NEDEN KEMİRGENLERİN PRİMER DUYU KORTEKSİ? Doç.Dr.Emel Ulupınar Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Tıp Fakültesi Anatomi Anabilim Dalı

(1)

KEMİRGENLERİN PRİMER DUYU KORTEKSİNDEKİ PLASTİK DEĞİŞİKLİKLER

Doç.Dr.Emel Ulupınar

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Tıp Fakültesi Anatomi Anabilim Dalı

PLASTİSİTE= Çevresel değişikliklere uyum gösterme yeteneği

(2)

HOMUNCULUS RATUNCULUS

2mm

DUYUSAL SİSTEMLERDE PLASTİSİTENİN GÖSTERİLMESİ:

(3)

“KEMİRGEN BARREL SİSTEMİ” nin AVANTAJLARI:

“SOMATOTOPİK HARİTA”:

9Retinotopik/ tonotopik haritalara kıyasla; daha basit,ancak organize ve hassas 9Yüzeyel lokalizasyonÆGelişmiş görüntüleme ve kayıtlama yöntemleri için ideal 9Molekül ve mekanizmalar ? Æ Mutasyonlar ve transgenik fare modelleri

-

KEMİRGENLERDEKİ “WHISKER-BARREL” SİSTEMİ

-

SOMATOTOPİK HARİTALAR DÜZEYİNDE GÖZLENEN DEĞİŞİKLİKLER ve MEKANİZMALARI:

i.) Neonatal dönem:

- Thalamokortikal aksonal plastisite

SUNUM PLANI:

(4)

2mm ant.

med.

E D C Subnucleus

interpolaris

Nucleus

principalis VPM

Primer somatosensorial korteks (=S1)

(5)

Thalamokortikal bağlantı: Intrakortikal bağlantı:

L2/3ÆPiramidal nöronlar

L4ÆSpiny stellat nöronlar

Thalamokortikal aksonlar

Barrel sahasında eksitasyonun yayılımı:

(6)

NEONATAL (P0-P10):

IV.TABAKA (L4)

ADOLESAN ve ERİŞKİN:

II/III. TABAKA (L2/3)

BARREL KORTEKSDE OLUŞAN PLASTİK DEĞİŞİKLİKLER:

LTP VE LTD

LTP

I.ERKEN POSTNATAL DÖNEM

=AKTİVİTEYE BAĞIMLI PLASTİSİTE:

***MORFOLOJİK ve FİZYOLOJİK:

Somatotopik haritalarda meydana gelen kalıcı değişiklikler SADECE BU DÖNEMDE görülür!

1.) Normal gelişim esnasındaki TKA plastisite Æ(P2-P10)

2.) Lezyonla indüklenen plastisite Æ(P2- P4)

(7)

THALAMO-KORTİKAL AKSONAL (=TKA) PLASTİSİTE:

Erken

gelişim Matürasyon

MULTİPLE ama ZAYIF sinapslar

BİRE-BİR ama GÜÇLÜ

sinapslar

TASLAK

HARİTA RAFİNE

HARİTA plastisite

PRESİNAPTİK: POSTSİNAPTİK:

Serotonerjik reseptör aktivitesi Glutamaterjik reseptör aktivitesi

AKTİVİTEYE BAĞLI MEKANİZMALAR:

(8)

NMDA RESEPTÖRLERİNİN KRİTİK ROLÜ:

WT NMDA-R1-/-

( Low-Tg)

Iwasato ve ark.,Nature, (2000) Iwasato ve ark.,Neuron, (1997)

WT NMDA-R1-/- (Korteks spesifik)

SERATONERJİK RESEPTÖRLERİN ROLÜ:

MAO KO Æ 5-HT düzeyi 9X fazla:

-L4’deÆ %50 azalma

-Tangential uzanımdaÆ %40 artış

MAOA/5HT1B- DKO MAOA-KO WT

(9)

TKA PLASTİSİTE PERİYODU “P10”. GÜNDEN İTİBAREN SONA ERER:

Gaspar ve ark., J.Neurosci., (2005)

P8-P14 P10-P17 P12-P20

MAOA-/- farelerde farmakolojik ajanlarla plastisitenin geri kazanımı:

(PCPA =triptofan hidroksilaz inhibitörü ile Æ5HT normale döner)

İ MMATUR: MATÜR:

P10. günden sonra ne değişiyor?

(10)

GLUTAMATERJİK SİNAPSLARDAKİ GELİŞİMSEL DEĞİŞİKLİKLER:

NR1/NR2B NR1/NR2A

Sadece NMDA= “SESSİZ” sinaps AKTİVİTE NMDA+AMPA= “SESLİ” sinaps (LTP)

Ca

⁺⁺

influx ↑ Ca

⁺⁺

influx ↓

P7’den sonraÆSessiz sinaps Ø

V=-70mV V=+40mV

TKA PLASTİSİTESİNDE ROL OYNAYAN MEKANİZMALAR:

Kısa süreli yüksek frekanslı (100 Hz) stimulus ÆLTP=Long Term Potentiation Uzun süreli düşük frekanslı (1Hz) stimulus ÆLTD=Long Term Depression

IV. tabakadaki spiny stellat nörön

(11)

İNHİBİTÖR SİNAPSLARIN GELİŞİMİ ve Eksitasyon/İnhibisyon DENGESİ:

LEZYONLA İNDÜKLENEN PLASTİSİTE (P0-P4):

CxNR1KO

(12)

GELİŞİMSEL VE LEZYONLA İNDÜKLENEN PLASTİSTE MEKANİZMALARI FARKLIDIR:

Inan ve ark, J. Neurosci. (2008)

*Adenylyl Cyclase 1 (cAMPÆPKA):

Takasaki ve ark, J. Neurosci. (2008)

Astrosit-spesifik glutamat transporterları:

GLT-1 KO GLAST KO Control

PRENATAL STRESİN LEZYONLA İNDÜKLENEN PLASTİSİTEYE ETKİLERİ

KONTROL PRENATAL STRES

(13)

II.ADOLESAN DÖNEMDEKİ PLASTİSİTE (L4ÆL2/3):

LTD

LTP +

DEPRİVASYON PATTERNLERİ:

Spike Timing Dependent Plastisite (=STDP) :

(14)

DEPRİVASYON SONUCUNDA OLUŞAN “LTD” NEDENLERİ:

Uyaran şiddeti ve zamanlamasındaki akut değişiklikler

***LTD’NİN OKKLÜZYONUÆSinaps sayısında/etkinliğinde azalma Ø:

YAPISAL değişikliklerÆFONKSİYONEL değişikliklere (ve LTP’ye) YOL AÇAR:

Neonatal periyot Juvenil Adult

Mobil filopodia Orta boy spine Stabil spine Sinaptogenezis

postsinaptik glut. res. ↑↑↑

III. ERİŞKİN (6.aydan sonra) DÖNEMDEKİ PLASTİSİTE: Æ LTD (Ø) Æ LTP (+)

(15)

ERİŞKİN DÖNEMDEKİ PLASTİSİTEDE AMPA (GluR1) RESEPTÖRLERİ ROL OYNAR:

Deprivasyondan sonra:

Konverjansın fazla olduğu nöronlarda (SEPTAL KOLON) plastisite daha fazladır:

LAZER TARAYICILI FOTOSTİMULASYON:

(GLUTAMAT UNCAGING)

(16)

AKTİVİTEYE BAĞLI YAPISAL SİNAPTİK DEĞİŞİKLİKLER:

(ÇİFT FOTON-LAZER TARAYICILI FLORESAN MİKROSKOBİ TEKNİĞİ)

W4 W6

Fu ve Zuo, Trends in Neurosci., (2011) L1

L2/3

L4

L5 L6

2 Photon LSFM

Seri e-mik.

rekons.3-D

(17)

AKTİVİTE ARTIŞI “YENİ-KALICI SPINE” OLUŞUMUNU İNDÜKLER:

Holtmaat ve Svoboda, Nature Rev., (2009) 2.5x

↑

Æ%10 ARTIŞ

Konverjansın fazla olduğu nöronlarda “yeni ve kalıcı” sinaps oluşumu daha fazladır

(18)

ANATOMİK GÖRÜNTÜLEME TEKNİKLERİYLE SİNAPTİK PLASTİSİSİTE DÜZEYİ DEĞERLENDİRİLEBİLİR:

PLASTİSİTE= DeneyimlerÆNöral aktivite değ.ÆSinaptik iletide modifikasyonlar

Yaşamın farklı dönemlerinde gözlenen yapısal ve fonksiyonel plastik değişiklikler kemirgenlerin “barrel korteksi”nde net bir şekilde

gösterilebilir.

Yüksek çözünürlüklü görüntüleme + Genetik ve moleküler biyolojik teknikler Æ En kompleks kortikal ağlardaki nöronlar dahil uzun süreli takip edilebilir.