Μελέτη της κυτταροαρχιτεκτονικής του ανθρώπινου υποθαλάμου και της κατανομής των υποδοχέων της ορεξίνης

Abstract

The human hypothalamus is a compact area at the base of human brain which occupies volume of four cubic centimeters. Despite its small size, the human hypothalamus demonstrates a remarkable complexity in terms of cell morphology and cell populations. Thus, in this small area there are about fifteen cell groups with enormous morphological and functional differences between them. Despite the numerous works dealing with various neurotransmitters and neuropeptides in the hypothalamus, both in animal and human level, there are no experimental data on the morphological characteristics of neurons. For that reason in the first part of this work we performed a thorough study of the morphological and quantitative characteristics of neurons in every nucleus of the hypothalamus. In the second part of this work, we studied the distribution of Orexin A receptors in the human hypothalamus and the results correlated with the morphological data of the first section so as to produce an accurate allocation, at the cellular level, of this distribution. We applied the Golgi method in fifteen post-mortem hypothalamic specimens from individuals of both sexes, different ages, not suffering from any neurological or psychiatric illness. For the quantitative study we analyzed the neurons with ImageJ software and NeuronJ plugin. For immunohistochemical study, a protocol for immunohistochemical detection of receptors Orexin A was implemented. The study revealed the following conclusions: A) The quantitative analysis of neurons in the human hypothalamus, showed that neurons in the lateral hypothalamic area, the supraoptic nucleus, the suprachiasmatic nucleus, the ventro-medial nucleus and the ventral lateral tuberal nucleus, displayed morphological uniformity with statistically secure values of dendritic parameters. B) The suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus demonstrated the neurons with the longer dendrites and axons. This property allows him to act as a regulator in other nuclei of the hypothalamus and alter their functionality based on circadian rhythms. C) Orexin A might play a special role in plasticity of neurons and neuronal networks of the human hypothalamus mediated of course by other neurotransmitters. D) The ventro-medial nucleus and the dorso-medial nucleus of human hypothalamus were detected for the first time receptors Orexin A. This fact gives a first explanation of the involvement of these two nuclei in the functions of sleep regulation, food intake and metabolism.

Ο ανθρώπινος υποθάλαμος είναι μια μικρή σε μέγεθος περιοχή της βάσης του εγκεφάλου που καταλαμβάνει όγκο μόλις τέσσερα κυβικά εκατοστά. Παρά το μικρό του μέγεθος, ο υποθάλαμος παρουσιάζει μια αξιοπρόσεχτη πολυπλοκότητα από άποψη κυτταρικής μορφολογίας και κυτταρικών πληθυσμών. Έτσι, στη μικρή αυτή περιοχή υπάρχουν περί τις δεκαπέντε κυτταρικές ομάδες με τεράστιες μορφολογικές αλλά και λειτουργικές διαφορές μεταξύ τους. Παρά την πληθώρα εργασιών που ασχολούνται με τους νευροδιαβιβαστές και τα διάφορα νευροπεπτίδια του υποθαλάμου, τόσο σε επίπεδο πειραματοζώων όσο και σε επίπεδο ανθρώπου, δεν υπάρχουν πειραματικά δεδομένα για τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των νευρώνων. Για το λόγο αυτό στο πρώτο τμήμα της παρούσας εργασίας γίνεται μια ενδελεχής μελέτη των μορφολογικών και μορφομετρικών χαρακτηριστικών των νευρικών κυττάρων των πυρήνων του υποθαλάμου. Στο δεύτερο τμήμα της εργασίας, μελετήσαμε την κατανομή των υποδοχέων της ορεξίνης Α στον ανθρώπινο υποθάλαμο και συσχετίσαμε τα αποτελέσματα με τα μορφολογικά δεδομένα του πρώτου τμήματος. Συγκεντρώθηκαν νεκροτομικά παρασκευάσματα υποθαλάμου από δεκαπέντε άτομα και των δύο φύλλων, διαφόρων ηλικιών, που δεν έπασχαν από κάποια νευρολογική ή ψυχιατρική πάθηση. Για την μορφολογική και μορφομετρική μελέτη χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Golgi και ένα λογισμικό ανάλυσης εικόνας. Για την ανοσοϊστοχημική μελέτη, εφαρμόστηκε ένα πρωτόκολλο ανοσοϊστοχημείας για την ανίχνευση των υποδοχέων της ορεξίνης Α. Από τη μελέτη προέκυψαν τα εξής συμπεράσματα: Α) Η μορφομετρική ανάλυση των νευρώνων στον ανθρώπινο υποθάλαμο, απέδειξε ότι οι νευρώνες στην πλάγια υποθαλαμική περιοχή, στον υπεροπτικό πυρήνα, στον υπερχιασματικό πυρήνα, στον έσω κοιλιακό πυρήνα και στον πλάγιο φυματικό πυρήνα, παρουσιάζουν μορφολογική ομοιομορφία με στατιστικά ασφαλείς τιμές δενδριτικών παραμέτρων. Β) Ο υπερχιασματικός πυρήνας του υποθαλάμου παρουσίασε τους νευρώνες με το μεγαλύτερο μήκος δενδριτών και νευράξονα γεγονός που του επιτρέπει να ασκεί ένα γενικότερο ρυθμιστικό ρόλο στους υπόλοιπους πυρήνες του υποθαλάμου και να τροποποιεί τη λειτουργικότητά τους με βάση τους κιρκάδιους ρυθμούς. Γ) Η ορεξίνη Α, πιθανώς να διαδραματίζει κάποιο ιδιαίτερο ρόλο στην πλαστικότητα των νευρώνων και των νευρωνικών δικτύων του ανθρωπίνου υποθαλάμου με τη διαμεσολάβηση φυσικά και άλλων νευροδιαβιβαστών. Δ) Στον έσω κοιλιακό και στον έσω ραχιαίο πυρήνα του ανθρώπινου υποθαλάμου ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά υποδοχείς της ορεξίνης Α και η ύπαρξη αυτή εξηγεί σε ένα πρώτο επίπεδο τη συμμετοχή των δύο αυτών πυρήνων στις διαδικασίες της λήψης τροφής, του μεταβολισμού και της ρύθμισης του κύκλου ύπνου-εγρήγορσης.