Μοριακοί μηχανισμοί εξοικείωσης

Abstract

As habituation in schizophrenia is compromised, the identification of genes that are implicated in this impairment is crucial in order to better understand the genetic basis of the disorder. Therefore, the role of serotonergic receptors 5-HT2A/5-ΗΤ1Α/5ΗΤ7 and the role of dopaminergic receptors Dop2R/Dop1R1 was investigated in habituation, as these receptors are involved in schizophrenia and consist some of the main targets of antipsychotic drugs. Also, the potential implication of furin in the process of habituation was investigated, as this gene is found to be associated with schizophrenia in GWAS studies and it has been shown that its transcriptional downregulation is associated with schizophrenia risk. Capitalizing on the great genetic tools of Drosophila, the aim was to get insight into the pathology of the disease through behavioral and pharmacological approaches. The role of the genes mentioned above was investigated in both shock and olfactory habituation and antipsychotic drugs were used when there was a deficient habituation phenotype. Additionally, the role of other genes (Dop1R2 και DopECR) was identified in habituation. Genetic modification of the expression of 5-HT1A, 5-HT2A and Furin led to footshock habituation deficits. The deficits were rescued by different concentrations of antipsychotics and by transgenic expression of Drosophila and human furin transgene for the deficits caused by Furin abrogation. These results propose that Drosophila can be used to behaviorally and pharmacologically test common schizophrenia symptoms, as protophenotypes of the disorder, as this model provides the opportunity to experimentally validate GWAS associations and discover novel genes implicated with these symptoms and by inference with schizophrenia. This approach will contribute to the development of novel drugs or the repurposing of existing ones, which will ideally be addressing the symptoms of the disease in a higher degree and will be causing less side effects.

Η εξοικείωση είναι ένας τύπος μη συνειρμικής μάθησης και αποτελεί τη βαθμιαία προσαρμογή του οργανισμού σε μη σημαντικά ερεθίσματα. Πρόκειται για μία διαδικασία εξαιρετικά συντηρημένη κατά την εξέλιξη, καθώς είναι απαραίτητη για την επιβίωση του οργανισμού. Διαταραχές εξοικείωσης έχουν συνδεθεί με διάφορες παθολογικές καταστάσεις, συμπεριλαμβανομένης και της σχιζοφρένειας. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη των μοριακών και γενετικών μηχανισμών που διέπουν την εξοικείωση και η διερεύνηση της σύνδεσής τους με τη νόσο της σχιζοφρένειας μέσω της χρήσης του οργανισμού μοντέλου Drosophila melanogaster. Για την επίτευξη του στόχου αυτού μελετήθηκαν μερικά από τα γονίδια που έχουν ενοχοποιηθεί και πιθανώς συμβάλλουν στην παθογένεση της σχιζοφρένειας, για τον ρόλο τους στην εξοικείωση σε ηλεκτρικό και οσφρητικό ερέθισμα. Σε αυτά συμπεριλαμβάνονται τα 5-ΗΤ1Α/5-ΗΤ2Α/5-ΗΤ7, που κωδικοποιούν υποδοχείς σεροτονίνης, τα Dop1R1/Dop2R, που κωδικοποιούν υποδοχείς ντοπαμίνης και το γονίδιο furin, που κωδικοποιεί την ενδοπρωτεάση Furin. Επιλέχθηκε η χρήση του οργανισμού-μοντέλου Drosophila melanogaster καθώς συνδυάζει εξελιγμένα γενετικά και φαρμακευτικά εργαλεία με τη δυνατότητα μελέτης περίπλοκων συμπεριφορών. Επιπλέον, καθώς 60% των γονιδίων στη Drosophila έχουν ομόλογα γονίδια στον άνθρωπο (Su, 2019), καθίσταται δυνατή η μελέτη γονιδίων που έχουν συσχετιστεί με τη σχιζοφρένεια σε μελέτες ολικού γονιδιώματος (GWAS) στον άνθρωπο. Σε πρώτο στάδιο, μελετήθηκε ο ρόλος των παραπάνω γονιδίων στην εξοικείωση και έγινε χορήγηση αντιψυχωσικών φαρμάκων με σκοπό την αναστροφή του ελλειμματικού φαινοτύπου όπου υπήρχε, ενώ στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η διερεύνηση του ρόλου και άλλων γονιδίων τα οποία δεν εμπλέκονται στη σχιζοφρένεια (Dop1R2 και DopECR, που κωδικοποιούν για υποδοχείς ντοπαμίνης) στην εξοικείωση.Αποδείχθηκε η εμπλοκή των σεροτονεργικών υποδοχέων 5-ΗΤ1Α και 5-ΗΤ2Α και της ενδοπρωτεάσης Furin στην εξοικείωση στο ηλεκτρικό ερέθισμα. Τα ελλείμματα αναστράφηκαν με χορήγηση διαφορετικών συγκεντρώσεων των αντιψυχωσικών φαρμάκων και στην περίπτωση της Furin και μέσω διαγονιδιακής έκφρασης. Η παρούσα μελέτη στοχεύει στην καθιέρωση της Drosophila ως ένα νέο μοντέλο για τη μελέτη πρωτοφαινοτύπων της σχιζοφρένειας, όπου μέσω της μελέτης τους θα πραγματοποιείται λειτουργική επιβεβαίωση των ανθρώπινων γονιδίων και μεταλλάξεων που εμπλέκονται στη νόσο με σκοπό την βαθύτερη κατανόηση των μοριακών και γενετικών μηχανισμών που διαταράσσονται και οδηγούν σε παθογένεση, επιτρέποντας την ανάπτυξη αποτελεσματικότερων φαρμακοθεραπευτικών προσεγγίσεων.