Επιγενετικοί μηχανισμοί φυλετικής πλαστικότητας στον εγκέφαλο του zebrafish (Danio rerio)

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η κατανόηση φύλο-εξαρτώμενων επιγενετικών μηχανισμών πλαστικότητας του εγκεφάλου με βάση το νευρογενετικό μοντέλο-οργανισμό zebrafish (Danio rerio). Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν, ο ρόλος της ορμόνης 17-β οιστραδιόλης (φυλετική πλαστικότητα) και της κοινωνικής ιεραρχίας (κοινωνική πλαστικότητα) στον ενήλικο εγκέφαλο. Επίσης, διερευνήθηκε ο ρόλος της οιστραδιόλης στα εγκεφαλικά κυκλώματα που ελέγχουν την κοινωνική συμπεριφορά.Η γέννηση νέων κυττάρων στον ενήλικο εγκέφαλο, αποτελεί κύριο μηχανισμό πλαστικότητας και οι τελεόστεοι ιχθύες παρουσιάζουν εκπληκτική ικανότητα νευρογένεσης σε ολόκληρο τον προσθιο-οπίσθιο άξονα του εγκεφάλου τους, σε διακριτές ζώνες πολλαπλασιασμού, καθόλη τη διάρκεια της ζωής τους. Η διερεύνηση της επίδρασης της Ε2 στη ρύθμιση της γέννησης νέων κυττάρων στον εγκέφαλο του Danio rerio αποτέλεσε κύριο στόχο της παρούσας διατριβής. Χορηγήθηκε Ε2 σε ενήλικα zebrafish για 24 ώρες και 7 μέρες και με ανοσοϊστοχημικό εντοπισμό χαρτογραφήθηκαν ποσοτικά με στερεολογία τα νεογεννηθέντα κύτταρα σε 11 διακριτές εγκεφαλικές ζώνες πολλαπλασιασμού. Η Ε2 τροποποίησε σημαντικά το ρυθμό πολλαπλασιασμού με φυλο-εξαρτώμενο τρόπο, ανάλογα με την υπό μελέτη περιοχή και το χρόνο χορήγησης. Βραχεία χορήγηση προκάλεσε αύξηση του πολλαπλασιασμού ενώ αντίθετα, μετά από μακρά χορήγηση παρατηρήθηκε αξιοσημείωτη μείωση νευρογένεσης στην παρεγκεφαλίδα (Val, Vam, CCe) και στην προοπτική περιοχή και στα δύο φύλα, ενώ στον κοιλιακό υποθάλαμο, και τον τελεγκέφαλο η μείωση ήταν φυλοεξαρτώμενη. Επίσης, μελετήθηκε η αλληλεπίδραση της Ε2 με τις μονοαμίνες στο zebrafish με ποσοτικό προσδιορισμό επιπέδων της νοραδρεναλίνης, ντοπαμίνης και σεροτονίνης με HPLC, ενώ μελετήθηκε και η κατανομή των α2Α και β2 αδρενεργικών υποδοχέων με ανοσοφθορισμό. Η Ε2 τροποποίησε τη λειτουργία της ντοπαμίνης και σεροτονίνης στον εγκέφαλο του zebrafish, καθώς και της έκφρασης των α2Α ΑΥ στον τελεγκέφαλο και την παρεγκεφαλίδα, και των β2 ΑΥ στον ραχιαίο πυρήνα του υποθαλάμου (Hd) των θηλυκών, καταδεικνύοντας την τροποποιητική δράση των οιστρογόνων στη δομή και τη λειτουργία των νευρωνικών κυκλωμάτων.Η μελέτη της σχέσης μεταξύ εκδήλωσης της κοινωνικής ιεραρχικής συμπεριφοράς και λειτουργίας των νευρικών κυκλωμάτων που την ελέγχουν αποτέλεσε επίσης στόχο της διατριβής. Η επιθετική συμπεριφορά για την απόκτηση κυριαρχίας και ο δείκτης κυριαρχίας ποσοτικοποιήθηκαν με ανάλυση παραμέτρων κυριαρχικής συμπεριφοράς σε δυάδες ιχθύων από πολυήμερη βιντεοσκόπηση. Η ποσοτικοποίηση των νεογεννηθέντων κυττάρων έδειξε μείωση του πολλαπλασιασμού στην παρεγκεφαλίδα, στον υποθάλαμο και στους πυρήνες του ραχιαίου τελεγκεφάλου που ανήκουν στο μεταιχμιακό σύστημα, στα υποτελή αρσενικά άτομα. Επίσης, προσδιορίστηκαν χαμηλότερα επίπεδα α2Α ΑΥ στον ραχιαίο τελεγκέφαλο των υποτελών ιχθύων ενώ αντίστοιχη μείωση παρουσίασαν τα επίπεδα των β2 ΑΥ στον ραχιαίο τελεγκέφαλο και στον υποθάλαμο. Τα αποτελέσματα από την παρούσα διατριβή παρουσιάζουν την επίδραση της κοινωνικής ιεραρχικής συμπεριφοράς στη γέννηση νέων κυττάρων και τη λειτουργία του αδρενεργικού συστήματος και προτείνουν την ύπαρξη ενός Δικτύου Εγκεφαλικού Ελέγχου της Κοινωνικής Συμπεριφοράς (SBN) αντίστοιχο των θηλαστικών που περιλαμβάνει την αμυγδαλή, τον ιππόκαμπο, την προοπτική περιοχή, τον κοιλιακό υποθάλαμο και την παρεγκεφαλίδα.Για την πληρέστερη κατανόηση των μηχανισμών φυλετικής πλαστικότητας στον εγκέφαλο, διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ της κοινωνικής ιεραρχίας και της επιγενετικής δράσης της οιστραδιόλης, στην τροποποίηση των κυκλωμάτων που προσδιορίστηκαν ότι συμβάλλουν στην ιεραρχική συμπεριφορά. Μετά από επταήμερη χορήγηση Ε2 σε δυάδες αρσενικών zebrafish με σταθερές κοινωνικές δομές ποσοτικοποιήθηκαν οι δείκτες κυριαρχίας, ο ρυθμός κυτταρικού πολλαπλασιασμού και η κατανομή των α2Α και β2 ΑΥ. Παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ δείκτη κυριαρχίας των ατόμων που έλαβαν Ε2 για 7 μέρες και ατόμων ελέγχου, καθώς και τροποποίηση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού στις περιοχές επίδρασης της ιεραρχικής συμπεριφοράς στον τελεγκέφαλο και την παρεγκεφαλίδα των κυρίαρχων και υποτελών ατόμων.Τα αποτελέσματα από την παρούσα διατριβή καταδεικνύουν την ύπαρξη επιγενετικών μηχανισμών πλαστικότητας στον εγκέφαλο του Danio rerio που σχετίζονται με τη λειτουργία του αδρενεργικού συστήματος και τη δομική πλαστικότητα με την παραγωγή νέων κυττάρων. Τα οιστρογόνα αλλά και η ιεραρχική κοινωνική συμπεριφορά φαίνεται πως αποτελούν σημαντικούς ρυθμιστές των νευρωνικών κυκλωμάτων του εγκεφάλου των ιχθύων, επηρεάζοντας αξιοσημείωτα τη νευρογένεση και τη λειτουργία νευροδιαβιβαστικών κυκλωμάτων.