Az agytörzsi dorzális vagus komplex glukokináz expressziójának molekuláris. és funkcionális változásai I-es típusú diabetes egérmodelljében

Hasonló dokumentumok
KÉSZÍTETTE: BALOGH VERONIKA ELTE IDEGTUDOMÁNY ÉS HUMÁNBIOLÓGIA SZAKIRÁNY MSC 2015/16 II. FÉLÉV

AZ ÖSZTROGÉN ÉS A DEHIDROEPIANDROSZTERON SZEREPE A SZINAPTIKUS ÁTRENDEZŐDÉSBEN

A diabetes hatása a terhes patkány uterus működésére és farmakológiai reaktivitására

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

FUSARIUM TOXINOK IDEGRENDSZERI HATÁSÁNAK ELEMZÉSE

Ca 2+ Transients in Astrocyte Fine Processes Occur Via Ca 2+ Influx in the Adult Mouse Hippocampus

A szövetek tápanyagellátásának hormonális szabályozása

Kutatási beszámoló ( )

~ 1 ~ Ezek alapján a következő célokat valósítottuk meg a Ph.D. munkám során:

Az idegsejtek kommunikációja. a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció

Légzés 4. Légzésszabályozás. Jenes Ágnes

A sejtmembrán szabályozó szerepe fiziológiás körülmények között és kóros állapotokban

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

Élettan írásbeli vizsga (PPKE BTK pszichológia BA); 2014/2015 II. félév

Zárójelentés. A) A cervix nyújthatóságának (rezisztencia) állatkísérletes meghatározása terhes és nem terhes patkányban.

FEJEZETEK AZ ÉLETTAN TANTÁRGYBÓL

Immunológia alapjai. Az immunválasz szupressziója Előadás. A szupresszióban részt vevő sejtes és molekuláris elemek

Sáry Gyula SZTE ÁOK Élettani Intézet

A pályázat célul tűzte ki a gerincvelői nociceptív ingerületfeldolgozást végző érző és a gerincvelői szintű motoros működéseket irányító mozgató

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Asztroglia Ca 2+ szignál szerepe az Alzheimer kórban FAZEKAS CSILLA LEA NOVEMBER

Nemszinaptikus receptorok és szubmikronos Ca2+ válaszok: A két-foton lézermikroszkópia felhasználása a farmakológiai vizsgálatokra.

OTKA ZÁRÓJELENTÉS

NÖVÉNYÉLETTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Sejtek közötti kommunikáció:

Az anti-apoptózis mechanizmus vizsgálata agyi ischaemia/hypoxia modellekben

PhD vizsgakérdések április 11. Próbálja meg funkcionális szempontból leírni és példákon bemutatni az intralimbikus kapcsolatok jelentőségét.

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Központi idegrendszeri vizsgálatok.

Az agy betegségeinek molekuláris biológiája. 1. Prion betegség 2. Trinukleotid ripít betegségek 3. ALS 4. Parkinson kór 5.

A GLIASEJTEK ÉS AZ EPILEPTIKUS AKTIVITÁS KAPCSOLATA GÁSPÁR ATTILA GLIA SEJTEK ÉLETTANA EA

IONCSATORNÁK. I. Szelektivitás és kapuzás. III. Szabályozás enzimek és alegységek által. IV. Akciós potenciál és szinaptikus átvitel

Hiperlipidémia okozta neurodegeneratív és vér-agy gát-elváltozások ApoB-100 transzgenikus egerekben

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Receptor felépítése. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Doktori értekezés tézisei

Az emésztôrendszer károsodásai. Lonovics János id. Dubecz Sándor Erdôs László Juhász Ferenc Misz Irén Irisz. 17. fejezet

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

AZ ATP SZENZITÍV KÁLIM CSATORNA: KARMESTER A GÜKÓZHOMEOSZTÁZIS ENDOKRIN ÉS IDEGI SZABÁLYOZÁSÁBAN

Két kevéssé ismert humán ABCG fehérje expressziója és funkcionális vizsgálata: ABCG1 és ABCG4 jellemzése

Gyógyszeres kezelések

MAGYAR NYELVŰ ÖSSZEFOGLALÁS

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Az elért eredmények ismertetése 1. Csirkeembriók gerincvelő telepeiben kimutattuk, hogy az extracellularis matrix (ECM) egyik organizátor molekulája,

4. Egy szarkomer sematikus rajza látható az alanti ábrán. Aktív kontrakció esetén mely távolságok csökkenése lesz észlelhető? (3)

Glikolízis. emberi szervezet napi glukózigénye: kb. 160 g

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Tóthné Fülep Beatrix. Korszerű lehetőségek a fizioterápiában III. Hévíz

Gyógyszerészeti neurobiológia Idegélettan 3. A gerincvelő szerepe az izomműködés szabályozásában

Az elért eredmények. a) A jobb- és baloldali petefészek supraspinális beidegzése

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

Metabolikus kórképek állatkísérletes modelljei (diabetes, diszlipidémia, hiperurikémia)

megerősítik azt a hipotézist, miszerint az NPY szerepet játszik az evés, az anyagcsere, és az alvás integrálásában.

A köztiagy (dienchephalon)

Aktív életerő HU/KAR/0218/0001

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

Immunológia alapjai. 10. előadás. Komplement rendszer

Intézeti Beszámoló. Dr. Kovács Árpád Ferenc

SZOCIÁLIS VISELKEDÉSEK

A T sejt receptor (TCR) heterodimer

(1) A T sejtek aktiválása (2) Az ön reaktív T sejtek toleranciája. α lánc. β lánc. V α. V β. C β. C α.

mi a cukorbetegség? DR. TSCHÜRTZ NÁNDOR, DR. HIDVÉGI TIBOR

Preeclampsia-asszociált extracelluláris vezikulák

Pszichotrauma és disszociatív kapacitás összefüggésének vizsgálata syncopés betegek körében

A légzési lánc és az oxidatív foszforiláció

Érzékelési folyamat szereplői. Az érzékelés biofizikájának alapjai. Inger Modalitás Receptortípus. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

ZÁRÓJELENTÉS OTKA AZ ÉP ÉS KÓROS PORCSZÖVET VÁLTOZÁSA IN VITRO KÍSÉRLETEKBEN

A neurogliaform sejtek szerepe az agykéregben

Az idegi működés strukturális és sejtes alapjai

Érzékszervi receptorok

Dózis-válasz görbe A dózis válasz kapcsolat ábrázolása a legáltalánosabb módja annak, hogy bemutassunk eredményeket a tudományban vagy a klinikai

AZ ELHÍZÁS ÉLETTANI ALAPJAI. Gyógyszerészet, a gyógyszerellátás kulcskérdései

Adatelemzési eljárások az idegrendszer kutatásban Somogyvári Zoltán

INTRACELLULÁRIS PATOGÉNEK

Szerkesztette: dr Lázár Sarnyai Nóra

Dr. Csala Miklós OTKA NN 75275

Dr. Nemes Nagy Zsuzsa Szakképzés Karl Landsteiner Karl Landsteiner:

Az érzékelés biofizikájának alapjai. Érzékelési folyamat szereplői. Az inger jellemzői MILYEN? HOL? MENNYI? MEDDIG?

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

II. félév, 8. ANATÓMIA elıadás JGYTFK, Testnevelési és Sporttudományi Intézet. Idegrendszer SYSTEMA NERVOSUM

Az Ames teszt (Salmonella/S9) a nemzetközi hatóságok által a kémiai anyagok minősítéséhez előírt vizsgálat, amellyel az esetleges genotoxikus hatás

A sejtek közöti kommunikáció formái. BsC II. Sejtélettani alapok Dr. Fodor János

TÁPLÁLKOZÁSI AKADÉMIA

Válasz Dr. Gereben Balázs bírálatára

A neuroendokrin jelátviteli rendszer

KERINGŐ EXTRACELLULÁRIS VEZIKULÁK ÁLTAL INDUKÁLT GÉNEXPRESSZIÓS MINTÁZAT VIZSGÁLATA TROPHOBLAST SEJTVONALBAN

Xenobiotikum transzporterek vizsgálata humán keratinocitákban és bőrben

MIKROBIOM ÉS ELHÍZÁS HEINZ GYAKY 2018 BUDAPEST

Maléth József. Az endoplazmás retikulum - plazma membrán mikrodomének szerepe az intracelluláris Ca 2+ szignalizáció szabályzásában

Légzés. A gázcsere alapjai

Az idegsejt elektrokémiai és

Immunológia alapjai előadás MHC. szerkezete és genetikája, és az immunológiai felismerésben játszott szerepe. Antigén bemutatás.

[S] v' [I] [1] Kompetitív gátlás

Az autonóm idegrendszer

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Tények a Goji bogyóról:

Ex vivo elektrofiziológia. Élettani és Neurobiológiai Tanszék

In vitro elektrofiziológiai technikák Mike Árpád

A légzőrendszer felépítése, a légzőmozgások

Átírás:

1 Az agytörzsi dorzális vagus komplex glukokináz expressziójának molekuláris és funkcionális változásai I-es típusú diabetes egérmodelljében PhD tézis Halmos Csányi Katalin MSc Témavezetők: Prof. Dr. Benedek Gyorgy, SZTE ÁOK Élettani Intézet Prof. Dr. Jancsó Gábor SZTE ÁOK Élettani Intézet Dr. Bret N. Smith, Kentucky Egyetem, Élettani Intézet Szeged 2015

2 AZ ÉRTEKEZÉS ALAPJÁT KÉPEZŐ KÖZLEMÉNYEK: 1.K.C. Halmos, P. Gyarmati, H. Xu, S. Maimaiti, G. Jancsó, G. Benedek, B.N. Smith, Molecular and functional changes in glucokinase expression in the brainstem dorsal vagal complex in a murine model of type 1 diabetes. Neuroscience 2015 In Press. doi:10.1016/j.neuroscience.2015.08.023 IF: 3,357 2. Bach EC, Halmos KC, Smith BN Enhanced NMDA receptor-mediated modulation of excitatory neurotransmission in the dorsal vagal complex of streptozotocin-treated, chronically hyperglycemic mice. PLOS ONE 2015 Mar 23;10(3):e0121022. IF: 3.534 3. Boychuk CR, Halmos, K, Smith BN. Diabetes induces GABA receptor plasticity in murine vagal motor neurons. J Neurophysiol. 2015 May 20:jn.00209.2015. doi: 10.1152/jn.00209.2015 In Press. IF: 2.887

3 Az agytörzsi dorzális vagus komplex glukokináz expressziójának molekuláris és funkcionális változásai I-es típusú diabetes egérmodelljében Az egyértelműen megemelkedett vér-glukózkoncentrációval jellemzett diabetes mellitus több mint 29 millió embert érint az Egyesült Államokban. Súlyos szövődményei közé tartozik a szívbetegség, a stroke, a magas vérnyomás, a vakság, az idegrendszeri károsodás és a gyomorbélrendszer működési zavara. A tünetek enyhítésére és a szövődmények csökkentésére irányuló erőfeszítések ellenére az állapot kezelése a mai napig nem megoldott. A glukóz homeostasisban szerepe van az agy különböző ún. preautonóm területeinek, működésüket a megemelkedett vérglukózszint szintén befolyásolja. A plazmaglukóz- és inzulinszint szabályozásában különösen fontos szerepet játszanak a hátsóagyban lévő idegi áramkörök. Ezek egyike, a vagus által közvetített paraszimpatikus output, meghatározó szerepet játszik a metabolikus homeostasissal összefüggő zsigeri működés szabályozásában, és számos adat bizonyítja az agytörzsi dorzális vagus komplex elsődleges és döntő jelentőségét a plazmaglukóz- és inzulinszint, a táplálkozás és az energia-egyensúly glukózérzékeny modulálásában. Az agytörzsi nucleus tractus solitarius (NTS) neuronjai a bélből, valamint egyéb mellkasi és hasi zsigerekből glutamaterg, primer vagus afferens szinaptikus inputot kapnak. A vagus afferensek az NTS felé közvetítik az információt a gyomor-bélrendszer disztenziójáról és tápanyagtartalmáról; az NTS ezeket az információkat feldolgozza, integrálja a neuronális és humorális jelekkel, majd továbbítja egyéb agyi területek, köztük a dorzális motoros vagusmag (DMV) motoros neuronjai felé. A glukózkoncentráció akut változására az NTS neuronjai az

4 idegi ingerelhetőség fokozódásával avagy csökkenésével és a szinaptikus input módosulásával reagálnak, ezek a folyamatok pedig glukokinázfüggők. A depolarizáló választ a káliumérzkeny adenozin-trifoszfát (K ATP ) csatornák inaktiválódása közvetíti, a K ATP csatornák modulálása pedig megakadályozza a vagus motoros neuronjainak glukóz által indukált és gammaaminovajsav (GABA) által közvetített gátlását. Az I-es típusú diabetest a hasnyámirigy bétasejtjei által termelt inzulin mennyiségének csökkenése és az így kialakuló szabályozatlan hyperglycaemia jellemzi. Az I-es típusú diabetes modelljeiben a dorzális vagus komplex szinaptikus és egyéb celluláris válaszainak módosulását tapasztalták a glukózkoncentráció helyreállását követően is. Krónikus hyperglycaemia során a vagus reflexek gyakran eltompulnak, a megváltozott vagusműködés pedig a zsigeri funkciók diabetesszel összefüggő zavarát okozhatja, ami arra utal, hogy a krónikusan magas glukózszint megváltoztatja a dorzális vagus komplex neuronjainak reakciókészségét. Mivel a glukokináz (GCK) és a K ATP csatorna modulációja szerepet játszik a glukóz kiváltotta neuronválaszban és az NTS neuronok megváltozott reakciókészségében I-es típusú diabetes modelljeiben, megvizsgáltuk azt a hipotézist, mely szerint a GCK vagy K ATP csatorna expressziója megváltozik több napig tartó krónikus hyperglycaemiát/ hypoinsulaemiát követően streptozotocinnal (STZ) kezelt egerekben. Ha választ kapunk arra, hogyan változik a dorzális agytörzs glukózérzékenysége diabetes során, olyan hipotéziseket alkothatunk, amelyek azután iránymutatásul szolgálhatnak alternatív terápiák kifejlesztéséhez. Valamennyi kísérlethez juvenilis és fiatal felnőtt (28 42 napos) hím CD-1 vagy transzgénikus GIN egereket (FVB-Tg (GadGFP) használtunk; az állatokat egyöntetűen 14 órás világosság -10 órás sötétség ciklusok mellett tartottuk, ételt és vizet korlátozás nélkül kaptak. A GIN egerek az NTS neuronok egy jelentős hányadát kitevő GABA neuronok szomatostatinerg alcsoportjában

5 EGFP-t expresszálnak. Az I-es típusú diabetest streptozotocin (STZ; 200 mg/kg) injekció adásával idéztük elő. Feszültségzár ( voltage clamp ) módszerrel on-cell és whole-cell felvételeket készítettünk azonosított GABA neuronokban 4-5 hetes hím GIN egerekből preparált agytörzsszeletek felhasználásával. A whole-cell felvételek segítségével a szinaptikus áramnak a GCK aktivitás glukózaminnal (GA) történő gátlása következtében bekövetkező változásait vizsgáltuk. Az akciós potenciál aktivitás on-cell regisztrálásával a növekvő glukózkoncentráció (2,5 mm-ről 15 mm-re) hatását mértük. A GCK, a Kir 6.2 és a SUR1 RNS molekuláris expressziójának vizsgálatára az NTS-t és a DMV-t magukban foglaló agytörzsi punch biopsziákat használtunk, kvantitatív polimeráz láncreakciót (QPCR) és a GCK fehérje expresszióját alkalmazva Western blot analízis segítségével. Valamennyi kísérletben összehasonlítást végeztünk a kontroll és az STZ-vel kezelt, I-es típusú diabetes egerek között. A GCK és a KATP csatornák molekuláris expressziója. Punch technikával dorzális agytörzset tartalmazó szövetmintákat vettünk normoglycaemiás (n=8; glukóz index 180 ± 4 mg/dl) és STZ-vel kezelt egerekből, amelyek 3-4 napon át hyperglycaemiás állapotban voltak (n=8; 469 ± 5 mg/dl). A target transzkript mérési eredményeket β-aktin expresszióra normalizáltuk. Kvantitatív real-time polimeráz láncreakció (RT-PCR) módszerrel a GCK expresszió szignifikáns csökkenését tapasztaltuk STZ-vel kezelt hyperglycaemiás egerek dorzális vagus komplexében a kontrollokkal összehasonlítva. A Kir6.2 és az SUR1 transzkriptek esetében nem tapasztaltunk szignifikáns különbséget a normoglycaemiás és a hyperglycaemiás egerek között az expresszió tekintetében (p>0,05). Ellentétben a K ATP csatorna komponenseivel, a GCK molekuláris expressziója a kontrollokhoz képest csökkent STZ-vel kezelt hyperglycaemiás egerekben.

6 Western blot tesztet végeztünk további 8 kontroll és 8 STZ-vel kezelt egér punch biopsziáján, hogy megállapítsuk, az mrns transzkripció csökkenése előidézett-e fehérjeexpressziócsökkenést. A Western blot analízis a GCK fehérjeexpressziójának szignifikáns csökkenését mutatta ki STZ-vel kezelt hyperglycaemiás egerek dorzális vagus komplexében. A GCK gátlás hatása az NTS neuronokba érkező szinaptikus inputra. A glukokináz gátlás megakadályozza az akut hypoglycaemiára adott választ GABAerg NTS neuronok egy alcsoportjában. Mivel a több napig tartó hyperglycaemia csökkentette a GCK expressziót STZvel kezelt egerek NTS-ében, normoglycaemiás kontroll és STZ-vel kezelt GIN egerekből származó akut szeletekben EGFP expresszió által azonosított GABAerg mediális NTS (mnts) neuronokban meghatároztuk a GCK gátló glukózaminra (GA) (5 µm) adott választ. Az egészséges állatokból származó GABAerg mnts neuronokban GA alkalmazása 20%-kal csökkentette a spontaneous excitátoros posztszinaptikus current (sepsc) frekvenciáját a neuronok 80%-ában (15-ből 12 neuron; 2,83 ± 0,34 Hz kontroll ACSF; 1,72 ± 0,22 Hz GA-ban; n=15; p<0,05;). GA adása csökkentette (n=12) vagy nem változtatta (n=3) az sepsc frekvenciáját. A szinaptikus current amplitúdója nem változott (p>0,05). Eredményeink alátámasztják, hogy a GCK közvetítő szerepet játszik a GABAerg NTS neuronoknak az ambiens glukózkoncentrációra adott excitátoros szinaptikus válaszában, és arra utalnak, hogy a GCK blokád gátolja a legtöbb GABA neuron felé irányuló excitátoros, glutamaterg szinaptikus inputot. STZ-vel kezelt, 3-5 napja hyperglycaemiás egerekből származó GABAerg mnts neuronokban a GA hatása az sepsc frekvenciára sokkal kevésbé volt erőteljes, mint a kontrollokban: csökkenés (-22%) a hat neuronból csak egyben következett be, a többi ötben változatlan maradt. Összességében az sepsc középértéke GA jelenlétében nem változott (7,63 ± 1,04 Hz a kontroll

7 ACSF-ben; 7,04 ± 0,83 Hz GA-ban; n=6; p>0,05). Összhangban a vagus komplex GCK expressziójának csökkenésével, az excitátoros szinaptikus aktivitás GA általi modulációja ugyancsak csökkent STZ-vel kezelt, hyperglycaemiás egerek GABAerg mnts neuronjaiban. Vizsgáltuk a GA hatását a spontaneous inhibitoros posztszinaptikus current (sipsc) frekvenciájára és amplitúdójára is. Kontroll egerekből származó GABAerg mnts neuronokban a GA alkalmazása a populáció egészét tekintve nem befolyásolta a frekvenciát (1,22 ± 0,2 Hz kontroll, ACSF; 1,25 ± 0,30 Hz, GA; n=9; p>0,05), ám az egyes neuronokban a frekvencia növekedett (n=3) vagy csökkent (n=6). Az sipscs amplitúdója szintén nem változott GA hatására (p>0,05). A kontroll állatokban kapott eredményhez hasonlóan, az sipsc frekvencia összességében nem változott STZ-vel kezelt egerek neuronjaiban (1,04 ± 0,30 Hz kontroll ACSF; 1,01 ± 0,31 Hz GA; n=7; p>0,05), és nem következett be változás az sipsc amplitúdójában sem (p>0,05). STZ-vel kezelt egerek neuronjaiban a GA alkalmazása növelte (n=3), csökkentette (n=2) vagy változatlanul hagyta (n=2) az sipsc frekvenciát. Bár GA hatására általában változott az sipsc frekvencia a GABAerg mnts neuronokban, a kontroll és az STZ-vel kezelt állatokból származó neuronok válaszaiban nem volt lényeges különbség. A glukóz hatása az akciós potenciálokra. Az NTS-ben lévő neuronok glukózszenzorként működnek, és a GABAerg NTS neuronok érzékenysége különösen kiemelkedő lehet. Mivel STZ-vel kezelt egerek NTS-ében több napos hyperglycaemiát követően lecsökkent a GCK expresszió, on cell felvételek segítségével megvizsgáltuk, hogyan változik a GABAerg NTS neuronok akciós potenciáljainak frekvenciája 2,5 mm-ről 15 mm-re emelkedő glukózkoncentráció hatására. A normoglycaemiás kontroll egerekből származó neuronokban a glukózkoncentráció növekedése >20%-os változást idézett elő az akciós potenciálok frekvenciájában a neuronok 78%-ában (9-ből 7 sejt). A glukózkoncentráció növelése az akciós

8 potenciálok frekvenciájának növekedésével járt a kilenc neuronból ötben (87 ± 30% növekedés; p<0,05;), csökkenésével két neuron esetében (-26,5 ± 2% csökkenés), és változatlan maradt két neuronban. STZ-vel kezelt, hyperglycaemiás egerek neuronjaiban a glukózkoncentráció növelése a hét neuronból csupán háromban változtatta meg az akciós potenciálok frekvenciáját (43%). Két neuronban növekedett az akciós potenciálok frekvenciája (115 ± 31%), egy neuronban csökkent (-45%), a többi négyben változatlan maradt. Míg a normoglycaemiás egerek neuronjainak többségében a glukózkoncentráció növelése szignifikánsan és nagy mértékben változtatta meg az akciós potenciálok frekvenciáját, a hyperglycaemiás egerek neuronjainak túlnyomó részében a glukózkoncentráció növelése nem befolyásolta az akciós potenciálok frekvenciáját. Az NTS neuronjai közvetlen inputot kapnak a primer visceroszenzoros vagus afferenseken keresztül, és a központi paraszimpatikus szabályozó kör első válaszkomponensét alkotják. Ismeretes, hogy ezeknek a neuronoknak bizonyos alcsoportjai, különösen a GABA neuronok, glukózérzékenyek. Diabetesben a központi vagus hálózat számos fiziológiás aspektusa működésbeli változáson megy keresztül, összhangban a zsigerek a betegségre jellemző paraszimpatikus szabályozásának megváltozásával. Az NTS neuronok glukózérzékelésében szerepet játszik a GCK, amely a neuronokban és más sejtekben katalizálja a glukóz glukóz-6- foszfatázzá alakulását, ami az ATP/ADP arány növekedéséhez vezet. Számos neurális rendszerben a megnövekedett glukózkoncentrációt követő membránválaszt az ATP-nek a K ATP csatornákhoz való kötődése váltja ki, ami változást idéz elő a membrán potenciáljában. A diabetes megváltoztatja a GCK vagy a K ATP csatornák expresszióját a hipotalamuszban, ami összhangban van a glukózra adott neuronválasz megváltozásával. Az NTS neuronoknak I-es típusú diabetesben kimutatatott megváltozott elektrofiziológiás reakciókészsége szerepet játszhat

9 a zsigeri szabályozás diabetesre jellemző zavarában, ám az észlelt plaszticitás mechanizmusa ismeretlen. Jelen vizsgálatunkkban a GCK molekuláris és funkcionális expressziójának csökkenését tapasztaltuk I-es típusú diabeteses egerek vagus komplexében, a K ATP csatorna komponenseinek esetében ugyanakkor nem következett be változás. A csökkent mrns transzkripcióval összhangban csökkent a GCK fehérjeszint, gyengült a GCK gátlás által kiváltott neuronális és szinaptikus válasz, és csökkent a megnövekedett glukózkoncentráció által kiváltott neuronaktivitás. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy az NTS neuronoknak a megnövekedett glukózkoncentrációra adott válasza a krónikus hyperglycaemia következtében GCK-függő módon megváltozik. Normális körülmények között az NTS neuronjai az ingerelhetőség növekedésével vagy csökkenésével válaszolnak a megemelkedett vagy csökkent glukózkoncentrációra, és ez a válasz sok esetben GCK-függő. Az excitáció glukóz által kiváltott növekedését a K ATP csatornák inaktiválódása közvetíti az NTS neuronokban, a K ATP csatorna modulációja pedig megakadályozza a vagus motoros neuronjainak glukóz által indukált és GABA által közvetített gátlását. Megvizsgáltuk azt a hipotézist, hogy a K ATP csatorna molekuláris komponenseinek expressziója több napos hyperglycaemia hatására megváltozik, amint az előfordulhat a hipotalamusz neuronjaiban. A centrális neuronokban lévő K ATP csatornák főleg SUR1 és Kir6.2 alcsoportokból épülnek fel, és a SUR1-et glukózérzékelő NTS sejtek expresszálják. Azt találtuk, hogy a SUR1 és a Kir6.2 molekuláris expressziója I-es típusú diabeteses egerek vagus komplexében változatlan maradt. Mivel az NTS-ben a glukóz által kiváltott, a K ATP csatornák által közvetített válaszhoz GCK-ra van szükség, a GCK expresszió csökkenése a reakciókészség csökkenését előidéző mechanizmusra utal, amely a krónikusan hyperglycaemiás egerek kapcsán merült fel. A GCK

10 általunk észlelt csökkent molekuláris és fehérje expressziója összhangban volt a GCK gátlásra adott elektrofiziológiás válasz gyengülésével. A GCK aktivitás gátlása a normoglycaemiás egerekből származó legtöbb GABAerg NTS neuron szinaptikus ingerelhetőségének változását eredményezte, ami összhangban volt a szeletben mért tonikus GCK közvetítette aktivitással. A diabeteses egerek neuronjaiban a GCK gátlás hatása csökkent, különösen a glutamátfelszabadulást követően, ami arra utal, hogy a GABAerg NTS neuronok kevésbé érzékenyek az excitátoros szinaptikus inputra I-es típusú diabetesben. Csökkent továbbá a GABAerg NTS neuronoknak a megnövekedett glukózkoncentrációra adott válaszkészsége STZvel kezelt, hyperglycaemiás egerekben. Ez azt is jelenti, hogy az NTS szinaptikus aktivitása normális körülmények között a glukózkoncentrációval függ össze, hiszen a GCK közvetíti a glukózra adott válaszkészséget ezekben a neuronokban. Ahhoz, hogy az NTS neuronok reagálni tudjanak az akut hypoglycaemiára, GCK aktivitás szükséges ahogyan ezt korábbi vizsgálatokban kimutatták. Átmeneti hypoglycaemia kiváltotta reakcióról számoltak be glukóz transzporter 2-t (GLUT2) expresszáló NTS neuronokban, és a transzporter expressziójának kolokalizációját tapasztalták GABA neuronok egy alcsoportjában. A közelmúltban kimutattuk, hogy a glukóz a GABA neuronokat depolarizálja vagy hiperpolarizálja, és a depolarizáció különösen érzékeny a GCK aktivitás gátlására vagy a K ATP csatornák blokkolására. Jelen vizsgálatunkban azt találtuk, hogy az I-es típusú diabeteses egerekben tapasztalt, átmeneti hyperglycaemiára adott csökkent neuronválaszhoz csökkent molekuláris, fehérje és funkcionális GCK expresszió társult a vagus komplexben, utalva arra, hogy az elhúzódó hyperglycaemia befolyásolja a vagus komplex glukózzal szembeni reakciókészségét.

11 A megemelkedett glukózkoncentráció fokozza a vagus afferensekből kiinduló glutamaterg szinaptikus transzmissziót patkányokban és egerekben, ám I-es típusú diabetes egy modelljében kimutatták, hogy ez a hatás I-es típusú diabetesben gyengül. Eredményeink összhangban vannak ezzel a megfigyeléssel, és magyarázatot kínálnak a válasz csökkenésének mechanizmusára. A bélben alkalmazott tápanyagok által kiváltott glukoregulatorikus választ az NTS ionotróp glutamát receptorainak gátlása megakadályozza, ami arra utal, hogy a válasz kialakulásához az NTS neuronok glutamaterg, vagus afferens aktivációja szükséges. A vagus komplex NMDA receptorainak gátlása megakadályozza, hogy a bariatrikus műtétnek a szisztémás vérglukózszintre gyakorolt pozitív hatása érvényesüljön, amely hatás a feltételezések szerint a vagus komplexben található bél-agytörzs-máj körnek a gátlásával függ össze. Eredményeink alátámasztják azt a hipotézist, hogy az I-es típusú diabeteses egerek vagus komplexében tapasztalt csökkent GCK expresszió következtében csökken az NTS neuronok glukózzal szembeni válaszkészsége, beleértve a szinaptikus glutamátfelszabadulással szembeni választ. Valószínű, hogy az NTS-be érkező glutamaterg, zsigeri afferens szinaptikus input, ezen belül a bélben a mechano- és kemoreceptor aktivitást közvetítő inputok, kapcsolatban állnak a glukózkoncentráció alakulásával. A GCK expresszió helyreállítása elősegítheti az NTS neuronok glukózra adott válaszának normalizálódását, elősegítve ezáltal a zsigeri működés paraszimpatikus szabályozásának, ezen belül a glukóz homeostasisnak a helyreállását diabetesben.