α5-alayksikön sisältävät asetyylikoliinin nikotiinireseptorit motoriikan säätelyssä

The α5 subunit of nicotinic acetylcholine receptors forms functional receptors with other subunits as a structural subunit. It affects the structural and functional properties of the nicotinic receptor by increasing calcium permeability and accelerating desensitization. In the mammalian brain, the α5 mRNA is widely expressed, mostly in substantia nigra pars compacta, ventral tegmental area and interpeduncular nucleus. Its protein has been identified in various distinct brain areas, such as striatum, cortex and medial habenula. In the dorsal striatum partaking in motor functions, the α5 subunit modulates the release of dopamine, thus it is believed to have an impact on motor function. In the experimental part of the thesis mice lacking the α5 subunit were injected unilaterally with neurotoxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA) in the striatum. The purpose was to determine the importance of the subunit with regard to the lesion extent and motor function. The motor functions of α5-deficient and wild type control mice were assessed in amphetamine- and apomorphine-induced rotametry. After the tests the mice were euthanized and their substantia nigra and striatal brain samples were collected for further analysis. The number of dopamine cells in the medial and dorsal tier of substantia nigra were determined, so as to quantify the extent of the lesions and to explain the research group's previous finding about the α5-deficient mice spinning less ipsilaterally in amphetamine induced rotametry. The α5-deficient mice were found to turn less ipsilaterally compared to the control mice in the amphetamine-induced rotametry and in the apomorphine-induced rotametry, first less contralaterally and subsequently more contralaterally than the control mice. The results of male mice, that were less in number, were excluded from the results as the difference between genders was significant in the wild type mice in the amphetamine-induced rotametry. There was no significant difference in the number of remaining dopamine cells between the genotypes after the lesioning in either of the areas of interest. However, the wild type mice tended to have less cells remaining in the medial tier of the substantia nigra. The observed differences between the genotypes in the rotametries could be accounted by differences in the amount of dopamine released from striatal neurons or differences in striatal dopamine receptor quantities or function. The results support the hypothesis about the contribution of the α5 subunit containing acetylcholine nicotinic receptors in motor function.Asetyylikoliinin nikotiinireseptorien α5-alayksikkö osallistuu reseptorimuodostukseen rakenteellisena alayksikkönä. Se muuttaa reseptorin rakenteellisia ja toiminnallisia ominaisuuksia esimerkiksi kasvattamalla niiden läpäisevyyttä kalsiumille ja nopeuttamalla niiden desensitisaatiota. Nisäkkäiden aivoissa α5-alayksikön mRNA:ta ilmentyy eniten mustatumakkeen pars compactassa, ventraalisella tegmentaalialueella ja interpedunkulaaritumakkeessa. Sen proteiinia on tunnistettu olevan useilla eri aivoalueilla, kuten striatumissa, aivokuorella ja mediaalisessa habenulassa. α5-alayksikkö vaikuttaa motorisiin toimintoihin osallistuvassa dorsaalisessa striatumissa dopamiinin vapautumisen säätelyyn, jossa sen uskotaan säätelevän motorisia toimintoja. Tutkimuksen kokeellisessa osassa α5-poistogeenisille hiirille tehtiin toispuoleinen dopamiinihermosoluvaurio dorsaaliseen striatumiin 6-hydroksidopamiinilla (6-OHDA). Työn tarkoituksena oli selvittää α5-alayksikön osallisuus leesioinnin onnistumiseen ja motoriikan säätelyyn. α5-poistogeenisten ja villityypin hiirien motoriikkaa mitattiin amfetamiinilla ja apomorfiinilla aikaansaaduissa rotametriakokeissa. Rotametriakokeiden jälkeen hiiret lopetettiin ja niiden keskiaivoista määritettiin mustatumakkeen alueen dopamiinihermosolujen määrät mustatumakkeen mediaaliselta ja dorsaaliselta alueelta. Solulaskennan tarkoituksena oli määrittää 6-OHDA:lla tehdyn leesion laajuus ja selittää tutkimusryhmän aikaisempi havainto α5-poistogeenisten hiirten leesioinnin jälkeisestä vähäisemmästä amfetamiinin aiheuttamasta pyörimisestä vaurion suuntaan eli ipsilateraalisesti. α5-poistogeenisten hiirten havaittiin pyörivän amfetamiinilla aikaasaadussa rotametriakokeessa villityypin hiiriä vähemmän vaurion suuntaan ja apomorfiinilla aikaansaadussa rotametriakokeessa ensin villityypin hiiriä vähemmän ja lopuksi niitä enemmän vauriosta poispäin eli kontralateraalisesti. Pienempilukumääräisten urospuolisten hiirten tulokset jätettiin pois molemmista rotametriatuloksista, sillä villityypin hiirillä havaittiin sukupuolten välillä tilastollisesti merkitsevä ero amfetamiinilla aikaansaadussa rotametriakokeessa. Solulaskennassa ei havaittu tilastollisesti merkitseviä eroja mustatumakkeen mediaalisessa eikä dorsaalisessa osassa genotyyppien välillä, vaikka villityypin hiirillä näyttikin olevan mediaalisella alueella vähemmän soluja jäljellä 6-OHDA-leesioinnin jälkeen. Havaitut erot pyörimiskäyttäytymisessä voivat johtua myös genotyyppien välisistä eroista striatumissa vapautuvan dopamiinin määrissä tai eroista striatumin dopamiinireseptorien määrissä tai toiminnassa. Saadut tulokset tukevat käsitystä, että α5-alayksikön sisältämät nikotiinireseptorit osallistuvat motoriikan säätelyyn

Attenuated dopaminergic neurodegeneration and motor dysfunction in hemiparkinsonian mice lacking the alpha 5 nicotinic acetylcholine receptor subunit

Preclinical studies suggest the involvement of various subtypes of nicotinic acetylcholine receptors in the pathophysiology of Parkinson's disease, a neurodegenerative disorder characterized by the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNC). We studied for the first time the effects of alpha 5 nicotinic receptor subunit gene deletion on motor behavior and neurodegeneration in mouse models of Parkinson's disease and levodopa-induced dyskinesia. Unilateral dopaminergic lesions were induced in wild-type and alpha 5-KO mice by 6-hydroxydopamine injections into the striatum or the medial forebrain bundle. Subsequently, rotational behavior induced by dopaminergic drugs was measured. A subset of animals received chronic treatments with levodopa and nicotine to assess levodopa-induced dyskinesia and antidyskinetic effects by nicotine. SNC lesion extent was assessed with tyrosine hydroxylase immunohistochemistry and stereological cell counting. Effects of alpha 5 gene deletion on the dopaminergic system were investigated by measuring ex vivo striatal dopamine transporter function and protein expression, dopamine and metabolite tissue concentrations and dopamine receptor mRNA expression. Hemiparkinsonian alpha 5-KO mice exhibited attenuated rotational behavior after amphetamine injection and attenuated levodopa-induced dyskinesia. In the intrastriatal lesion model, dopaminergic cell loss in the medial cluster of the SNC was less severe in alpha 5-KO mice. Decreased striatal dopamine uptake in alpha 5-KO animals suggested reduced dopamine transporter function as a mechanism of attenuated neurotoxicity. Nicotine reduced dyskinesia severity in wild-type but not alpha 5-KO mice. The attenuated dopaminergic neurodegeneration and motor dysfunction observed in hemiparkinsonian alpha 5KO mice suggests potential for alpha 5 subunit-containing nicotinic receptors as a novel target in the treatment of Parkinson's disease. (C) 2018 The Authors. Published by Elsevier Ltd.Peer reviewe