ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΓΕΝΝΗΣΗ, ΘΑΝΑΤΟΣ, ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΚΑΙ ΡΗΞΕΙΣ ΤΟΥ DNA ΣΤΟ ΝΕΥΡΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ

ΚΕΦ. (6) ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ ΓΛΟΥΤΑΜΙΝΙΚΟΥ

Η γλουταμινική ρύθμιση της έκφρασης των νευρο -ινιδίων και άθροισης σε καλλιέργειες κυττάρων ΝΜ ερευνήθηκε από τους Vartiainen et al (1999). Η έρευνα έδειξε ότι η ενεργοποίηση των ΑΜΡΑ/ Kainate υποδοχέων γλουταμικού μειώνει την έκφραση του mRNA των νευρο - ινιδίων και την φωσφορυλίωση των νευρο -ινιδίων σε νευρώνες του ΝΜ, μέσω μηχανισμού που περιλαμβάνει ενεργοποιημένους τασεοευαίσθητους διαύλους Ca++. Ο αποκλεισμός των υποδοχέων αυτών δείχνει να διαταράσσει την αξονική μεταφορά (ώση) στα νευρο - ινίδια. Οι υποδοχείς ΑΜΡΑ/ Kainate μεσολαβούν σε χρόνια γλουταμινικό θάνατο σε κινητικούς νευρώνες του ΝΜ και οι υποδοχείς αυτοί φαίνεται να μεσολαβούν στην παθογένεια της πλάγιας μυατροφικής σκλήρωσης (ALS), η παρατηρηθείσα αλλαγή στην φωσφορυλίωση των νευρο - ινιδίων και στην διανομή μπορεί να συμβάλλει στην παθογένεια χρόνιων νόσων του κινητικού νευρώνα.

Στο ALS η γλουταμινεργική νευροδιαβίβαση διαταράσσεται και αυτό υποδηλώνει ειδική εκφύλιση στους κινητικούς νευρώνες. Έρευνες έχουν δείξει την μη φυσιολογική uptake, μεταβολισμό και αυξημένη συγκέντρωση γλουταμικού στο ΕΝΥ (CSF), καθώς και εκλεκτική απώλεια του γλουταμικού μεταφορέα νευρογλοίας GLT1 σε ασθενείς με ALS. Μερικές σειρές γενετικά τροποποιημένων ποντικών με υπερέκφραση της ΑLS συνδεόμενη με μετάλλαξη στην Cu/Zn υπεροξειδισμουτάση δείχνουν πάλι μειωμένα επίπεδα του GLT1 στον ΝΜ κατά την διάρκεια της ασθένειας. Παράλληλα, η νευροτοξικότητα του ΕΝΥ στο ALS, σε καλλιέργειες, μπλοκάρεται με ανταγωνιστές υποδοχέων γλουταμικού ΑΜΡΑ/ Kainate και σύνδρομα με εκδήλωση προεξάρχουσα στο κινητικό σύστημα σχετίζονται με τοξίνες που επηρεάζουν τους παραπάνω υποδοχείς.

Παράλληλα, η parkin είναι ένα τμήμα του SCF - like ubiquitine λιγκάση σύμπλοκο και προστατεύει μεταμιτωτικούς νευρώνες από την τοξικότητα (excitoxicity) του kainate υποδοχέα του γλουταμικού. Μεταλλάξεις στο parkin (γονίδιο που κωδικοποιεί μια RING domain πρωτεΐνη που σχετίζεται με την ενέργεια της ubiquitine λιγκάσης) οδηγεί σε υποχωρητική νόσο του Πάρκινσον που χαρακτηρίζεται από απώλεια ντοπαμινεργικών νευρώνων στον μεσεγκέφαλο.

Σε έρευνα των Staropoli et al (2003) εδείχθη ότι η parkin λειτουργεί σε ένα πολυπρωτεϊνικό ubiquitin λιγκάση σύμπλοκο που περιλαμβάνει τις F-box/WD επαναλαμβανόμενες πρωτεΐνες hSel -10 Cullin - 1. Δεδομένου ότι η κυκλίνη Ε είναι υπόστρωμα του parkin ubiquitin λιγκάση συμπλόκου, η έλλειψη του parkin ενέχεται στην άθροιση της κυκλίνης Ε σε καλλιεργημένους μεταμιτωτικούς νευρώνες που εκτίθενται στην γλουταμινεργική τοξικότητα (excitoxicity) μέσω του υποδοχέα kainate και προάγεται η απόπτωσή τους.

Επίσης, η υπερέκφραση του parkin σε προαγόμενη από το kainate απόπτωση σε καλλιέργεια εγκεφαλικών κοκκιωδών κυττάρων εξασθενεί και αναστέλλει την άθροιση κυκλίνης Ε σε τοξικά μεταχειρισμένους κύριους νευρώνες, συμπεριλαμβανομένων των ντοπαμινεργικών νευρώνων του μεσεγκεφάλου, και τους προστατεύει από την απόπτωση (Staropoli et al, 2003). Συμπερασματικά, η τοξικότητα (excitoxicity) του γλουταμικού παρουσιάζεται ως ενδεχόμενος μηχανισμός για την απώλεια των ντοπαμινεργικών νευρώνων στην νόσο του Πάρκινσον.

Από την άλλη, τα εξωκυττάρια επίπεδα γλουταμικού αυξάνουν ως αποτέλεσμα υποξίας/ισχαιμίας, προκαλώντας θάνατο των νευρώνων και ολιγοδενδροκυττάρων. Προδρομικά κύτταρα στην υποκοιλιακή ζώνη (SubVentricular Zone - SVZ) επίσης πεθαίνουν ακολουθώντας την περιγεννητική υποξία/ισχαιμία. Έτσι, εγέρθη η υπόθεση ότι το γλουταμικό προκαλεί τον θάνατο των νευρωνικών προγονικών κυττάρων.

Οι Brazel et al (2005) χρησιμοποιώντας απεικόνιση με ασβέστιο μελέτησαν την ανταπόκριση των εξαγόμενων από την SVZ νευρικών αρχέγονων/προγονικών κυττάρων σε ιονοτροπικά και μεταβοτροπικά αμινοξέα. Έτσι, ελέγχθηκε η επίδραση υψηλών επιπέδων αγωνιστών των υποδοχέων του γλουταμικού στον πολλαπλασιασμό, επιβίωση και διαφοροποίηση των εξαγόμενων από την SVZ νευρικών αρχέγονων/ προγονικών κυττάρων in vitro.

Εδείχθη ότι τα υψηλά επίπεδα γλουταμικού, μέχρι και 1 mΜ, δεν είναι τοξικά σε καλλιέργειες προγονικών νευρωνικών κυττάρων. Η διέγερση είτε του υποδοχέα Kainate, είτε της ομάδας 2 μεταβοτροπικών υποδοχέων του γλουταμικού (ομάδα 2 mGluR) μειώνει τα βασικά επίπεδα της απόπτωσης και αυξάνει τον πολλαπλασιασμό των νευρικών προδρομικών κυττάρων.

Επιπρόσθετα, η δράση της ομάδας 2 mGluR εξαπλώνει τον αριθμό των πολυδύναμων προγονικών κυττάρων που παρουσιάζονται στις καλλιέργειες, καθώς διατηρείται ισοδύναμη παραγωγή ώριμων κυττάρων. Συμπερασματικά, η απελευθέρωση του γλουταμικού σε περιγεννητική υποξία/ισχαιμία μπορεί να δρα στην έντονη προαγωγή του πολλαπλασιασμού των πολυδύναμων προδρομικών κυττάρων στην υποκοιλιακή ζώνη (SVZ).

Κατά τους Hertz et al (2000), οι νευρώνες και τα αστροκύτταρα είναι ικανά να μεταβολίζουν γλυκόζη παράγοντας (ως προϊόντα της οξείδωσης) διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Επιπρόσθετα, επιδρούν μεταβολικά σε μια διεργασία κατά την οποία μπορούν να παράγουν γλουταμικό από γλυκόζη και επακόλουθα να μεταβολίζουν την παραπάνω ποσότητα γλουταμικού σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Ο προτεινόμενος μεταβολικός υποβιβασμός της γλυκόζης μέσω του γλουταμικού εξυπηρετεί το σκοπό προσαρμογής των δεξαμενών του γλουταμικού στις απαιτήσεις της γλουταμινικής νευροδιαβίβασης και πρέπει να υπολογιστεί ως μεγάλο κλάσμα της χρησιμοποίησης της γλυκόζης. Η ενδοκυττάρια μεταφορά ουσιών μεταξύ κυτοσολίου και μιτοχονδρίων κατά τη σύνθεση του γλουταμικού εξηγούν μερικώς μια εύρωστη ποσοτική συσχέτιση μεταξύ της σύνθεσης της γλουταμίνης - ως μέτρο απελευθέρωσης του νευροδιαβιβαστή γλουταμικό - και της χρησιμοποίησης της γλυκόζης.

Η ενδοκυττάρια και η διακυττάρια μεταβολική οδός και μεταφορά μπορεί να επηρεαστεί κατά την διάρκεια παθολογικών καταστάσεων, όπως έχει αποδειχθεί από τα αποτελέσματα της υπεραμμωνιαιμίας (μιμούμενη την ηπατική εγκεφαλοπάθεια) και η αποστέρηση ενέργειας (μιμούμενη το εγκεφαλικό επεισόδιο). Έτσι, υποδηλώνεται ότι οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ νευρώνων και αστροκυττάρων μπορεί επίσης να καταστραφούν σε εκφυλιστικές ασθένειες στις οποίες εμπλέκεται η άνοια.

ΚΕΦ. (7) ΝΕΥΡΟΓΕΝNΕΣΗ

Τα Dlx γονίδια παίζουν σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της ανάπτυξης του ΚΝΣ. Απλή ή σύνθετη αδρανοποίηση του Dlx1, Dlx2 ή Dlx5 σε ποντίκια προκαλεί ανωμαλίες στην νευρωνική μετάσταση και διαφοροποίηση. Το Dlx5 είναι ζωτικό για τη σωστή ανάπτυξη του οσφρητικού συστήματος. Απενεργοποίηση του Dlx1 και Dlx2 στα ποντίκια προκαλεί ανώμαλη νευρωνική διαφοροποίηση στο εμβρυϊκό υποφλοιώδες τμήμα του προσεγκεφάλου (το πρόσθιο εγκεφαλικό κυστίδιο στο έμβρυο) και σχετίζεται με την απώλεια της έκφρασης των Dlx5 και Dlx6 γονιδίων. Σε έρευνα των Perera et al (2004) σε καλλιέργειες νευρικών προγονικών κυττάρων από έμβρυο και νεογέννητο ποντίκι με Dlx5 έλλειψη, έγινε σύγκριση της ικανότητάς τους για διαφοροποίηση in vitro με ισοδύναμα κύτταρα που εξήχθησαν από φυσιολογικές γέννες ζώων και απεδείχθη ότι σε έλλειψη του Dlx5, τα νευρικά προγονικά κύτταρα που ελήφθησαν από νεογέννητα ζώα είχαν σοβαρά περιορισμένη ικανότητα να παράγουν νευρώνες. Η έκφραση του Dlx5 σε καλλιέργειες νεογέννητων μεταλλαγμένων νευρικών προγονικών κυττάρων αποκαθιστά πλήρως το νευρογεννητικό δυναμικό τους. Συμπερασματικά, το Dlx5 γονίδιο είναι ζωτικό για την μετά τη γέννηση νευρογέννεση (Perera et al, 2004).

Σε έρευνα των Lidow et al (2001) βρέθηκε ότι η κοκαΐνη επιδρά σε εγκεφαλικά νεοφλοιώδη κυτταρική αρχιτεκτονική σε πιθήκους εφόσον μόνον αν χορηγείται κατά τη νεοφλοιώδη νευρονογέννεση. Συγκεκριμένα, η χρόνια έκθεση εμβρύων πιθήκων στην κοκαΐνη μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη του νεοφλοιού με σημαντικές κυτταροαρχιτεκτονικές ανωμαλίες. Ελέγχθηκε από τους Lidow et al (2001) το χρονοδιάγραμμα ανάπτυξης κατά την οποία η νεοφλοιώδης κυτταροαρχιτεκτονική είναι επιρρεπής σε τροποποιήσεις από έκθεση σε κοκαΐνη κατά την προγεννητική περίοδο. Η κοκαΐνη παρεμβάλλει στην νεοφλοιώδη οργανισμό και περιλαμβάνει μια μείωση στην πυκνότητα και στον αριθμό των νεοφλοιωδών νευρώνων μόνον εφόσον αν χορηγείται στην νεοφλοιώδη νευρογέννεση. Κατά την περίοδο αυτή, ένας ανώμαλος νεοφλοιός δημιουργείται καθόσον η έκθεση στην κοκαΐνη διατηρείται, με την φλοιογέννεση να γίνεται φυσιολογική όσο νωρίτερα η χορήγηση της κοκαΐνης διακόπτεται.

Σε έρευνα των He et al (2004), εξετάστηκαν οι νευρο - μπιχεβιοριστικές (στη συμπεριφορά) επιπτώσεις σε πιθήκους Rhesus με έκθεση σε κοκαΐνη πριν τη γέννηση. Έγκυοι πίθηκοι (n=14) έλαβαν κοκαΐνη δις ημερησίως από τη 40η ως την 102η μετά τη σύλληψη ημέρα, που είναι και η περίοδος της εγκεφαλικής φλοιώδους νευρογέννεσης. Τα έμβρυα των πιθήκων που εκτέθηκαν σε κοκαΐνη πριν τη γέννησή τους παρουσίασαν ανωμαλίες στον προσανατολισμό, τον έλεγχο της κατάστασης, στην ωριμότητα του κινητικού και τον χρόνο που αφιέρωναν σε επιδέξιο χειρισμό κάποιου παιχνιδιού (γεγονός που δείχνει διαταραχή της προσοχής)- μετά την 1η εβδομάδα και ως την 4η εβδομάδα μετά τη γένεση, ενώ την 1η εβδομάδα μετά τη γέννηση αποκάλυψε αυξημένο τρόμο.

Σε ό,τι αφορά τη μάθηση, η μέσω του ιπποκάμπου διαδικασία της μάθησης επαυξάνει την νευρογέννεση στην οδοντωτή έλικα του ρινεγκεφάλου και η διαδικασία αυτή πιστεύεται ότι σχετίζεται με τη μνημονική διαδικασία. Ο ιππόκαμπος λαμβάνει άφθονη χολινεργική νεύρωση και η ακετυλοχολίνη παίζει σημαντικό ρόλο στη μάθηση και στην παθοφυσιολογία της νόσου του Alzheimer. Σε έρευνα των Mohapel et al (2005) εδείχθη ότι η εκλεκτική νευροτοξική βλάβη στο προσεγκέφαλον στην χολινεργική εισαγωγή με 192 IgG - saporin μειώνει την νευρονογέννεση στην οδοντωτή έλικα, με σύγχρονη χειροτέρευση στην χωρική μνήμη.

Η συστηματική χορήγηση ενός χολινεργικού αγωνιστή, της φυσοστιγμίνης, αυξάνει την νευρονογέννεση της οδοντωτής έλικος. Αλλαγές στα επίπεδα ακετυλοχολίνης του προσεγκεφάλου επηρεάζουν τον πολλαπλασιασμό και/ή την βραχυπρόθεσμη επιβίωση, παρά την μακροπρόθεσμη επιβίωση και την διαφοροποίηση σε νέους νευρώνες. Τα προσφάτως γεννημένα κύτταρα εκφράζουν μουσκαρινικούς υποδοχείς Μ1 και Μ4. Υπάρχουν ενδείξεις ότι στο προσεγκέφαλον η ακετυλοχολίνη προάγει τη νευρογέννεση και η καταστροφή της χολινεργικής λειτουργίας στην οδοντωτή έλικα μπορεί να συνεισφέρει σε ελλείμματα στη μάθηση και μνήμη μέσω μείωσης στον σχηματισμό νέων νευρώνων στον ιππόκαμπο (Mohapel et al, 2005).

Η επαύξηση του πολλαπλασιασμού νευρικών προγονικών κυττάρων συμβαίνει στην ελαφρώς κοκκιώδη ζώνη στην οδοντωτή έλικα του ρινεγκεφάλου και στην υποκοιλιακή ζώνη στον εγκέφαλο ποντικιών που ακολούθησαν δηλητηρίαση με soman. Ένας διακεκριμένος αριθμός από νευρικά προγονικά κύτταρα φαίνεται να μεταναστεύει και να εμβολιάζεται σε κατεστραμμένες περιοχές του εγκεφάλου: ιππόκαμπος, διαφανές διάφραγμα και αμυγδαλή, και ακολούθως να διαφοροποιούνται σε νευρώνες. Σε έρευνα των Collombet et al (2005) εκτιμήθηκε η επίδραση μιας θεραπείας με κυτοκίνη στην διαδικασία της νευρογέννεσης. Έγινε υποδόρια ένεση του επιδερμοειδή αυξητικού παράγοντα (EGF) και του βασικού αυξητικού παράγοντα των ινοβλαστών (bFGF) σε καθημερινή βάση σε δηλητηριασμένα με soman ποντίκια.

Στην 9η ημέρα μετά τη χορήγηση του soman η θεραπεία με κυτοκίνη δεν είχε καμία επίδραση στον πολλαπλασιασμό νευρικών προγονικών κυττάρων στην ελαφρά κοκκιώδη ζώνη της οδοντωτής έλικος στον ρινεγκέφαλο και στην υποκοιλιακή ζώνη. Παρά ταύτα, η θεραπεία αυτή προήγαγε τη μετανάστευση νευρικών προδρομικών κυττάρων από τις περιοχές πολλαπλασιασμού σε κατεστραμμένες περιοχές του εγκεφάλου. Όντως, στη CA1 ιπποκάμπεια στιβάδα των δηλητηριασμένων με soman ποντικών, την 34η ημέρα μετά τη χορήγηση του soman, η θεραπεία με κυτοκίνη ηύξησε τον αριθμό των υγιών πυραμιδικών νευρώνων και επίσης ηύξησε τον αριθμό των BrdU - σεσημασμένων κυττάρων στην CA1 ιπποκάμπεια στιβάδα και στην αμυγδαλή και επίσης οδήγησε στην διαφοροποίηση των BrdU - θετικών κυττάρων σε νέους νευρώνες στην CA1 ιπποκάμπεια στιβάδα, όπου η διαφοροποίηση των αστροκυττάρων παρατηρήθηκε προνομιακά στην αμυγδαλή (Collombet et al, 2005).

Η νευρογέννεση, κατά τους Taylor et al (2005), σχετίζεται και με τα αντικαταθλιπτικά. Τα αντικαταθλιπτικά χρησιμοποιούνται ευρέως για την θεραπεία του άγχους και της κατάθλιψης, ιατρικές καταστάσεις που αφορούν το 17 - 20% του πληθυσμού. Οι κλινικές επιδράσεις των αντικαταθλιπτικών παίρνουν διαδοχικές εβδομάδες για να εκδηλωθούν και οι ουσίες αυτές προάγουν αλλαγές στις εγκεφαλικές δομές που επηρεάζονται από το άγχος και την κατάθλιψη. Νεότερες έρευνες υποδηλώνουν ότι τα αντικαταθλιπτικά μπορεί να προάγουν τη νευρογέννεση στον εγκέφαλο ενηλίκων, αν και οι εμπλεκόμενοι μηχανισμοί δεν έχουν διασαφηνιστεί επαρκώς.

Ένας πιθανός μηχανισμός κατά τον οποίο τα αντικαταθλιπτικά μεσολαβούν στην νευρονογέννεση είναι ότι τα SSRIs (εκλεκτικοί αναστολείς επαναπρόσληψης σεροτονίνης) ή τα NRIs αυξάνουν τα επίπεδα της σεροτονίνης και/ή της (NE) νοραδρεναλίνης (νορεπινεφρίνης), επιτρέποντας στους νευροδιαβιβαστές αυτούς την επαγωγή του καταρράκτη που προάγει το cAMP ή το Ca++, οδηγώντας στην αύξηση του CREB και BDNF. Ο ανταγωνιστής των υποδοχέων του CRH αναστρέφει τη μείωση της νευρογέννεσης που παρατηρείται σε στρεσαρισμένα ποντίκια. Αυτό υποδηλώνει την ανάμειξη ενός συστήματος με πολλαπλούς υποδοχείς. Άλλα μόρια παίζουν και αυτά ρόλο στην νευρογέννεση και κάποια από αυτά είναι: παράγων ανάπτυξης ινοβλαστών (FGF), επιδερμοειδής αυξητικός παράγων (EGF), ινσουλινοειδής αυξητικός παράγων -1 (ILGF - 1) και μετατρεπτικός αυξητικός παράγοντας - α (ΤGF - a). Σε αντίθεση, το γλουταμικό, τα οπιοειδή και το GABA φαίνεται να παίζουν ανασταλτικό ρόλο στη νευρογέννεση. Πάντως, σε στρεσαρισμένα ποντίκια ανευρέθη μειωμένη δράση του ιπποκάμπου (που παίζει ρόλο στη μνήμη και στη μάθηση).

H μακροχρόνια κατάθλιψη παίζει ρόλο στη μείωση της συναπτικής αποτελεσματικότητας και πιθανώς προάγει τη μείωση των ακατάλληλων συνάψεων κατά την ανάπτυξη του εγκεφάλου. Η μακροπρόθεσμη κατάθλιψη, έτσι, πιθανόν είναι προέχουσα διαδικασία στην νεανική οδοντωτή έλικα όπου τον πρώτο μετά τη γέννηση μήνα συμβαίνει μια υπερβολική παραγωγή συνάψεων και ``κλάδεμά΄΄ τους. Έρευνα των Trommer et al (1996) έδειξε ότι η μακροπρόθεσμη κατάθλιψη είναι προεξάρχουσα στην ανώριμη οδοντωτή έλικα, όπου το long term potentiation (δυναμικό) και η μακροπρόθεσμη κατάθλιψη είναι συμπληρωματικές διαδικασίες, και η μακροπρόθεσμη κατάθλιψη είναι πιθανός να παράγεται μετασυναπτικά, γιατί είναι τασεοεξαρτώμενη, αν και ο μηχανισμός της τασεοευαισθησίας παραμένει προς περαιτέρω διευκρίνιση.

Σχετικά με τη μείζονα κατάθλιψη, οι πρώιμες υποθέσεις για την παθοφυσιολογία της βασίζονταν στην παρέκκλιση της ενδοκυττάριας συγκέντρωσης νευροδιαβιβαστών σεροτονίνη και νορεπινεφρίνη. Όμως, πρόσφατες μελέτες με νευροαπεικόνιση έδειξαν εκλεκτικές δομικές αλλαγές σε ποικίλες περιοχές στον εγκέφαλο. Πρόσφατες μορφομετρικές μελέτες αποκάλυψαν μειωμένη πυκνότητα νευρώνων και γλοίας σε εκλεκτικές περιοχές του εγκεφάλου, ενισχύοντας την άποψη ότι η μείζονα κατάθλιψη σχετίζεται με βλάβες στην δομική πλαστικότητα.

Στρεσογόνες καταστάσεις της ζωής είναι ένας από τους προδιαθεσικούς παράγοντες για την ανάπτυξη κατάθλιψης. Σε έρευνα των Fuchs et al (2004) σε πειραματόζωα, 1 μήνας στρες μείωνε την in vivo συγκέντρωση μεταβολιτών εγκεφάλου όπως η Ν - ακέτυλο - ασπαρτικό οξύ, μίγματα που περιέχουν χολίνη, και φωσφοκρεατίνη, όπως επίσης μείωνε την περίοδο πολλαπλασιασμού στην οδοντωτή έλικα του ρινεγκεφάλου και την ένταση των δυνατοτήτων του ιπποκάμπου. Οι αλλαγές στον ιππόκαμπο συνδυάστηκαν με τροποποίηση στην απόπτωση των νευρώνων. Οι κοινωνικές στρεσογόνες επιρροές που προάγουν την κατάθλιψη μπορούν να εξουδετερωθούν με το αντικαταθλιπτικό tianeptine. Οι διαταραχές της κατάθλιψης μπορεί να σχετίζονται με την βλάβη της δομικής πλαστικότητας και της ελαστικότητας των νευρώνων και αυτές οι βλάβες μπορεί να επιδιορθώνονται από τα αντικαταθλιπτικά.

Παράλληλα, σύμφωνα με έρευνα των Rosenbrock et al (2005), το χρόνιο περιορισμένο στρες μπορεί να αλλάξει στον ιππόκαμπο τα επίπεδα επιπέδων mRNA σηματοδοτών για την συναπτική πλαστικότητα όπως η συναπτοφυσίνη (synaptoghysin), η αυξητική συσχετιζόμενη πρωτεΐνη 43 (GAP - 43), και ο brain - derived νευροτροφικός παράγοντας (BDNF). Έγινε έρευνα για να συσχετιστεί η σχέση μεταξύ του στρες και των παραπάνω βιοχημικών σηματοδοτών στα πρωτεϊνικά επίπεδα, καθώς και η Ki - 67 πρωτεΐνη που είναι σηματοδότης του πολλαπλασιασμού των προγονικών κυττάρων. Στην μελέτη αρουραίοι εξετέθησαν σε διαλείπον περιορισμένο στρες για 6 ώρες την ημέρα, για 14 ημέρες πλην των Σαββατοκύριακων. Η ένταση του στρες προκάλεσε σημαντική αύξηση στο βάρος των επινεφριδίων και μείωση στο ωφέλιμο σωματικό βάρος.

Δεν ανευρέθησαν σημαντικές αλλαγές στα επίπεδα πρωτεϊνών όπως η συναπτοφυσίνη, το GAP - 43 και το BDNF (με την Western Blot ανάλυση). Όμως, στον ιππόκαμπο η έκφραση της πρωτεΐνης Ki - 67 ήταν σημαντικά μειωμένη και αυτή η μείωση συσχετίστηκε με την αύξηση στο βάρος των επινεφριδίων και μειωμένο ωφέλιμο σωματικό βάρος. Τα επίπεδα των σηματοδοτικών πρωτεϊνών δεν παρουσίασαν αλλαγή στον ιππόκαμπο μετά από μια μονήρη συνεδρία περιορισμένου στρες διάρκειας 3 ωρών. Συμπερασματικά, το χρόνιο περιορισμένο στρες προκάλεσε μείωση σε προγονικά κύτταρα στον ιππόκαμπο χρησιμοποιώντας την πρωτεΐνη Ki - 67 ως σηματοδότη που υποδηλώνει καταστολή της νευρογέννεσης. Αντιθέτως, η νευρογέννεση αυξάνεται στον ιππόκαμπο αρουραίων σε θεραπεία με αντικαταθλιπτικά.

H νευρογέννεση στον ιππόκαμπο είναι μια διαδικασία που σχετίζεται με διάφορους παράγοντες. Ένας τέτοιος παράγοντας είναι η reelin, μια εξωκυττάρια γλυκοπρωτεΐνη που εκφράζεται σε διαφορετικούς πληθυσμούς νευρικών κυττάρων στην ανάπτυξη του ΚΝΣ κατά τη πρώιμη μετά τη γέννηση και στην ενήλικο ζωή. Κατά την ιστογένεση του νεοφλοιού και του ιπποκάμπου, η reelin είναι παρούσα στα κύτταρα Cajal - Retzius και άλλους πρώιμους νευρώνες, και συνεισφέρει στη σωστή διαστρωμάτωση των περιοχών αυτών. Κατά την πρώιμη μετα τη γένεση ζωή, πρωτοποριακοί νευρώνες εξαφανίζονται και η έκφραση της reelin εγκαθιστά έναν υποπληθυσμό από φλοιώδη και ιπποκάμπειους GABAεργικούς ενδονευρώνες ο οποίος διατηρείται και κατά την ενήλικο ζωή.

Σε έρευνα των Scotti και Herrmann (2002) εξετάστηκε το πρότυπο ανάπτυξης της reelin σε διαχωρισμένες καλλιέρεγειες που ελήφθησαν από τον πρώιμο μετά τη γέννηση ιππόκαμπο με σκοπό την επιβεβαίωση αν το φαινόμενο της ωρίμανσης μπορεί να διατηρηθεί in vitro. Η reelin εκφράζεται από τα κύτταρα Cajal - Retzius, τα πολύπολα κύτταρα και τους πυραμιδικούς νευρώνες σε νεώτερες καλλιέργειες. Η πυκνότητα των reelin θετικών Cajal - Retzius κυττάρων μειώθηκε κατά 84% σε 4ων εβδομάδων ηλικίας καλλιέργειες. Τα πολύπολα κύτταρα και οι πυραμιδικοί νευρώνες που περιείχαν reelin αντιπροσώπευαν το 12% του πληθυσμού σε νεώτερες καλλιέργειες και μειώθηκαν κατά 25% μετά την 3η - 4η εβδομάδα ηλικία καλλιέργειας. Η πυκνότητά τους ήταν σημαντικά μειωμένη σε καλλιέργειες της ίδιας ηλικίας που είχαν ``μεταχειριστεί΄΄ με ανταγωνιστές γλουταμινικών υποδοχέων. Τα reelin θετικά πολύπολα κύτταρα και πυραμιδικοί νευρώνες ήταν ετερογενείς και συμπεριλάμβαναν έναν μεγάλο αριθμό από μη GABAεργικούς και 30 - 40% GABAεργικούς νευρώνες.

Τα διπλά σημασμένα κύτταρα για reelin και το GABA συνθετικό ένζυμο δεκαρβοξυλάση του γλουταμικού αντιπροσώπευαν το 4% του συνολικού πληθυσμού των νευρικών κυττάρων, και η πυκνότητά τους έμεινε σταθερή στο χρόνο. Έτσι, πιθανώς η μείωση του ολικού πληθυσμού της reelin μπορεί να είναι επιλεκτικά σημαντική στο μεγαλύτερο μη GABAεργικό κλάσμα των reelin κυττάρων. Συμπερασματικά, οι νευρώνες που εκφράζουν την reelin διατηρούνται σε ξεχωριστές καλλιέργειες σε ιππόκαμπο νεογέννητων και η συνεισφορά τους σε εξαρτώμενες από την ηλικία αλλαγές στην πυκνότητα μοιάζουν με τις αλλαγές του πρώιμου μετά τη γέννηση ιπποκάμπου in vivo (Scotti και Herrmann, 2002).

Στον δομικό σχηματισμό του ιπποκάμπου οι εξαρτώμενες με την ηλικία γνωσιακές βλάβες έχουν συσχετιστεί με δομικές και λειτουργικές αλλαγές. Συγκεκριμένα, η εγκεφαλική ενδογενής στεροειδής ουσία θειϊκή πρεγνενολόνη (Preg-S) είναι ένας γνωσιακός παράγοντας επαύξησης του οποίου τα επίπεδα στον ιππόκαμπο έχουν συνδεθεί φυσιολογικά με τη γνωσιακή επίδοση σε ηλικιωμένα ζώα. Επειδή η νευρογέννεση είναι ευαίσθητη σε ορμονικές επιρροές, εξετάστηκε η επίδραση της Preg-S στην νευρογέννεση, μια νέα μορφή πλαστικότητας σε νέα και ηλικιωμένους αρουραίους. Σε έρευνα, λοιπόν, των Mayo et al (2005) απεδείχθη ότι η in vivo έγχυση της Preg-S ερεθίζει και ενεργοποιεί τη νευρογέννεση και την έκφραση των πολυσιαλικών δομών του NCAM, PSA - NCAM στην οδοντωτή έλικα σε ηλικίας 3ων και 20 μηνών αρουραίους. Οι μεταβολές στην πλαστικότητα του ιπποκάμπου μεσολαβούνται από αλλοίωση του συμπλόκου Α (complex A) των υποδοχέων του γ΄αμινο - βουτυρικού (GABA-A) που εμφανίζονται στους νευροβλάστες του ιπποκάμπου.

In vitro, το Preg-S ερεθίζει την διαίρεση σε παραγόμενες από ενήλικα σφαίρες και αυτό υποδηλώνει μια άμεση επιρροή στα προγονικά κύτταρα. Έτσι, τα νευρο - στεροειδή απαρτίζουν μια από τα τοπικά εκκρινόμενα σήματα που ρυθμίζουν τη νευρογέννεση στον ιππόκαμπο. Έτσι, οι θεραπείες που διεγείρουν την έκκριση νευρο - στεροειδών μπορούν να διατηρήσουν την πλαστικότητα του ιπποκάμπου και να προλάβουν την εμφάνιση των εξαρτώμενων με την ηλικία γνωσιακών διαταραχών.

Σε γενικές γραμμές, η νευρωνική ανάπτυξη περιλαμβάνει την αρχική φάση ανάπτυξης από διαιρούμενα προδρομικά κύτταρα και την φάση διαφοροποίησης μεταμιτωτικών κυττάρων. Η μετάβαση από την προηγούμενη στην επόμενη φάση ρυθμίζεται ανταγωνιστικά από πολλαπλά, έλικα - αγκύλη - έλικα, γονίδια (helix - loop - helix ή HLH). Ένας καταρράκτης από νευρωνικά ΗLΗ γονίδια προάγουν την διαφοροποίηση, ενώ αντι - νευρωνικά ΗLΗ γονίδια τα καταστέλλουν και κρατούν τα κύτταρα στην κατάσταση των προδρομικών κυττάρων. Η ανταγωνιστική ρύθμιση μπορεί να είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή του φυσιολογικού αριθμού νευρώνων και την μορφογένεση του Ν.Σ. (Kageyama και Nakanishi).

Η ανάπτυξη του ΚΝΣ σχετίζεται και με τις νευροτροφίνες (neurotrophins - NTs). Οι νευροτροφίνες και οι υποδοχείς τους παίζουν σημαντικό ρόλο στην διαφοροποίηση και στην επιβίωση καθορισμένων νευρωνικών πληθυσμών στο ΚΝΣ και στο περιφερικό ΝΣ. Παρόλα ταύτα ο ρόλος των νευροτροφινών επεκτείνεται και πέρα από το ΝΣ, σε ενδοκρινικά κύτταρα. Τουλάχιστον 4 από τις 5 γνωστές νευροτροφίνες, στις οποίες περιλαμβάνονται ο αυξητικός παράγοντας των νευρώνων (Nerve Growth Factor - NGF), o παραγόμενος στον εγκέφαλο νευροτροφικός παράγοντας (Brain - Derived Neurotrophic Factor - BDNF), η νευροτροφίνη 3 (ΝΤ - 3) και η νευροτροφίνη 4 (ΝΤ - 4) και οι υποδοχείς τους (p75 NTR, trkA, trkB, trkC) είναι παρόντες στην αναπτυσσόμενη ωοθήκη. Οι Ojeda et al (2000) χρησιμοποιώντας ποντίκια με μεταλλάξεις των γονιδίων που κωδικοποιούν τις νευροτροφίνες (NGF, NT - 4 , BDNF) ή στους υποδοχείς που μεσολαβούν στην δράση των ΝΤ - 4 και BDNF (trkB), είχαν αρχικά αποτελέσματα σταθερά με την άποψη ότι οι νευροτροφίνες απαιτούνται για την ανάπτυξη αρχέγονων ωοθυλακίων στην ωοθήκη. Τα ποντίκια με έλλειψη του NGF έδειξαν μειωμένο σχηματισμό πρωτογενών και δευτερογενών preantral ωοθυλακίων. Η μετάλλαξη στο γονίδιο ΝΤ - 4 απέτυχε να επηρεάσει την ωοθυλακιογέννεση και την ανάπτυξη των ωοθυλακίων. Παρά ταύτα, ο σχηματισμός πρωτογενών και δευτερογενών ωοθυλακίων συνέβη σε ποντίκια που είχαν μετάλλαξη στα γονίδια NT - 4 και BDNF. Υπάρχει παρόμοια έλλειψη στην ανάπτυξη των ωοθυλακίων σε ζώα με μετάλλαξη του γονιδίου που κωδικοποιεί τον υποδοχέα trkB, τους υποδοχείς που μεσολαβούν στην δράση των NT - 4 και ΒDNF. Φαίνεται ότι ο σχηματισμός και η ανάπτυξη των ωοθυλακίων στα θηλαστικά απαιτεί τη συντονισμένη δράση γονιδίων που αρχικά επιστεύετο ότι ήταν μόνον αναμεμειγμένα με την διαφοροποίηση και επιβίωση των νευρικών κυττάρων, και γονίδια που πιθανώς ελέγχουν την ανάπτυξη, διαφοροποίηση και διακυτταρική αλληλεπίδραση των σωματικών και βλαστικών κυττάρων στην ωοθήκη.

Παραπάνω αναφέρθηκαν διάφορες ουσίες που συμμετέχουν στη νευρογέννεση του ΚΝΣ. Γενικότερα, κατά τους Bonavita et al (1999), διάφοροι μεταβολίτες στον εγκέφαλο μπορούν να φανούν πρακτικά χρήσιμοι στον μαγνητικό συντονισμό με πρωτόνια - φασματοσκόπηση (proton Magnetic Resonance Spectroscopy - MRS) που επιτρέπει την απόκτηση σήματος που ``εγείρεται΄΄ από διαδοχικούς μεταβολίτες στον εγκέφαλο. Η ΜRS μπορεί να ανιχνεύσει σε μακρύ echo - time μίγματα (συνθετικές ουσίες) που περιέχουν Ν - ακέτυλ - ασπαρτικό, χολίνη, κρεατίνη + φωσφοκρεατίνη και γαλακτικό. Σε βραχύ χρόνο αντήχησης (echo - time - ΤΕ) η MRS μπορεί να ανιχνεύσει λιπίδια, τριγλυκερίδια, αλανίνη, γλουταμικό και γλουταμίνη, GABA, scyllo-ινοσιτόλη, γλυκόζη, μυοϊνοσιτόλη, καρνοσίνη και ιστιδίνη. Η MRS μπορεί να μετρήσει τον χρόνο χαλάρωσης (relaxation time) των μεταβολιτών, επιτρέποντας στον υπολογισμό της συγκέντρωσης των μεταβολιτών. Η τεχνική αυτή είναι χρήσιμη στην μελέτη εστιακών βλαβών στο ΚΝΣ όπως η επιληψία (προ - εγχειρητική ταυτοποίηση της επιληπτικής εστίας), όγκους εγκεφάλου (εκτίμηση της επανάληψης και της νέκρωσης από την ακτινοθεραπεία), το εγκεφαλικό επεισόδιο, η πολλαπλή σκλήρυνση (σκλήρυνση κατά πλάκας - MS) κ.α.

Ένας υποδοχέας με νευροτροφικές, αλλά και νευροτοξικές (neuroexcitotoxic) δράσεις είναι ο ιονοτροπικός υποδοχέας NMDA. Η νευροτροφική του δράση σχετίζεται με πολλές οδούς, συμπεριλαμβανομένων της επιτάχυνσης της νευρωνικής ανάπτυξης, την επαύξηση της νευρωνικής μετανάστευσης, τη νευροπροστασία, την αναστολή της απόπτωσης, την πρόληψη της γήρανσης και της προωρότητας, και επιδρά στην συναπτική πλαστικότητα και συναπτογέννεση. Από την άλλη, η νευροτοξική του δράση σχετίζεται με τον ρόλο του με νευρολογικές και ψυχιατρικές ασθένειες όπως η επιληψία, η νόσος του Πάρκινσον και η σχιζοφρένεια.

Η έρευνα των Elberger και Deng (2003) αναζήτησε τις συνέπειες της πλήρους και της μερικής έλλειψης των NMDA - NR1 υποδοχέων κατά την ανάπτυξη. Παρατηρήθηκε στην οπτική περιοχή του ινιακού λοβού η ανάπτυξη των προεκβαλλόντων νευρώνων του μεσολοβίου σε γενετικά τροποποιημένα ποντίκια, με εξάλειψη του NMDA - NR1 υποδοχέα. Σε σύγκριση με έρευνα σε νεογνά ζώων, η ιστογέννεση και η νευρωνική ανάπτυξη των κυττάρων του μεσολοβίου ήταν αυξημένη στα NRW - / - (διπλά αρνητικά) ποντίκια.

Οι προεκβάλλοντες νευρώνες του μεσολοβίου αναπτύσσονταν νωρίτερα και πιο γρήγορα στα knockout ποντίκια από τα ετερόζυγα νεογνά και τα ``άγρια΄΄ (wild type) ποντίκια. Παρά ταύτα, οι προεκβάλλοντες νευρώνες στο μεσολόβιο στα NR1 ετερόζυγα ποντίκια αναπτύσσονταν γρηγορότερα και νωρίτερα από τα νεογνά σε wild type ποντίκια. Αυτό υποδηλώνει ότι οι υποδοχείς NMDA - NR1 εμπλέκονται στην διαδοχική και/ή πρόσκαιρη ρύθμιση της νευρωνικής ανάπτυξης και υπάρχει γονιδιοεξαρτώμενη δράση. Έρευνες από άλλα εργαστήρια υποδηλώνουν ότι το παρατηρηθέν φαινόμενο της πρόωρης ή επιταχυνόμενης ανάπτυξης σχετίζεται άμεσα με την μεταβολή στην έκφραση γονιδίων που βρέθηκαν σε ποντίκια με εξάλειψη στον NMDA - NR1 υποδοχέα.