Quantifizierung von Schilddrüsenhormonen in subzellulären Fraktionen verschiedener Areale des Rattenhirns: Effekte von antidepressiven Pharmaka, von Stress sowie von Hypo- und Hyperthyreosen

Abstract

Schilddrüsenhormone wirken an spezifischen subzellulären Strukturen, wurden jedoch bisher nur in Gesamthomogenaten von Hirnarealen der Ratte gemessen. Aus diesem Grund wird in der hier vorliegenden Arbeit eine Methode entwickelt, die Homogenate von elf Rattenhirnarealen durch Saccharose-Dichtegradienten- Zentrifugation in fünf subzelluläre Fraktionen aufzutrennen: in Nuklei, Mitochondrien, Myelin, Synaptosomen und Mikrosomen. Die Reinheit der jeweiligen Fraktionen wurde durch Quantifizierung von biochemischen "Markern" sowie elektronenmikroskopisch überprüft. Die Schilddrüsenhormone T3 und T4 wurden in den subzellulären Fraktionen mit Hilfe von sensitiven Radioimmunoassays quantifiziert. Verschiedene pharmakologische und nichtpharmakologische Behandlungsformen zeigten die folgenden Ergebnisse: a) Vier chemisch unterschiedliche Antidepressive induzierten eine signifikante Zunahme der T3-Konzentrationen in der Myelinfraktion der Amygdala. Die Phasenprophylaktika Lithium und Carbamazepin sowie ein achtstündiger Schlafentzug führten zu einer Zunahme der T3-Konzentrationen in den Synaptosomen der Amygdala. Antidepressiva induzierten ebenfalls eine Zunahme der mitochondrialen Proteinkonzentrationen und der Aktivität des mitochondrialen Enzyms Succinatehydrogenase in der Amygdala. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Psychopharmaka über ihre Effekte auf die Schilddrüsenhormonkonzentrationen ganz spezifische Funktionen der Amygdala beeinflussen und dass diese Effekte höchstwahrscheinlich am bisher unbekannten Wirkungsmechanismus der Medikamente beteiligt ist. b) Verschiedene Formen von Stress, wie z. B. akute oder über einen Zeitraum von 14 Tagen durchgeführte i.p.-Injektionen mit Kochsalz, führten zu spezifischen Veränderungen der T3-Konzentrationen verschiedener Subfraktionen; c) die Induktion einer Hyperthyreose mit T3 bzw. mit T4 induzierte eine Zunahme der T3-Gewebekonzentrationen nur in einem von vier Hirnarealen, in den drei anderen Arealen blieben die T3-Konzentrationen aufgrund gegenregulatorischer Mechanismen konstant. Insgesamt zeigt die vorliegende Untersuchung, dass die Messung von Schilddrüsenhormonkonzentrationen in subzellulären Fraktionen pharmakologische Effekte entdecken kann, die bei Messungen der Hormonkonzentrationen in Homogenaten übersehen werden. Das wichtigste Teilergebnis sind deutliche Hinweise auf die Wirkung verschiedener Antidepressiva und Phasenprophylaktika in subzellulären Strukturen der Amygdala.

Thyroid hormones exert their physiological actions at specific subcellular structures. However, in rat brain, the concentrations of iodothyronines have to date been measured in homogenates of brain regions only. Therefore, in the present study a method is developed for fractionating the tissue of 11 areas of the rat brain by sucrose density centrifugation into five subcellular fractions: nuclei, mitochondria, myelin, synaptosomes and microsomes. The purity of each fraction was evaluated by quantification of biochemical "markers" and electron microscopy. The thyroid hormones T3 and T4 were quantified in these fractions using sensitive radioimmunoassays. Miscellaneous pharmacological and non-pharmacological treatments showed the following results: a) four chemically different antidepressive drugs induced an increase of the concentrations of T3 in the myelin fraction of the amygdala. The mood stabilizers lithium and carbamazepine as well as an 8 hours' partial sleep deprivation enhanced the levels of T3 in the synaptosomes in the amygdala. Antidepressants also induced an increase of the mitochondrial protein concentrations and the activity of the mitochondrial enzyme succinate dehydrogenase in the amygdala. The results show that these psychiatric drugs by means of their effects on the thyroid hormone concentrations affect specific amygdaloid functions. These effects are involved likely in the as yet unknown mechanisms of action of these therapies. b) Different kinds of stress, e.g. acute or over a period of 14 days executed i.p. injections of isotonic sodium chlorid, led to specific changes of the T3 concentratios in different subcellular fractions. c) The induction of a hyperthyroidism with T3 or with T4 induced an increase of the T3 tissue concentrations only in one of four brain areas, in the other three areas the T3 concentrations remained unchanged on account of counterregulative mechanisms. In conclusion, the present study shows that through the measurement of thyroid hormones in subcellular fractions pharmacological effects can be discovered which are overlooked if the hormones are quantified solely in homogenates. The most important partial results are the clear indications of the effects of different antidepressant drugs and mood stabilizers in subcellular structures of the amygdala.