Neuronaalisen histamiinin merkitys motoriikan säätelyssä

Histamine acts as a neurotransmitter in the central and peripheral nervous system and it has a role in various body functions. Histamine neurons spread widely to most of the central nervous system where histamine has an important role in sleep-wake cycles, regulation of appetite, and motor functions. The effects of histamine are mediated mostly by H1-, H2- and H3-receptors in the central nervous system. The synthesis of histamine and the release of histamine from the presynaptic nerve endings are regulated by H3-receptor via negative feedback. H3-receptors are located also on the presynaptic cell membranes of other neurons where they regulate the release of other neurotransmitters. Several animal experiments have shown that H3-receptor-mediated mechanisms have been observed to have an important role in the regulation of the motor functions together with other neurotransmitter systems especially in the basal ganglia area. The histaminergic system is involved in the patophysiology of diseases such as Parkinson’s disease, Tourette’s syndrome and Huntington’s disease where motor performance is impaired. Functional, physiological and genetical changes in the histaminergic system have been observed in patients with these diseases. There are no clinically used histaminergic compounds for the treatment of these diseases, though recently in animal experiments the histaminergic compounds have proved to be promising. The aim of this Master’s thesis study was to examine the effects of histamine deficiency in the brain on the levodopainduced dyskinesias in histidine decarboxylase knock-out mice (HDC KO) (n=9) and wild-type mice (n=12) in a 6-OHDA mouse model of Parkinson’s disease. The mice were injected with a neurotoxic 6-OHDA solution (3 μg) into the right medial forebrain bundle to cause a unilateral dopaminergic lesion. The success of degeneration of dopaminergic neurons were measured by a rotating rod test and amphetamine-induced (2.5 mg/kg) and apomorphineinduced (0.5 mg/kg) rotameter tests. A daily treatment of levodopa and benserazide (4.5 mg/kg, 1.125 mg/kg) was initiated after the behavioural studies for 10 days. On the last day of the treatment the dyskinesias of the mice were filmed for one minute after 20, 40, 60, 80, 100 and 120 minutes after levodopa dose. After the filming, the mice were killed by decapitation and their middle brains were collected for immunohistochemical studies to measure the extent of the dopaminergic lesion. No statistically significant difference was observed between genotypes in levodopa-induced dyskinesias. In previous studies of our study group more severe levodopa-induced dyskinesias were observed in HDC KO mice when the dopaminergic lesion was caused in the striatum in the 6-OHDA mouse model. The degenerated brain area and thereby the extent of the lesion may have importance in observing the difference between levodopa-induced dyskinesias. In this Master’s thesis study the dopaminergic lesions were equally successful with both genotypes. Therefore differently successful lesions between the genotypes can not be the reason why the difference in genotypes in levodopa-induced dyskinesias was not observed. HDC KO mice were observed to have significantly increased ipsilateral rotational behaviour induced by amphetamine in amphetamine-induced rotametry. Previous studies have shown that HDC KO mice have increased dopamine release and high dopamine metabolite levels which might explain the increased rotational behaviour induced by amphetamine in this study. The observations of earlier studies and this Master’s thesis study verify the relation between histaminergic and dopaminergic systems in motor functions.Histamiini on sekä ääreis- että keskushermostossa vaikuttava välittäjäaine, joka on osallisena elimistön lukuisissa toiminnoissa. Keskushermostossa histamiinihermosolut ovat levittäytyneet laajalle alueelle aivoja, jossa histamiini osallistuu muun muassa uni-valverytmin, ruokahalun sekä motoristen toimintojen säätelyyn. Histamiinin keskushermostolliset vaikutukset ilmenevät pääasiassa H1- H2- ja H3-reseptoreiden välityksellä. H3-reseptori säätelee histamiinin synteesiä sekä vapautumista histaminergisten hermosolujen presynaptisista hermopäätteistä negatiivisen palautevaikutuksen välityksellä. H3-reseptoreita esiintyy myös muiden hermosolujen presynaptisilla solukalvoilla, jossa ne säätelevät muiden hermoston välittäjäaineiden vapautumista. Useissa eläinkokeissa H3-reseptorivälitteisillä mekanismeilla on havaittu olevan tärkeä merkitys motoristen toimintojen säätelyssä erityisesti aivojen tyvitumakkeiden alueella yhdessä muiden välittäjäainejärjestelmien kanssa. Histaminerginen järjestelmä on osallisena motoriikkaa heikentävien sairauksien, kuten Parkinsonin taudin, Touretten syndrooman sekä Huntingtonin taudin synnyssä. Tauteja sairastavilla potilailla on havaittu toiminnallisia, fysiologisia tai geneettisiä muutoksia histaminergisessä järjestelmässä. Kyseisiin sairauksiin ei ole olemassa kliinisessä käytössä olevia histaminergiseen järjestelmään vaikuttavia yhdisteitä, vaikka viime aikoina eläinkokeissa histaminergiseen järjestelmään vaikuttavat yhdisteet ovatkin osoittautuneet lupaaviksi. Tämän erikoistyön kokeellisen osuuden tarkoituksena oli selvittää aivojen histamiinivajeen vaikutuksia levodopan aiheuttamiin pakkoliikkeisiin histidiinidekarboksylaasin suhteen poistogeenisillä hiirillä (HDC KO) (n=9) sekä villityypin hiirillä (n=12) Parkinsonin taudin 6-hydroksidopamiini-(6-OHDA)-mallissa. Hiirille aiheutettiin toispuolinen dopamiinihermosoluvaurio injektoimalla 6-OHDA-hermosolumyrkkyä (3 μg) oikean aivopuoliskon keskimmäiseen etuaivopunokseen. Dopamiinihermosolutuhon onnistumista mitattiin pyörivällä sauvalla sekä amfetamiinilla (2,5 mg/kg) ja apomorfiinilla (0,5 mg/kg) tehostetuilla pyörimiskäyttäytymisen kokeilla. Käyttäytymiskokeiden jälkeen aloitettiin 10 päivän mittainen päivittäinen levodopan ja benseratsidin annostelu (4,5 mg/kg, 1,125 mg/kg). Viimeisenä annostelupäivänä hiirien pakkoliikkeitä videoitiin minuutin ajan 20, 40, 60, 80, 100 ja 120 minuutin kuluttua levodopa-annostelusta. Hiiret lopetettiin videointipäivänä niskamurrolla ja keskiaivot kerättiin talteen immunohistokemiallista värjäystä varten dopamiinihermosoluvaurion laajuuden määrittämiseksi. Levodopan aiheuttamissa pakkoliikkeissä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa genotyyppien välillä. Tutkimusryhmämme aiemmissa tutkimuksissa HDC KO -hiirillä havaittiin voimakkaampia levodopan aiheuttamia pakkoliikkeitä aivojuovioon aiheutetun dopaminergisen hermosoluvaurion 6-OHDA-mallissa. Vaurioituvalla aivoalueella ja siten dopaminergisen hermosoluvaurion laajuudella on mahdollisesti merkitystä genotyyppieron havaitsemisessa levodopan aiheuttamissa pakkoliikkeissä. Tässä erikoistyössä dopaminergiset hermosoluvauriot onnistuivat tasavertaisesti kummallakin genotyypillä, minkä vuoksi eri tavalla onnistuneita vaurioita genotyyppien välillä ei voida pitää syynä siihen, miksi genotyyppieroa ei havaittu levodopan aiheuttamissa pakkoliikkeissä. Amfetamiinilla aiheutetussa pyörimiskäyttäytymisen kokeessa HDC KO -hiirillä havaittiin ipsilateraalisen pyörimiskäyttäytymisen tilastollisesti merkitsevää lisääntymistä. Aiemmissa tutkimuksissa HDC KO -hiirillä on havaittu aivojen dopamiinin vapautumisen lisääntymistä sekä sen metaboliittien pitoisuuksien suurentumista, mikä saattaisi selittää tässä tutkimuksessa havaittua amfetamiinin aiheuttamaa lisääntynyttä pyörimiskäyttäytymistä. Aiempien tutkimuksien sekä tämän erikoistyön havainnot vahvistavat histaminergisen ja dopaminergisen järjestelmän välistä yhteyttä motorisissa toiminnoissa