decât cele de tip sălbatic asupra permeabilității veziculelor.
Dacă sinucleina provoacă o scurgere de dopamină în celule, acest lucru ar putea explica toxicitatea selectivă a proteinei pentru neuronii dopaminergici. Creșterea dopaminei în celule creează stres oxidativ, o proprietate care nu este împărtășită de alți neurotransmițători care ar putea fi eliberați de sinucleină în alte tipuri de neuroni.-Pat McCaffrey
.