Measuring serotonin synthesis: from conventional methods to PET tracers and their (pre)clinical implications

The serotonergic system of the brain is complex, with an extensive innervation pattern covering all brain regions and endowed with at least 15 different receptors (each with their particular distribution patterns), specific reuptake mechanisms and synthetic processes. Many aspects of the functioning of the serotonergic system are still unclear, partially because of the difficulty of measuring physiological processes in the living brain. In this review we give an overview of the conventional methods of measuring serotonin synthesis and methods using positron emission tomography (PET) tracers, more specifically with respect to serotonergic function in affective disorders. Conventional methods are invasive and do not directly measure synthesis rates. Although they may give insight into turnover rates, a more direct measurement may be preferred. PET is a noninvasive technique which can trace metabolic processes, like serotonin synthesis. Tracers developed for this purpose are α-[11C]methyltryptophan ([11C]AMT) and 5-hydroxy-L-[β-11C]tryptophan ([11C]5-HTP). Both tracers have advantages and disadvantages. [11C]AMT can enter the kynurenine pathway under inflammatory conditions (and thus provide a false signal), but this tracer has been used in many studies leading to novel insights regarding antidepressant action. [11C]5-HTP is difficult to produce, but trapping of this compound may better represent serotonin synthesis. AMT and 5-HTP kinetics are differently affected by tryptophan depletion and changes of mood. This may indicate that both tracers are associated with different enzymatic processes. In conclusion, PET with radiolabelled substrates for the serotonergic pathway is the only direct way to detect changes of serotonin synthesis in the living brain

Assessment of Serotonergic Function by Radioligands and Microdialysis:focus on stress-related behaviour and antidepressant efficacy

Serotonine is een chemische stof die betrokken is bij het doorgeven van signalen in de hersenen en speelt o.a. een rol bij het regelen van de gemoedstoestand, zoals in depressie. De meeste antidepressiva zijn erop gericht om serotonine concentraties in het menselijk brein te verhogen, maar deze geneesmiddelen lijken bij een deel van de patiënten niet erg goed te werken. De reden hiervan is niet duidelijk. Daarom is het van belang om te kunnen meten wat er met de signaaloverdracht door serotonine gebeurt onder invloed van stress en na behandeling met antidepressiva. Een methode om dit op een non-invasieve manier te meten is met positron emissie tomografie (PET). De studies die in dit poefschrift worden beschreven betreffen de validatie van radioactief gemerkte chemische stoffen, of PET tracers, die de aanmaak van serotonine ([11C]5-HTP) en de gevoeligheid van 5-HT2A receptoren voor serotonine ([11C]MDL 100907) in de hersenen kunnen meten. De laatstgenoemde stof bleek zeer geschikt. Hiermee hebben we aangetoond dat 5-HT2A receptoren waarschijnlijk geen essentiële rol spelen bij het omgaan met stress (coping style) en de reactie hierop. Daarnaast hebben we gekeken of de effectiviteit van antidepressiva verbeterd kan worden door aan serotonine heropname remmers (SSRIs) een specifieke 5-HT2C receptor blokker toe te voegen. Door deze geneesmiddelcombinatie lijken de niveaus van zowel serotonine als dopamine, een neurotransmitter betrokken bij motivatie, in de hersenen te kunnen worden verhoogd. PET lijkt een veelbelovende methode om serotonine signaaloverdracht te meten. Toekomstig onderzoek zal moeten uitwijzen of andere onderdelen betrokken bij serotonine signaaloverdracht belangrijk zijn voor stressgerelateerd gedrag. Daarnaast is het van belang om de effecten van antidepressiva op serotonine signaaloverdracht te meten en deze te relateren aan veranderingen in gedrag en gemoedstoestand