Επίδραση της χρόνιας ντοπαμινεργικής εκφύλισης στη φωσφορυλίωση των υποδοχέων γλουταμινικού οξέος: μελέτη σε γενετικό μοντέλο παρκινσονισμού

Abstract

Weaver mutant mouse is a valuable tool to further our understanding of Parkinson’s disease (PD) pathogenesis since dopaminergic neurons of the nigro-striatal pathway undergo spontaneous and progressive cell death. Abnormalities in striatal glutamate transmission as a response to dopaminergic degenaration have been associated with the pathophysiology of Parkinson disease. The physiological properties of glutamate receptors depend on their subunit composition and phosphorylation along with the composition of the protein complex formed downstream of receptor activation, where α-subunit of calcium–calmodulin-dependent protein kinase II (αCaMKII), a molecule important to synaptic plasticity, participates. In the present study, using immuoblotting in total striatal homogenate, we investigated the changes in protein expression and phosphorylation of glutamate receptor subunits and αCaMKII at the end of the third and sixth postnatal month. We found increased expression levels of GluN2A and GluN2B subunits of NMDA receptors and GluA1 subunit of AMPA receptors by 74%, 92% and 108% in the 3-month-old weaver striatum compared to control. In the 6-month-old weaver striatum, no changes were detected in GluN2A and GluA1 expression levels, whereas GluN2B showed a 21% statistically significant increase. Our results also indicated increased phosphorylations of GluN2B at serine 1303 by 40% and GluA1 at serines 831 and 845 by 40% and 38% in the 3-month-old and increased GluN2B phosphorylation by 22% in the 6-month-old weaver striatum compared to control. Furthermore, our results showed increased pCaMKIIThr286 phosphorylation by 176% in the 6 month-old weaver striatum, while total CaMKII protein levels were not altered at either 3- or 6-month-old weaver. Our results indicate that distinct degrees of DA neuron degeneration differentially affect expression and phosphorylation of striatal glutamate receptors and αCaMKII. Findings on this genetic parkinsonian model suggest that striatal glutamatergic signaling may play an important role in synaptic plasticity and motor behavior that follow progressive and chronic dopamine depletion in PD with biochemical consequences beyond those seen in acute toxic models.

Ο μυς weaver αποτελεί ένα γενετικό ζωϊκό μοντέλο της νόσου Parkinson που χαρακτηρίζεται από προοδευτική εκφύλιση των κυττάρων της μελαινοραβδωτής ντοπαμινεργικής οδού. Η μεταβολή της γλουταμινεργικής διαβίβασης στο κύκλωμα των βασικών γαγγλίων ως απόκριση στη ντοπαμινεργική εκφύλιση έχει προταθεί ότι εμπλέκεται στην παθοφυσιολογία της νόσου Parkinson. Οι ιδιότητες των υποδοχέων του γλουταμινικού εξαρτώνται από τη σύνθεση των υπομονάδων τους και τη φωσφορυλίωσή αυτών, καθώς και από τη σύνθεση του πρωτεϊνικού συμπλόκου που σχηματίζεται ενδοκυττάρια μετά την ενεργοποίηση των υποδοχέων, μέρος του οποίου είναι η ασβεστιοεξαρτώμενη κινάση της καλμοδουλίνης ΙΙ (CaMKII), ένα μόριο σημαντικό στη συναπτική πλαστικότητα.Στην παρούσα διατριβή μελετήσαμε, με την μέθοδο της ανοσοαποτύπωσης, σε ολικό ομογενοποίημα ραβδωτού μυών weaver και φυσιολογικών, τις αλλαγές που παρατηρούνται στην πρωτεϊνική έκφραση και φωσφορυλίωση των υπομονάδων των υποδοχέων του γλουταμινικού και της αCaMKII στις ηλικίες των 3 και 6 μηνών. Στην ηλικία των 3 μηνών αναδείχθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση στους μύες weaver σε σχέση με τους φυσιολογικούς των πρωτεϊνικών επιπέδων των υπομονάδων GluN2A και GluN2B του υποδοχέα NMDA κατά 74% και 92% και της υπομονάδας GluA1 του υποδοχέα AMPA κατά 108%. Στην ηλικία των 6 μηνών, δεν ανευρέθησαν αλλαγές στο ραβδωτό των μυών weaver στα επίπεδα έκφρασης των GluN2A και GluA1, ενώ παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση της GluN2B κατά 21%. Επιπλέον, στην ηλικία των 3 μηνών αναδείχθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση των επιπέδων φωσφορυλίωσης της GluN2B στη σερίνη 1303 κατά 40% και της GluA1 στις σερίνες 831 και 845 κατά 40% και 38%, αντίστοιχα, στους μύες weaver σε σχέση με τους φυσιολογικούς, ενώ στην ηλικία των 6 μηνών αύξηση της φωσφορυλιωμένης GluN2B κατά 22%. Επιπρόσθετα, τα αποτελέσματά μας ανέδειξαν στο ραβδωτό των μυών weaver στατιστικά σημαντική αύξηση της φωσφoρυλίωσης της αCaMKII στη θρεονίνη 286 κατά 176%, ενώ τα επίπεδα της ολικής CaMKII δεν παρουσίασαν στατιστικά σημαντική διαφορά είτε στους 3 είτε στους 6 μήνες. Τα αποτελέσματα μας υποδεικνύουν ότι διακριτοί βαθμοί εκφύλισης των ντοπαμινεργικών νευρώνων επηρεάζουν με διαφορετικό τρόπο την έκφραση και φωσφορυλίωση των υποδοχέων γλουταμινικού και της αCaMKII στο ραβδωτό. Τα ευρήματα σε αυτό το γενετικό παρκινσονικό μοντέλο προτείνουν ότι η γλουταμινεργική διαβίβαση στο ραβδωτό παίζει πιθανά σημαντικό ρόλο στη συναπτική πλαστικότητα και στην κινητική συμπεριφορά, που έπονται της σταδιακής και χρόνιας έλλειψης ντοπαμίνης στη νόσο Parkinson, με βιοχημικά επακόλουθα πέρα από αυτά που παρατηρούνται στα οξέα τοξικά μοντέλα.