Molteplici studi, condotti in diversi nuclei cerebrali dei mammiferi, hanno evidenziato le interazioni che intercorrono tra il sistema GABAergico ed il sistema ORXergico (Alam et al., 2005; Henny e Jones, 2006; Song et al., 2006). Da questi studi è emerso che diversi aspetti comportamentali, quali il feeding (Kokare et al., 2006; Thorpe et al., 2006), l’attività locomotoria (Kotz et al., 2006) ed il ciclo sonno-veglia (Alam et al., 2005; Henny e Jones, 2006), sono regolati attraverso le connessioni reciproche che intercorrono tra neuroni GABAergici e ORXergici (Alam
et al., 2005; Kokare et al., 2006; Kotz et al., 2006).
2.3.1 Modulazione del comportamento alimentare
Studi condotti sui ratti, nei quali la somministrazione dell’ORX-A nella regione rostrolaterale viene preceduta da baclofen, da bicucullina e da muscimol, evidenziano che mentre il baclofen e la bicucullina non influenzano l’appetito ORX-A-indotto, il muscimol è in grado di inibire tale comportamento. Inoltre, la bicucullina sembra inibire l’iperfagia ORX-indotta a differenza dei trattamenti con muscimol, i quali potenziano l’effetto iperfagico sempre ORX-A-indotto (Kokare et
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diminuzione del rilascio di GABA nelle regioni in cui sono prevalentemente localizzati i neuroni ORXergici, come PFA e LHA, evidenziando in tal modo un effetto inibitorio dell’ORX-A sui neuroni GABAergici. Si è ipotizzato che l’ORX-A possa influenzare l’assunzione di cibo mediante una riduzione del tono GABAergico all’interno della regione rostrolaterale dell’HTH (Thorpe et al., 2006). L’ipotesi trova conferma nei risultati osservati in seguito a somministrazione di GABA in LHA che riduce l’assunzione di cibo, a differenza della somministrazione di bicucullina nell’area rostrolaterale ipotalamica la quale induce un aumento dell’assunzione di cibo (Sweet et al., 1999; Thorpe et al., 2003).
A differenza degli effetti del GABA, in LHA e nell’area rostrolaterale, la stimolazione del
feeding prodotta dalle ORXs in ARC può essere promossa anche dal rilascio di GABA indotto dalle
ORXs in tale regione (Kokare et al., 2006). In ARC, infatti, sono presenti neuroni GABAergici, che esprimono il ORX2R; le ORXs rilasciate in ARC interagiscono con il ORX2R di tali neuroni,
inducendo l’attivazione di una pompa di scambio Na+
-Ca2+ con conseguente depolarizzazione della membrana cellulare e incremento della frequenza di scarica da parte dei neuroni GABAergici (Burdakov et al., 2003). Tale attivazione porta ad un aumento della concentrazione extracellulare di GABA che rimane elevata per tutto il tempo di azione delle ORXs (Viggiano et al., 2004). Il GABA così rilasciato promuove gli effetti delle ORXs sull’assunzione di cibo agendo sui GABAARs
presenti sui neuroni di ARC, uno dei principali siti per la regolazione del feeding. Studi condotti su ratti trattati con ORX-A, hanno evidenziato, inoltre, che iniezioni i.c.v. di muscimol inducono, in modo dose-dipendente, un potenziamento degli effetti iperfagici provocati dalla somministrazione di ORX-A, a differenza del trattamento con bicucullina il quale induce una riduzione di tale effetto. Questo indica come ARC sia un sito-chiave per la regolazione ORX e GABA-dipendente dell’assunzione di cibo nei mammiferi (Kokare et al., 2006).
Da questo si deduce non solo che le ORXs possono influenzare l’attività del sistema GABAergico, ma anche che il GABA può modulare l’azione dei neuroni ORXergici (Baldo et al., 2004; Alam et al., 2005; Henny e Jones, 2006). A tal proposito si è osservato che la stimolazione dei GABAARs tramite somministrazione di muscimol in AcbSh, una regione coinvolta nella
regolazione del comportamento alimentare, conduce ad iperfagia (Sakurai et al., 1998). Tale effetto è generato attraverso le interazioni neuronali che intercorrono tra AcbSh ed LHA, producendo una inattivazione dei neuroni presenti in tale area e inducendo l’attivazione della popolazione neuronale ORXergica tramite l’aumento dell’espressione del gene fos nei neuroni ORXergici di LHA. In aggiunta, il muscimol oltre ad agire sui neuroni ORXergici di LHA provoca un aumento dell’espressione di fos, anche nei neuroni di ARC, tramite le connessioni reciproche con i neuroni ORXergici di LHA (Baldo et al., 2004).
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2.3.2 Modulazione del ciclo sonno-veglia
Il sistema ORXergico ed il sistema GABAergico rivestono, all’interno dell’ampio network neuronale, un ruolo cruciale anche per la modulazione del ciclo sonno-veglia (Liu et al., 2002; Korotkova et al., 2002; Wu et al., 2002; Eriksson et al., 2004; Song et al., 2006).
Si è osservato che i neuroni ORXergici, insieme all’azione diretta sui neuroni istaminergici di TMN, modulano l’attività dei neuroni GABAergici che innervano estensivamente TMN. Nei mammiferi i neuroni istaminergici, come anche i neuroni ORXergici in TMN, giocano un ruolo chiave nella regolazione del ciclo sonno- veglia; si è osservato, infatti, che la frequenza di scarica di tali neuroni aumenta durante la veglia per poi diminuire durante la fase di sonno REM. È noto che il rilascio di istamina, cosi come gli agonisti del recettore H1 per l’istamina, da parte di TMN,
inducano il mantenimento di uno stato di veglia attiva. Sempre in TMN i neuroni istaminergici sono innervati da neuroni GABAergici, i cui corpi cellulari sono localizzati in VLPO. Questi neuroni inibiscono i neuroni istaminergici grazie all’attivazione dei GABAARs presenti su tali neuroni
promuovendo così il sonno (Eriksson et al., 2004). I neuroni istaminergici sono ampiamente innervati anche da neuroni ORXergici i quali coesprimono oltre alle ORXs, anche la dinorfina (Chou et al., 2001). La dinorfina e l’ORXs sono implicate nella regolazione dei meccanismi alla base del sonno e della veglia attraverso la loro azione su TMN, agendo in sinergia nel promuovere uno stato di veglia attiva. Gli effetti indotti dalle ORXs sui neuroni istaminergici sono sostenuti dalla dinorfina, la quale agisce sulle terminazioni nervose GABAergiche che innervano TMN. In questo modo mentre le ORXs attivano i neuroni istaminergici, la dinorfina inibisce il rilascio del GABA in TMN (Eriksson et al., 2004).
Un recente studio condotto sui ratti ha evidenziato che un’interazione funzionale tra il sistema GABAergico ed ORXergico è presente anche nella corteccia prefrontale (PFC) (Song et al., 2006), un’area cerebrale importante nella regolazione del ciclo sonno-veglia (Paus et al., 1998; Thomas et
al., 2000; Yamasaki et al., 2002; Lambe et al., 2003) che inoltre gioca un ruolo cruciale in diverse
funzioni cognitive, come l’attenzione e la memoria (Goldman-Rakic, 1995). In tale area la somministrazione di ORX-A induce, in modo dose-dipendente, un aumento dell’eccitabilità dei neuroni GABAergici ed ORXergici presenti in questa regione. Di fatto, il GABA induce uno stato di iperpolarizzazione inattivando i neuroni presenti in PFC, al contrario l’ORX-A, sugli stessi neuroni, ha la capacità di stimolarne l’attivazione. È stato notato che, anche in presenza del GABA, l’ORX-A riesce ad attivare i neuroni piramidali di PFC, suggerendo che l’inibizione GABAergica su tali neuroni possa essere parzialmente bloccata dall’azione di ORX-A. I neuroni GABAergici in PFC risultano attivi durante il sonno, bloccando l’attività dei neuroni piramidali in tale regione. Durante la fase di transizione tra sonno e veglia, l’aumento della concentrazione di ORX-A in PFC
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porta all’inibizione dei neuroni GABAergici e quindi all’attivazione dei neuroni piramidali in PFC, stimolando in questo modo lo stato di veglia (Song et al., 2006).
Studi condotti sul ratto hanno evidenziato che l’azione del GABA modula l’attività dei neuroni ORXergici in PFA e nella regolazione del sonno e della veglia. Di fatto l’attività dei neuroni ORXergici in LHA ed in PFA può essere modulata sia da interneuroni GABAergici locali, presenti in queste aree cerebrali, sia da neuroni GABAergici localizzati in regioni encefaliche implicate nella regolazione del sonno e della veglia, come AP (Alam et al., 2005), i quali inviano dense proiezioni ai neuroni ORXergici ipotalamici (Abrahamson e Moore, 2001; Gong et al., 2002, 2004). In PFA ed LHA il GABA che viene rilasciato si lega ai GABAARs espressi sia sui neuroni ORXergici, sia
sui neuroni MCHergici, inducendo una inibizione attraverso l’iperpolarizzazione della membrana cellulare. L’inattivazione dei neuroni ORXergici in LHA ed in PFA da parte del GABA porta ad una diminuzione della durata della veglia a vantaggio del tempo trascorso negli stati di sonno REM e non REM (Alam et al., 2005).
I neuroni ORXergici, durante la regolazione del ciclo sonno-veglia, modulano l’attività dei neuroni colinergici di LDT e PPT ancora una volta attraverso la mediazione del sistema GABAergico (Sakurai, 2007). Infatti, è stato osservato che l’ORX-A inibisce i neuroni colinergici in PPT sia attraverso l’attivazione di interneuroni locali GABAergici, sia attraverso i neuroni GABAergici di SNRP (Takakusaki et al., 2005).
I neuroni ORXergici, nella regolazione del ciclo sonno-veglia, sono influenzati anche dai neuroni GABAergici localizzati a livello di BF i quali inviano dense proiezioni ai neuroni ORXergici (Henny e Jones, 2006). BF è una regione encefalica importante nella regolazione del ciclo sonno-veglia in cui sono presenti soprattutto neuroni colinergici suddivisi in vari nuclei che proiettano alla corteccia cerebrale (Jones, 2004). BF contiene inoltre anche neuroni GLUergici e GABAergici (Lee et al., 2004; Jones, 2005) che innervano densamente i neuroni ORXergici di PFA. Quando è necessario mantenere uno stato di veglia attiva si ha un aumento dell’attività dei neuroni GLUergici che attivano a loro volta i neuroni ORXergici. Quando invece si entra in uno stato di sonno, i neuroni GABAergici di BF tendono ad inibire i neuroni ORXergici, i quali, a loro volta, riducono la loro frequenza di scarica, l’espressione di fos, che si traduce in una promozione del sonno (Henny e Jones, 2006).
Anche in vertebrati non-mammiferi, quali il teleosteo Danio rerio, è stato evidenziato come il ciclo veglia-rest sia modulato dal sistema ORXergico mediante la connessione con i neuroni GABAergici in AHA. Infatti, la perdita di funzionalità di ORXR sui neuroni GABAergici produce un’alterazione del pattern di veglia-rest tipico di questo teleosteo (Yokogawa et al., 2007). È da notare inoltre che proprio la regione di AHA di Danio rerio è ritenuta omologa sia ad AP e, più
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precisamente, ai nuclei preottici mediano e ventrolaterale, che a BF, ritenuta nei mammiferi una delle aree più importanti nell’interazione tra il sistema ORXergico e GABAergico (Henny e Jones, 2006; Yokogawa et al., 2007).
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MATERIALI
E METODI
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Per condurre tale studio sono stati utilizzati come modelli sperimentali un teleosteo marino,
Thalassoma pavo, e uno d’acqua dolce, Carassius auratus. La scelta di tali modelli è dovuta alle
peculiari caratteristiche di tali modelli, di cui il primo riveste un importante ruolo ecologico (Zander e Sötje, 2002) e si è dimostrato essere un valido modello sperimentale per studiare i processi di stress ambientale e gli eventi neurodegenerativi nei vertebrati acquatici (Giusi et al., 2005; 2007). Il secondo si è rivelato un ottimo modello per studiare l’influenza il comportamento alimentare (Matsuda, 2009), ed inoltre, la sua adattabilità alle condizioni sperimentali lo rendono un valido modello per studiare pattern comportamentali complessi in laboratorio (Romaguera et al., 2008).