Immunhistochemische und neurochemische Untersuchungen zur Rolle von Dopamin im Globus pallidus der Ratte

Abstract

Die Basalganglien bilden ein Netzwerk aus mehreren Kerngebieten des Gehirns, die ein weites Spektrum von motorischen, kognitiven, emotionalen und mnemonischen Funktionen haben. Der Globus pallidus ist ein Bestandteil der sogenannten indirekten Projektion der Basalganglien und an der Signalbearbeitung und –weiterleitung zwischen deren Ein- und Ausgangsstrukturen beteiligt. Ein wichtiger und bisher kaum beachteter Aspekt zum Verständnis der Funktionen des Globus pallidus, ist seine dopaminerge Innervation. Immer mehr Befunde zeigen, dass die dopaminerge Afferenz des Globus pallidus für eine intakte Funktion der Basalganglien wichtig sein könnte. So zeigen klinische Daten einen deutlichen Verlust von Dopamin im externen Globus pallidus (dem Globus pallidus der Ratte homologe Struktur bei Primaten) im Gehirn von Parkinson Patienten, der vermutlich zu den motorischen Symptomen dieser Krankheit beiträgt. Die angefertigte Arbeit hatte zum Ziel, die Rolle der dopaminergen Innervation des Globus pallidus der Ratte mit Hilfe von in vivo Mikrodialyse und immunhistochemischen Techniken näher zu charakterisieren. Dazu wurde die dopaminerge Afferenz des Globus pallidus mittels Tyrosin-Hydroxylase-Immunhistochemie untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die dopaminerge Innervation des Globus pallidus von einer experimentellen Zerstörung dopaminerger Zellkörper in der Substantia nigra mitbeeinträchtigt wurde. Dies impliziert, dass eine geschädigte dopaminerge Neurotransmission im Globus pallidus zu den Krankheitssymptomen der Parkinson-Krankheit beitragen könnte. Außerdem wurden Mikrodialyse-Messungen zur Charakterisierung der pallidalen Dopamin-Freisetzung in Reaktion auf verschiedene physiologische und pharmakologische Stimuli durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Dopamin-Freisetzung im Globus pallidus neuronalen Ursprungs ist und aktionspotenzialgekoppelt stattfindet. Sowohl aversive (Handling) als auch appetitive Stimuli (unbekanntes, wohlschmeckendes Futter) führten zu einer deutlichen Dopamin-Ausschüttung in diesem Kern. Ebenso ließ sich nach lokaler Applikation der Psychostimulantien D-Amphetamin und Cocain mittels reverser Mikrodialyse eine dosisabhängige Erhöhung pallidaler Dopamin-Spiegel messen. Auch die lokale Applikation von Glutamat-Rezeptor-Agonisten stimulierte die pallidale Dopamin-Freisetzung. Schließlich zeigte sich, dass sowohl typische als auch atypische Neuroleptika nach lokaler oder systemischer Gabe die Dopaminspiegel im Globus pallidus in vergleichbarer Weise erhöhen. Zusammenfassend wird deutlich, dass Dopamin im Globus pallidus neuronalen Ursprungs ist und auf verschiedene physiologische und pharmakologische Stimuli reagiert. Daraus ergibt sich, dass Dopamin in extrastriatalen Kernen, wie dem Globus pallidus, bei der Untersuchung der Physiologie und Pathophysiologie der Funktionsweise der Basalganglien mit in Betracht gezogen werden muss.

The basal ganglia comprise several interconnected brain nuclei which have been implicated in a wide range of behavioural functions including motor, cognitive, emotional and mnemonic functions. The globus pallidus is an integral part of the so-called indirect pathway of the basal ganglia and involved in signal processing and transfer between input and output structures. An important aspect of understanding functions of the globus pallidus in the basal ganglia which has been largely neglected, is the significance of its dopaminergic innervation. There is growing evidence that the dopaminergic input to the globus pallidus may be important for intact basal ganglia functions. For instance, clinical data reveal the pronounced loss of dopamine in the external globus pallidus, the primate homologoue to the rat globus pallidus, in brains of Parkinson patients. This loss of pallidal dopamine probably contributes to motor symptoms of the disease. The present thesis was designed to characterize the role of the dopaminergic innervation of the rat globus pallidus by in vivo microdialysis and immunohistochemistry in more detail. The dopaminergic input to the globus pallidus was analyzed by tyrosine hydroxylase immunohistochemistry in order to characterize the dopaminergic innervation pattern in this nucleus and to investigate effects of chemical destruction of dopaminergic cell bodies in the substantia nigra on tyrosine hydroxylase-immunoreactive fibre density in the globus pallidus. These data demonstrated that the dopaminergic innervation of the rat globus pallidus is strongly affected by experimental lesions of dopamine neurons in the substantia nigra. This implies that defective dopaminergic neurotransmission in the globus pallidus might contribute to pathological symptoms Parkinson´s disease. In addition, microdialysis studies were performed to characterize the pallidal release of dopamine in response to various physiological and pharmacological stimuli. Results showed that extracellular dopamine in the globus pallidus is of neuronal origin and released impulse-dependendly. Furthermore, physiological stimuli, either mild aversive (handling) or rewarding (unfamiliar, palatable food), produced a significant dopamine release in this nucleus. Likewise, reverse microdialysis of the psychostimulants d-amphetamine or cocaine produced a dose-dependent increase of globus pallidus dopamine levels. In addition, reverse microdialysis of glutamate receptor agonists stimulated globus pallidus dopamine release. Finally, typical and atypical antipsychotic drugs after systemic administration or after reverse microdialysis into the globus pallidus elevated globus pallidus dopamine in a similiar manner. Taken together, these data show that dopamine release in the globus pallidus is of neuronal origin and is responsive to various physiological and pharmacological stimuli. In consequence, dopamine in extrastriatal nuclei, e.g. the globus pallidus, has to be taken into account when studying the physiology as well as pathophysiological aspects of basal ganglia functions.