Η συμβολή της εξωκυττάριας πρωτεΐνης Fras1 στην ανάπτυξη και λειτουργία του τελικού εγκεφάλου στα ποντίκια

Abstract

Η οικογένεια πρωτεϊνών Fras1/Frem του εξωκυττάριου πλέγματος διαθέτει τέσσεραμέλη, τις Fras1, Frem1, Frem2 και Frem3 με εντοπισμό τις επιθηλιακές βασικέςμεμβράνες κατά την ανάπτυξη στα ποντίκια. Σήμερα, ο ρόλος της συγκεκριμένηςοικογένειας πρωτεϊνών θεωρείται η δομική και η λειτουργική σύζευξη των εμβρυϊκώνεπιθηλίων με το μεσέγχυμα. Ωστόσο, υπάρχουν πλέον μία σειρά από ενδείξεις γιαπιθανή συμβολή της Fras1 στην σωστή ανάπτυξη και λειτουργία του εγκεφάλου. Σταπλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, επιχειρήθηκε ο εντοπισμός τηςπρωτεΐνης Fras1 στον εγκέφαλο των ποντικιών καθώς και μία πολύπλευρη ανάλυσητου τελικού εγκεφάλου των Fras1-/-ποντικιών, μέσω συγκριτικής μελέτης τηςανάπτυξης, της οργάνωσης και της λειτουργίας του.Σύμφωνα με τα αποτελέσματα in situ υβριδοποίησης προέκυψε πως ο τελικόςεγκέφαλος εμβρύων και νεαρών ποντικιών διαθέτει Fras1 μετάγραφα. Με την χρήσητριών διαφορετικών αντισωμάτων της πρωτεΐνης Fras1 έγινε εντοπισμός τηςαποκλειστικά κατά την εμβρυογένεση στην βασική μεμβράνη της μήνιγγας, η οποίαπεριβάλλει το κεντρικό νευρικό σύστημα. Το πρότυπο απόθεσης ήταν κατατετμημένοκαι περιορισμένο σε πολύ συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου. Ωστόσο, ηπρωτεΐνη Fras1 δεν ανιχνεύτηκε εντός του νευρικού ιστού με τα χρησιμοποιηθένταπρωτόκολλα.Ακολούθως, πραγματοποιήθηκαν συγκριτικά πειράματα μελέτης της συμπεριφοράςσε φυσιολογικά NMRI και Fras1-/-ποντίκια, με σκοπό να διερευνηθεί ηλειτουργικότητα νευρικών κυκλωμάτων στα συγκεκριμένα μεταλλάγματα. Ταμελετώμενα κυκλώματα ρυθμίζουν διαδικασίες όπως η έκφραση άγχους,εξαρτημένου ή μη εξαρτημένου φόβου και αναγνώριση και διάκριση αντικειμένων.Τα πειράματα εκδήλωσης άγχους και φόβου έγιναν με σκοπό την μελέτη τηςλειτουργίας της αμυγδαλής. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, υποθέτουμε πως ο έσωυποπυρήνας της κεντρικής αμυγδαλής είναι λειτουργικός στα Fras1-/-ποντίκιαοδηγώντας στην ενορχήστρωση του φόβου. Ωστόσο, παρατηρήθηκε περιορισμένηδυνατότητα απομνημόνευσης του εξαρτημένου φόβου, διεργασία η οποία εξαρτάταιαπό την λειτουργία του έξω βασικού συμπλέγματος της αμυγδαλής και του έξωυποπυρήνα της κεντρικής αμυγδαλής.Η ιστολογική συγκριτική μελέτη της αμυγδαλής ανέδειξε διαταραχή και στους τρειςεξετασθέντες πυρήνες του κυκλώματος φόβου στα Fras1-/-ποντίκια, το έξω βασικόσύμπλεγμα, τον κύριο παρεμβαλλόμενο πυρήνα και την κεντρική αμυγδαλή. Οισημαντικότερες διαταραχές καταγράφηκαν στην πρόσθια μοίρα της κεντρικήςαμυγδαλής και στον κύριο παρεμβαλλόμενο πυρήνα και εντοπίστηκαν σταθερά σεόλες τις ηλικίες μετά την γέννηση. Οι ιστολογικές αποκλίσεις επιβεβαιώθηκαν μεμοριακούς δείκτες, τους Ctip2, Foxp1, Foxp2 και Tbr1. Οι παραπάνω διαταραχές θαμπορούσαν να αποτελούν την κυτταρική και μοριακή αιτία στην αδυναμία της ανάπτυξης εξαρτημένου φόβου και ρύθμιση της καταστολής του φόβου στα Fras1-/-ποντίκια.Παράλληλα, συγκριτικά συμπεριφορικά πειράματα μνήμης και μάθησης συνέβαλανστην μελέτη της λειτουργίας του ιππόκαμπου στα Fras1-/-ποντίκια. Τα αποτελέσματατης ανάλυσης έδειξαν πως τα μεταλλάγματα δεν εμφανίζουν διαταραχή στηναπομνημόνευση και διάκριση αντικειμένων, και συνεπώς ο ιππόκαμπός τουςθεωρείται λειτουργικός. Ωστόσο, η συγκριτική ιστολογική και μοριακή ανάλυση τουιππόκαμπου αποκάλυψε μία διαφοροποίηση στην οργάνωση των υποπεριοχών τουΑμμώνειου Κέρατος των Fras1-/-ποντικιών, καθώς οι CA2 και CA3 υποπεριοχέςεπεκτείνονται ραχιαία εις βάρος της CA1. Η ιστολογική και μοριακή ανάλυσηεπεκτάθηκε στον νεοφλοιό και στον απιοειδή λοβό. Στον νεοφλοιό δενπαρατηρήθηκαν ιστολογικές ή μοριακές διαφορές. Στον απιοειδή λοβό των ενήλικωνFras1-/-ποντικιών καταγράφηκε μία μείωση στην παρουσία των parvalbumin θετικώνενδονευρώνων.Ολοκληρώνοντας, πειράματα με BrdU ανέδειξαν μία ελαφρά καθυστέρηση στηνανάπτυξη των εγκεφάλων κατά την εμβρυογένεση στα Fras1-/-ποντίκια καθώς καιδιαταραχές στην μετανάστευση των νευρώνων κατά τα ύστερα εμβρυϊκάαναπτυξιακά στάδια του εγκεφάλου των συγκεκριμένων ποντικιών.Ανακεφαλαιώνοντας, η πρωτεΐνη Fras1 εντοπίστηκε αποκλειστικά στην βασικήμεμβράνη της μήνιγγας και όχι εντός του νευρικού ιστού. Ωστόσο, τα Fras1-/-ποντίκια διαθέτουν διαταραγμένη διαμόρφωση του ιππόκαμπου και κάποιων εκ τωνπυρήνων της αμυγδαλής. Τα αίτια των διαταραχών θα μπορούσαν να οφείλονται σεπροβλήματα κατά την μορφογένεση του εγκεφάλου. Επιπλέον, εντοπίστηκανδιαταραχές σε συμπεριφορές ενήλικων Fras1-/-ποντικιών, οι οποίες εξαρτώνται απότην σωστή λειτουργία της αμυγδαλής.