Untersuchungen zur Interaktion aminerger Transmissionssysteme: Auswirkungen serotonerger Läsionen auf den striatalen hochaffinen Dopamin- Reuptake im Gehirn der Ratte

Abstract

Interaktive Regulationsmuster verschiedener Transmissionssysteme sind grundlegende Mechanismen physiologischer Hirnfunktion. Nicht die Betrachtung von Transmissionssystemen in ihrer Singularität, sondern der Untersuchungsansatz, die Funktionsweise des ZNS als interagierendes System zu verstehen, verspricht eine Weiterentwicklung in der Erkenntnis physiologischer sowie pathophysiologischer Zusammenhänge. Bisherige Daten über wechselseitige Beziehungen zwischen dopaminergem und serotonergem Transmissionssystem verweisen auf eine Komplexität, die mit ihrem klinischem Hintergrund ein Potential der gegenseitigen Kompensation zentraler Funktionsdefizite erwarten lässt. Mit dem Ziel, diese Interaktion auf Ebene der dopaminergen Transmissionsregulation im STR genauer zu charakterisieren, ist in vorliegender Arbeit mit Hilfe in vivo voltammetrischer Methodik die Funktion des striatalen DAT in Folge einer 5-HT-Läsion untersucht worden. Aufgabenstellung war, den DAT-vermittelten hochaffinen striatalen DA-Uptake nach Läsion der kranialen Raphekerne (DRN bzw. MRN) zu ermitteln und einen möglichen läsionsbedingten Effekt in seiner zeitlichen Ausprägung sowie Altersabhängigkeit darzustellen. Die Untersuchungen wurden an Ratten vom Stamm Sprague Dawley vorgenommen. Tiere zweier Altersklassen (7 Wochen bzw. 10 Monate) erhielten durch Applikation des Neurotoxins 5,7-DHT in jeweils einen der kranialen Raphekerne, DRN oder MRN, eine direkte Läsion der Ursprungsgebiete der zentralen serotonergen Projektion. Nach einem Zeitraum von einer, drei oder neun Wochen folgte unter Anwendung des voltammetrischen Verfahrens der CA und nach elektrisch stimulierter Transmitterfreisetzung (Stimulation des MFB) die Bestimmung der striatalen DA-Clearancerate. Es wurden Messreihen jeweils vor und nach Blockade der DAT durch den DAT- Inhibitor GBR 12909 vorgenommen. Im Anschluss an die voltammetrische Untersuchung wurden die Gehirne perfusionsfixiert und der Läsionserfolg 5-HT- immunhistochemisch überprüft. Die Auswertung des amperometrischen Messsignals mit Berechnung der Geschwindigkeitskonstanten k [1/s] des hochaffinen striatalen DA-Uptakes erfolgte auf Grundlage eines kinetischen Modells. Die Ergebnisse vorliegender Studie verdeutlichen eine Abhängigkeit des striatalen DAT von der serotonergen Funktion. Sowohl bei den jungen, als auch den adulten Tieren zeigte sich im Vergleich zu Scheinläsionen und unbehandelten Kontrollen eine Verlangsamung des striatalen hochaffinen DA-Uptakes eine Woche nach 5-HT- Läsion. Bei den Jungtieren, nicht aber bei den Adulten, war dieser Effekt auch drei Wochen nach Läsionswirkung feststellbar, nach neun Wochen konnte diese DAT-Funktionsänderung bei beiden Altersklassen nicht mehr beobachtet werden. Die Daten vor und nach Gabe von GBR 12909 verweisen zusätzlich auf weitere regulative Mechanismen, die mit serotonerger Läsion bzw. einer herabgesetzten DAT-Funktion auftreten. Es hat sich mit den Ergebnissen dieser Studie bestätigt, dass das serotonerge und dopaminerge System in enger Wechselwirkung bzw. einem Abhängigkeitsverhältnis zueinander stehen. Die herausragende Rolle des dopaminergen Systems für striatale- und insgesamt BG-Funktionen hebt die Bedeutung von Erkenntnissen hervor, die mit dem Verständnis regulativer Steuergrößen einhergehen. Die Abhängigkeit des gezeigten Effektes vom Tieralter unterstützt Studien zu Alterungsprozessen des ZNS, welche veränderte anatomische, biochemische und elektrophysiologische Bedingungen beschreiben. Es liegt daher nahe, dass auftretenden Funktionsstörungen altersabhängig unterschiedliche Regulationsmuster entgegenwirken. Obwohl die Daten dieser Studie eine umfassende Interpretation des gezeigten Effektes nicht ermöglichen, kann mit Hintergrund der bisherigen Erkenntnisse zu Interaktionen beider aminerger Transmittersysteme vermutet werden, dass es sich bei den Veränderungen der DAT-Funktion um eine kompensatorische Leistung des ZNS handeln könnte, das serotonerge Defizit auszugleichen.

The fundamental physiological functions of the brain can be described by interactive regulation models of various transmission systems. A better understanding of physiological and pathophysiological connections can be achieved, if, rather than describing transmissions systems singly, the functions of the central nervous system are seen as an interactive network. Previous research on cross-relations between the dopamine and serotonin transmission systems suggest a complexity, with reciprocal compensation of functional deficits. The objective of this study was to investigate the interaction of both transmission systems by characterising regulative mechanisms of dopaminergic transmission in the striatum. In vivo voltammetry was used to examine the function of the striatal dopamine transporter (DAT) after 5,7-dihydroxytryptamine-lesion of the cranial raphe nuclei of Sprague Dawley rats. The aim was to describe the DAT-mediated high affinity dopamine uptake after lesions to the dorsal or median raphe nucleus and also to detect any lesion-related time-dependent or age-dependent effects. Seven and ten weeks old animals were lesioned with the neurotoxin 5,7-DHT injected in one of the cranial raphe nuclei to ensure direct lesion of the original areas of serotonergic projection. The electrically evoked striatal dopamine clearance was measured one, three or nine weeks after lesion using continuous amperometry. Measurements were conducted before and after the DAT was blocked by the DAT-inhibitor GBR 12909. Following the voltammetric investigations brains were preserved by perfusion, and successful lesions were confirmed by 5-HT immunohistochemistry. A kinetic model was used to calculate the rateconstante k [1/s] of high affinity dopamine uptake from the measured amperometric signals. The results of this study demonstrate the dependence of the striatal DAT on the serotonin function. A slow down of the striatal high affinity dopamine uptake one week after 5-HT lesion was observed in both, young and old animals, when compared to sham-lesioned rats and untreated controls. Young animals, but not adults, showed the same effect three weeks post-lesion, while no functional DAT-changes were detected after nine weeks. Measurements taken before and after administration of GBR 12909 also suggest additional regulatory mechanisms, which appear with serotonergic lesions and reduced DAT-function. The results of this study show, that the serotonergic and dopaminergic systems have a close interaction and interdependence. The importance of the dopamine system for the striatal and general basal ganglia functions emphasises necessity of understanding regulative control mechanisms. The demonstrated age-dependent effect is in agreement with studies on aging processes of the CNS, which describe anatomical, biochemical and electrophysiological changes. It appears therefore that functional disturbances are compensated by various regulatory mechanisms, dependent on age. The data of this study do not allow extensive interpretation. However, based on the knowledge of the interaction of the serotonin and dopamine transmission systems, one could suggest that the recorded changes of dopamine transmission are produced as a compensatory effort of the CNS to balance out the deficit of central serotonin.