Ausübung erhéicht dopamin D2 Rezeptor an engem Mausmodell vun der Parkinsons Krankheet In vivo Imaging mat (18F) fallypride (2010)

Kommentaren: An engem Mausmodell vu Parkinson, huet d'Laufbandübung d'Dopamin D2 Rezeptoren erhéicht. Ofhängegkeete verursaachen e Réckgang vun D2 Rezeptoren déi deelweis d'Ursaach vun Desensibiliséierung ass. En anere Grond fir ze trainéieren.


Bewegungsstéierungen

Volume 25, Ausgab 16, Säiten 2777-2784, 15 Dezember 2010

Marta G. Vučković, MSc,1,2 Quanzheng Li, Dokter,3 Beth Fisher, PT, PhD,4 Angelo Nacca, Dokter,5 Richard M. Leahy, Dokter,3 John P. Walsh, Dokter,6 Jogesh Mukherjee, Dokter,7 D'Celia Williams, BSc,2 Vum Michael W. Jakowec, Dokter,2,4 an Giselle M. Petzinger, MD2,4,*
Den Editeur seng lescht geännert Versioun vun dësem Artikel ass verfügbar Beweegung disord
Kuckt aner Artikelen an PMC dat ze verëffentlechen den publizéierten Artikel.

mythologesch

Den Zweck vun der aktueller Etude war d'Verännerunge vun der Dopamin D2 Rezeptor (DA-D2R) Ausdrock bannent der Basalganglia vun MPTP Musten ze ënnersträichen déi eng intensiv Treadmill Übung ënnerworf goufen. Westlech Immunblotting Analyse vu Synaptoneurosome benotzen a an vivo positron Emissiounstomographie (PET) Imaging andeems d'DA-D2R spezifesch Ligand benotzt gëtt18F] fallypride, hu mir fonnt datt Héichintensitéit Treadmill Übung huet zu enger Erhéijung vun der striatal DA-D2R Ausdrock gefouert, déi am MPTP am meeschte bezeechent am Verglach mat Salz Salzbehandelt Mais. Ausübungsinduséiert Verännerungen am DA-D2R an den dopamin-depletéierte Basalganglia sinn konsequent mat der potenzieller Roll vun dësem Rezeptor bei der Moduléiere vu mëttelgrousse neuronen (MSNs) Funktioun a Verhale Erhuelung. Wichteg, Resultater vun dëser Etude ënnerstëtzen d'Rationalitéit fir d'Benotzung vu PET Imaging mat [18F] fallypride fir DA-D2R Verännerungen an eenzel Persounen mat Parkinson Krankheet (PD) ze ënnersichen, déi héichintensiv Treadmill Training mécht.

Schlësselwieder: positron Emissiounstomographie, Basal Ganglia, Neuroplastizitéit, Treadmill Übung

Ausübung verbessert d'motoresch Leeschtung bei Patienten mat Parkinson Krankheet (PD).1-3 Déieren Modeller, sou wéi d'1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) Maus, bidden e kritescht Mëttel fir d'molekulär Mechanismen vun der Ausübung-induzéierter Verbesserung vum motoresche Verhalen z'ënnersichen.4-6 D'Dopamine D1 an D2 Rezeptoren (DA-D1R an DA-D2R) sinn déi primär Ziler vun Dopamin op striatal mëttelgrousse Neuronen (MSNs) a moduléiere physiologesch Eegeschaften a cellulär Signalisatioun. Speziell spillt den DA-D2R eng grouss Roll bei der Laangzäitdepressioun (LTD), eng Form vu synaptescher Plastizitéit, déi d'Integratioun vu glutamatergeschen an dopaminergesche Neurotransmissioun féiert, wat zu der Kodéierung vun der Motorfunktioun am dorsolaterale Stratum féiert. Gitt d'Roll vum DA-D2R bei der Motorkontroll, hu mir probéiert ze kucken ob d'Ausübung eng verbessert Verbesserung vun der Motorfunktioun deelweis wéinst enger Erhéijung vun der striatal DA-D2R Ausdrock ass.

Positron Emissiounstomographie (PET) -Imaging mat DA-D2R Radiotracker bitt d'Fäegkeet fir Längsstudien iwwer den Effekt vun der Ausübung bei Mënschen ze maachen. Virdrun Studien mat aeroben Übungen hu probéiert Dopamin Verëffentlechung bei normale Persounen ze moossen7 a keng Ännerung an der Bindung vun [11C] Raclopride gouf beobachtet, féiert d'Auteuren vir datt kleng Ännerung an Dopamin Niveauen optrieden. Wéi och ëmmer, d'Effekter vun der Ausféierung op der DA-D2R Ausdrock a synaptescher Aktivitéit sinn net studéiert. De PET-Imaging Ligand [18F] fallypride ass en exzellent Mëttel fir dëst ze iwwerpréiwen wéinst senger héijer Affinitéit a Spezifizitéit fir béid DA-D2R an DA-D3R, an am Géigesaz zu [11C] Racloprid, et gëtt net einfach verdriwwen duerch Baseline Niveauen vun endogene Dopamin.7-10 Dëst gouf bestätegt duerch reserpin Virbehandlung vun Déieren (fir endogene Dopamin entzunn) déi keen Effekt op [18F] fallypride verbindlech,9,11 awer däitlech eropgaang [11C] Racloprid verbindlech8 déi gouf un eng Verännerung vun der scheinbarer verbindlecher Affinitéit (Kd) éischter wéi eng Rezeptor Zuel (Bmax).

Als Bindungspotenzial (BP) vun [18F] fallypride ass resistent géint Verännerungen wéinst der Entféierung vun Dopamin, wat suguer wéineg Effekt op säin huet Kd or Bmax am Ufank oder verstuerwene Staat, hu mir [18F] fallypride fir eis Hypothese ze testen datt den DA-D2R Ausdrock am MPTP Maus Modell mat intensiver Übung eropgeet.9,10,12,13 Ausserdeem, fir eis PET Imaging Moossnamen z'ënnerstëtzen, benotze mir d'komplementär Technik vun der Western Immunblot Analyse vu synaptoneurosomal Virbereedungen fir Verännerunge vun der DA-D2R Proteinausdrock um Niveau vun der Synapse an deemselwechten Déieren. Mir berichten hei d'Auswierkunge vun der Ausféierung op der DA-D2R Ausdrock an [18F] fallypride a Gruppen vu Mais behandelt mat entweder Salz oder MPTP.

METHODS

Déieren, Behandlungsgruppen, a MPTP Administratioun

Männlech C57BL / 6 Mais Mais 8 Wochen al (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) goufen an engem temperaturkontrolléierte Raum ënner 12 h Liicht / 12 h donkel Zyklus gruppéiert. All Prozedure goufen am Aklang mat dem NIH Guide fir d'Betreiung an d'Benotzung vun Laboratoire Déieren ausgefouert wéi vun der USC IACUC genehmegt. A Gesamt 164 Mais goufen a véier Behandlungsgruppen benotzt: (1) Salz (n = 42), (2) Salz Salz plus Übung (n = 55), (3) MPTP (n = 57), an (4) MPTP plus Übung (n = 42). Fir Läsionéierung hunn d'Mais véier intraperitoneal Injektiounen vun 20 mg / kg MPTP (fräi-Basis; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) opgeléist an 0.9% Salins, bei 2-h Intervalle oder véier intraperitoneal Injektiounen vun 0.1 ml 0.9% NaCl als Kontroll. Lesioning gouf duerch HPLC Analyse vu striatal Dopamin Niveauen validéiert. Op 10 Deeg no der MPTP-Verwaltung gouf et 82.2% Dopamin-Entfettung am MPTP-Mus (48.0 ± 8.4 ng / mg Protein) am Verglach mat Salz Salzmëss (269.5 ± 24.9 ng / mg Protein). Um Enn vun der Studie war et kee groussen Ënnerscheed an de striatal Dopamin Niveauen tëscht MPTP plus Übungsmais (69.8 ± 11.7 ng / mg Protein) am Verglach mam MPTP (77.9 ± 12.0 ng / mg Protein). Wéi och ëmmer, gouf et eng bedeitend Erhéijung vun der striatal Dopamin am Salzlinn plus Übungsmais (315.2 ± 9.0 ng / mg Protein) am Verglach mat Salz (246.9 ± 19.8 ng / mg Protein) (F(3,16) = 7.78; P & Si besteet;

Treadmill Übung

Übung huet ugefaang 5 Deeg no der Läsion. Méis aus den zwou Übungsgruppen (Salins plus Übung an MPTP plus Übung) goufen trainéiert fir op engem 100-cm motoriséierten Treadmill ze lafen (Exer 6M, Columbus Instruments, OH) mat inkrementeller Geschwindegkeet fir 6 Wochen (5 Deeg / Woch) fir d'Dauer ze erreechen vun 60 min / Dag a Geschwindegkeet vun 18 – 20 m / min.5,6

Magnetic Resonance Imaging

En dreidimensional Volumetrescht T1-gewiicht Magnéitescht Resonanz (MR) Bild vum Maus Gehir gouf mat engem 7-T Mikro-MRI System kritt (Bruker Biospin, Billerica, MA). Parameter vun der Bilder Acquisitioun waren: TE = 46.1 ms, TR = 6292.5 ms, 0.4-mm Slice Dicke, 0.45-mm Schnëttdicke, 128 × 128 × 128 Matrixgréisst.

Radiochemie

Synthese vun [18F] fallypride war wéi virdru beschriwwen duerch eng nukleophil Auswiesselungsreaktioun vum Tosyl Virgänger mat [18F] mat engem personaliséierte radiochemistry Apparat benotzt.12 Purification gouf duerch Reverse-Phase HPLC op enger C8 (2) Phenomenex Luna Kolonn mat Acetonitril an Natriumphosphatbuffer als mobil Phas (55: 45) erreecht. UV absorbance gouf bei 254 nm an AUFS 0.05 gemooss. Radioaktive Peak (Retentiounszäit 17 min) entspriechend zu [18F] fallypride, gouf gesammelt an Léisungsmëttel op engem Rotatiounsverdampter geläscht. De Schlussprodukt gouf getest fir Pyrogenizitéit, Sterilitéit, pH, an d'Ewechhuele vu organesche Léisungsmëttelen duerch Gaskromatografie. Spezifesch Aktivitéit a radiochemesch Puritéit gouf mat engem Waters HPLC System mat engem C8 (2) Phenomenex Luna analytesch bewäert. Spezifesch Aktivitéit war am Beräich vun 3,000 – 12,000 Ci / mmol.

PET Miessunge a Bildanalyse

Zwanzeg Mais goufe fir PET Imaging benotzt (n = 6 Salzlinn; n = 3 Salz Salz plus Übung; n = 5 MPTP; an n = 6 MPTP plus Übung). Scans goufe mat engem Concorde microPET R4 Scanner (CTI Concorde Microsystems, Knoxville, TN) mat engem 60-min Lëscht Modus Acquisitiounsprotokoll no 20-Min Transmissioun Scan fir Dämpfungskorrektioun mat engem 68Ge Quell. [18F] fallypride (10.92 – 11.28 MBq) gouf iwwer de Schwanzaart (eenzege Bolus) mam Start vun der Emissiounsscan injizéiert. Mais goufe mat 2% Isofluorane an 98% Sauerstoff verdriwwen. D'Dynamik Lëscht Modus Donnéeën goufen op sinograms mat 26 Rummen (6 × 20 sec, 4 × 40 sec, 6 × 1 min), an 10 × 5 min) rekonstruéiert an zwee Iteratioune vun OSEM (bestallt Ënnerdrécker Erwaardungsmaximaliséierung) gefollegt vun 18 Iteratiounen vum MAP (maximal a posteriori) Rekonstruktioun Algorithmus.14 Rekonstruéiert Biller goufe gekropt fir de Kapp ze enthalen an linear an der Interpolatioun Z-Richtung fir en 128 × 128 × 63 Bild mat isotropesche 0.4 × 0.4 × 0.4 mm ze produzéieren3 voxels. Héichopléisend Bindungspotenzial (BP) Biller vum Striatum goufe aus de rekonstruéiert dynamesche Biller berechent mat Hëllef vun engem multilinearem Tissu-Referenzmodell15 a Logan Komplott16 mat héijer Aktivitéit am Striatum a ganz wéineg Aktivitéit am Serebellum (Referenzregioun). Anatomesch Regiounen vun Interesse (striatum a cerebellum) goufen manuell a béid Hemispheres an PET-Biller definéiert mat MRI mat Rview (Versioun 8.21Beta) definéiert.17 Quantifikatioun vun der spezifescher Bindung vun [18F] fallypride am Mausstreatum gouf mat dem BP Wäert gemaach deen eng Moossnam vum Verhältnis vu spezifesch / net spezifesch Bindung am Gläichgewiicht liwwert.18,19 Fir Bindespesifizitéit am Striatum ze demonstréieren, goufe véier Mais 60 min no der Ligandinjektioun gesammelt, Gehirer hu séier a flëssege Stickstoff gefruerert, ënner 30-μm Déck geschnidden, a Sektiounen an e Phospho-Imager agefouert (Typhoon 9200, GE Healthcare Inc., Piscataway , NJ) (Figebam. 1). Studien hu gewisen datt [18F] fallypride bindt speziell un den DA-D2R, a well ganz wéineg DA-D3R am Striatum ass, bindend weist den DA-D2R Besatzung.9,10,12,13

Fig. 1 

[18F] Fallypride weist héich Bidd Spezifizitéit zum Mausstriatum. Dee lénksen Tafel weist eng anatomesch Rendering vun der Koronal Sektioun op ongeféierem Niveau bregma 0.20. Dee richtege Panel weist e representativen Autoradiograf mat intensiver Etikettéierung entspriechend ...

Tissue Collection fir HPLC a Protein Analyse

Um Enn vun der Studie goufen d'Gehirer séier geläscht an dorsal Striatum dissekt frësch entspriechend anatomesch Regioune vu Bregma 1.2 op 0.6 mat dem Corpus callosum als dorsal Grenz, de lateralen Aspekt vum corpus callosum als lateral Grenz, an iwwer der anteriorer Kommissur als déi ventral Grenz.20

HPLC Analyse vun Dopamin a seng Metaboliten

Dopaminniveauen a striatal Homogenaten (n = 4 pro Grupp) goufen duerch HPLC mat elektrochemescher Detektioun festgeluecht.6 De System huet aus engem ESA Auto-Sampler (ESA, Chelmsford, MA) ausgestatt mat enger 150 × 3.2 mm Réckfas C-18 Kolonn (3μm Duerchmiesser) an engem CoulArray 5600A (ESA, Chelmsford, MA), ausgestatt mat enger Véier -kanal analytesch Zell mat Potenzialen op −75, 50, 220, an 350 mV gesat.

Western Immunoblot Analyse

Ausübungseffekt op synapteschen Ausdrock vun DA-D1R an DA-D2R gouf an synaptoneurosome Virbereedungen analyséiert gemaach frësch aus aacht pooled dorsolateral Striatum.21 Dës Prozedur gouf op dräi Sätz vu Mais fir insgesamt 24 Mais viru experimenteller Grupp ausgefouert (n = 3 Präs pro Grupp). Relative Ausdrock vu Proteine ​​fir DA-D1R (~ 50 kDa), DA-D2R (~ 50 kDa), Tyrosinhydroxylase (58 kDa), Dopamintransporter (68 kDa), an α-Tubulin (50 kDa) (als Luedkontrolle) goufen vun Western immunoblot analyséiert22 andeems kommerziell verfügbar primär Antikörper (Kanin polyklonal a Maus monoklonal Antikörper, Millipore, Temecula, CA) benotzen. Proteinbands goufen visualiséiert duerch Affinitéit gereinegt Geess Anti-Kanéngchen oder Anti-Maus sekundär Antikörper konjugéiert mat IRDye680 oder IRDye800 (Rockland, Gilbertsville, PA). Fluoreszent Signal gouf festgeluecht duerch Scannen vum Filter an enger LI-COR Odyssey bei der Infrarout Imaging Plattform a quantifizéiert mat der Odyssey 2.1 Software (LI-COR Biotechnology, Lincoln, NE). D'Resultater ginn als relativ Ausdrockniveau am Verglach mat der Salzgrupp gewisen (op 100% gesat).

Statistesch Analyse

Ënnerscheeder tëscht Gruppen a BP vun [18F] fallypride, DA-D1R, an DA-D2R Protein Niveauen goufe mat zwee-Wee Analyse vun der Varianz (ANOVA) analyséiert mat der Behandlung tëscht Sujetfaktor (Salins vs. MPTP), an Ausübung wéi innerhalb vu Sujetfaktor (keng Übung vs. Übung). Fir maximal Treadmill Geschwindegkeetstest gouf d'Zäit als Betreff vum Fachfaktor benotzt (Woch 1, 2, asw.) A Behandlung gouf als innerhalb vum Fachfaktor benotzt (Salins vs. MPTP). De Bonferroni Post hoc Test gouf benotzt fir verschidde Vergläicher ze korrigéieren wann d'Bedeitung vun Interesse beurteelt gëtt. Bedeitung Niveau war op gesat P & Si besteet; Fir d'praktesch Bedeitung vu Gruppendifferenzen z'ënnersichen, gouf eng Estimatioun vun der Gréisst vun den Differenzen tëscht de Gruppen berechent mat der Effektgréisst (ES) (ES = MëttGrupp 1 - MeintGrupp 2/ SDpooled). Den ES reflektéiert den Impakt vun der Behandlung bannent enger Populatioun vun Interesse a gëtt no etabléierte Kritäre gemellt als kleng (<0.41), mëttel (0.41-0.70), oder grouss (> 0.70).23 Analyse gouf mat Prism5 fir Windows gemaach (GraphPad, San Diego, CA).

RESULTATER

High-Intensity Treadmill Übung Verbessert Motor Verhalen bei MPTP-Lesionéierte Mus

Virun MPTP-Läsioning a Start vun der Ausübung waren duerchschnëttlech Baseline Geschwindegkeet vun all de Mais an zwou Trainingsgruppen ähnlech (Salzlinn plus Übung: 11.7 ± 1.1 m / min, an MPTP plus Übung: 11.2 ± 1.1 m / min). Deeglech Übung fir 6 Woche verbessert maximal Treadmill Geschwindegkeet a béid Übungsgruppen mat de Salzlinn plus Übungsmais déi däitlech méi grouss Geschwindegkeet weisen am Verglach zum MPTP plus Übungsmais a Wochen 1 duerch 4 (Figebam. 2). Wéi och ëmmer, MPTP plus Übungsmais haten ähnlech maximal Tréinefaartsgeschwindegkeet wéi Salzlinn plus Übungsmais an der Woch 5 (MPTP plus Übung: 17.2 ± 3.6 m / min a Salins plus Übung: 22.0 ± 1.5 m / min) an der Woch 6 (19.2 ± 1.2 m / min an 22.2 ± 0.9 m / min, respektiv). Wéi virdru scho bericht, hunn MPTP-lesionéiert Mausen déi kee Fuedemstraining gemaach hunn kee spontan Erhuelung vum motoresche Verhalen mat hirer maximaler Geschwindegkeet vun 7.0 ± 0.3 m / min gewisen um Enn vun der 6-Woch Übungsperiod.5

Fig. 2 

Ausübung verbessert d'motorescht Verhalen an der MPTP Maus. Déi maximal Laafgeschwindegkeet vun Salzlinn (n = 12) an MPTP (n = 12) Mais op der motoriséierter Treadmill goufen um Enn vun all Woch getest. Déi bascht Treadmill Geschwindegkeet goufe gemooss virum MPTP-Läsion. ...

High-Intensity Treadmill Übung Erhéijung Striatal DA-D2R awer net DA-D1R Protein

Héichintensiv Treadmill Übung differenziell beaflosst DA-D2R an DA-D1R Niveauen an synaptoneurosomal Virbereedungen aus dem Dorsalstreatum wéi gewisen duerch Western blot Analyse (Figebam. 3). MPTP plus Trainingsmais haten 48.8% Steigerung vun der striatal DA-D2R am Verglach mat MPTP Musten (Fig. 3B), a bedeitend Interaktioun tëscht Ausübung an MPTP Läsioning op DA-D2R Protein Niveau (F(1,8) = 6.0; P & Si besteet; Ëmgedréit gouf et keen Übungseffekt op DA-D0.05R Protein Niveauen tëscht de Gruppen (Figur 3A; F(1,8) = 0.1, P = 0.78). MPTP lesioning eleng huet weder DA-D2R bedeitend geännert.F(1,8) = 0.0; P = 0.88) oder DA-D1R Ausdrock (F(1,8) = 0.0; P = 0.92). Zousätzlech, zwee verschidde Protein Markéierer vun der Midbrain dopaminergescher Faseren Integritéit, Tyrosinhydroxylase (TH; Abb. 3C) an Dopamintransporter (DAT; Fig. 3D), huet gewisen, datt MPTP bedeitend ofgeholl striatal TH Protein (F(1,8) = 757.3; P <0.05) an DAT Ausdrock (F(1,8) = 218.0; P & Si besteet;

Fig. 3 

Ausübe selektiv Up-reguléiert DA-D2R awer net DA-D1R striatal Protein. Panel (A) weist d'westlech Immunblot Analyse vu Synaptoneurosome Virbereedungen aus dem Dorsalstreatum fir DA-D1R Protein. Et war kee statistesch groussen Ënnerscheed tëscht ...

High-Intensity Treadmill Übung Erhéijung Striatal [18F] Fallypride Bindungspotential (BP)

Wärend Western Immunoblotting Analyse vum Rezeptor Protein Ausdrock gemooss Gesamt Antikörperepitopen (béid Uewerfläch an intern Zellular Geschäfter) an vivo PET-Imaging mat der Héichaffinitéit DA-D2R-spezifescher Radioligand [18F] fallypride kann d'Auswierkunge vun der Ausübung op der Disponibilitéit vun DA-D2R fir d'Land ze binden (Figebam. 4). Statistesch Analyse huet gewisen datt et e wesentlechen Effekt vun der Ausübung gouf (F(1,16) = 12.3; P <0.05) souwéi MPTP Läsion (F(1,16) = 160.3; P <0.05) ouni bedeitend Interaktioun tëscht MPTP an Exercice (F(1,16) = 3.5; P = 0.07) op [18F] fallypride BP. D'Bonferroni Post hoc Analyse huet bedeitend Differenzen an BP Wäerter tëscht MPTP an MPTP plus Übungsmais gewisen (t = 1.1, Df = 1, 16; P <0.01), a kee signifikanten Ënnerscheed tëscht Salz a Salin plus Übungsmais (t = 4.1, Df = 1, 16; P > 0.05). Spezifesch haten MPTP plus Übungsmais eng 73.1% Erhéijung vun [18F] fallypride BP am Verglach mat MPTP Musen (duerchschnëttlech BP Wäerter fir MPTP plus Ausübung: 7.1 ± 0.7; Duerchschnëtt BP Wäerter fir MPTP-Méis: 4.1 ± 0.3) (Fig. 4B). Zousätzlech, Salz Salz plus Übungsmais haten eng 8.2% Erhéijung vun [18F] fallypride BP (13.2 ± 1.0) am Verglach mat Salz Salzmause (12.2 ± 0.3). Konsequent mat dësen Erkenntnisser "Effektgréisst" Berechnunge weisen e méi héije Trainingseffekt tëscht MPTP Gruppen (ES = 2.61) wéi déi tëscht de Salzgruppen (ES = 0.94) observéiert.

Fig. 4 

Übung selektiv erhéijen [18F] fallypride verbindlech Potenzial (BP) am Striatum vun MPTP-Mais. Panel (A) weist [18F] fallypride BP representativ Biller an der koronaler Orientéierung (lénks Säit) an horizontaler Orientéierung (riets Säit). D'Skala Bar ...

Diskussioun

Dës Studie weist datt Héichintensiv Treadmill Übung féiert zu enger Erhéijung vun [18F] fallypride BP (DA-D2R Disponibilitéit) am Striatum vun MPTP behandelte Mais. Ëmgekéiert war et keng bedeitend Ännerung vun de totale striatal Dopamin Niveauen tëscht MPTP plus Übung am Verglach mat MPTP keng Übungsmais. [18F] fallypride ass en héich selektiven DA-D2 / D3R Antagonist deem säi BP reflektéiert en an vivo Mooss un verfügbare Rezeptoren (Bmax) / verbindlech Bezéiung (Kd). Als DA-D2Rs sinn déi predominant Dopamin Rezeptor Subtype bannent dorsal Striatum, eng Übungsinduséiert Erhéijung vun [18F] fallypride BP stellt eng Erhéijung vun der DA-D2R Zuel an ass ënnerstëtzt vun enger Erhéijung vun der Proteinausdrock mat Western Immunblotting an eise fréiere Studien déi eng Erhéijung vun der striatal DA-D2R mRNA Transkriptiounsausdrock mat Hëllef vun der Situatioun Hybridiséierung Histochemie weisen.5 Dës Interpretatioun vu BP Héicht gëtt weider ënnerstëtzt vum Fakt datt d'Verdrängung vun [18F] fallypride vun Dopamin ass net wahrscheinlech bei MPTP-Mais opzefänken, well d'Dopamin-Niveauen niddereg bleiwen.24 Duerfir, Verännerunge vun der scheinbar verbindlecher Affinitéit (Kd) sinn vernoléissegt an sinn onwahrscheinlech BP ze beaflossen. De verstäerkten Effekt vun der Ausübung bei MPTP-Mais ka reflektéieren e Versuch vum verletzten Gehir fir dopaminergesch Neurotransmissioun duerch erhéicht Receptor Zuel ze optimiséieren, während d'Dopaminniveauen bleiwen. Eng verstäerkte Reaktiounsfäegkeet vu MPTP-Méis op Übung verroden e méi grousst Potenzial vum verletzten versus dem intakte Gehir fir Neuroplastizitéit ze maachen, wat vläicht net wesentlech sinn wann de striatal Circuit intakt ass. D'Tatsaach datt d'Dopaminniveauen net wesentlech mat Übung bei MPTP-Mais veränneren, proposéiert datt kompenséierend Ännerungen an der DA-D2R kritesch sinn fir d'Ausübungsbesserte verbessert Motorleistung.

Mat Hëllef vu PET Imaging hu mir eng Ofsenkung vun DA-D2R BP observéiert no MPTP-Läsionéierung relativ zu Salz-behandelten Mais. Dëst war am Géigesaz zum Western Immunblotting an deem keng Ännerung am DA-D2R Proteinausdrock gouf observéiert. Den DA-D2R existéiert an engem dynamesche Gläichgewiicht tëscht Uewerfläch an intracelluläre Kompartimenter, mat deem Lescht net allgemeng verfügbar ass fir PET-Radioliganden ze bindelen. Am dopamin-depletéierte Staat kënne Kompensatiounsmechanismen zu Verännerunge vun der intrazellularer Pool fir DA-D2R féieren, wat fir [net verfügbar ass fir [18F] fallypride verbindlech awer nach verfügbar fir Detektioun am Western Immunblotting.

Am Géigesaz zu eise Resultater, gouf eng kompensatoresch Erhéijung vun der DA-D2R bei Individuen mat PD an no der Verwaltung vun MPTP bei nethuman Primaten, oder 6-OHDA bei Ratten gemellt.25 An der Literatur gëtt de Verloscht vun DA-D2Rs gemellt wéinst der Degeneratioun vun dopaminergesche Neuronen, wärend d'Erhéijung vun den DA-D2Rs d'Resultater vum verstäerkten Ausdrock op verbleiwen dopaminergesche Terminalen an / oder erhéicht Synthese bannent striatopallidal Neuronen oder cholinergesche interneuronen. Dës Diskrepanz tëscht eiser PET-Studie, an déi vun der Literatur, ka wéinst Differenzen an der Gravitéit vun der Läsion tëscht Studien entstoen.11 Besonnesch de Verloscht vun enger méi grousser Zuel vu presynapteschen DA-D2Rs duerch MPTP-induzéiert Zellverloscht ka genuch sinn fir eventuell postsynaptesch kompenséierend Ännerungen, déi eleng duerch d'Lesioun induzéiert goufen, opzeginn. Alternativ kënnt eis Onméiglechkeet eng Erhéijung vun DA-D2R BP ze observéieren an Ausdrockniveauen am MPTP (net-Übung) Mais kënne wéinst engem bescheidenen Erhuelung vun Dopaminniveauen um Enn vun der Studie sinn (82% Dopaminverarmung op 10 Deeg versus 68 % Entfettung op 42 Deeg Postlesion). Dëst ass awer onwahrscheinlech wéi d'MPTP plus Übungsmais, déi och e klengen Erhuelung vun Dopamin ugewisen hunn (net wesentlech anescht wéi den MPTP keng Übungsmais) haten eng DA-D2R BP Erhéijung.

D'Majoritéit vun DA-D1Rs an D2Rs ginn ausgedréckt op dendritesche Wirbels vun MSNs mat zousätzlech Rezeptoren ausgedréckt op cholinergesche interneuronen an Uschloss vun glutamatergeschen an dopaminergesche Neuronen aus der Cortex (oder Thalamus) a substantia nigra pars compacta, respektiv.26 Eng Haaptroll vun Dopamin ass d'Mortikostriatal oder thalamostriatal glutamatergesch Neurotransmissioun am MSN ze moduléieren. Glutamatergesch Neurotransmissioun gëtt duerch DA-D1Rs verbessert an duerch DA-D2Rs reduzéiert.27-29 Ënner Bedéngungen vun der Dopaminverarmung, Spinnen a synaptesch Verbindunge ginn selektiv op DA-D2R verluer mat MSNs vum indirekten Wee.30 Dëse Verloscht ass begleet mat engem hyperexcitabilitéitszoustand bannent de MSNs wéinst verstäerkter glutamatergescher corticostriatal Neurotransmissioun.31-33 An Déierenmodeller vu PD, ass dëst erhéicht glutamatergescht Drive korreléiert mat parkinson-ähnlechem motoresche Verhalen.34 Dämpfung vun dësem hyperexcitablen Zoustand duerch d'Applikatioun vun Dopamin oder seng Agonisten féiert zum Réckgang vu parkinsonmotoren Defiziter.35,36 Am Liicht vun dëse Berichter an eis Resultater, hypothéiren mir datt d'Virdeeler vun enger héijer Intensitéit Übung sinn dopaminergesch Signaliséierung duerch erhéicht DA-D2R Ausdrock am indirekten Wee ze verbesseren (awer net den DA-D1R direkten Wee) an d'Motor Funktioun duerch ze verbesseren Ennerdréckung vun der glutamatergescher excitabilitéit.

Déi primär Konklusioun vun eiser Studie ass datt Übung a Form vun intensiver Treadmill-Lafen erliichtert Neuroplastizitéit duerch erhöhte Ausdrock vu striatal DA-D2Rs, e Prozess deen am evidentsten am verletzten Gehir ass. Baséierend op eise Resultater, huet eng net-invasiv PET-Imaging Approche mat [18F] fallypride ka benotzt ginn fir z'ënnersichen ob intensiv Treadmill Übung och zu Ännerungen am DA-D2R bei Individuen mat PD féiert. Eis Studie beliicht de Wäert vun der preklinescher Fuerschung an Déierenmodeller vun der Dopaminverarmung an d'Wichtegkeet vun der translationeller Fuerschung fir béid Begrënnung an Asiicht zur Verständnis vu Imaging an Ausübungsstudien an Individuen mat PD ze liwweren.

Arbeschterlidder

Dës Aarbecht gouf mat engem Zouschlag vum USC CTSI Full Pilot Grant Programm ënnerstëtzt, a generéis Fongen vun der Parkinson Krankheet Krankheet, Team Parkinson (Los Angeles), der Parkinson Alliance, dem Whittier Parkinson Disease Education Group, NINDS RO1 NS44327-1, NIA ( AG 21937) an d'US Arméi NETRP W81XWH-04-1-0444. MGV ass en Empfänger vum USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship. Mir wënschen dem Ryan Park an dem Dr Peter Conti vum USC Small Animal Imaging Core Merci fir Ënnerstëtzung mat der Mikro-PET Imaging an dem Dr Rex Moats vum Small Animal Imaging Research Core am Saban Research Institute fir Ënnerstëtzung mat der Maus MRI. Mir soe dem Yi-Hsuan (Lilian) Lai Merci fir d'Hëllef beim Treadmill-Übung, an den Avery Abernathy fir seng Expertise an der HPLC Analyse. Mir soen de Frënn vun der USC Parkinson Disease Research Group mat abegraff George a MaryLou Boone, Walter a Susan Doniger, an Roberto Gonzales fir hir generéis Ënnerstëtzung.

Noten

 

Potenziell Interessekonflikt: Näischt ze mellen.

Notiz an de Beweis gesat: Dësen Artikel gouf online op 19 Oktober 2010 publizéiert. E Feeler gouf spéider identifizéiert. Dës Notiz ass an den Online- a Printversioune mat abegraff fir ze weisen datt béid korrigéiert goufen.

Finanzéirend Disclosures: USC Neuroscience Graduate Program Merit Fellowship (MV), NINDS RO1 NS44327-1 (MV, CW, JW, MJ an GP), USC CTSI Full Pilot Grant Programm (QL, AN, MJ, GP).

Autor Rollen: All Autoren waren instrumental fir dëst Manuskript ze generéieren. Fuerschung Project Konzeptioun: GP, BF, MJ, RL, JW. Ausféierung vum Projet: MV, QL, AN, CW, MJ, GP. Datesammlung, Veraarbechtung, Statistesch Analyse: MV, QL, BF, AN, RL, MJ, GP. Manuskript Virbereedung: MV, QL, BF, RL, JW, MJ, GP.

Referenze

1. Bergen JL, Toole T, Elliott RGr, Wallace B, Robinson K, Maitland CG. Aerob Übung Interventioun verbessert aerobesch Kapazitéit a Bewegungsinitiatioun bei Parkinson Krankheet Patienten. NeuroRehabilitatioun. 2002; 17: 16 – 168. [PubMed]
2. Comella CL, Stebbins GT, Brown-Toms N, Goetz CG. Kierperlech Therapie a Parkinson Krankheet: e kontrolléiert klineschen Test. Neurologie. 1994; 44 (3 Deel 1): 376 – 378. [PubMed]
3. Schenkman M, Hall D, Kumar R, Kohrt WM. Ausdauer Übungstraining fir d'Wirtschaft vu Bewegung vu Leit mat Parkinson Krankheet ze verbesseren: dräi Fallberichter. Phys Ther. 2008; 88: 63 – 76. [PubMed]
4. Pothakos K, Kurz MJ, Lau YS. Restaurativ Effekt vun Ausdauer Übung op Verhalensdefiziter am chronesche Mausmodell vun der Parkinson Krankheet mat schwéieren Neurodegeneratioun. BMC Neurosci. 2009; 10: 1 – 14. [PMC gratis Artikel] [PubMed]
5. Fisher BE, Petzinger GM, Nixon K, et al. Ausübungsinduséiert Verhale Erhuelung an Neuroplastizitéit an der 1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin-lesionéiert Maus Basal Ganglia. J Neurosci Res. 2004; 77: 378 – 390. [PubMed]
6. Petzinger GM, Walsh JP, Akopian G, et al. Effekter vun der Treadmill-Übung op dopaminergescher Iwwerdroung am 1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin-lesionéierte Mausmodell vun der Basaler Ganglia Verletzung. J Neurosci. 2007; 27: 5291 – 5300. [PubMed]
7. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS, et al. PET-Studien iwwer d'Auswierkunge vun der aerobescher Übung op d'mënschlecher striatal Dopamin Verëffentlechung. J Nucl Med. 2000; 41: 1352 – 1356. [PubMed]
8. Ginovart N, Farde L, Halldin C, Swahn CG. Effekt vun der reserpin-induzéierter Entféierung vu synapteschen Dopamin op [11C] Racloprid bindend zu D2-Dopamin Rezeptoren am Monkey Gehir. Synapse. 1997; 25: 321 – 325. [PubMed]
9. Mukherjee J, Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mantil J. Evaluatioun vun der Dopamin D-2 Rezeptor Besetzung duerch Clozapin, Risperidon, an Haloperidol in vivo am Nager an nethuman Primat Gehir mat 18F-fallypride. Neuropsychopharmakologie. 2001; 25: 476 – 488. [PubMed]
10. Honer M, Bruhlmeier M, Missimer J, Schubiger AP, Ametamey SM. Dynamesch Imaging vu striatal D2 Rezeptoren bei Mais mat Quad-HIDAC PET. J Nucl Med. 2004; 45: 464 – 470. [PubMed]
11. Falardeau P, Bedard PJ, Di Paolo T. Relatioun tëscht Gehir Do-Pamin Verloscht an D2 Dopamin Rezeptor Dicht an MPTP Affeien. Neurosci Lett. 1988; 86: 225 – 229. [PubMed]
12. Mukherjee J, Yang ZY, Brown T, et al. Virleefeg Bewäertung vun extrastriatalen Dopamin D-2 Rezeptor Bindung an der Nager an nethumaner Primerbrein mat Hëllef vun der héijer Affinitéit Radioligand, 18F-fallypride. Nucl Med Biol. 1999; 26: 519 – 527. [PubMed]
13. Christian BT, Narayanan TK, Shi B, Mukherjee J. Quantitéierung vun striatal an extrastriatal D-2 Dopamin Rezeptoren mat PET Imaging vu [(18) F] fallypride an nethuman Primaten. Synapse. 2000; 38: 71 – 79. [PubMed]
14. Qi J, Leahy RM, Cherry SR, Chatziioannou A, Farquhar TH. Héichresuululéierung 3D Bayesesch Bildrekonstruktioun mat Mikro-PET Kleng-Déier Scanner. Phys Med Biol. 1998; 43: 1001 – 1013. [PubMed]
15. Ichise M, Toyama H, Innis RB, Carson RE. Strategien fir Schätzung vun der Neuroreceptor Parameter duerch eng linear Regressiounsanalyse. J Cereb Bluttfluss Metab. 2002; 22: 1271 – 1281. [PubMed]
16. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Verdeelungsvolumen Verhältnisser ouni Bluttversuch aus grafescher Analyse vu PET-Daten. J Cereb Bluttfluss Metab. 1996; 16: 834 – 840. [PubMed]
17. Studholme C, Hill DL, Hawkes DJ. Automatiséiert dreidimensional Aschreiwung vun magnetescher Resonanz a Positron Emissioun Tomographie Gehirbilder duerch Multiresolutioun Optimiséierung vu Voxel Ähnlechkeetsmoossnamen. Med Phys. 1997; 24: 25 – 35. [PubMed]
18. Mintun MA, Raichle ME, Kilbourn MR, Wooten GF, Welch MJ. E quantitativen Modell fir d'In vivo Bewäertung vun Drogenbindingssiten mat Positron-Emissiounstomographie. Ann Neurol. 1984; 15: 217 – 227. [PubMed]
19. Lammertsma AA, Hume SP. Vereinfacht Referenz Otemschwieregkeeten fir PET Rezeptor Studien. Neuroimage. 1996; 4 (3 Deel 1): 153 – 158. [PubMed]
20. Paxinos G, Franklin KBJ. De Maus Gehir a stereotaxesche Koordinaten. 2. New York: Akademesch Press; 2001.
21. Johnson MW, Chotiner JK, Watson JB. Isolatioun a Charakteriséierung vu Synaptoneurosomen aus eenzel Ratten Hippocampal Slices. J Neurosci Methoden. 1997; 77: 151 – 156. [PubMed]
22. Laemmli UK. Spaltung vu strukturelle Proteine ​​wärend der Versammlung vum Kapp vun der Bakteriofage T4. Natur. 1970; 227: 680 – 685. [PubMed]
23. Thomas JR, Salazar W, Landers DM. Wat feelt am p <05? Effekt Gréisst. Res Q Exercice Sport. 1991; 62: 344-348. [PubMed]
24. Cropley VL, Innis RB, Nathan PJ, et al. Klengen Effekt vun der Dopamin Verëffentlechung an keen Effekt vun der Dopamin-Entarmung op [(18) F] fallypride Bindung bei gesonde Mënsch. Synapse. 2008; 62: 399 – 408. [PubMed]
25. Hurley MJ, Jenner P. Wat gouf aus der Studie vun Dopamin Rezeptoren an der Parkinson Krankheet geléiert? Pharmacol Ther. 2006; 111: 715 – 728. [PubMed]
26. Smith Y, Villalba R. Striatal an extrastriatal Dopamin an der Basalganglia: Eng Iwwersiicht vu senger anatomescher Organisatioun bei normalen an Parkinson-Gehirer. Mov Disord. 2008; 23 (Suppl 3): S534 – S547. [PubMed]
27. Cepeda C, Buchwald NA, Levine MS. Neuromodulatoresch Handlungen vun Dopamin am Neostriatum sinn ofhängeg vun den excitatoreschen Aminosaier Rezeptor Subtypen aktivéiert. Proc Natl Acad Sci USA. 1993; 90: 9576 – 9580. [PMC gratis Artikel] [PubMed]
28. Levine MS, Altemus KL, Cepeda C, et al. Moduléierend Handlungen vun Dopamin op NMDA Rezeptor-mediéierten Äntwerte ginn an D1A-defizient Mutant Musse reduzéiert. J Neurosci. 1996; 16: 5870 – 5882. [PubMed]
29. Umemiya M, Raymond LA. Dopaminergesch Modulatioun vun excitatoreschen postsynaptesche Stréimunge bei Rott neostriatal Neuronen. J Neurophysiol. 1997; 78: 1248 – 1255. [PubMed]
30. Dag M, Wang Z, Ding J, et al. Selektiv Eliminatioun vu glutamatergesche Synaps op striatopallidal Neuronen an de Parkinson Krankheet Modeller. Nat Neurosci. 2006; 9: 251 – 259. [PubMed]
31. VanLeeuwen JE, Petzinger GM, Walsh JP, Akopian GK, Vuckovic M, Jakowec MW. Geännert AMPA Rezeptor Ausdrock mat Treadmill Übung am 1-Methyl-4-Phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin-lesionéierte Mausmodell vun der Basaler Ganglia Verletzung. J Neurosci Res. 2010; 88: 650 – 668. [PubMed]
32. Hernandez-Echeagaray E, Starling AJ, Cepeda C, Levine MS. Modulatioun vun AMPA Stréimunge vun D2 Dopamin Rezeptoren a striatal mëttelgrousse Schwäin Neuronen: sinn Dendriten néideg? Eur J Neurosci. 2004; 19: 2455 – 2463. [PubMed]
33. Surmeier DJ, Ding J, Day M, Wang Z, Shen W. D1 an D2 Dopamin-Rezeptor Modulatioun vu striatal glutamatergesche Signaliséierung bei striatal mëttelgrousse Neuronen. Trends Neurosci. 2007; 30: 228 – 235. [PubMed]
34. Calabresi P, Mercuri NB, Sancesario G, Bernardi G. Elektrophysiologie vun dopamin-denervéierte striatal Neuronen. Implikatioune fir Parkinson. Gehir. 1993; 116 (Deel 2): 433 – 452. [PubMed]
35. Ballion B, Frenois F, Zold CL, Chetrit J, Murer MG, Gonon F. D2 Rezeptor Stimulatioun, awer net D1, restauréiert de streatal Gläichgewiicht an engem Ratmodell vum Parkinsonismus. Neurobiol Dis. 2009; 35: 376 – 384. [PubMed]

36. Calabresi P, Pisani A, Centonze D, Bernardi G. Synaptesch Plastizitéit a physiologesch Interaktiounen tëscht Dopamin a Gluta