Asetyylikoliinin nikotiinireseptorit välittäjäaineiden vapautumisen säätelijöinä

Abstract

Nicotinic acetylcholine receptors are ion channel receptors that consist of five subunits and have an important role in modulating neurotransmitter release in the central nervous system. The literature review part of this thesis presents an overview of the structure, function and diverse subunit composition of nicotinic receptors and reviews the scientific literature on their function as modulators of neurotransmitter release. Relevant literature on the role of the nicotinic receptors of the striatum, the hippocampus and the prefrontal cortex in the modulation of the release of dopamine, glutamate, GABA, acetylcholine, noradrenalin and serotonin is reviewed. Finally, a summary for each of the brain areas and some conclusions are presented.

The experimental part of this thesis consists of a series of experiments, where the ability of morphine to activate the presynaptic nicotinic receptors modulating dopamine release in the mouse striatum was investigated based on opioid-nicotine-interactions reported earlier. The possible effect of morphine was studied by measuring the release of radiolabeled dopamine from perfused synaptosomes prepared from mouse striatum. In addition, the effect of nicotine was studied to confirm the correct functioning of the method and to obtain data for comparison with the morphine results. Both nicotine and morphine elicited the release of [3H]dopamine from striatal synaptosomes. The release of [3H]dopamine elicited by morphine was blocked by nicotinic antagonists, suggesting that the effect of morphine was mediated by nicotinic receptors. Use of the selective antagonist α-conotoxin MII revealed that the effect of morphine, similar to nicotine, was mediated in part by α6β2* receptors and in part by other receptors, possibly α4β2*. In addition, the opioid antagonist naloxone blocked the effects of both nicotine and morphine, likely via direct antagonism of nicotinic receptors. However, the concentrations of morphine and naloxone needed for affecting [3H]dopamine release were very high, which suggests that the clinical relevance of the effects described here is likely to be small. The involvement of opioid receptors was deemed to be unlikely but, along with possible non-specific effects by high concentrations, could not be completely ruled out.

Asetyylikoliinin nikotiinireseptorit ovat viidestä alayksiköstä muodostuvia ionikanava-reseptoreita, joiden pääasiallinen tehtävä keskushermostossa on välittäjäaineiden vapautumisen säätely. Tämän tutkielman kirjallisuuskatsauksessa esitetään yleiskuva nikotiinireseptorien rakenteesta, toiminnasta ja vaihtelevasta alayksikkökoostumuksesta sekä tarkastellaan tutkimuskirjallisuutta, joka koskee nikotiinireseptoreita välittäjäaineiden vapautumisen säätelijöinä. Katsauksessa käydään läpi oleellisin kirjallisuus striatumin, hippokampuksen ja prefrontaalisen aivokuoren nikotiinireseptorien osuudesta dopamiinin, glutamaatin, GABA:n, asetyylikoliinin, noradrenaliinin ja serotoniinin vapautumisen säätelyssä. Katsauksen lopuksi esitetään yhteenveto kunkin aivoalueen osalta ja joitakin tutkimustiedon perusteella tehtyjä johtopäätöksiä.

Tutkielman kokeellinen osa käsittää koesarjan, jonka tarkoituksena oli aiemmin havaittujen opioidi-nikotiini-interaktioiden perusteella tutkia morfiinin kykyä aktivoida hiiren striatumin dopaminergisten hermopäätteiden presynaptisia dopamiinin vapautumista sääteleviä nikotiini-reseptoreita. Tämän selvittämiseen pyrittiin mittaamalla radioleimatun dopamiinin vapautumista hiiren striatumista valmistetuista perfusoiduista synaptosomeista. Morfiinin lisäksi tutkittiin nikotiinin vaikutusta menetelmän toiminnan varmistamiseksi ja vertailukohdan saamiseksi. Sekä nikotiinin että morfiinin todettiin lisäävän [3H]dopamiinin vapautumista striataalisista synaptosomeista. Nikotiiniantagonistit estivät morfiinin aiheuttamaa [3H]dopamiinin vapautumista viitaten vaikutuksen välittymiseen nikotiinireseptorien kautta. Selektiivistä antagonistia α-konotoksiini MII:a hyödyntäen todettiin morfiinin vaikutuksen välittyneen nikotiinin tapaan osittain α6β2*-tyypin reseptorien kautta ja osittain muiden, mahdollisesti α4β2*-tyypin reseptorien kautta. Lisäksi havaittiin opioidiantagonisti naloksonin estävän sekä nikotiinin että morfiinin vaikutuksen todennäköisesti nikotiinireseptoreita salpaamalla. [3H]dopamiinin vapautumiseen vaikuttavien morfiini- ja naloksonipitoisuuksien todettiin kuitenkin olevan hyvin korkeita. Yhdisteiden mahdollisten presynaptisten nikotiinireseptorien kautta välittyvien striataalista dopamiinin vapautumista säätelevien vaikutusten kliininen merkittävyys lienee näin ollen vähäinen. Vaikutusten välittymisen opioidireseptorien kautta todettiin olevan epätodennäköistä, mutta tätä tai korkeiden pitoisuuksien aiheuttamia epäspesifisiä vaikutuksia ei voitu täysin sulkea pois.