Endogeeninen GDNF dopamiinijärjestelmän säätelijänä : tutkimusvälineenä amfetamiini
| Title: | Endogeeninen GDNF dopamiinijärjestelmän säätelijänä : tutkimusvälineenä amfetamiini |
| Author(s): | Pulkkinen, Nita |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Pharmacy |
| Discipline: | Pharmacology |
| Language: | Finnish |
| Acceptance year: | 2013 |
| Abstract: |
Amphetamine and its derivatives are widely used as medicines but also abused as psychostimulant drugs. The most important action of amphetamine in the central nervous system is to release dopamine to the extracellular space which leads to enhanced dopaminergic neurotransmission. Amphetamine also releases serotonin and norepinephrine by similar mechanisms and it affects indirectly other neurotransmitter systems too. It still remains partly unsolved how amphetamine exactly releases monoamines but it is known to have multiple sites of action.
Amphetamine is a substrate for dopamine transporter (DAT) and it acts as a competitive inhibitor of the transporter reducing uptake of dopamine. Amphetamine enters the cell mainly through DAT and partly by diffusing through the cell membrane. The drug induces changes in DAT leading to reverse transport of dopamine from the cytoplasm into the synaptic cleft through DAT. Amphetamine is also substrate for vesicular monoamine transporter 2 (VMAT2) preventing the uptake of dopamine into storage vesicles and promoting its release from the vesicles to cytoplasm. Additionally, amphetamine inhibits monoamine oxidase (MAO), enzyme which degrades monoamines. It also enhances dopamine synthesis and according to recent studies amphetamine augments exocytotic dopamine release.
Drug addiction is a chronic disorder related to structural and functional adaptive changes of neurons, called neuronal plasticity. GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor) is one of the many molecules regulating plasticity. It is especially important to the dopaminergic system and some investigations have suggested that it has potential as a protective agent against addiction. The aim of this study was to investigate how the overexpression of endogenic GDNF affects dopaminergic system and how it changes drug responses. A hypermorphic mouse strain (GDNFh), which is overexpressing physiological GDNF, was used. Their wild-type littermates were used as controls. Using brain microdialysis it was measured how the extracellular dopamine concentration changes in striatum and nucleus accumbens (NAcc) after amphetamine stimulation. Amphetamine was administered straight to the brain through the microdialysis probe. Microdialysis was performed on days 1 and 4, and on days 2 and 3 the mice were given amphetamine intraperitoneally. This was done to find out if the response to amphetamine changed after repeated dosing. In addition to these experiments, the biological activity of three small-molecule GDNF mimetics in intact brains was tested by microdialysis.
On the first day amphetamine increased striatal dopamine output more in the heterozygous GDNFh mouse than in the wild-type mice. This stronger reaction to amphetamine may be explained by the enhanced activity of DAT in the GDNFh-het mice leading to higher intracellular amphetamine concentration. Also the striatal dopamine levels are increased in the GDNFh-het. On the fourth day no differences were detected between the genotypes. In the NAcc no significant difference was found between the genotypes. Instead in NAcc amphetamine caused a smaller increase in the dopamine output on day 4 than on day 1 in both genotypes suggesting that tolerance was developed. These results confirm that endogenic GDNF has a remarkable role in the regulation of the dopamine system and hence addiction but further investigations are needed to clarify its versatile actions. The small-molecule GDNF mimetics increased striatal dopamine output thus showing biological activity and encouraging to further investigations.
Amfetamiinia ja sen monia johdannaisia käytetään sekä lääkkeinä että stimuloivina huumausaineina. Amfetamiinin merkittävin vaikutus keskushermostossa on voimakas dopamiinin vapautuminen ulos soluista, mikä johtaa dopaminergisen hermovälityksen tehostumiseen. Amfetamiini vaikuttaa samoin myös noradrenaliinin ja serotoniin vapautumiseen, ja epäsuorasti muihinkin välittäjäainejärjestelmiin. Amfetamiinin tarkka vaikutusmekanismi ei ole edelleenkään täysin selvä, mutta sen tiedetään vaikuttavan moniin solunosiin ja hermovälityksen säätelymekanismeihin.
mfetamiini on dopamiinitransportterin (DAT) substraatti, ja toimii sen kilpailevana inhibiittorina vähentäen näin dopamiinin takaisinottoa soluihin. Kulkeuduttuaan soluun amfetamiini saa aikaan muutoksia DAT:n toiminnassa, jolloin dopamiinia alkaakin kulkeutua DAT:n kautta ulos solusta. Amfetamiini on myös vesikulaarisen monoamiinitransportteri-2:n (VMAT2) substraatti ja kykenee vapauttamaan dopamiinia solunsisäisistä varastorakkuloista lisäten vapaan dopamiinin pitoisuutta solussa. Lisäksi amfetamiini estää dopamiinin metaboliaa monoamiinioksidaasin (MAO) kautta, lisää dopamiinin synteesiä sekä uusimpien tutkimusten mukaan lisää dopamiinihermosolujen aktiivisuutta ja dopamiinin eksosytoottista vapautumista.
Huumausaineriippuvuus on krooninen sairaus, johon liittyy hermoston plastisia muutoksia. GDNF eli gliasolulinjaperäinen hermokasvutekijä on yksi, erityisesti dopamiinijärjestelmän kannalta tärkeä, plastisuutta säätelevä molekyyli, jolla on toivottu olevan jopa riippuvuudelta suojaavia ominaisuuksia. Tässä erikoistyössä tutkittiin, miten endogeenisen GDNF:n ylituotanto vaikuttaa dopamiinijärjestelmään ja erityisesti, millaisina muutoksina tämä näkyy reagoinnissa huumausaineelle. Tutkimuksessa käytettiin endogeenistä GDNF:ää normaalia enemmän ilmentävää hypermorfista hiirikantaa (GDNFh), ja verrokkeina samojen poikueiden villityypin hiiriä. Kokeissa mitattiin mikrodialyysin avulla, miten striatumin ja accumbens-tumakkeen solunulkoinen dopamiinipitoisuus muuttuu amfetamiinistimulaation seurauksena. Amfetamiini annosteltiin suoraan aivoihin mikrodialyysikoettimen kautta. Mikrodialyysi tehtiin kullekin eläimelle koepäivinä 1 ja 4. Välipäivinä hiirille annosteltiin amfetamiinia intraperitoneaalisesti. Tarkoituksena oli selvittää, muuttuuko aivojen dopamiinivaste toistetun amfetamiinistimulaation seurauksena. Lisäksi erikoistyössä tutkittiin mikrodialyysin avulla kolmen pienmolekyylisen GDNF:ää matkivan yhdisteen biologista aktiivisuutta intakteissa aivoissa.
GDNFh-heterotsygooteilla solunulkoinen dopamiinipitoisuus nousi striatumissa ensimmäisenä koepäivänä enemmän kuin villityypin hiirillä, eli ne reagoivat amfetamiinille villityypin hiiriä voimakkaammin. DAT-aktiivisuuden on todettu olevan näillä hypermorfisilla hiirillä normaalia suurempi, jolloin amfetamiini kulkeutuu soluihin tehokkaammin. Lisäksi dopamiinin kudospitoisuus striatumissa on korkeampi kuin villityypin hiirillä, joten suuremmat dopamiinivarastot mahdollistavat runsaamman vapautumisen. Neljäntenä koepäivänä genotyyppien välistä eroa ei kuitenkaan enää havaittu. Accumbens-tumakkeen mikrodialyysissä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa genotyyppien välillä. Tällä aivoalueella sen sijaan vaikutti kehittyvän toleranssia amfetamiinille, sillä neljäntenä koepäivänä dopamiinia vapautui molemmilla genotyypeillä vähemmän kuin ensimmäisenä. Kokeiden tulokset vahvistavat GDNF:llä olevan merkittävän roolin dopamiinijärjestelmän ja riippuvuuden säätelyssä. Riippuvuudelta suojaavaa vaikutusta ei kuitenkaan havaittu. Tutkitut pienmolekyyliset GDNF-mimeetit osoittivat biologista aktiivisuutta antaen jatkotutkimuksille aihetta.
|
| Keyword(s): | GDNF amfetamiini dopamiini vaikutusmekanismi mikrodialyysi riippuvuus |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Gradu_Pulkkinen_Nita_2013.pdf | 1.184Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Pharmacy [577]