Kommentare: In einem Mausmodell von Parkinson erhöhte Laufbandübungen die Dopamin-D2-Rezeptoren. Abhängigkeiten verursachen einen Rückgang der D2-Rezeptoren, was teilweise die Ursache für Desensibilisierung ist. Ein weiterer Grund zu trainieren.
Bewegungsstörungen
Band 25, Ausgabe 16, Seiten 2777-2784, 15 Dezember 2010
Abstrakt
Ziel der vorliegenden Studie war es, Veränderungen der Dopamin-D2-Rezeptor (DA-D2R) -Expression in den Basalganglien von MPTP-Mäusen zu untersuchen, die intensiven Laufbändern ausgesetzt waren. Unter Verwendung von Western Immunoblot Analyse von Synaptoneurosomen und in vivo Positronenemissionstomographie (PET) unter Verwendung des DA-D2R-spezifischen Liganden [18F] Fallypride fanden wir, dass hochintensives Laufbandtraining zu einer Zunahme der DA-D2R-Expression im Striatalbereich führte, die im Vergleich zu mit Kochsalzlösung behandelten Mäusen bei MPTP am ausgeprägtesten war. Belastungsbedingte Veränderungen des DA-D2R in den Dopamin-abgereicherten Basalganglien stimmen mit der potenziellen Rolle dieses Rezeptors bei der Modulation der Funktion und der Verhaltensregeneration von mittleren stacheligen Neuronen (MSNs) überein. Wichtig ist, dass die Ergebnisse dieser Studie die Gründe für die Verwendung der PET-Bildgebung bei [18F] Wir sind stolz darauf, DA-D2R-Veränderungen bei Personen mit Parkinson-Krankheit (PD) zu untersuchen, die ein intensives Laufbandtraining absolvieren.
Sport verbessert die motorische Leistung bei Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD).1-3 Tiermodelle wie die 1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-Tetrahydropyridin (MPTP) -Maus liefern ein wichtiges Instrument zur Untersuchung der molekularen Mechanismen der durch körperliche Betätigung hervorgerufenen Verbesserung des motorischen Verhaltens.4-6 Die Dopamin-D1- und -D2-Rezeptoren (DA-D1R und DA-D2R) sind die Hauptziele von Dopamin auf stacheligen Neuronen des Striatal-Mediums (MSNs) und modulieren die physiologischen Eigenschaften und die zellulären Signale. Insbesondere spielt DA-D2R eine wichtige Rolle bei der Langzeitdepression (LTD), einer Form der synaptischen Plastizität, die die Integration der glutamatergen und dopaminergen Neurotransmission beinhaltet und zur Kodierung der motorischen Funktion im dorsolateralen Striatum führt. In Anbetracht der Rolle des DA-D2R bei der motorischen Steuerung wollten wir untersuchen, ob die Verbesserung der motorischen Funktion durch körperliche Betätigung zum Teil auf eine Erhöhung der striatalen DA-D2R-Expression zurückzuführen ist.
Die Positronenemissionstomographie (PET) mit DA-D2R-Radiotracern bietet die Möglichkeit, Längsschnittstudien über die Auswirkung von Bewegung beim Menschen durchzuführen. Frühere Studien mit aeroben Übungen haben versucht, die Dopaminfreisetzung bei normalen Personen zu messen7 und keine Änderung in der Bindung von [11C] Racloprid wurde beobachtet, was die Autoren zu dem Schluss führte, dass sich die Dopaminspiegel nur geringfügig änderten. Die Auswirkungen von Sport auf die DA-D2R-Expression und die synaptische Aktivität wurden jedoch nicht untersucht. Der PET-Imaging-Ligand [18F] fallypride ist aufgrund seiner hohen Affinität und Spezifität für DA-D2R und DA-D3R ein hervorragendes Werkzeug, um dies zu untersuchen.11C] Racloprid wird durch die Ausgangswerte von endogenem Dopamin nicht leicht verdrängt.7-10 Dies wurde durch eine Reserpin-Vorbehandlung von Tieren (zum Abbau von endogenem Dopamin) bestätigt, die keine Wirkung auf [18F] Fallypride-Bindung,9,11 aber deutlich erhöht [11C] Raclopridbindung8 dies wurde auf eine Veränderung der scheinbaren Bindungsaffinität zurückgeführt (Kd) anstelle der Rezeptornummer (Bmax).
Als Bindungspotential (BP) von [18F] Fallyprid ist resistent gegen Veränderungen aufgrund von Dopaminmangel, was auf eine geringe Wirkung hinweist Kd or Bmax zu Studienbeginn oder im erschöpften Zustand verwendeten wir [18F] Wir sind stolz darauf, unsere Hypothese zu testen, dass die DA-D2R-Expression im MPTP-Mausmodell bei intensivem Training zunimmt.9,10,12,13 Darüber hinaus verwendeten wir zur Unterstützung unserer PET-Bildgebungsmaßnahmen die komplementäre Technik der Western-Immunoblot-Analyse von Synaptoneurosomenpräparaten, um Änderungen der DA-D2R-Proteinexpression auf der Ebene der Synapse in denselben Tieren zu messen. Wir berichten hier über die Auswirkungen von Training auf die DA-D2R-Expression und [18F] Fallyprid in Gruppen von Mäusen, die entweder mit Kochsalzlösung oder MPTP behandelt wurden.
METHODEN
Tiere, Behandlungsgruppen und MPTP-Verabreichung
Männliche C57BL / 6-Mäuse, die 8 Wochen alt waren (Charles River Laboratories, Wilmington, MA), wurden in einem temperaturkontrollierten Raum unter einem 12-h-Hell / 12-h-Dunkel-Zyklus in Gruppen gehalten. Alle Verfahren wurden gemäß dem vom USC IACUC genehmigten NIH-Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt. Insgesamt wurden 164-Mäuse in vier Behandlungsgruppen verwendet: (1) Kochsalzlösung (n = 42), (2) Kochsalzlösung plus Training (n = 55), (3) MPTP (n = 57) und (4) MPTP plus Übung (n = 42). Zur Läsion erhielten die Mäuse vier intraperitoneale Injektionen von 20 mg / kg MPTP (freie Base; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO), gelöst in 0.9% Kochsalzlösung, in 2-h-Intervallen oder vier intraperitoneale Injektionen von 0.1 ml 0.9% NaCl als Kontrolle. Die Läsionierung wurde durch HPLC-Analyse der Striatal-Dopamin-Spiegel validiert. An den 10-Tagen nach der MPTP-Verabreichung wurde bei MPTP-Mäusen (82.2 ± 48.0 ng / mg Protein) eine 8.4% -Dopaminverarmung im Vergleich zu Salzmäusen (269.5 ± 24.9 ng / mg Protein) festgestellt. Am Ende der Studie gab es keinen signifikanten Unterschied in den Striatal-Dopamin-Spiegeln zwischen MPTP plus Übungsmäusen (69.8 ± 11.7 ng / mg Protein) im Vergleich zu MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg Protein). Es gab jedoch einen signifikanten Anstieg von striatalem Dopamin in Kochsalzlösung plus Sportmäusen (315.2 ± 9.0 ng / mg Protein) im Vergleich zu Kochsalzlösung (246.9 ± 19.8 ng / mg Protein) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).
Laufband-Übung
Die Übung begann 5 Tage nach der Läsion. Mäuse aus den zwei Übungsgruppen (Kochsalzlösung plus Übung und MPTP plus Übung) wurden darauf trainiert, auf einem motorisierten 100-cm-Laufband (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) mit inkrementellen Geschwindigkeiten für 6-Wochen (5-Tage / Woche) zu laufen, um die Dauer zu erreichen von 60 min / Tag und Geschwindigkeit von 18 – 20 m / min.5,6
Magnetic Resonance Imaging
Ein dreidimensionales volumetrisches T1-gewichtetes Magnetresonanzbild (MR) des Mausgehirns wurde mit einem 7-T-Mikro-MRI-System (Bruker Biospin, Billerica, MA) erhalten. Die Parameter der Bildaufnahme waren: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, 0.4-mm-Schichtdicke, 0.45-mm-Zwischenschichtdicke, 128 × 128 × 128-Matrixgröße.
Radiochemie
Synthese von [18F] -Fallyprid wurde wie zuvor beschrieben durch nukleophile Substitutionsreaktion des Tosyl-Vorläufers mit [18F] mit einem speziell angefertigten Radiochemiegerät.12 Die Reinigung erfolgte durch Umkehrphasen-HPLC auf einer C8 (2) Phenomenex Luna-Säule unter Verwendung von Acetonitril und Natriumphosphatpuffer als mobiler Phase (55: 45). Die UV-Absorption wurde bei 254 nm und AUFS 0.05 gemessen. Radioaktiver Peak (Retentionszeit 17 min) entsprechend [18F] Fallyprid wurde gesammelt und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt. Das Endprodukt wurde durch Gaschromatographie auf Pyrogenität, Sterilität, pH-Wert und Entfernung organischer Lösungsmittel getestet. Die spezifische Aktivität und radiochemische Reinheit wurde mit einem Waters HPLC-System unter Verwendung einer C8 (2) Phenomenex Luna-Analyse bewertet. Die spezifische Aktivität lag im Bereich von 3,000-12,000 Ci / mmol.
PET-Messungen und Bildanalyse
Zwanzig Mäuse wurden für die PET-Bildgebung verwendet (n = 6-Kochsalzlösung; n = 3-Kochsalzlösung plus Training; n = 5-MPTP und n = 6-MPTP plus Training). Die Scans wurden mit einem Concorde microPET R4-Scanner (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) mit einem 60-min-Listenmodus-Erfassungsprotokoll nach einem 20-min-Übertragungsscan zur Dämpfungskorrektur mit einem aufgenommen 68Ge Quelle. [18F] Fallyprid (10.92 – 11.28 MBq) wurde zu Beginn des Emissionsscans über die Schwanzvene (einzelner Bolus) injiziert. Die Mäuse wurden mit 2% Isofluoran und 98% Sauerstoff anästhesiert. Die Daten des dynamischen Listenmodus wurden in Sinogramme mit 26-Rahmen (6 × 20 Sek., 4 × 40 Sek., 6 × 1 Min. Und 10 × 5 Min.) Sortiert und durch zwei Iterationen von OSEM (Maximierung der geordneten Teilmengenerwartung) gefolgt von 18 rekonstruiert Iterationen des MAP-Rekonstruktionsalgorithmus (Maximum a posteriori).14 Rekonstruierte Bilder wurden auf den Kopf zugeschnitten und linear interpoliert Z-Richtung zum Erzeugen eines 128 × 128 × 63-Bildes mit isotropem 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 Voxel. Aus den rekonstruierten dynamischen Bildern wurden unter Verwendung eines multilinearen Gewebereferenzmodells hochauflösende Bindungspotentialbilder (BP-Bilder) des Striatums berechnet15 und Logan Handlungen16 mit hoher Aktivität im Striatum und sehr geringer Aktivität im Kleinhirn (Referenzregion). Anatomische Regionen von Interesse (Striatum und Kleinhirn) wurden in beiden Hemisphären in PET-Bildern, die mit MRT unter Verwendung von Rview (Version 8.21Beta) coregistered wurden, manuell definiert.17 Quantifizierung der spezifischen Bindung von [18F] Fallyprid im Mausstriatum wurde unter Verwendung des BP-Werts durchgeführt, der ein Maß für das Verhältnis von spezifischer / unspezifischer Bindung im Gleichgewicht liefert.18,19 Um die Bindungsspezifität im Striatum zu demonstrieren, wurden vier Mäuse 60 min nach der Ligandeninjektion geerntet, Gehirne schnell in flüssigem Stickstoff eingefroren, mit einer Dicke von 30 & mgr; m geschnitten und Schnitte an einen Phospho-Imager (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway) angelegt , NJ) (Abb.. 1). Studien haben gezeigt, dass [18F] Fallyprid bindet spezifisch an DA-D2R, und da sich nur sehr wenig DA-D3R im Striatum befindet, deutet die Bindung auf eine DA-D2R-Belegung hin.9,10,12,13
Gewebesammlung für HPLC und Proteinanalyse
Am Ende der Studie wurden die Gehirne schnell entfernt und das dorsale Striatum entsprechend den anatomischen Regionen von Bregma 1.2 bis 0.6 mit dem Corpus callosum als dorsaler Grenze, dem lateralen Aspekt des Corpus callosum als lateraler Grenze und oberhalb der anterioren Kommissur als frisch präpariert die ventrale Grenze.20
HPLC-Analyse von Dopamin und seinen Metaboliten
Die Dopamingehalte in Striatal-Homogenaten (n = 4 pro Gruppe) wurden durch HPLC mit elektrochemischem Nachweis bestimmt.6 Das System bestand aus einem ESA-Autosampler (ESA, Chelmsford, MA), der mit einer 150 × 3.2 mm-Umkehrphasen-C-18-Säule (3 μm Durchmesser) und einer CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA) ausgestattet war, die mit einer Vier ausgestattet war Analysezelle mit Potentialen, die auf -75, 50, 220 und 350 mV eingestellt sind.
Western Immunoblot Analyse
Die Auswirkung des Trainings auf die synaptische Expression von DA-D1R und DA-D2R wurde in Synaptoneurosomenpräparaten analysiert, die frisch aus acht gepoolten dorsolateralen Striatum hergestellt wurden.21 Dieses Verfahren wurde an drei Sätzen von Mäusen für insgesamt 24-Mäuse pro Versuchsgruppe durchgeführt (n = 3-Präparate pro Gruppe). Relative Expression von Proteinen für DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), Tyrosinhydroxylase (58 kDa), Dopamintransporter (68 kDa) und α-Tubulin (50 kDa) (als Beladungskontrolle) wurden durch Western Immunoblot analysiert22 unter Verwendung von im Handel erhältlichen Primärantikörpern (polyklonale Kaninchen- und Maus-monoklonale Antikörper, Millipore, Temecula, CA). Proteinbanden wurden durch affinitätsgereinigte Ziegen-Anti-Kaninchen- oder Anti-Maus-Sekundärantikörper sichtbar gemacht, die an IRDye konjugiert waren680 oder IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Das Fluoreszenzsignal wurde durch Abtasten des Filters in einer LI-COR Odyssey-Plattform für die Nahinfrarot-Bildgebung nachgewiesen und unter Verwendung der Odyssey 2.1-Software (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE) quantifiziert. Die Ergebnisse sind als relative Expressionsniveaus im Vergleich zur Salzgruppe (auf 100% eingestellt) gezeigt.
Statistische Analyse
Unterschiede zwischen Gruppen in BP von [18F] Fallyprid-, DA-D1R- und DA-D2R-Proteinspiegel wurden unter Verwendung einer Zwei-Wege-Varianzanalyse (ANOVA) mit Behandlung zwischen Subjektfaktor (Kochsalzlösung vs. MPTP) und Training als innerhalb des Subjektfaktors (kein Training vs. Übung). Für den maximalen Laufbandgeschwindigkeitstest wurde die Zeit zwischen dem Subjektfaktor (Woche 1, 2 usw.) und der Behandlung innerhalb des Subjektfaktors (Kochsalzlösung vs. MPTP) verwendet. Der Bonferroni-Post-Hoc-Test wurde verwendet, um mehrere Vergleiche bei der Beurteilung der Signifikanz von Interesse zu korrigieren. Das Signifikanzniveau wurde auf gesetzt P <0.05. Um die praktische Bedeutung von Gruppenunterschieden zu untersuchen, wurde eine Schätzung der Größe der Unterschiede zwischen Gruppen unter Verwendung der Effektgröße (ES) (ES = Mittelwert) berechnetGruppe 1 - BedeutenGruppe 2/ SDgepoolt). Die ES spiegelt die Auswirkungen der Behandlung in einer interessierenden Population wider und wird nach festgelegten Kriterien als klein (<0.41), mittel (0.41–0.70) oder groß (> 0.70) angegeben.23 Die Analyse wurde mit Prism5 für Windows (GraphPad, San Diego, CA) durchgeführt.
ERGEBNISSE
Hochintensives Laufband-Training Verbessertes Motorverhalten bei Mäusen mit MPTP-Läsionen
Vor der MPTP-Läsion und dem Beginn des Trainings waren die durchschnittlichen Grundliniengeschwindigkeiten aller Mäuse in zwei Trainingsgruppen ähnlich (Kochsalzlösung plus Training: 11.7 ± 1.1 m / min und MPTP plus Training: 11.2 ± 1.1 m / min). Tägliches Training für 6-Wochen verbesserte die maximale Laufbandgeschwindigkeit in beiden Trainingsgruppen, wobei die Mäuse mit Kochsalzlösung und Training eine signifikant höhere maximale Geschwindigkeit zeigten als die Mäuse mit MPTP plus Training in den Wochen 1 bis 4 (Abb.. 2). MPTP plus Trainingsmäuse hatten jedoch in Woche 5 (MPTP plus Trainingsmäuse: 17.2 ± 3.6 m / min und Salzlösung plus Trainingsmäuse: 22.0 ± 1.5 m / min) und Woche 6 (19.2 ± 1.2 m) ähnliche maximale Laufbandgeschwindigkeiten / min bzw. 22.2 ± 0.9 m / min). Wie bereits berichtet, zeigten Mäuse mit MPTP-Läsionen, die kein Laufbandtraining absolviert hatten, am Ende der 7.0-Woche keine spontane Erholung des motorischen Verhaltens mit ihrer maximalen Geschwindigkeit von 0.3 ± 6 m / min.5
Hochintensives Laufband-Training Erhöhte Striatalität von DA-D2R, jedoch nicht von DA-D1R-Protein
Hochintensives Laufbandtraining beeinflusste die DA-D2R- und DA-D1R-Spiegel in synaptoneurosomalen Präparaten aus dem dorsalen Striatum nach Western-Blot-Analyse unterschiedlich (Abb.. 3). MPTP-plus-Übungsmäuse wiesen im Vergleich zu MPTP-Mäusen eine 48.8-prozentuale Zunahme von DA-D2R im Striatalbereich auf (Abb. 3B) und signifikante Interaktion zwischen Belastung und MPTP-Läsion auf DA-D2R-Proteinebene (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Umgekehrt gab es keinen Trainingseffekt auf die DA-D1R-Proteinspiegel zwischen den Gruppen (Abb. 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Eine MPTP-Läsion allein änderte weder DA-D2R nochF(1,8) = 0.0; P = 0.88) oder DA-D1R-Ausdruck (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Zusätzlich wurden zwei verschiedene Proteinmarker für die Integrität der mittelhirnigen dopaminergen Fasern, Tyrosinhydroxylase (TH; Abb. 3C) und Dopamintransporter (DAT; Abb. 3D) zeigten, dass MPTP das striatale TH-Protein signifikant senkte (F(1,8) = 757.3; P <0.05) und DAT-Expression (F(1,8) = 218.0; P <0.05).
Hochintensives Laufband-Training erhöhtes Striatal [18F] Fallypride-Bindungspotential (BP)
Während die Western-Immunoblot-Analyse der Rezeptorproteinexpression die Gesamtzahl der Antikörperepitope (sowohl oberflächliche als auch interne Zellspeicher) bestimmte, in vivo PET-Bildgebung mit dem hochaffinen DA-D2R-spezifischen Radioliganden [18F] Fallyprid kann die Auswirkungen von Training auf die Verfügbarkeit von DA-D2R zur Bindung von Liganden beschreiben (Abb.. 4). Die statistische Analyse ergab, dass ein signifikanter Effekt der körperlichen Betätigung zu verzeichnen war (F(1,16) = 12.3; P <0.05) sowie MPTP-Läsion (F(1,16) = 160.3; P <0.05) ohne signifikante Wechselwirkung zwischen MPTP und Training (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) am [18F] Fallypride BP. Die Bonferroni-Post-hoc-Analyse zeigte einen signifikanten Unterschied in den Blutdruckwerten zwischen MPTP und MPTP plus Übungsmäusen (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01) und kein signifikanter Unterschied zwischen Kochsalzlösung und Kochsalzlösung plus Übungsmäusen (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Insbesondere MPTP plus Übungsmäuse hatten einen Anstieg von 73.1% in [18F] Fallypride-BP im Vergleich zu MPTP-Mäusen (durchschnittliche BP-Werte für MPTP plus Übung: 7.1 ± 0.7; durchschnittliche BP-Werte für MPTP-Mäuse: 4.1 ± 0.3) (Abb. 4B). Zusätzlich wiesen Mäuse mit Kochsalzlösung und Bewegung einen Anstieg von 8.2% in [18F] Fallyprid-BP (13.2 ± 1.0) im Vergleich zu Salzmäusen (12.2 ± 0.3). In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen ergaben Berechnungen der „Effektgröße“ einen größeren Trainingseffekt zwischen MPTP-Gruppen (ES = 2.61) als zwischen den Salzgruppen (ES = 0.94).
DISKUSSION
Diese Studie zeigt, dass hochintensives Laufbandtraining zu einer Zunahme von [18F] Fallypride BP (DA-D2R-Verfügbarkeit) im Striatum von MPTP-behandelten Mäusen. Im Gegensatz dazu gab es zwischen MPTP plus Training keine signifikante Änderung des gesamten Striatal-Dopamin-Spiegels im Vergleich zu MPTP ohne Training bei Mäusen. [18F] Fallypride ist ein hochselektiver DA-D2 / D3R-Antagonist, dessen Blutdruck eine in vivo Messung der verfügbaren Rezeptoren (Bmax) / Bindungsaffinität (Kd). Da DA-D2Rs der vorherrschende Dopaminrezeptor-Subtyp im dorsalen Striatum sind, ist eine durch körperliche Anstrengung bedingte Zunahme von [18F] Fallypride BP stellt eine Zunahme der DA-D2R-Zahl dar und wird durch eine Zunahme der Proteinexpression unter Verwendung von Western Immunoblotting und durch unsere früheren Studien gestützt, die eine Zunahme der striatalen DA-D2R-mRNA-Transkriptexpression unter Verwendung von in situ-Hybridisierungshistochemie zeigen.5 Diese Interpretation der Höhe des Blutdrucks wird weiter durch die Tatsache gestützt, dass die Verschiebung von [18Es ist unwahrscheinlich, dass F] -Fallyprid durch Dopamin bei MPTP-Mäusen auftritt, da die Dopaminspiegel niedrig bleiben.24 Änderungen der offensichtlichen Bindungsaffinität (Kd) sind vernachlässigbar und haben wahrscheinlich keine Auswirkungen auf BP. Die verstärkte Wirkung von Bewegung bei MPTP-Mäusen könnte auf den Versuch des verletzten Gehirns zurückzuführen sein, die dopaminerge Neurotransmission durch eine erhöhte Rezeptoranzahl zu optimieren, während der Dopaminspiegel weiterhin niedrig ist. Erhöhte Reaktionsfähigkeit von MPTP-Mäusen auf körperliche Betätigung zeigt ein größeres Potenzial der Verletzten gegenüber einer Neuroplastizität des intakten Gehirns, was möglicherweise nicht wesentlich ist, wenn der Striatal-Schaltkreis intakt ist. Die Tatsache, dass sich die Dopaminspiegel bei MPTP-Mäusen mit dem Training nicht signifikant ändern, legt nahe, dass kompensatorische Veränderungen von DA-D2R für die durch Training bedingte Verbesserung der motorischen Leistung entscheidend sind.
Unter Verwendung der PET-Bildgebung beobachteten wir eine Abnahme von DA-D2R BP nach MPTP-Läsion im Vergleich zu mit Kochsalzlösung behandelten Mäusen. Dies stand im Gegensatz zum Western Immunoblotting, bei dem keine Änderung der DA-D2R-Proteinexpression beobachtet wurde. DA-D2R liegt in einem dynamischen Gleichgewicht zwischen Oberflächen- und intrazellulären Kompartimenten vor, wobei letztere für die Bindung an PET-Radioliganden im Allgemeinen nicht verfügbar sind. Im Dopamin-abgereicherten Zustand können Kompensationsmechanismen zu Veränderungen im intrazellulären Pool für DA-D2R führen, die für [18F] Fallyprid-Bindung, aber noch verfügbar für den Nachweis im Western-Immunblot.
Im Gegensatz zu unseren Ergebnissen wurde bei Personen mit PD und nach Verabreichung von MPTP bei nicht-menschlichen Primaten oder 2-OHDA bei Ratten ein kompensatorischer Anstieg von DA-D6R berichtet.25 In der Literatur wird berichtet, dass der Verlust von DA-D2Rs auf die Degeneration von dopaminergen Neuronen zurückzuführen ist, während der Anstieg von DA-D2Rs auf eine erhöhte Expression auf verbleibenden dopaminergen Terminals und / oder eine erhöhte Synthese in striatopallidischen Neuronen oder cholinergen Interneuronen zurückzuführen ist. Diese Diskrepanz zwischen unserer PET-Studie und der Literatur kann auf Unterschiede im Schweregrad der Läsion zwischen den Studien zurückzuführen sein.11 Insbesondere kann der Verlust einer größeren Anzahl von präsynaptischen DA-D2Rs durch MPTP-induzierten Zellverlust ausreichen, um alle postsynaptischen kompensatorischen Veränderungen auszugleichen, die allein durch die Läsion induziert werden. Alternativ kann unsere Unfähigkeit, einen Anstieg des DA-D2R-Blutdrucks und der Expression in MPTP-Mäusen (ohne Belastung) zu beobachten, auf eine mäßige Erholung der Dopamin-Spiegel am Ende der Studie zurückzuführen sein (82% Dopamin-Abbau an 10-Tagen im Vergleich zu 68) % Erschöpfung am 42-Tag nach der Läsion). Dies ist jedoch unwahrscheinlich, da die MPTP plus-Übungsmäuse, die ebenfalls eine geringe Wiederfindung von Dopamin aufwiesen (nicht signifikant verschieden von den MPTP no exercise-Mäusen), einen Anstieg von DA-D2R BP aufwiesen.
Die Mehrheit der DA-D1Rs und D2Rs wird auf dendritischen Stacheln von MSNs exprimiert, wobei zusätzliche Rezeptoren auf cholinergen Interneuronen und Terminals von glutamatergen und dopaminergen Neuronen exprimiert werden, die aus dem Cortex (oder Thalamus) bzw. der Substantia nigra pars compacta stammen.26 Eine wichtige Rolle von Dopamin ist die Modulation der kortikostriatalen oder thalamostriatalen glutamatergen Neurotransmission bei der MSN. Die glutamaterge Neurotransmission wird durch DA-D1R verstärkt und durch DA-D2R vermindert.27-29 Unter Bedingungen der Dopaminverarmung gehen Stacheln und synaptische Verbindungen bei DA-D2R, die MSNs des indirekten Pfades enthalten, selektiv verloren.30 Dieser Verlust geht mit einem Übererregbarkeitszustand innerhalb der MSNs aufgrund einer erhöhten glutamatergen kortikostriatalen Neurotransmission einher.31-33 In Tiermodellen der Parkinson-Krankheit korreliert dieser erhöhte glutamaterge Antrieb mit dem parkinsonähnlichen motorischen Verhalten.34 Die Abschwächung dieses übererregbaren Zustands durch die Anwendung von Dopamin oder seinen Agonisten führt zur Umkehrung der motorischen Defizite bei Parkinson.35,36 In Anbetracht dieser Berichte und unserer Ergebnisse nehmen wir an, dass die Vorteile eines intensiven Trainings darin bestehen, die dopaminerge Signalübertragung durch eine erhöhte DA-D2R-Expression im indirekten Signalweg (jedoch nicht im direkten DA-D1R-Signalweg) zu verbessern und die Motorik zu verbessern Unterdrückung der glutamatergen Erregbarkeit.
Die primäre Schlussfolgerung unserer Studie ist, dass Training in Form eines intensiven Laufbands die Neuroplastizität durch eine erhöhte Expression von DA-D2R im Striatalbereich fördert, ein Prozess, der am deutlichsten im verletzten Gehirn auftritt. Basierend auf unseren Erkenntnissen wurde ein nicht-invasiver PET-Bildgebungsansatz mit [18F] Fallypride kann verwendet werden, um zu untersuchen, ob intensives Training mit dem Laufband auch bei Personen mit PD zu Veränderungen des DA-D2R führt. Unsere Studie hebt den Wert der präklinischen Forschung an Tiermodellen für die Dopaminverarmung und die Bedeutung der translationellen Forschung für das Verständnis von Bildgebungs- und Übungsstudien bei Menschen mit Parkinson hervor.
Anerkennungen
Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des USC CTSI Full Pilot Grant Program und großzügige Mittel von der Parkinson Disease Foundation, Team Parkinson (Los Angeles), der Parkinson Alliance, der Whittier Parkinson Disease Education Group, NINDS RO1 NS44327-1, NIA (USA) unterstützt. AG 21937) und US Army NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV ist Preisträger des USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship. Wir möchten Ryan Park und Dr. Peter Conti vom USC Small Animal Imaging Core für die Unterstützung bei der Mikro-PET-Bildgebung und Dr. Rex Moats vom Small Animal Imaging Research Core am Saban Research Institute für die Unterstützung bei der Maus-MRT danken. Wir möchten uns bei Yi-Hsuan (Lilian) Lai für die Hilfe bei der Laufbandübung und bei Avery Abernathy für seine Fachkenntnisse in der HPLC-Analyse bedanken. Wir danken den Freunden der USC Parkinson Disease Research Group, darunter George und MaryLou Boone, Walter und Susan Doniger sowie Roberto Gonzales, für ihre großzügige Unterstützung.
Fußnoten
Möglicher Interessenkonflikt: Es gibt nichts zu melden.
Anmerkung zum Beweis hinzugefügt: Dieser Artikel wurde online auf 19 Oktober 2010 veröffentlicht. Anschließend wurde ein Fehler festgestellt. Dieser Hinweis ist in der Online- und der Druckversion enthalten, um darauf hinzuweisen, dass beide korrigiert wurden.
Finanzangaben: Leistungsstipendium für das USC Neuroscience Graduate Program (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ und GP), Vollstipendium für das USC CTSI (QL, AN, MJ, GP).
Autorenrollen: Alle Autoren waren maßgeblich an der Erstellung dieses Manuskripts beteiligt. Konzeption des Forschungsprojekts: GP, BF, MJ, RL, JW. Ausführung des Projekts: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Datenerfassung, -verarbeitung, statistische Analyse: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Manuskript-Vorbereitung: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.
Bibliographie
36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptische Plastizität und physiologische Wechselwirkungen zwischen Dopamin und Gluta
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