University of Groningen

Muscarinic cholinoceptive systemsvan der Zee, Eelke Anton

IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite fromit. Please check the document version below.

Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of record

Publication date:1993

Link to publication in University of Groningen/UMCG research database

Citation for published version (APA):van der Zee, E. A. (1993). Muscarinic cholinoceptive systems: Distribution of muscarinic receptors andbehaviorally induced plasticity in the brain. s.n.

CopyrightOther than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of theauthor(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).

The publication may also be distributed here under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license.More information can be found on the University of Groningen website: https://www.rug.nl/library/open-access/self-archiving-pure/taverne-amendment.

Take-down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.

Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons thenumber of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.

Download date: 22-04-2022

Samenvatting 233

SAMENVATTING

Acetylcholine (ACh) is de oudste bekende neurotransmitter in de hersenen. ACh wordtgesynthetiseerd door zenuwcellen die tezamen het basale cholinerge voorhersensysteem vormen.Deze zenuwcellen projekteren (onder meer) naar twee hersengebieden die een belangrijke rol inleer- en geheugenprocessen spelen: de hippocampus en de hersenschors (neocortex). Dehippocampus speelt een belangrijke rol bij de verwerking van nieuwe informatie welke vervolgensdoorgegeven en opgeslagen wordt in de hersenschon. ACtr speelt een ondersteunende taak ingeheugenfuncties, met name door de alertheid van het organisme te sturen.

De cholinoceptieve doelcellen van het cholinerge systeem kunnen beschikken over twee typencholinerge receptoren: de muscarine- en de nicotine acetylcholine receptoren. De muscarinereceptoren komen veelvuldiger voor in de hersenen dan de nicotine receptoren, en zijn vooral bdleer- en geheugenprocessen btÍokken. Een (sterk) verminderd funktioneren van het cholinergesysteem in de hersenen is waargenomen bij veroudering en in het bijzonder bij dementie zoals deziekte van Alzheimer.

In deze dissertatie wordt onderzoek beschreven dat zich primair gericht heeft op het verkrijgenvan anatomische en neurochemische kennis van het muscarine cholinoceptieve systeem in metname de hippocampus en de hersenschors. Hieóij is gebruik gemaakt van het monoclonaleantilichaam M35 als een merker dat de muscarine receptor specifiek herkent. Het grote voordeelvan deze methode in vergelijking tot (de klassieke) Íeceptor autoradiografie is het oplossendvennogen: op (sub)cellulair niveau kan de produktie, het [anspoÍt en de lokatie waar de receptorftutctioneel is bestudeerd worden. Dit type onderzoek levert derhalve een aanzienlijke bijdrage aanonze fundamentele kennis van leer- en geheugenprocessen in de hersenen bij zowel gezonde jonge

als oude, "demente" individuen waarbij het cholinerge systeem betrokken is.

De eerste twee hoofdstukken beschrijven de verdeling van muscarine receptoren in het centralezenuwstelsel (CZS; hoofdstuk 2) en in de pancreas @oofdstuk 3). De muscarine receptor wordtdoor M35 herkend vanaf het moment van assemblage in het Golgi apparaat. Vervolgens wordt hetdoor de dendrietische uitlopers getransporteed naar de synapsen, de plaats waar de eigenlijkesignaaloverdracht plaats vindt. Vele verschillende celtypen bevatten muscarine receptoren. In hetCZS bevatten de grote piramide cellen in laag 5 van de hersenschors en de intemeuronen van dehippocampus veel muscarine receptoren. In de pancreas zijn het met name de endocriene cellenaan de rand van de eilandjes van LangeÍhans sterk aangekleurd. Cholinerge innervatie is in beide

234 Samenvatting

organen essentieel voor optimaal funktioneren, en de mate van cholinerge input correleert positief

met de expressie van muscarine receptoren. Blijkbaar vindt in deze cellen een hoge produktie enfumover plaats van muscarine ÍeceptoÍeÍL

Tijdens veroudering treden over het algemeen geringe veranderingen op in de expressie endistributie van muscarine receptoren in zenuwcellen (hoofdstukken 4 en 5). In ongeveer de helftvan de oude rafien werd een afrrame waargenomen in de aanwezigheid van muscarine ÍeceptoÍen inzenuwcellen. Echter, in nagenoeg alle oude dieren werd een significante toename in de produktie

van muscarine receptoÍen in gliacellen gevonden. Deze gliacellen (astrocyten) hebben eenzenuwcel-ondeÍsteunende functie, en hun verhoogde muscarine Íeceptor expressie compenseeÍtwellicht voor het verlies aan muscarine ÍeceptoÍen in zenuwcellen,

Cholinoceptieve cellen kunnen ook uitgerust zijn met nicotine receptoren. Door middel van

colocalisatie-studies is in hoofdstuk 4 aangetoond dat één en dezelfde cholinoceptieve cel zowelmuscarine als nicotine Íeceptoren tot expÍessie laat komen. Hieóij is ov€r het algemeen sprake vaneen positieve relatie: cellen met veel muscarine Íeceptoren hebben ook veel nicotine Íeceptoren.Beide receptortypen bewe*stelligen verschillende processen die zich blijkbaar binnen één celkunnen afspelen. Deze gegevens duiden aan dat het zinvol is, vanuit een therapeutisch oogpunt, omzowel muscarine als nicotine receploÍen farmacologisch te stimuleren teneinde een cholinoceptievecel aan te zetten tot een optimale Íespons.

Na het in kaaÍ brengen van de distributie en de morfologie van het muscarine cholinoceptieve

systeem wordt in hoofdstuk 6 de relatie bestudeerd tuss€n dit systeem en het inhiberende systeemin de hippocampus dat GABA als neurotnnsrnifier gebruikt Hiervoor zijn drie merkers gebruikt

die selectief voorkomen in GABAerge zenuwcellen van de hippocampus: de neuropeptideSomatostatine, het calcium-bindende eiwit Parvalbumine en het enzyme GAD dat voor de synthesevan GABA z.oÍgt. Dè GABAerge zenuwcellen blijken nagenoeg allemaal te behoÍen tot hetmuscarine cholinoceptieve systeem, en b€hoÍen tot steÍkst aangekleurde cellen in de hersenen. Dt

betekent datjuist de GABAerge cellen onder steÍke invloed staan van het cholinerge systeem.In hoofdstuk 7 wordt aandacht geschonken aan een het eiwit Protein Kinase Cy (PKCï), dat

fungeert als een belangrijke intracellulaire boodschapper die ondermeer door de muscarine receptorgeaktiveerd wordt. PKCI is een van de verschillende PKC subtypen die een belangrijke rol spelenbij leer- en geheugenprocessen. PKCI wordt alleen in de henenen gevonden en is hier tevens hetmeest voorkomende subtype. Colocalisatie studies (hoofdstr.rkken 7 en 8) tonen een nauwe relatie

aan tussen de expressie van PKCy en de aanwezigheid van muscarine receptoren. In dehippocampus en de hersenschors blijkt PKCy vrijwel uitsluitend voor t€ komen in cellen die ookmuscarine receptoren produceren. Deze resultaten suggereren dat PKC1 in belangrijke mate viamuscarine ÍeceptoÍen wordt geaktiveerd en dat PKCï derhalve een cruciale rol speelt bij deverwerking van de cholinerge signaaloverdracht. Op grond van deze gegevens kan gespeculeerd

worden dat herstel van verminderde cholinerge neurotransmissie, zoals tijdens veroudering en

dementie, bereikt kan worden door direkte stimulering van PKC!.

De bovengenoemde resultaten van deze dissertatie zijn ve*regen door studie aan individuen

Samenvafting

die weinig tot geen extem(tot verhoogde hersenaktirgedurende hun hele lerbeschikbaarheid van waterde een dier getraind wordtverdeling van muscarine nvoltooien van de door protwaaóij verschillende hengereflecteerd in veranderinmuscarine rcceptoÍ€n enworden door de gedrags

orientatietest, waaóij dehippocampus en de hersenonaangenÍrme elektrische sNa een conditioneringstaalschok volgt die ontwekentreden veranderingen op ivoorheen weinig tot geenpÍoduktie. De receptorennodig zijn bij cholinergeafrremen: de GABAerge areceptoren. De wijze waanvoorspelbaar maar is niet p

Een intrigerend resraaÍrtoonbaarheid van muscneurotransmitter zelf. Dit tveÍoorzaakt kan worden deen belangrijke rol als incholinerge systemen op healgemeen voorkomende nemuscarine receptor express

Hoofdstuk l0 bevat, ronderzoeksresultaten, gege'

levend in het wild gevangeals getrainde laboratorium

uitgevoerd om t€ bestudende relatief onnatuurlijke onvergelijking leert ons dat (

weinig verschilt tussen lacholinoceptieve systeem iÍ

Sante nt'atting

rge input correleeí positicf

llen een hogc produktie cn

gcn op in de exprcssie cn

:n 5). In ongeveer de hclfl

/im muscannc receptoren in

te toename in de produktie

(astrocyten) hebben ccn

)tor exprcsstc compcnseert

ceptorcn. Door middel van

: cholinoceptieve cel zowcl'er het algemcen sprake van

rk veel nicotine reccptoren.

r blijkbaar binnen één cel

r therapeutisch oogpunt, om

:neinde ccn cholinoceptieve

t nuscarine cholinoccptievc

en hct inhibcrendc systecnl

zijn drie merkers gebruikt

lcampus: de neuropeptide

GAD dat voor de synthese

lemaal te behoren tot hct

: cellen in de hersenen. Dit

rl cholinerge systccm.

cin Kinase Cy (PKC1), dat

door dc muscarine receptor

: een bclangrijke rol spelcn

cnden en is hier tevens hct

8) tonen een nauwe relatie

scarine receptoren. In de

.e komen in cellen die ook

)y in belangrijke mate via

crucialc rol speelt bij dc

gcgevens kan gespcculeerd

als tijdens vcroudering cn

loor studie aan individuerr

Sontenvafting 235

die weinig tot geen exteme visuele, tacticle of sensorische prikkels hebben gekrcgen die aanzetten

tot verhoogde hersenaktiviteit zoals tijdens cen lcerproces. Deze "naieve" procfdieren zijn

gedurende hun hele leven in een vertrouwde omgeving gehuisvcst onder pemranente

beschikbaarheid van water en voer. Verandert dc exprcssie van muscarine receptoÍen cn PKCy als

de een dier getraind wordt d.n-r.v. een leertaak? Een grote mate van plasticiteit en dynamiek in dc

verdeling van muscarine receptoren en PKCy in de hersenen treedt aan hct licht tijdcns en na he1

voltooien van de door proefdieren uitgevoerde (leer)taken. Meerdere gedragstesten zijn uitgcvoerd,

waarbij verschillcnde hersengebieden een centrale rol spelcn (hoofdstukken 8 en 9). Dit wordt

gereflecteerd in veranderingen in de mate van expressie en verschuivingen in de distributie van

muscarine receptoren en PKCÏ, die specifiek optreden in die hersengebieden die geaktiveerd

worden door de gedragstest. Zo vindcn de voomaamste veranderingen na een ruimtelijke

orientatietest. waarbij de rat een vast patroon van verstopt voedsel moct vinden, plaats in de

hippocampus en de hemenschors (hoofdstuk 8). Na blootstelling aan een eenmalige, kortstondige

onaangename elcktrische schok vinden de veranderingen plaats in de henenschon (hoofdstuk 9).

Na een conditioncringstaak, waarbij de rat moet leren dat na een zoemtoon een lichte elektrische

schok volgt die ontwekcn kan worden door naar de andere kant van het testapparaat te springen,

treden veranderingen op in de amygdala en de hippocampus (hoofdstuk l0). Zenuwcellen die

voorheen weinig tot gcen muscarine receptoren tot expressie lieten komen worden aangezet tot

pÍoduktie. De receptoren worden vervolgens naar de dendrieten getransportcerd, daar waar zij

nodig zijn bij cholinerge signaaloverdracht. De expressie van muscarine rcceptoren kan ook

afttemen: de GABAerge cellen in de hippocampus vertonen juist een vermindcring van muscarine

receptoren. De wijze waarop het muscarine cholinoceptieve systecn verandert blijkt in hogc mate

voorspelbaar maar is niet pemlanent; na verloop van enkele weken is de beginsituatie herstelt.

Een intrigercnd resultaat wordt beschreven in hoofdstuk 9: de veranderingcn in

aantoonbaarheid van muscarine receptoren wordt niet alleen vernorzaakt door ACh als direkte

neurotransmitter zelf. Dit betekent dat veranderingen in het funktioneren van muscarine reccptoren

veroorzaakt kan worden door toedoen van andere neurotransmittcrs. Waarschijnlijk speelt PKC1

een belangrijke rol als intermediair in de interactie tussen het cholinerge systeem en de niet-

cholinerge systemen op het niveau van dc regulatie van muscarine receptoren. De exciterende en

algemeen voorkomende neurotransmitter glutamaat lijkt verantwoordelijk voor de veranderingen in

muscarine receptor expressie, met name tijdens het aanleren van nieuwe kennis.

Hoofdstuk l0 bevat, naast een globale samenvatting en een (technische) evaluatie van de

onderzoeksresultaten, gegevens over de vergelijking van laboratorium ratten met sooÍgenoten die

levend in het wild gevangen zijn. Hierbij is de expressie van muscarine receptoren in zowel nai'eve

als getrainde laboratorium ratten afgezet tegen die van wilde dieren. Dit vergelijkende onderzoek is

uitgevoerd om te bestuderen in hoeverre de bovengenoemde resultaten het gevolg kunnen zijn van

de relatief onnatuurlijke omstandigheden waaronder laboratorium ratten hun leven doorbrengen. De

vergelijking leert ons dat de distributie en mate van expressie van muscarine rcceptoren en PKCy

weinig verschilt tussen laboratorium en wilde ratten. OpmerkelUk is echter dat hct muscarine

cholinoceptieve systeem in de hippocampus van wilde ratten meer overeenkomsten vertoont met

236 Samenvatting

die van naieve laboratorium ratten, terwul de hersenschors mcer lijkt op die van getrainde

laboratorium ratten. Mogeluk is er meer (of een snellere) geheugenopslag in de heÍsenschors bU

wilde ratten, en wordt de hippocampus relatief snel "geleegd" om plaats te maken voor nieuwe

informatie. Een altematieve verklaring ligt mogelijk in het gedrag van de wilde rat, die door

routine-matig gedrag in een bekende omgeving weinig hippocampale aktiviteit ontwikkelt.

Voor het muscarine cholinoceptieve systeem in zowel de hippocampus als de hersenschors is

een algemeen anatomisch principe opgesteld voor het functioneren en de dynamiek in de expressie

van muscarine receptoren. Tenslotte wordt een deel van de onderzoeksresultaten in een verklarend

werkmodel gepresenteerd. Hierin worden de vermoedelijke cellulaire processen die ten grondslag

liggen aan de waargenomen verschuivingen in de expressie van muscarine receptoren en PKC1 in

de hippocampus en de hersenschon beschreven. Op grond van dit model kunnen experimenten

opgezet worden die moeten leiden tot nieuwe inzichten in de complexe hersenprocessen waarin het

cholinerge systeem centraal staat.

Dankwoord

In de eerste plaats

mogelijk heeft gemaakt

bedankt voor het gedu

waarmee je nieuwe ex1

bedank ik mijn promoto

de door hof. Dr. Do

Tomohiro Matsuyama (

geleverd door onze ana

zijn perfecte organisatit

komen.

Ik heb met veel p

Compaan en Bauke Bu

opgenomen. Bauke, jou

geweest. Gineke en Jos.

inzicht en soms zelfs

combinatie met de onw

paranimfen gevonden.

Eveneens had dit w

Ik wil daarom Cerien S

Hans Supèr, Heleen M

leuke en vruchtbare san

Lex brachten de nodigr

Hans in samenwerkinl

opgeleverd. Hieruit blee

tegen vergissingen. He

Roozendaal en Anja I

slechts deels door mij t

je deze trend voort.

Publikatie van neul

Dick Visser en Everj

reproduceerden heb ik