Kommentit: Parkinsonin taudin hiirimallissa juoksumatto kasvatti dopamiini D2 -reseptoreita. Riippuvuudet aiheuttavat D2-reseptorien vähenemisen, mikä on osittain siedätysherkkyyden syy. Toinen syy käyttää.
Liikehäiriöt
Osa 25, numero 16, sivut 2777-2784, 15 joulukuu 2010
Abstrakti
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia muutoksia dopamiini-D2-reseptorin (DA-D2R) ilmentymisessä MPTP-hiirten basaalgangionaissa, joille on suoritettu intensiivistä juoksumattoa. Käyttämällä synaptoneurosomien ja in vivo positroniemissiotomografia (PET) -kuvaus käyttämällä DA-D2R-spesifistä ligandia [18F] fallypride, havaitsimme, että erittäin voimakas juoksumattoharjoittelu johti striataalisen DA-D2R-ekspression lisääntymiseen, joka oli voimakkaimmin MPTP: ssä verrattuna suolaliuoksella käsiteltyihin hiiriin. Liikunnan aiheuttamat muutokset DA-D2R: ssä dopamiinin vaurioituneissa perän ganglioneissa ovat yhdenmukaisia tämän reseptorin mahdollisen roolin kanssa keskipitkän piikkisen neuronin (MSN) toiminnan ja käyttäytymisen palautumisen moduloinnissa. Tärkeää on, että tämän tutkimuksen tulokset tukevat perusteita käyttää PET-kuvantamista [18F] fallypride tutkia DA-D2R-muutoksia yksilöillä, joilla on Parkinsonin tauti (PD) ja jotka käyvät korkean intensiteetin juoksumattoharjoittelua.
Liikunta parantaa motorista suorituskykyä potilailla, joilla on Parkinsonin tauti (PD).1-3 Eläinmallit, kuten 1-metyyli-4-fenyyli-1,2,3,6-tetrahydropyridiini (MPTP) -hiiri, tarjoavat kriittisen työkalun tutkia liikunnan käyttäytymisen aiheuttaman liikunnan parantamisen molekyylimekanismeja.4-6 Dopamiinin D1- ja D2-reseptorit (DA-D1R ja DA-D2R) ovat dopamiinin ensisijaiset kohteet striaattisissa keskipitkissä piikkashermoissa (MSN) ja moduloivat fysiologisia ominaisuuksia ja solujen signalointia. Erityisesti DA-D2R: llä on tärkeä rooli pitkäaikaisessa masennuksessa (LTD), synaptisen plastilisuuden muodossa, johon sisältyy glutamatergisen ja dopaminergisen neurotransmission integraatio, joka johtaa motorisen toiminnan koodaamiseen dorsolateraaliseen striatumiin. Kun otetaan huomioon DA-D2R: n rooli moottorin ohjauksessa, pyrimme tutkimaan, johtuuko liikunnan tehostettu motorisen toiminnan paraneminen osittain striataalisen DA-D2R-ekspression lisääntymisestä.
Positroniemissiotomografia (PET) -kuvaus DA-D2R-radiotunnisteilla tarjoaa mahdollisuuden suorittaa pitkittäistutkimuksia liikunnan vaikutuksista ihmisiin. Aikaisemmissa aerobista liikuntaa koskevissa tutkimuksissa on yritetty mitata dopamiinin vapautumista normaaleilla henkilöillä7 eikä muutosta [11C] raclopridi havaittiin, mikä johti kirjoittajien esittämään, että dopamiinitasoissa tapahtui vain vähän muutoksia. Liikunnan vaikutuksia DA-D2R-ekspressioon ja synaptiseen aktiivisuuteen ei kuitenkaan ole tutkittu. PET-kuvantava ligandi [18F] fallypride on erinomainen työkalu tutkia tätä, koska sillä on suuri affiniteetti ja spesifisyys sekä DA-D2R: lle että DA-D3R: lle, toisin kuin [11C] raclopridi, endogeenisen dopamiinin lähtötasot eivät helposti siirrä sitä.7-10 Tämä vahvistettiin eläinten reserpiinikäsittelyllä (endogeenisen dopamiinin poistamiseksi), jolla ei ollut vaikutusta [18F] fallypride-sitoutuminen,9,11 mutta lisääntyi merkittävästi [11C] raclopridiä sitova8 joka johtui näennäisen sitoutumisaffiniteetin muutoksesta (Kd) kuin reseptori numero (Bmax).
Koska [18F] fallypride on resistentti muutoksille, jotka johtuvat dopamiinin ehtymisestä, mikä viittaa siihen, että sillä on vain vähän vaikutusta Kd or Bmax lähtötilassa tai tyhjentyneessä tilassa käytimme [18F] fallypride testataksesi olettamustamme, jonka mukaan DA-D2R-ekspressio kasvaa MPTP-hiirimallissa intensiivisen liikunnan avulla.9,10,12,13 Lisäksi tukeaksemme PET-kuvantamistoimenpiteitämme käytimme synaptoneurosomaalisten valmisteiden Western immunoblot -analyysin komplementaarista tekniikkaa mittaamaan muutokset DA-D2R-proteiinin ilmentymisessä synapsin tasolla samoissa eläimissä. Raportoimme tässä liikunnan vaikutukset DA-D2R-ekspressioon ja [18F] fallypride ryhmissä hiiriryhmissä, joita käsiteltiin joko suolaliuoksella tai MPTP: llä.
Menetelmät
Eläimet, hoitoryhmät ja MPTP-hoito
Urospuoliset C57BL / 6-hiiret, jotka olivat 8-viikkoa vanhoja (Charles River Laboratories, Wilmington, MA), sijoitettiin ryhmään lämpötilavalvotussa huoneessa 12 h -valon / 12 h-pimeän syklin alla. Kaikki toimenpiteet suoritettiin laboratorioeläinten hoidon ja käytön NIH-ohjeen mukaisesti, jonka USC IACUC on hyväksynyt. Yhteensä 164-hiiriä käytettiin neljään hoitoryhmään: (1) suolaliuos (n = 42), (2) suolaliuos plus harjoitus (n = 55), (3) MPTP (n = 57) ja (4) MPTP plus harjoitus (n = 42). Leesiointia varten hiiret saivat neljä intraperitoneaalista injektiota 20 mg / kg MPTP: tä (vapaa emäs; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) liuotettuna 0.9% suolaliuokseen, 2-h välein tai neljä intraperitoneaalista injektiota 0.1 ml 0.9% NaCl. kuin valvonta. Vaurioituminen validoitiin striatal-dopamiinitasojen HPLC-analyysillä. 10 päivinä MPTP: n antamisen jälkeen, MPTP-hiirissä tapahtui 82.2-prosenttista dopamiinin ehtymistä (48.0 ± 8.4 ng / mg proteiinia) verrattuna suolaliuoshiiriin (269.5 ± 24.9 ng / mg proteiinia). Tutkimuksen lopussa MPTP: n plus liikuntahiirien (69.8 ± 11.7 ng / mg proteiinia) välillä striaatiaalisessa dopamiinitasossa ei ollut merkitsevää eroa verrattuna MPTP: hen (77.9 ± 12.0 ng / mg proteiinia). Suolaliuoksessa ja liikuntahiirissä (315.2 ± 9.0 ng / mg proteiinia) oli kuitenkin huomattavasti enemmän striaatiaalista dopamiinia verrattuna suolaliuokseen (246.9 ± 19.8 ng / mg proteiinia) (F(3,16) = 7.78; P <0.05).
Juoksumattoharjoitus
Harjoittelu aloitettiin 5 päivää leesion jälkeen. Kahden harjoitusryhmän hiiret (suolaliuos plus liikunta ja MPTP plus harjoitus) koulutettiin ajamaan 100-cm moottorilla juoksumatolla (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) lisäysnopeudella 6 viikkoa (5 päivää / viikko) keston saavuttamiseksi. 60 min / päivä ja nopeus 18 – 20 m / min.5,6
Magneettikuvaus
Hiiren aivojen kolmiulotteinen tilavuudeltaan T1-painotettu magneettinen resonanssi (MR) -kuva saatiin 7-T-mikro-MRI-järjestelmällä (Bruker Biospin, Billerica, MA). Kuvan hankkimisen parametrit olivat: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, 0.4-mm viipaleen paksuus, 0.45-mm välilasien paksuus, 128 × 128 × 128 matriisin koko.
Radiokemian
[18F] fallypride suoritettiin kuten aiemmin on kuvattu tosyyliesiasteen prekursorin nukleofiilisen substituutioreaktion avulla [18F] käyttämällä räätälöityjä radiokemialaitteita.12 Puhdistus suoritettiin käänteisfaasi-HPLC: llä C8 (2) Phenomenex Luna -pylväällä käyttämällä asetonitriiliä ja natriumfosfaattipuskuria liikkuvana faasina (55: 45). UV-absorbanssi mitattiin aallonpituudella 254 ja AUFS 0.05. Radioaktiivinen piikki (retentioaika 17 min), joka vastaa [18F] fallypride, kerättiin ja liuotin poistettiin pyöröhaihduttimella. Lopputuotteella testattiin pyrogeenisyys, steriiliys, pH ja orgaanisten liuottimien poisto kaasukromatografialla. Spesifinen aktiivisuus ja radiokemiallinen puhtaus arvioitiin Waters HPLC -järjestelmällä käyttämällä analyyttistä C8 (2) Phenomenex Luna -menetelmää. Spesifinen aktiivisuus oli välillä 3,000 – 12,000 Ci / mmol.
PET-mittaukset ja kuva-analyysi
Kaksikymmentä hiirtä käytettiin PET-kuvantamiseen (n = 6 suolaliuos; n = 3 suolaliuos plus harjoitus; n = 5 MPTP; ja n = 6 MPTP plus harjoitus). Skannaukset hankittiin Concorde microPET R4 -skannerilla (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) 60-min-luettelotilan hankintaprotokollalla 20-min-lähetysskannauksen jälkeen vaimennuksen korjaamiseksi 68Ge lähde. [18F] fallypride (10.92 – 11.28 MBq) injektoitiin hännän suonen kautta (yksi bolus) emissioskannauksen alussa. Hiiret nukutettiin 2% isofluoraanilla ja 98% hapolla. Dynaamisen luettelotilan tiedot lajiteltiin sinogrammeiksi 26-kehyksillä (6 × 20 sek, 4 × 40 sek, 6 × 1 min ja 10 × 5 min) ja rekonstruoitiin kahdella OSEM-iteraatiolla (tilatut alajoukkojen odotuksen maksimointi), jota seurasi 18 MAP (maximum a posteriori) rekonstruointialgoritmin iteraatiot.14 Rekonstruoidut kuvat rajattiin pään sisältämiseksi ja interpoloitiin lineaarisesti Z-suunta tuottaa 128 × 128 × 63 kuvan isotrooppisella 0.4 × 0.4 × 0.4 mm3 voxels. Striatumin korkean resoluution sitoutumispotentiaalin (BP) kuvat laskettiin rekonstruoiduista dynaamista kuvista käyttämällä monilinjaista kudosvertailumallia15 ja Logan tontit16 joilla on korkea aktiivisuus striatumissa ja erittäin alhainen aktiviteetti pikkuaivoissa (viitealue). Kiinnostavat anatomiset alueet (striatum ja pikkuaivo) määritettiin manuaalisesti molemmilla puolipalloilla PET-kuvissa, jotka oli lisätty MRI: llä käyttämällä Rview (versio 8.21Beta).17 [18F] fallypride hiiren striatumissa suoritettiin käyttämällä BP-arvoa, joka antaa mitata spesifisen / epäspesifisen sitoutumisen suhdetta tasapainossa.18,19 Sidospesifisyyden osoittamiseksi striatumissa neljä hiirtä kerättiin 60 min ligandin injektoinnin jälkeen, aivot jäädytettiin nopeasti nestemäisessä typessä, leikattiin 30-μm paksuuteen ja leikkeet annettiin fosfo-imagerille (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway). , NJ) (Kuvio 1). Tutkimukset ovat osoittaneet, että [18F] fallypride sitoutuu spesifisesti DA-D2R: ään, ja koska hyvin vähän DA-D3R: ää on striatumissa, sitoutuminen osoittaa DA-D2R: n täyttöasteen.9,10,12,13
Kudoskokoelma HPLC: tä ja proteiinianalyysiä varten
Tutkimuksen lopussa aivot poistettiin nopeasti ja selkäranka leikattiin tuoreena, joka vastaa anatomisia alueita bregmasta 1.2 - 0.6 siten, että corpus callosum on selkärajana, corpus callosum -sivusuunnassa sivurajana, ja etusivun yläpuolella ventraaliraja.20
Dopamiinin ja sen metaboliittien HPLC-analyysi
Dopamiinitasot striatal-homogenaateissa (n = 4 ryhmää kohti) määritettiin HPLC: llä sähkökemiallisella havainnoinnilla.6 Järjestelmä koostui ESA-automaattisesta näytteenottimesta (ESA, Chelmsford, MA), joka oli varustettu 150 × 3.2 mm käänteisfaasi C-18 pylväällä (halkaisija 3μm) ja CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA), varustettuna neljällä -kanava-analyyttinen kenno, jonka potentiaalit on asetettu arvoihin -75, 50, 220 ja 350 mV.
Western immunoblot -analyysi
Harjoituksen vaikutusta DA-D1R: n ja DA-D2R: n synaptiseen ilmentymiseen analysoitiin synaptoneurosomivalmisteissa, jotka oli valmistettu tuoreina kahdeksasta yhdistetystä dorsolateraalisesta striatumista.21 Tämä menetelmä suoritettiin kolmella hiirisarjalla yhteensä 24-hiirillä koeryhmää kohti (n = 3 preps / ryhmä). Proteiinien suhteellinen ekspressio DA-D1R: lle (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), tyrosiinihydroksylaasille (58 kDa), dopamiinin kuljettajalle (68 kDa) ja α-tubuliinille (50 kDa) (latauskontrollina). analysoitiin Western immunoblot -menetelmällä22 käyttämällä kaupallisesti saatavia primaarisia vasta-aineita (kanin polyklonaaliset ja hiiren monoklonaaliset vasta-aineet, Millipore, Temecula, CA). Proteiininauhat visualisoitiin affiniteettipuhdistetulla vuohen anti-kaniinin tai hiiren vastaisilla vasta-aineilla, jotka oli konjugoitu IRDye: hen.680 tai IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Fluoresoiva signaali havaittiin skannaamalla suodatin LI-COR Odysseyssa lähellä infrapunakuvausalustaa ja kvantifioitiin käyttämällä Odyssey 2.1 -ohjelmistoa (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). Tulokset esitetään suhteellisina ekspressiotasoina verrattuna suolaliuosryhmään (asetettu arvoon 100%).
Tilastollinen analyysi
Ero ryhmien välillä BP: ssä [18F] fallypride-, DA-D1R- ja DA-D2R-proteiinitasot analysoitiin käyttämällä kaksisuuntaista varianssianalyysiä (ANOVA) hoidettaessa kohteen tekijän välillä (suolaliuos vs. MPTP), ja liikuntaa kohteen tekijän sisällä (ei liikuntaa vs. liikunta). Maksimi juoksumaton nopeustestiä varten käytettiin aikaa koefaktorin (viikko 1, 2 jne.) Välillä ja hoitoa käytettiin kohteen tekijän sisällä (suolaliuos vs. MPTP). Bonferronin post hoc -testiä käytettiin useiden vertailujen korjaamiseen kiinnostuksen merkityksen arvioinnissa. Merkitystasoksi asetettiin P <0.05. Ryhmäerojen käytännön merkityksen selvittämiseksi ryhmien välisten erojen suuruus arvioitiin käyttämällä vaikutuksen kokoa (ES) (ES = keskiarvoRyhmä 1 - TarkoittaaRyhmä 2/ SDyhdistetyt). ES heijastaa hoidon vaikutusta kiinnostavaan populaatioon ja ilmoitetaan vakiintuneiden kriteerien mukaan pieninä (<0.41), keskisuurina (0.41–0.70) tai suurina (> 0.70).23 Analyysi suoritettiin Prism5 for Windows -sovelluksella (GraphPad, San Diego, CA).
TULOKSET
Suorituskykyinen juoksumattoharjoittelu paransi moottorin käyttäytymistä MPTP-vaurioituneissa hiirissä
Ennen MPTP-leesiointia ja harjoituksen aloittamista kaikkien hiirten keskimääräiset lähtövirtanopeudet kahdessa harjoitusryhmässä olivat samanlaiset (suolaliuos plus harjoitus: 11.7 ± 1.1 m / min, ja MPTP plus harjoitus: 11.2 ± 1.1 m / min). Päivittäinen liikunta 6-viikkojen aikana paransi maksimaalista juoksumaton nopeutta molemmissa harjoitusryhmissä suolaliuoksen ja liikuntahiirten kanssa, jotka osoittivat huomattavasti suuremman maksiminopeuden verrattuna MPTP plus -harjoitteluhiiriin viikoissa 1 kautta 4 (Kuvio 2). MPTP plus -harjoitteluhiirillä oli kuitenkin samanlainen maksimaalinen juoksumaton nopeus kuin suolaliuoksella plus harjoitushiirillä viikolla 5 (MPTP plus harjoitus: 17.2 ± 3.6 m / min ja suolaliuos plus harjoitus: 22.0 ± 1.5 m / min) ja viikolla 6 (19.2 ± 1.2 m / min ja 22.2 ± 0.9 m / min). Kuten aikaisemmin on raportoitu, MPTP-vaurioituneilla hiirillä, jotka eivät ole käyneet juoksumatolla harjoittelua, ei havaittu moottorin käyttäytymisen spontaania palautumista niiden maksimaalisella nopeudella 7.0 ± 0.3 m / min 6-viikon harjoittelujakson lopussa.5
Suuren intensiteetin juoksumattoharjoitus Lisääntynyt striatal DA-D2R mutta ei DA-D1R proteiini
Korkean intensiteetin juoksumattoharjoittelu vaikutti eri tavalla DA-D2R- ja DA-D1R-tasoihin selkärangan synaptoneurosomivalmisteissa, kuten Western blot -analyysi osoitti (Kuvio 3). MPTP plus -harjoitteluhiirillä oli 48.8% nousu striaattisessa DA-D2R: ssä verrattuna MPTP-hiiriin (Kuva 3B) ja merkittävä vuorovaikutus liikunnan ja MPTP-leesioiden välillä DA-D2R-proteiinitasolla (F(1,8) = 6.0; P <0.05). Vastaavasti ryhmien välillä ei ollut vaikutusta DA-D1R-proteiinitasoihin (Kuva 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). Pelkästään MPTP-leesio ei muuttanut merkittävästi kumpaakaan DA-D2R (F(1,8) = 0.0; P = 0.88) tai DA-D1R-ekspressio (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Lisäksi kaksi erilaista proteiinimerkkiä keskiaivojen dopaminergisten kuitujen eheydestä, tyrosiinihydroksylaasi (TH; Kuva 3C) ja dopamiinin kuljettaja (DAT; Kuva 3D), osoitti, että MPTP vähensi merkitsevästi striaatiaalista TH-proteiinia (F(1,8) = 757.3; P <0.05) ja DAT-ilmentymä (F(1,8) = 218.0; P <0.05).
Korkean intensiteetin juoksumattoharjoitus lisääntynyt striatal [18F] Fallypride-sidontapotentiaali (BP)
Vaikka reseptoriproteiinien ekspression Western-immunoblotanalyysi mittasi vasta-aineepitooppeja (sekä pinta- että sisäiset soluvarastot), in vivo PET-kuvantaminen suuren affiniteetin DA-D2R-spesifisellä radioligandilla [18F] fallypride voi rajata liikunnan vaikutukset DA-D2R: n saatavuuteen ligandia sitoa (Kuvio 4). Tilastollinen analyysi paljasti, että liikunnalla oli merkittävä vaikutus (F(1,16) = 12.3; P <0.05) sekä MPTP-vaurio (F(1,16) = 160.3; P <0.05) ilman merkittävää vuorovaikutusta MPTP: n ja liikunnan välillä (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) sivulla [18F] fallypride BP. Bonferronin post hoc -analyysi osoitti merkittävän eron BP-arvoissa MPTP: n ja MPTP: n plus harjoitushiirien välillä (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), eikä merkittävää eroa suolaliuoksen ja suolaliuoksen sekä liikuntahiirten välillä (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Erityisesti MPTP plus -hiirillä [73.1%: n kasvu18F] fallypride BP verrattuna MPTP-hiiriin (MPTP: n keskimääräiset BP-arvot plus harjoittelu: 7.1 ± 0.7; MPTP-hiirten keskimääräiset BP-arvot: 4.1 ± 0.3) (Kuva 4B). Lisäksi suolaliuoksella plus liikuntahiirillä 8.2% nousi [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0) verrattuna suolaliuoshiiriin (12.2 ± 0.3). Näiden havaintojen mukaisesti ”vaikutuksen koon” laskelmat paljastivat suuremman harjoituksen vaikutuksen MPTP-ryhmien välillä (ES = 2.61) kuin suolaliuosryhmien välillä havaitun (ES = 0.94).
KESKUSTELU
Tämä tutkimus osoittaa, että korkean intensiteetin juoksumattoharjoitus johtaa [18F] fallypride BP (DA-D2R saatavuus) MPTP-käsiteltyjen hiirten striatumissa. Sitä vastoin MPTP: n ja liikunnan välillä ei ollut merkitsevää muutosta striaattisissa dopamiinitasoissa verrattuna MPTP: n käyttämättömiin hiiriin. [18F] fallypride on erittäin selektiivinen DA-D2 / D3R-antagonisti, jonka BP heijastaa in vivo käytettävissä olevien reseptoreiden mitta (Bmax) / sitoutumisaffiniteetti (Kd). Koska DA-D2R-lääkkeet ovat vallitseva dopamiinireseptorin alatyyppi selkärangan sisällä, liikunnan aiheuttama lisääntyminen [18F] fallypride BP edustaa DA-D2R-määrän kasvua ja sitä tukee proteiiniekspression lisääntyminen käyttämällä Western immunoblotting -menetelmää ja aikaisemmat tutkimuksemme, jotka osoittavat striataalisen DA-D2R-mRNA-transkription ilmentymisen lisääntymisen in situ -hybridisaation histokemiaa käyttämällä.5 Tätä BP: n korkeuden tulkintaa tukee edelleen se, että [18F] fallypride dopamiinilla ei todennäköisesti esiinny MPTP-hiirissä, koska dopamiinitasot pysyvät alhaisina.24 Näin ollen muutokset ilmeisessä sitoutumisaffiniteetissa (Kd) ovat vähämerkityksisiä ja todennäköisesti vaikuttamatta BP: hen. MPTP-hiirten harjoituksen tehostettu vaikutus voi heijastaa loukkaantuneiden aivojen yritystä optimoida dopaminerginen neurotransmissio lisääntyneen reseptorimäärän kautta, kun taas dopamiinitasot ovat ehtyneet. Lisääntynyt MPTP-hiirten reagointikyky paljastaa loukkaantuneiden suuremman potentiaalin koskemattomien aivojen verrattuna neuroplastisuuteen, mikä ei välttämättä ole välttämätöntä, kun striaattiopiiri on ehjä. Se tosiasia, että dopamiinitasot eivät muutu merkittävästi liikunnan kanssa MPTP-hiirissä, viittaa siihen, että DA-D2R: n kompensoivat muutokset ovat kriittisiä liikuntaan liittyvän parannetun moottorin suorituskyvyn kannalta.
Käyttämällä PET-kuvantamista havaitsimme DA-D2R BP: n laskun MPTP-vaurion jälkeen suhteessa suolaliuoksella käsiteltyihin hiiriin. Tämä oli toisin kuin Western immunoblot, jossa ei muutoksia DA-D2R-proteiinin ilmentymisessä havaittu. DA-D2R esiintyy dynaamisessa tasapainossa pinta- ja solunsisäisten osastojen välillä, jälkimmäisen kanssa ei yleensä ole mahdollista sitoutua PET-radioligandiin. Dopamiinin tyhjentyneessä tilassa kompensoivat mekanismit voivat johtaa DA-D2R: n solunsisäiseen pooliin, joka ei ehkä ole käytettävissä [18F] fallypride-sitoutuminen, mutta silti käytettävissä havaitsemiseen Western immunoblot -menetelmissä.
Toisin kuin havainnomme, DA-D2R: n kompensoiva lisäys on raportoitu PD-potilailla ja MPTP: n annon jälkeen kädellisillä tai 6-OHDA: lla rotilla.25 Kirjallisuudessa DA-D2R: ien menetyksen on todettu johtuvan dopaminergisten neuronien rappeutumisesta, kun taas DA-D2R: ien lisääntyminen johtuu lisääntyneestä ekspressiosta jäljellä olevissa dopaminergisissä päätelaitteissa ja / tai lisääntyneestä synteesistä striatopallidaalisissa neuroneissa tai kolinergisissä interneuroneissa. Tämä ero PET-tutkimuksen ja kirjallisuuden välillä voi johtua eroista leesion vakavuudessa tutkimusten välillä.11 Erityisesti, suuren määrän presynaptisten DA-D2R: ien menetykset MPTP: n indusoiman solujen menetyksen kautta voivat olla riittäviä korvaamaan mahdolliset postsynaptiset kompensoivat muutokset, jotka pelkästään vaurio aiheuttaa. Vaihtoehtoisesti kyvyttömyydemmemme havaita DA-D2R BP: n ja ekspressiotasojen nousua MPTP (ei liikuntaa käyttävissä) hiirissä voi johtua dopamiinitasojen vaatimattomasta palautumisesta tutkimuksen lopussa (82% dopamiinin ehtyminen 10 päivinä verrattuna 68 % ehtyminen 42 päivän postlesion jälkeen). Tämä on kuitenkin epätodennäköistä, koska MPTP plus -harjoitteluhiirillä, joilla oli myös pieni dopamiinin saanto (ei merkitsevästi eroa MPTP: n käyttämättömistä hiiristä), oli DA-D2R BP: n lisäys.
Suurin osa DA-D1R- ja D2R-proteiineista ekspressoidaan MSN: n dendriittisillä selkärangoilla, joilla on lisäreseptoreita, jotka ilmenevät koloregisissä interneuroneissa ja glutamatergisten ja dopaminergisten hermosolujen terminaaleissa, jotka ovat peräisin aivokuoresta (tai thalamuksesta) jarodia nigra pars compacta.26 Dopamiinin päätehtävänä on moduloida kortikostriaatio- tai thalamostriatal-glutamatergista hermovälitystä MSN: ssä. Glutamaterginen hermostonsiirto tehostuu DA-D1R: ien kautta ja vähenee DA-D2R: ien kautta.27-29 Dopamiinin ehtymisen olosuhteissa piikit ja synaptiset yhteydet menetetään selektiivisesti DA-D2R: llä, joka sisältää epäsuoran reitin MSN: t.30 Tähän menetykseen liittyy liikatoimivuuden tila MSN: ssä, mikä johtuu lisääntyneestä glutamatergisesta kortikostrosiaalisesta hermoston välityksestä.31-33 PD: n eläinmalleissa tämä lisääntynyt glutamaterginen ajaa korreloi parkinsonismin kaltaisen moottorin käyttäytymisen kanssa.34 Tämän liian voimakkaasti kovettuvan tilan heikentäminen käyttämällä dopamiinia tai sen agonisteja johtaa parkinsonismin motoristen alijäämien kääntymiseen.35,36 Näiden raporttien ja havaintomme perusteella oletamme, että korkean intensiteetin liikunnan eduilla on lisätä dopaminergistä signalointia lisäämällä DA-D2R-ekspressiota epäsuoralla reitillä (mutta ei DA-D1R-suoraa polkua) ja parantaa motorista toimintaa kautta glutamatergisen herkkyyden vähentäminen.
Tutkimuksemme ensisijainen johtopäätös on, että harjoittelu intensiivisen juoksumaton muodossa helpottaa neuroplastisuutta lisäämällä striaattisten DA-D2R-proteiinien ilmentymistä, mikä on prosessi, joka näkyy vahingoittuneissa aivoissa. Löytöidemme perusteella ei-invasiivinen PET-kuvantamismenetelmä [18F] fallyprideä voidaan käyttää tutkimaan, johtaako intensiivinen juoksumattoharjoittelu myös DA-D2R: n muutoksiin PD-potilailla. Tutkimuksessamme korostetaan prekliinisen tutkimuksen arvoa dopamiinin ehtymisen eläinmalleissa ja translaatiotutkimuksen merkitystä sekä perustelun että käsityksen saamiseksi kuvantamisen ja liikuntatutkimuksen ymmärtämiseksi PD-potilailla.
Kiitokset
Tätä työtä tuettiin USC CTSI Full Pilot Grant -ohjelman myöntämällä apurahalla ja Parkinson's Disease Foundationin, Team Parkinsonin (Los Angeles), Parkinson Alliancen, Whittier Parkinsonin taudin koulutusryhmän, NINDS RO1 NS44327-1, NIA anteliaalla rahoituksella ( AG 21937) ja Yhdysvaltain armeijan NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV on vastaanottanut USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship -palkinnon. Haluamme kiittää Ryan Parkia ja tohtoria Peter Contiä USC: n pieneläinten kuvantamiskeskuksesta avusta mikro-PET-kuvantamisessa ja tohtori Rex Moatsia pienten eläinten kuvantamisen tutkimuskeskuksesta Sabanin tutkimuslaitoksessa hiiren MRI-apua. Kiitämme Yi-Hsuania (Lilian) Lai avusta juoksumattoharjoituksessa ja Avery Abernathyä hänen asiantuntemuksestaan HPLC-analyysissä. Olemme kiitollisia USC: n Parkinson-taudin tutkimusryhmän ystäville, mukaan lukien George ja MaryLou Boone, Walter ja Susan Doniger sekä Roberto Gonzales avokätistä.
alaviitteet
Mahdollinen eturistiriita: Ei mitään ilmoitettavaa.
Huomautus lisätty todisteena: Tämä artikkeli on julkaistu verkossa 19 lokakuun 2010-sivulla. Myöhemmin havaittiin virhe. Tämä ilmoitus sisältyy verkko- ja painettuihin versioihin osoittamaan, että molemmat on korjattu.
Tilinpäätöstiedot: USC: n neurotieteen jatko-opinto-ohjelman ansioiden stipendiaatti (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ ja GP), USC CTSI: n täyspilottiohjelma (QL, AN, MJ, GP).
Kirjoittajan roolit: Kaikki kirjoittajat auttoivat luomaan tätä käsikirjoitusta. Tutkimusprojektin käsitys: GP, BF, MJ, RL, JW. Projektin toteuttaminen: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Tietojen keruu, käsittely, tilastollinen analyysi: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Käsikirjoituksen valmistelu: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.
Viitteet
36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptinen plastiikka ja fysiologiset vuorovaikutukset dopamiinin ja glutan välillä