Az absence epilepszia modell molekuláris mechanizmusai. Szakdolgozat

Átírás

1 Az absence epilepszia modell molekuláris mechanizmusai Szakdolgozat készítette: Cseri Barbara témavezető: Dr Kékesi Adrienna Katalin, egyetemi docens Élettani és Neurobiológiai Tanszék Tartalomjegyzék Rövidítésjegyzék... 3 Bevezetés... 4 Történeti áttekintés... 4 Az epilepszia... 5 Általános leírás... 5 A humán epilepsziás kórképek osztályozása... 6 Az absence epilepszia... 9 Állatmodellek az absence epilepszia kutatásában Az absence epilepszia mechanizmusai Ionáramok a thalamusban és a cortexben Ca 2+ -ioncsatornák Na + -ioncsatornák K + -ioncsatornák Egyéb ioncsatornák GABAerg folyamatok Glutaminsaverg folyamatok Monoaminerg mechanizmusok Szerotonin Noradrenalin Kolinerg mechanizmusok Dopaminerg mechanizmusok Egyéb molekulák az absence epilepsziában Neuropeptidek és receptoraik Neurális érés és plaszticitás Szinaptikus transzmisszió Transzkripciós folyamatok Egyéb szignáltranszdukciós folyamatok Stresszválasz és -helyreállítás fehérjék Metabolikus folyamatok Következtetés Összefoglalás Summary Irodalomjegyzék Köszönetnyilvánítás

2 Rövidítésjegyzék 2PD: két pórus domén káliumcsatorna ( two-pore domain ) AFA csatorna: alacsony feszültség aktiválta csatorna; AKT: alacsony küszöbű tüske ( low-threshold spike ) EPSP: excitatorikus posztszinaptikus potenciál GABA: gamma-amino-vajsav IGE: idiopátiás generalizált epilepszia IPSP: inhibitorikus posztszinaptikus potenciál KIR: központi idegrendszer MFA csatorna: magas feszültség aktiválta csatorna NAD: nikotinamid-adenin-dinukleotid nb: nucleus basalis ngl: nucleus geniculatus lateralis ntld: nucleus tegmentalis laterodorsalis ntpp: nucleus tegmantalis pedunculopontinus nrt: nucleus reticularis thalami SNpr: substantia nigra pars reticulata THK: tüske-hullám kisülés 3

3 Bevezetés Történeti áttekintés Az egyik legrégebben leírt, valamint leggyakoribb neurológiai betegség az epilepszia. A betegséget rángó izommozgásokkal kísért, eszméletvesztéssel járó rohamok jellemzik. Az ókorban is ismerték, már az i. e. 5. században is utaltak rá szent betegségként. A betegség megítélése erősen vallási színezetű volt, mivel úgy gondolták, a rohamok alatt valamiféle istenség vagy démon veszi uralmába a beteg testét. A misztikus megítélés az egész középkorban fennmaradt. Maga az epilepszia kifejezés a görög epilambanein szóból ered, melynek jelentése: lesújt, elfog. Már Hippokratész is említi írásaiban, tőle származik az első formális leírás (Magiorkinis és mtsai., 2010), és már ő is felismerte, hogy a betegség rendelkezik valamilyen örökletes komponenssel (Reid és mtsai, 2009). A későbbiek során a betegség hátterének megvilágításában az első áttörő eredmények az 1930-as évek után váltak lehetővé, az EEG módszerek kifejlesztésével. EEG-méréseket epilepsziás pácienseken először Jasper és Penfield, valamint Gibbs végzett. A témával kapcsolatos egyik korszakalkotó munkájuk Epilepsy and Cerebral Localization: A Study of the Mechanism, Treatment and Prevention of Epileptic Seizures (Epilepszia és cerebrális lokalizáció: Tanulmány az epilepsziás rohamok mechanizmusairól, kezeléséről és megelőzéséről) címen 1941-ben jelent meg. Az epilepszia állatokban is kialakul, így lehetőség nyílik arra, hogy különféle állatmodelleket alkalmazzanak a betegség vizsgálatára, elsősorban egereket, patkányokat és macskákat alkalmaznak. Már az 1940-es évektől kezdve elindultak a kutatások a neuronális hálózatok szerepének tanulmányozása irányába, amelyek során azt vizsgálták, hogy a tünetek létrehozásában milyen agyi struktúrák, idegsejt körök játszanak szerepet. Az utóbbi években a molekuláris biológiai, genetikai, agyi metabolomikai és rendszerbiológiai szemléletű vizsgálatok irányába mozdult el a szakterület. Jelen szakdolgozatban áttekintést adok a szakirodalomban fellelhető adatokról, amelyek az epilepszia egyik változatával, az absence epilepszia kialakulásával és háttérmechanizmusaival kapcsolatosak. Áttekintem a molekuláris biológiai, genetikai és proteomikai kutatások eredményeit, beleértve az in vitro vizsgálatokat és az in vivo, állatmodelleken végzett vizsgálatokat is. Összefoglalóan bemutatom a betegség működési mechanizmusairól alkotott 4

4 különféle modelleket, és az eltérő elméletek kísérleti bizonyítékait és cáfolatait. Az epilepszia Általános leírás A népesség 3-5 %-a él át epilepsziás rohamot élete során (bár enyhe roham szinte mindenkiben előfordul), és 0,5-1 % szenved valamilyen típusú aktív epilepsziában (Sridharan, 2002). Habár a klinikai tünetek és a betegség megjelenési formái nagyon különbözőek lehetnek, mégis, az összes különféle epilepszia rendelkezik egyfajta közös vonással, amely az idegsejtek hiperszinkronizált működése. Az epileptikus kórképek általános jellemzője a rohamok megléte. Az epilepszia egyik definíciója szerint az az állapot, amely során ismétlődő, spontán rohamokat tapasztalunk (Scharfman, 2007;). Egyetlen roham nem jelent epilepsziát, mivel rohamot egyéb állapotok is kiválthatnak (fertőzések, magas láz, alkoholizmus esetén alkoholmegvonás, stb.), sőt, epilepsziás roham bárkiben kiváltható. Az epilepszia diagnózisához fontos a rohamok spontaneitása és ismétlődése. A rohamok többnyire néhány másodpercig-percig tartanak, azonban az úgynevezett status epilepticus esetén prolongálódnak, ezzel életveszélyes állapotot ídézve elő (Scharfman, 2007). A roham általános definíció szerint akkor áll elő, amikor a központi idegrendszerben kialakul egy adott neuronpopuláció abnormális, erősen szinkronizált működése (Scharfman, 2007). Két rohamtípust különböztetünk meg: a grand mal, vagy nagyrohamos epilepsziát, amelyet ma tónusos-klónusos rohamnak neveznek, illetve a petit mail, vagy absence epilepsziát. Az érintett agyterületek alapján a roham lehet parciális (más néven lokális vagy fokális), vagy generalizált. A lokális rohamok általában nem okoznak olyan erős tüneteket mint a generalizáltak. Az epilepszia lehet önmagában fennálló kórállapot, de vannak olyan betegségek is, amelyek tünetei közt szerepelnek az epilepsziás rohamok, mint például a sclerosis tuberosa, Angelman-szindróma vagy Lafora-kór (Engel, 2001; Reid és mtsai, 2009). Az epilepszia amellett, hogy egyértelműen rontja a páciensek életminőségét, sok esetben neuronkárosító hatással is rendelkezik, különösen igaz ez a generalizált rohamokra, mivel feltehetően erős depolarizációt váltanak ki a központi idegrendszer sejtjeiben, ami toxikus hatású, mert a sejtek anyagcseréje nem képes elég energiát termelni a membránpotenciál helyreállításához. Az érintett agyi stuktúrák, főképp a cortex, a hippocampus és a thalamus 5

5 kapcsolatainak szerkezete megváltozik, thalamikus atrófia figyelhető meg, és a kéreg több területe is elvékonyodhat, különösen a fronto-centrális régiókban. A változások kifejezettebbek, ha a betegség már hosszabb ideje fennáll, valamint olyan esetekben, amikor rohamok gyógyszeres kezelése nem elégséges (Bernhardt és mtsai, 2009). A jelenleg alkalmazott antiepileptikus szerek némely esetben csak mérsékelten hatékonyak, vagy akár teljesen hatástalanok (ezek az úgynevezett gyógyszer-rezisztens epilepsziák) és bizonyos gyógyszertípusok absence epilepsziára alkalmazva súlyosbítják a tüneteket (Futatsugi és Riviello, 1998). A fent vázolt szövődmények miatt igen fontos, hogy megfelelő gyógyszerezést tudjanak alkalmazni a betegeknél. Mivel a jelenleg használt hatóanyagok sok esetben nem elégségesek, bizonyos gyógyszereknek pedig a hatásmechanizmusa nem teljesen tisztázott, lényeges lépés a betegség konkrét mechanizmusainak feltárása. Amennyiben tisztában vagyunk azzal, milyen fehérjemolekulák játszanak szerepet a tünetek kialakulásában, vagy teszik lehetővé azt, találhatunk közöttük potenciális gyógyszer-target molekulákat. Minél részletesebb információk állnak rendelkezésre az érintett molekuláris mechanizmusokról, annál differenciáltabb kezelés lehetséges, vagyis a különféle molekuláris háttérmechanizmussal rendelkező, de hasonló tüneteket produkáló betegségek pontosan diagnosztizálhatóak, és ennek megfelelően gyógyszerezhetőek. Az ismert adatok alapján az is biztosra vehető, hogy az epilepszia egy, a tünetek alapján kialakult gyűjtőfogalom, és az egyes konkrét epilepsziás esetekben eltérő patomechanizmus okozza a rohamok kialakulását. Így az epilepszia molekuláris háttere is heterogén lehet, amire több adat is utal. A humán epilepsziás kórképek osztályozása A különböző epilepszia fajták osztályozása elsősorban a klinikai manifesztáció (a beteg kora a betegség megjelenésekor, a rohamok mintázata és formája, EEG jellemzők és más képalkotó diagnosztikai eljárások leletei) alapján történik. Ezeket a jellemzőket genetikai és különféle környezeti tényezők, esetleg szerzett elváltozások (agysérülés, tumor) befolyásolják és alakítják ki (Reid és mtsai, 2009), sok esetben pedig erősen valószínű a genetikai és a környezeti faktorok együttes hatása (Berkovic és mtsai, 2006b). A klasszifikáció sok esetben inkább a kezelés és gyógyszerezés módjának megválasztása szempontjából lényeges, vagyis elsősorban praktikus szempontok alapján történik. Összességében több, mint ötven fajta szindrómát írtak már le (Reid és mtsai, 2009). 6

6 A klinikai praktikumban használt csoportosítás szerint az epilepszia lehet parciális, más néven fokális, amelynél az epileptikus működés csak az egyik agyféltekében jelenik meg, és konkrét, kisebb agyterület(ek) működnek epileptikus fókusz(ok)ként. Ez nem jelenti azt, hogy az epileptogén régió kis méretű, jól körvonalazható neuropatológiai fókusz lenne. A fokális rohamok és szindrómák hátterében általában diffúz, időnként nagyon kiterjedt cerebrális diszfunkció áll (Engel, 2001). Ilyen például a temporális lebeny epilepszia, amely esetben a fókusz a temporális lebeny területén található. A másik típus a generalizált, diffúz eredetű epilepszia, amikor az epileptikus működés szimmetrikusan mindkét félteke területeire kiterjed, mint például az absence epilepsziában, ahol a szinkronizált tüzelés az agykéreg teljes területére kiterjed mindkét oldalon. Mint később látni fogjuk, valójában a generalizált epilepsziák esetén is találhatunk fókuszt, amelyből kiindulva az epileptikus működés gyorsan átterjed más területekre (Blumenfeld, 2003). Felmerült annak a lehetősége is, hogy a generalizált és fokális rohamok megkülönböztetése ebben a formában nem feltétlenül helyes, mivel az epilepszia minden esetben komplex, több okra visszavezethető betegség. Klinikailag azonban mindenképp hasznos a megkülönböztetés, mivel általánosan igaz, hogy a fokális epilepsziák kezelhetőek műtéti eljárásokkal, és más gyógyszerezésre reagálnak jól, mint a generalizált epilepsziák (Lüders et al, 2006). Az egyes rohamtípusokról EEG-ábrákat lásd: 1. ábra, 2. ábra, 3. ábra. A képek forrása az American Epilepsy Society honlapja. Az EEGfelvételek a páciensekről as rendszerű elektródfelhelyezés mellett készültek. 1. ábra. Parciális roham EEG-képe. 7

7 2. ábra. Generalizált tüske-hullám kisülések. 3. ábra. Tipikus absence roham EEG-képe. A másik osztályozás alapja az etiológiai alapú kategorizálás. Így két csoportot különböztetnek meg. A szimptomatikus epilepsziák esetén ismert vagy valószínűsíthető ok áll a háttérben, például valamilyen fejlődési rendellenesség vagy agyi sérülés, vagy más neurológiai tünetek, és sokszor az epilepszián kívül más tünetek, például motoros gyengeség vagy mentális fejlődési visszamaradottság figyelhető meg. A másik esetben nincs bizonyítható oka a betegségnek, ezek az idiopátiás epilepsziák. Ezen szindrómák legtöbbjéről feltételezik, hogy genetikai eredetűek, így örökletesek is, és jellemzően korfüggőek (Engel, 2001). Újabban a betegség osztályozását megpróbálják úgy kialakítani, hogy az alapvető biológiai információk nagyobb mértékben szerepet kapjanak, az eredeti, főleg klinikai és EEG jellemzőkön alapuló kategorizálással szemben (Reid és mtsai, 2009). A leggyakoribb típus az úgynevezett lázroham, amely a gyermekek nagyjából 3%-át érinti. Ezek tipikusan 5 éves kor alatt, általában csak láz hatására kiváltódó rohamok. A generalizált epilepsziák teszik ki a kóresetek mintegy 30%-át, a lázrohamokat nem tekintve. Ezeknek nagy része úgynevezett idiopátiás generalizált epilepszia (IGE), amely kategória több, egymással 8

8 rokon betegséget foglal magába, melyek jellemzően gyermek- vagy serdülőkorban alakulnak ki (habár bármely életszakaszban előfordulhatnak) (Reid és mtsai, 2009). Az epilepsziás kórképeknek nagyon jellegzetes EEG-mintázata van, nagy epileptikus kisülésekkel, amelyeket tüskéknek neveznek. Minden absence epilepszia szindrómára jellemzőek az úgynevezett tüske-hullám kisülések (THK), bár ezek más epilepsziatípusokban is előfordulnak. Szakdolgozatomban az absence epilepsziával foglalkozom közelebbről. Az absence epilepszia idiopátiás generalizált epilepszia, habár felvetődött, nem tekinthetőek-e ezek a rohamok elsősorban a premotoros területeket érintő fokális epilepsziának (Craiu és mtsai, 2006). Ez az epilepsziatípus a leggyakoribb, az epilepsziás páciensek mintegy 30%-a érintett (Reid és mtsai, 2009), és jellemzően fiatal korban fordul elő. Az absence epilepszia háttérmechanizmusai és farmakológiai profilja határozottan elkülönül a fokális epilepsziákétól. Míg a fokális epilepsziák esetén a roham alatt az érintett neuronok rögtön depolarizálódnak, absence epilepsziánál először a sejtek hiperpolarizációja lép fel, amely lehetővé teszi a thalamusban a tónikus tüzelésről a burst tüzelésre való áttérést, ezáltal létrehozva a hiperszinkronizált működést (Khosravani és Zamponi, 2006; Shin 2006). Az absence epilepszia A betegséget először Poupart írta le 1705-ben, és 1770-től nevezték el a rohamokat petit accées -nek, petit mal -nak, vagyis kis roham -nak. Az absence kifejezést 1824-ben alkalmazta először Calmeil. Az absence epilepszia tipikusan 5-15 éves korban alakul ki, és lányok közt kicsivel gyakoribb, mint fiúk közt (Luijtelaar és Sitnikova, 2006). Aszerint, hogy mely életkorban jelentkeznek a tünetek, gyermekkori absence epilepsziáról vagy juvenilis absence epilepsziáról van szó. Bár ezek a szindrómák felnőttkorra sokszor megszűnnek, előfordul, hogy a tünetek fennmaradnak, esetleg rosszabbodhatnak is. Az epilepsziás felnőtteknél mintegy 10-15%-ban fordulnak elő THK-ek, ezekben az esetekben az absence rohamok mellett gyakran lépnek fel egyéb generalizált rohamok is (Luijtelaar és Sitnikova, 2006). A gyermekkori absence epilepsziás betegek a legtöbb esetben nem mutatnak egyéb neurológiai tünetet. Juvenilis absence epilepsziánál azonban gyakoriak a társuló mentális zavarok valamint az izomtónus csökkenése, a rohamaik pedig lehetnek atipikusak, vagyis hosszabb ideig tartanak, kevésbé váratlanul jelentkeznek az EEG-mintázatban, és gyakran más típusú rohamok is megfigyelhetőek, például generalizált tónusos-klónusos, mioklónusos vagy atónusos rohamok 9

9 (Khosravani és Zamponi, 2006). Absence rohamok más szindrómákban is előfordulhatnak, például Lafora-kór vagy Angelman-szindróma esetén. A diagnózis egyik kritériuma a tudat ideiglenes elvesztése: az addig folytatott tevékenység megszakad, a válaszkészség lecsökken, a mentális funkciók nem működnek megfelelően. Innen ered a betegség neve, mivel a páciens látszólag nincs jelen. Csak a szem kismértékű mioklónusos rángásai figyelhetők meg, valamint periorális automatizmusok, például rágás, vagy patkány és egér modellek esetén a bajuszszálak rángatózása. Az absence rohamok általában néhány másodpercig tartanak, legfeljebb 45 másodpercig, és a roham után nem áll fenn további tudatzavar. A roham kialakulása és megszűnése is váratlan, teljesen normális EEG-mintázat előzheti meg és követheti (Luijtelaar és Sitnikova, 2006). A tudatvesztés azonban úgy tűnik, változó mértékű és nem teljes, például patkányok esetében kimutatható, hogy roham alatt adott hangingerek közül képesek megkülönböztetni előzetes tréning után a releváns és a nem releváns ingereket (Drinkenburg és mtsai., 2003). A tudatvesztés mértéke attól függ, a cortexnek mely területeire terjed ki az epileptikus aktivitás. A válaszkészség csökkenését ezekben az esetekben az úgynevezett arrest -reakció okozza, vagyis a mozgásindításért felelős frontális premotoros terület működési zavara (Craiu és mtsai., 2006). A másik kritérium az emberek esetén 3-4 Hz frekvenciájú THK-ek megléte az EEGmintázatban (Niedermeyer, 1996) (1. ábra). Macskáknál a mintázat frekvenciája Hz, patkányoknál a 7-12 Hz. Az eltérés háttérmechanizmusa nem ismert, bár a priori nem zárja ki semmi a különböző fajok esetében eltérő frekvenciát (Coenen és Luijtelaar, 2003). Habár az absence epilepsziát elsősorban funkcionális zavarnak sorolják be, amelynek hátterében nem állnak strukturális elváltozások, valójában bizonyos neuropatológiai elváltozások kimutathatóak például a WAG/Rij patkányokban. Ezekben az állatokban a szomatoszenzoros kéregben és a motoros kéregben is jellemző volt a szuperficiális rétegben a piramissejtek rendellenes elhelyezkedése, valamint a dendritek fejlődésének zavarai (Karpova és mtsai, 2005). Disztrófikus neuronokat kimutattak gyermekkori absence epilepsziás páciensek neocortexében és a frontális lebeny subcorticalis fehérállományában is (Meencke, 1989). A tüske-hullám kisülésekre jellemző, hogy a két agyféltekében szimmetrikusan jelennek meg. Eleinte úgy vélték, a szimmetria teljes, azonban ez csak papírra rögzített EEG esetén, normál papírsebességnél látszik így. Valójában azonban a két félteke közt némi eltérés mutatkozik: a latencia akár 20 milliszekundum is lehet (Lüders és mtsai, 1984). Az alvás-ébrenlét fázisok erősen befolyásolják az absence rohamok létrejöttét. Tranziens 10

10 állapotban (elalváskor és felébredéskor, valamint álmosság alatt) sokkal gyakrabban alakulnak ki tüske-hullám kisülések embereknél (Destexhe és mtsai, 1999) és az absence epilepszia modell patkányoknál (Pinault, 2003). Ennek oka valószínűleg az ilyenkor normálisan is fellépő, az EEG-n látható alvási orsók kóros transzformálása THK-ekké. Az alvási orsó a THK-hez hasonló elektrofiziológia jelenség, 7-15 Hz közötti szinkronizált oszcilláció (Blumenfeld, 2003). Intracelluláris mérések alapján megállapítható, hogy az absence epilepsziás GAERS patkányokban a normális, 5-9 Hz frekvenciájú thalamus aktivitás hasonló az epileptikus működéshez (4. ábra) (Pinault, 2003). 4. ábra. Szimultán mért extracelluláris aktivitás párban vizsgált thalamocorticalis (TC) és nrt sejtekből GAERS patkányban. Bal oldalon a normális 5-9 Hz frekvenciájú működés során mért jelek, jobb oldalon a hiperszinkronizált, 5-9 Hz frekvenciájú epileptikus működésből mért jelek. Forrás: Pinault, 2003, módosítva. Már az első 11 EEG vizsgálatok alkalmával felmerült a kérdés, mely területek felelősek az absence rohamok kialakulásáért. Mivel a kérgi eredetre semmiféle jel nem mutatott, ezért Jasper és Kershman feltételezték egy subcorticalis ritmus generátor, vagyis pacemaker létezését, amely szimultán közvetít mindkét agyféltekébe. Az 1940-es években Jasper és Droogleever- Fortuyn bebizonyították a specifikus thalamocorticalis reciprok kapcsolatok meglétét (5. 5. ábra. A thalamocorticalis rostokat bemutató preparátum. A feliratok fordítása: "Thalamocortical fibers": thalamocorticalis rostok; "Location of thalamus (removed)": a thalamus helye (eltávolítva). Forrás: Turnbull és mtsai, ábra), melyet Experimental studies on the functional anatomy of petit mal epilepsies (Kísérletes vizsgálatok a petit mal epilepszia funkcionális anatómiájáról) című cikkükben írtak le. Igazolták továbbá, hogy egy másodlagos projekciós rendszer is működik a thalamus és a cortex között, amely nem-specifikus, diffúz kapcsolatokat tartalmaz, és amely a thalamus intralaminaris magvaiból ered. Ezek alapján fogalmazódott meg a centrencephalicus elmélet, amely az absence epilepszia eredetével kapcsolatban azt feltételezi, hogy a thalamusnak

11 nagyobb szerepe van, mint a kéregnek. Penfield vezette be a centrencephalicus integráló rendszer fogalmát, amely az agytörzsben és a diencephalonban lokalizálható, és amely diffúzan vetül mindkét féltekébe. Ugyanakkor kísérletes bizonyítékok születtek arra is, hogy esetleg a cortexnek van vezető szerepe az absence rohamok kialakulásában ban Bennett igazolta, hogy pentiléntetrazol injektálásával a cortexet ellátó arteria carotisba generalizált THK-k válthatóak ki, míg ugyanezt a hatóanyagot a vertebralis artériába injektálva, amely az agytörzset és a diencephalont látja el, nem lép fel hasonló válasz. Ezen eredmények alapján úgy vélték, az absence rohamok kiváltója a kéreg, nem pedig valamilyen subcorticalis képződmény. Ezt a feltevést corticalis elméletnek nevezzük. A cortex jelentős szerepét alátámasztják más kutatók eredményei is, akik szerint az idiopátiás generalizált epilepsziák hátterében corticalis abnormalitások állnak (Lüders és mtsai., 1984), a thalamus csak másodlagos szerepet játszik, a thalamocorticalis kapcsolatokon keresztül. Ezzel jól egybevág a THK-eknél megfigyelhető, két agyfélteke közti kismértékű latencia. A THK-ek a cortex mesofrontalis részén keletkeznek, és innen terjednek szét igen gyorsan a kéreg más területeire, azonban a corticalis elmélet nem feltételezi egy valódi epileptikus fókusz vagy fokális terület létét (Niedermeyer, 1996). Később erre alapult Gloor corticoreticularis elmélete is. A corticoreticularis elmélet szerint a kéregnek és a formatio reticularisnak is fontos szerepe van. Erre később a macska generalizált penicillin epilepszia modell (FGPE; lásd később) szolgáltatott bizonyítékokat. Ebben a modellben a thalamus és a cortex jelenléte is szükséges volt THK-ek kiváltásához, a kétoldali szimmetriához pedig a corpus callosum épsége volt a feltétel. A tüske-hullám kisülések legfontosabb előfeltétele a diffúz kérgi hiperexcitabilitás, amelynek eredményeként a thalamocorticalis ingerlés hatására a kérgi neuronok THK-eket produkálnak alvási orsók helyett. A fázisfüggő (phase-locked) tüzelés a cortex sejtjeiben néhány ciklussal előbb mérhető, mint a thalamusban, azonban miután a thalamus felveszi a ritmust, véletlenszerűen alakul, hogy a corticalis neuronok vagy a thalamus sejtjei tüzelnek-e előbb (Avioli és mtsai, 1983). Az FGPE modell lehetséges hibája, hogy esetleg túlhangsúlyozza a kéreg szerepét, és a hiperexcitabilitás hátterében a farmakológiai hatás áll (Meeren és mtsai, 2005). Az 1990-es években egy spontán tüske-hullám kisüléseket mutató patkánytörzs (Fisher 344 patkányok) vizsgálata során azt találták, hogy a cortex kiiktatása után a thalamusban megmaradtak a THK-ek, míg a thalamus léziója esetén a corticalis tüske-hullám kisülések megszűntek (Buzsáki, 1991). Specifikusan a nucleus reticularis thalami (nrt) szelektív 12

12 léziója szüntette meg ezeket a kisüléseket. Szabadon mozgó patkányokon végzett mérések alapján a corticalis és thalamocorticalis sejtek az EEG-n látható tüskével azonos időben tüzeltek, míg a nrt sejtjei a lassú hullámú komponens alatt. A thalamusban a ritmikus sejttüzelés fokozatosan épült fel, megelőzve a kéreg sejtjeit, mielőtt a kisülések az EEG-n láthatóvá váltak volna. Ezek a mérések szolgáltak a thalamikus óra -elmélet alapjául (Buzsáki, 1991). Az elmélet szerint a nrt sejtek ritmusgeneráló (pacemaker) sejtekként működnek. Néhány ilyen neuron fázisos tüzelése thalamocorticalis relésejtek tüzelését idézi elő, amely újabb nrt sejtek működését serkenti, míg végül a szerteágazó dendrodendritikus sejtkapcsolatok révén toborzással (recruiting) a teljes thalamikus hálózat elkezd ritmikusan tüzelni. Ez az elmélet voltaképpen a centrencephalicus elmélet átdolgozása. Az absence epilepszia modell WAG/Rij (Wistar Glaxo Rijswik) és GAERS (Genetic Absence Epilepsy Rats from Strasbourg) patkánytörzsek (lásd később) vizsgálata több bizonyítékot is szolgáltatott az elméletre: a GAERS patkányokban a nrt szelektív elroncsolásával megszüntethetőek az THK-ek, és mindkét törzsnél a fázisfüggő tüzelés a nrt sejtekben néhány milliszekundummal megelőzi a cortex sejtjeit (Inoue és mtsai, 1993; Seidenbecher és mtsai, 1998). A nrt sejtjekre serkentő bemenet a thalamocorticalis és a corticothalamikus pályák axonkollaterálisairól érkezik. A relésejtekre excitációs vetület a prethalamikus és a thalamocorticalis pályákról érkezik, míg inhibitorikus bemenetet a nrt-ból kapnak. A WAG/Rij és GAERS patkányoknál a THK-ek elsősorban az elülső frontális és parietális neocortex területein jelennek meg, és az ezekkel kapcsolatban lévő thalamikus magvakban. WAG/Rij patkányokban a tüske-hullám kisülések a szomatoszenzoros kéreg periorális régiójában lépnek fel először. (Meeren és mtsai., 2002). Vagyis egyfajta corticalis fókusz mutatható ki, amelytől az elektródtávolsággal arányosan egyre nagyobb a kisülések megjelenésének latenciája. A thalamusban ez nem mutatható ki, mivel az intrathalamikus kapcsolatok összetettebbek. A THK-ek amplitúdója szintén a frontális középvonal régióban a legnagyobb, lateralisan és posterior irányba csökken (Rodin és Ancheta, 1987). Humán absence epilepsziában is az EEG-mintázaton a frontális régióban, a premotoros területeken a maximális az aktivitás (Craiu és mtsai, 2006). Az első 500 milliszekundumban a cortex konzisztensen megelőzi a megfelelő thalamikus területet, majd a funkcionálisan kapcsolt thalamus és kéreg területek kölcsönösen befolyásolják egymást, a kapcsolat iránya egy rohamon belül is többször megfordul. A korábbi eredményeket, ahol a thalamus tüzelése megelőzte a cortexét, okozhatta az, hogy a fent említett periorális régióban lévő fókusztól viszonylag távolabb helyezték el az elektródokat a méréseknél. A corticalis fókusz elmélet 13

13 mellett szól, hogy minden oszcillációs ciklus legelső tüskéje a cortexben képződik. A thalamus ekkor egyfajta erősítőként működik. A tüske-hullám kisülések kialakulásához feltételezhetően intakt corticothalamikus hálózat szükséges, amely egy roham létrejöttére alkalmas állapotban van, vagyis az enyhétől közepesig terjedő hiperpolarizált állapotban lévő kérgi piramissejtek, thalamocorticalis relésejtek és thalamikus reticularis sejtek. A kezdeti lépés egy normális vagy epileptikus tüske a corticalis fókusz területén. A gyors generalizálódás a cortexben a rövid távú intracorticalis kapcsolatoknak és a hosszabb távra ható, más kérgi területekkel kapcsolódó neuronpopulációk működésének köszönhető. Az interhemisphericus terjedés a corpus callosum rostjain keresztül történik, vagyis a terjedés egy időben helyi és távolsági is. A szomatoszenzoros cortex periorális régiójának sejtjei valószínűleg még alacsonyabb tüske-generálási küszöbértékkel rendelkeznek, így működhetnek egyfajta epileptikus fókuszként. Ez az elmélet egyfajta szintézis a corticalis és a corticoreticularis elméletek közt. Az absence epilepszia patofiziológiával kapcsolatban ma a leginkább elfogadott elmélet a corticoreticularis elmélet, és a hozzá közel álló corticalis fókusz elmélet. (Az elméletekről összefoglaló ábrát lásd: 6. ábra.) ábra. Az absence epilepszia kialakulási elméleteinek sematikus ábrázolása. Bal oldalt a thalamus elméletek: centrencephalicus elmélet (Centrencephalic Theory, fent) és thalamikus óra elmélet (Thalamic Clock Theory, lent). Jobb oldalt a cortex elméletek: cort icalis elmélet (Cortical Theory, fent) és corticalis fókusz elmélet (Cortical Focus Theory, lent). Középen a corticoreticularis elmélet (Corticoreticular Theory). Forrás: Meeren és mtsai, 2005.

14 Állatmodellek az absence epilepszia kutatásában Állatmodelleket már igen régóta alkalmaznak az absence epilepszia mechanizmusainak feltárását célzó vizsgálatokban. Általában macskán, vagy rágcsálókon (pl. egér, patkány) dolgoznak. A modellek két fő csoportra oszthatóak: a generált és a genetikus modellekre. Az indukált modellek esetén az alkalmazott állatok általában nem mutatnak spontán epileptikus aktivitást, azonban bizonyos stimulus (fotostimulus, kémiai anyag beadása, stb.) hatására absence rohamokat produkálnak. A genetikus epilepszia modellek olyan kitenyésztett törzsek, melyeknél az absence epilepszia vagy legalábbis az absence rohamok megléte genetikailag determinált. Mivel az absence epilepszia embereknél is rendelkezik számottevő genetikai komponenssel, ezek a modellek igen népszerűek a kutatásokban. Indukált modell például az egyik első kutatásban használt modell, a Prince és Farrel által felfedezett macska generalizált penicillin epilepszia (FGPE) modell, amelynél nagy, perifériásan alkalmazott penicillindózis hatására az állatok EEG-mintázata és a viselkedésük is a humán absence epilepsziára jellemző jellegeket mutat (Prince és Farrel, 1969); vagy a GBL-kezelt egér modell, amelynél gamma-butirolakton kezeléssel idézik elő a rohamokat (Ryu és mtsai., 2007), valamint a Naquet-féle fotoszenzitív pávián (Papio papio) modell (Naquet és mtsai, 1995), bár utóbbi nem kifejezetten absence epilepszia modell, hanem reflex generalizált epileptikus rohamok vizsgálatára alkalmas. Genetikailag determinált modellek főképp a rágcsálók közt találhatóak. Sok kutatásban ezeket azért preferálják, mert esetükben ugyanúgy örökletes a betegség, mint humán absence epilepszia esetén. Ilyen például a GAERS (Genetic Absence Epilepsy Rats from Strasbourg) patkánytörzs, a WAG/Rij (Wistar Albino Glaxo/Rijswijk) patkánytörzs, vagy több egértörzs, mint a stargazer vagy a tottering. Ezek a modellek vagy egy ismert gén mutációja miatt mutatják a tüneteket, mint pl. az α1g knockout egér, vagy az emberekhez hasonlóan valószínűleg összetett, multigénes öröklődés áll a szindróma hátterében, amelyben bizonyos hajlamosító kulcsgének és módosító gének játszanak szerepet. Az absence epilepszia háttérmechanizmusaival kapcsolatban született, időnként egymásnak ellentmondó eredmények valószínűleg annak köszönhetőek, hogy az első eredményeket macska modellekből kapták, míg a későbbiekben a rágcsáló modellek kerültek előtérbe. A különféle modellek közt így meghatározó neurológiai különbségek vannak. Macskákban GABAerg interneuronok a teljes thalamusban találhatóak, így a relémagvakhoz is 15

15 kapcsolódnak, amelyek a nrt-ből érkező inhibitorikus kontroll alatt állnak. Patkányokban ezek az interneuronok szinte egy relésejten sem találhatóak meg, kivéve a nucleus geniculatum lateralét (ngl), amely erősebb monoszinaptikus gátló afferenseket kap a nrtből, mint az agy bármely más része. A betegség kialakulásában kulcsszerepet játszó fehérjék azonosítására két lehetőség van. Az egyik, amikor genetikai alapon választunk ki fehérjéket. Ez esetben vagy nagy, ismerten epilepsziás családfákon elváló géneket keresünk, ezek a major epilepszia gének ebben az esetben a genetikai információ elegendő, különösen, ha az adott gén mutációja egymástól függetlenül több családfában is előfordul. A komplexebb fenotípusokhoz kapcsolódó géneket nehezebb azonosítani hagyományos genetikai analízissel, és az ilyen, poligénesen öröklődő esetekben egy-egy adott gén önmagában csak csekély fiziológiai hatással rendelkezik, amelyet in vitro tesztekkel nehéz kimutatni. Az in vitro tesztek alkalmazásával az absence epilepsziában részt vevő összetett hálózat egyes elemeit vizsgálhatjuk például elektrofiziológiai szempontból, valamint kontrollált körülmények között tanulmányozhatjuk az egyes fehérjéket hatásait az őket célzó agonista vagy antagonista szerek alkalmazásával. Azonban egy in vitro rendszerben mért hatás nem biztos, hogy szerepet játszik in vivo rendszerekben is. Az állatmodelleken végzett kísérletek segítségével validálhatjuk az adott gént a patogenezis szempontjából, továbbá lehetőséget adnak a genotípus és a fenotípus közti szakadék áthidalására, valamint potenciális terápiás targetmolekulák azonosítására (Reid és mtsai, 2009). Az absence epilepszia mechanizmusai Az epilepsziára általában jellemző, hogy a neuronok erősen szinkronizált tüzelése az inhibíció és az excitáció valamilyen fajta zavarára vezethető vissza (Scharfman, 2007; Fletcher és Frankel, 1999). A neuronok tüzelésében meghatározó szerepűek az ionkörnyezet és a membránon folyó különböző ionáramok. A szinkronizált működés létrehozásában fontos szerepet kapnak a neuronok, neurális áramkörök és különböző agyi struktúrák, absence epilepszia esetén elsősorban a thalamus és a cortex közti kommunikációs folyamatok. Az IGE-k esetében az epileptogenezisben részt vesznek a cortex és a thalamus közötti kétirányú, feedforward és feedback kapcsolatok (Blumenfeld, 2003). A THK-ek létrejöttét okozhatja a cortex hiperexcitabilitása, amelyben glutaminsaverg kapcsolatok játszanak szerepet, vagy a túlzott thalamikus oszcilláció, amelynek hátterében a GABAerg inhibíció és az általa 16

16 szabályzott neuronok saját tulajdonságai állnak. A thalamo-corticalis működést monoamierg (noradrenerg és szerotoninerg), és kolinerg kapcsolatok is szabályozzák (Danober és mtsai, 1998). (A következő fejezetben az egyes fehérjékhez megadott nagybetűs jelöléseket a HUGO Gene Nomenclature Comittee adatbázisa alapján adtam meg.) Ionáramok a thalamusban és a cortexben Ca 2+ -ioncsatornák A ritmikus oszcilláció kialakításához a thalamus neuronjainak tónusos módú tüzelésből fázisos, vagyis burst tüzelési módra kell váltaniuk. Ezt a váltást a T-típusú kalciumcsatornák befolyásolják (Suzuki és Rogawski, 1989) ben Jahnsen és Llinas kísérletekkel igazolta, hogy a thalamus neuronjai képesek alacsony küszöbértékű tüskék (AKT) generálására a kalciumion-csatornák deinaktiválásán keresztül (Jeanmonod és mtsai, 1996; Futatsugi és Riviello, 1998). Ezek a Ca 2+ -tüske kisülések jóval a normál tüzelési küszöb alatt jelentkeznek és lassú depolarizációs hullám jellemzi őket, amely lehetővé teszi több gyors Na + -függő akciós potenciál generálását (Futatsugi és Riviello 1998). Az AKT Ca 2+ -függő folyamat, megléte pedig a nyugalmi membránpotenciáltól függ. A thalamus sejtjei inaktívak nyugalmi potenciál (-60 mv) mellett, 7-15 mv-os membránpotenciál esetén azonban aktiválhatóak. Relatív hiperpolarizáltság ( mv) esetén szinaptikusan vagy direkt depolarizációval kiváltható az AKT, depolarizált állapotban azonban nincs AKT, tónusos tüzelés következik be. Vagyis, a thalamus relésejtjeinek tüzelési módja a membránpotenciállal közvetlenül összefügg. A sejtek hiperpolarizációja deaktiválja a kalciumion konduktanciát, így burst kisülések jöhetnek létre. A thalamus specifikus magvai érzékenyebbek a hiperpolarizációra a mediális thalamusnál, vagyis az excitációs bemenetek csökkenése vagy az inhibitorikus bemenetek növekedése eredményeképp a specifikus magvak nrt-re vetülő excitációja csökken. Ezáltal a nrt sejtjek membránja hiperpolarizált állapotba kerül, így a mediális thalamusból vagy a kéregből érkező excitatorikus posztszinaptikus potenciálok (EPSP-k) kiválthatják az AKT-et (Jeanmonod és mtsai, 1996). A fázisos tüzelési ritmicitás kialakulásának előfeltétele a tartósabban fennálló vagy ciklikusan fellépő hiperpolarizáció, amelyet a thalamocorticalis neuronkörök működése biztosít (Crunelli és mtsai, 1994; Jeanmonod és mtsai, 1996). A thalamus relésejtjeiből kiinduló efferensek egy hosszútávra ható inhibitorikus visszacsatoló 17

17 neuronkört aktiválnak a nrt sejtjein keresztül. A gátlás posztszinaptikus GABA receptorok aktiválásával történik. A visszacsatolás miatt a relésejtek is gátlódnak, ezáltal membrán potenciáljuk eléri azt a hiperpolarizált értéket, amely lehetővé teszi az AKT-k létrejöttét. Vagyis ez a fajta gátló mechanizmus elősegíti a ritmusos burst tüzelés kialakulását (Felix, 2002; Shin 2006). A thalamus sejtjeiben a Ca 2+ -áram a feszültségfüggő kalciumion-csatornákon keresztül folyik. Ezeket többféleképpen csoportosíthatjuk. Az aktiváló feszültség alapján lehet magas feszültség aktivált (MFA) vagy alacsony feszültség aktivált (AFA) csatorna. MFA csatornák az L-típusú, P/Q-típusú és N-típusú kalciumcsatornák, AFA csatornák pedig a T-típusúak. Az R-típusú csatornák gyorsan inaktiválódnak, és relatíve alacsonyabb feszültségen aktiválódnak, mint az MFA csatornák. Nevük abból ered, hogy a többi csatornát blokkoló anyagokra rezisztensek. A csatornák expresszálása szövetspecifikus, és különböző blokkolószerekre érzékenyek (1. táblázat) (Pollard és Earnshaw, 2004; Catterall és mtsai, 2009). Típus Elhelyezkedés Funkció Blokkolószer L-típus P/Q-típus N-típus R-típus T-típus szívizom, vázizom, KIR (cortex, thalamus, gerincvelő), endokrin sejtek KIR (idegvégződések és dendritek), hipofízis, stb. excitáció-kontrakció összekapcsolása, hormon felszabadulás, szinaptikus szabályzás, stb. neurotranszmitter felszabadulás, dendritikus Ca 2+ - áramok dihidropiridin ω-fonetoxin, ω- agatoxin KIR (preszinaptikus neurotranszmitter végződések, dendritek, szekréció, hormon ω-konotoxin sejttestek), szimpatikus felszabadulás, dendrit idegek, szívizomsejt tranziens Ca 2+ -áram KIR (sejttestek és dendritek) repetitív tüzelés, dendrit tranziens Ca 2+ -áram SNX-482 neuron excitáció, KIR (cerebellum, ritmusgenerálás, burst Ni 2+, anandamid, thalamus, cortex, stb.), tüzelés kialakítása mibefradil szív nodális sejtek oszcilláció kialakítása 1. táblázat: A feszültségfüggő Ca 2+ -csatornák fő típusai, azok elhelyezkedése a szervezetben, az általuk befolyásolt funkciók és a rájuk ható blokkolószerek. (Forrás: Pollard és Earnshaw, 2004; Catterall és mtsai, 2005; Catterall és mtsai, 2009) Erősebb depolarizációnál ( mV) a sejtekben jelentős mértékű áram keletkezik, amely a depolarizáció végéig jelen van. Ekkor az N-típusú (neurális) csatornákon keresztül folyik kalciumáram. A legerősebb depolarizáció (> +10 mv) esetén az áram tartósan fennáll, ez az 18

18 L-típusú kalciumáram ( long lasting, vagyis hosszantartó). Kismértékű hiperpolarizáció ( mV) esetén belső, viszonylag gyorsan inaktiválódó, vagyis T (tranziens) típusú áram keletkezik, az alacsony feszültség aktiválta T-típusú kalciumion-csatornán. Ez az áram depolarizálja a sejteket, és így epilepsziás szinkronizációhoz vezethet. A T-típusú kalciumcsatornákat blokkoló hatóanyagok jó antiepileptikus szerek, mivel ezeknek a csatornáknak jelentős szerepe van a thalamikus oszcillációt okozó burst tüzelés kialakításában. A relésejtek sajátossága a viszonylag nagy T-típusú áram. Ez éppen azon a membránpotenciál értéken lép fel, amely alkalmas AKT létrehozására is. Az alacsony küszöbű Ca 2+ -tüske lassú depolarizációs hullámjának tetején magas küszöbű kationáramok indulhatnak el: gyors feszültségfüggő Na 2+ -csatornák által létrehozott kisülések, valamint K + -áram és Ca 2+ -áram. Utóbbi aktiválhatja a Ca + -függő K + -csatornákat, amelyek a feszültség-függő K + -csatornákkal együttműködve repolarizálják a sejtet (7. ábra) (Perez-Reyes, 2003). Az absence rohamok kialakulásában részt vevő másik kalciumcsatorna típus a P/Q csatorna. Habár a neuronok működésének szinkronizációjában elektromos szinapszisok is szerepet játszanak, a fő mechanizmus a kémiai szinaptikus transzmisszió, amelynek kulcsmediátorai a P/Q típusú kalciumcsatornák (Khosravani és Zamponi, 2006). Ezek a csatornafehérjék szomatodendritikus membránokon és preszinaptikus terminálokon expresszálódnak. Ezeknek a csatornáknak a hibás működése a szinaptikus és nemszinaptikus jelátvitelt is befolyásolhatja (Felix, 2002). 6. ábra. A. Tónusos (regular) és fázisos (burst) tüzelés a membránpotenciál függvényében. B. A burst tüzelést kialakító áramok. Ih: hiperpolarizáció aktiválta kationáram; IT: T-áram, "Na + -spike": Na + - tüske; Low threshold Ca 2+ -spike: alacsony küszöbű Ca 2+ -tüske. Forrás: Perez-Reyes, A Ca 2+ -csatornák a legkomplexebb feszültségfüggő ioncsatornák, amelyek négy transzmembrán doménből állnak, amelyek az α 1 -alegységet alkotják. Ez a molekula a csatorna pórusrégióját képezi. Az AFA csatornák állhatnak csak ebből az alegységből, míg a MFA csatornáknál mindig találunk más alegységeket, mint a β, γ, α 2 -δ. Ezek az alegységek más fehérjékkel létesíthetnek kapcsolatot, vagy módosítják a csatorna működését (Felix, 2002; 19

19 Khosravani és Zamponi, 2006). A neuronális Ca 2+ -csatornák α 1 alegységeit három fő típusra osztják, ezek a Ca V 1, Ca V 2 és Ca V 3 család. A T-típusú csatorna α 1 fehérjét a Ca V 3 gének kódolják, ezekből szintén három izoforma létezik: Ca V 3.1 (CACNA1G), Ca V 3.2 (CACNA1H) és Ca V 3.3 (CACNA1I). Az izoformák funkcionálisan kismértékben eltérnek, és eloszlásuk a központi idegrendszer különböző területein és szubcelluláris szinten is változó (Khosravani és Zamponi, 2006; McKay és mtsai, 2006; Shin 2006). A feszültségfüggő kalciumcsatornák szerepét az absence epilepsziában több mutáns egértörzs vizsgálata igazolja. Az α 1 alegység mutációja több, absence rohamokat mutató modellben kimutatható. Ezek a modellek általában más neurológiai tüneteket is mutatnak, többnyire ataxiát és disztóniát. A tottering, leaner, rolling Nagoya és rocky egerek esetében a Cav2.1 csatornát kódoló CACNA1A gén mutálódott, a tottering esetén pontmutációval. A többi alegység mutációja a lethargic (CACNB4), ducky (CACNA2D2) és a stargazer, valamint waggler (mindkettő CACNG2 mutáns) egerekben figyelhető meg. Ezeknél a modelleknél jellemző a thalamus relésejtekben a P/Q áram csökkenése, valamint a T-áram kompenzációs növekedése (Zhang és mtsai, 2002). A CACNA1G nullmutáns egereknél, amelyekben nem fejeződik ki a Ca V 3.1 T-csatorna izoforma, a relésejtek nem produkálnak fázisos tüzelést (a tónusos tüzelés megmarad), és az egerek rezisztensek az absence epilepszia kiváltására (Kim és mtsai, 2001). GAERS patkányokban kimutatható az nrt sejtekben a megnövekedett alacsony küszöbű Ca 2+ -áram (Avanzini és mtsai, 1996). α1g-mutáns egerekben a THK-k kialakulásához nem szükséges a T-áram fiziológiás szintnél nagyobb mértéke, a relatíve erősebb inhibitorikus bemenetek miatt a hatékonyabb hiperpolarizáció önmagában megnöveli a T-típusú kalciumcsatornák nyitásának valószínűségét a relésejtekben, ezzel lehetővé téve a THK-ek kialakulását (Song és mtsai, 2004). A legtöbb egérmodellnél, valószínűleg a CACNA1A fehérje szinaptikus transzmisszióra gyakorolt hatása miatt, nemcsak az ionáramok változása figyelhető meg, de egyéb molekuláris folyamatok is megváltoznak (lásd később). Humán genetikai vizsgálatokat többek közt Chen és munkatársai végeztek, amelyben a kínai Han-populációból vett 118 fős gyermekkori absence epilepsziás páciens közül 14-ben kimutatható a CACNA1H gén missense mutációja, így ez a gén jelentős szerepet játszhat a humán absence epilepszia kialakításában (Chen és mtsai, 2003). Absence epilepsziával és mioklónusos epilepsiával kapcsolatban került leírásra az EFHC1 (Lu és mtsai, 2003b; Turnbull és mtsai, 2005; Reid és mtsai, 2009) jelű fehérje. Ez a fehérje egy Ca 2+ -kötő molekula, így részt vesz a sejt kalciumion homeosztázisának kialakításában. A 20

20 neuronok szómáján és dendritjein lokalizálható, és az R-típusú kalcium-csatornákkal interakcióba lép (Suzuki és mtsai, 2004), így befolyásolja a neuronális excitabilitást és a sejtmembránon folyó kalcium-áramot. Na + -ioncsatornák A feszültségfüggő Na + -csatornák legfontosabb szerepe az akciós potenciálok generálásában és propagálásában van, így meghatározóak a neuronok excitabilitása szempontjából (Catterall és mtsai, 2005; Reid és mtsai, 2009). Minden ingerelhető sejten megjelennek, így izom-, ideg- és neuroendokrin sejteken is. A pórusalkotó alegység az α, amely négy homológ, hat-hat transzmembrán hélixből felépülő doménből áll, valamint egy P-hurokból. Az alfa alegység önmagában is funkcionál, azonban a csatorna kinetikáját és feszültségfüggését kiegészítő béta-alegységek befolyásolják. Az alfa alegységet 9 gén kódolja, ezek sorra Na V 1 (SCN1A), Na V 2 (SCN2A), Na V 3 (SCN3A), Na V 4 (SCN4A), Na V 5 (SCN5A), Na V 6 (SCN6A), Na V 7 (SCN7A), Na V 8 (SCN10A), Na V 9 (SCN11A); a béta alegységeket 4 (SCN1B - SCN4B) (Catterall és mtsai, 2005). Az egyes génekről poszttranszkripciós módosítások során többfajta fehérje izoforma íródhat le, amelyek eloszlása a szervezetben szövetspecifikus. A KIR-ben elsősorban a Na V 1.1, Na V 1.2, Na V 1.3, Na V 1.6 fehérjék expresszálódnak (Catterall és mtsai, 2005). A szakirodalomban epilepsziával kapcsolatban elsősorban az SCN1A fehérjéről találhatóak adatok. Ennek a molekulának a mutációi megnövekedett perzisztens Na + -áramot eredményeznek, amely hozzájárul a sejtek depolarizációjához, így csökkentve az akciós potenciál keletkezéséhez szükséges feszültségértéket. A perzisztens nátriumion-áram hozzájárulhat a repetitív tüzeléshez is, a ritmusgeneráláshoz és befolyásolják mind az inhibitorikus, mint az excitatorikus folyamatokat (Reid és mtsai, 2009). Bizonyos mutációk okozhatják a Na + -áram csökkenését is. Amennyiben ez az inhibitorikus interneuronokon történik, ezeknek a thalamocorticalis hálózat működésében való részvétele csökken, így létrehozva a hiperexcitábilis fenotípust (Martin és mtsai, 2010). Az SCN1A fehérje mutációit eddig lázrohamos generalizált epilepsziában és az igen súlyos Dravet-szindrómában (súlyos gyermekkori mioklónusos epilepszia) írták le (Miller és de Menezes, 2007; Reid és mtsai, 2009; Catterall és mtsai, 2010; Meisler és mtsai, 2010). Ugyanezekhez a betegségekhez köthető az SCN2A gén mutációja is (Baulac és mtsai, 1999; Shi és mtsai, 2009). Mindkét kórkép generalizált epilepszia, és Dravet-szindrómás betegekben 21