Az absence epilepszia modell molekuláris mechanizmusai. Szakdolgozat

Az absence epilepszia modell molekuláris mechanizmusai Szakdolgozat készítette: Cseri Barbara témavezető:

Dr Kékesi Adrienna Katalin, egyetemi docens Élettani és Neurobiológiai Tanszék Tartalomjegyzék Rövidítésjegyzék ........................................................................................................................ 3 Bevezetés .................................................................................................................................... 4 Történeti áttekintés ................................................................................................................ 4 Az epilepszia .............................................................................................................................. 5 Általános leírás ...................................................................................................................... 5 A humán epilepsziás kórképek osztályozása ......................................................................... 6 Az absence epilepszia ............................................................................................................ 9 Állatmodellek az absence epilepszia kutatásában .................................................................... 14 Az absence epilepszia mechanizmusai ..................................................................................... 16 Ionáramok a thalamusban és a cortexben ............................................................................ 17 Ca2+-ioncsatornák ........................................................................................................... 17 Na+-ioncsatornák............................................................................................................. 21 K+-ioncsatornák .............................................................................................................. 22 Egyéb ioncsatornák ......................................................................................................... 23 GABAerg folyamatok.......................................................................................................... 23 Glutaminsaverg folyamatok ................................................................................................ 24 Monoaminerg mechanizmusok............................................................................................ 25 Szerotonin ....................................................................................................................... 25 Noradrenalin ................................................................................................................... 26 Kolinerg mechanizmusok ............................................................................................... 26 Dopaminerg mechanizmusok.......................................................................................... 27 Egyéb molekulák az absence epilepsziában ........................................................................ 28 Neuropeptidek és receptoraik ......................................................................................... 28 Neurális érés és plaszticitás ............................................................................................ 29 Szinaptikus transzmisszió ............................................................................................... 30 Transzkripciós folyamatok.............................................................................................. 30 Egyéb szignáltranszdukciós folyamatok ......................................................................... 30 Stresszválasz és -helyreállítás fehérjék ........................................................................... 31 Metabolikus folyamatok ................................................................................................. 31 Következtetés ........................................................................................................................... 32 Összefoglalás ............................................................................................................................ 33 Summary .................................................................................................................................. 34 Irodalomjegyzék ....................................................................................................................... 35 Köszönetnyilvánítás ................................................................................................................. 45 2

Rövidítésjegyzék

2PD: két pórus domén káliumcsatorna („two-pore domain”) AFA csatorna: alacsony feszültség aktiválta csatorna; AKT: alacsony küszöbű tüske („low-threshold spike”) EPSP: excitatorikus posztszinaptikus potenciál GABA: gamma-amino-vajsav IGE: idiopátiás generalizált epilepszia IPSP: inhibitorikus posztszinaptikus potenciál KIR: központi idegrendszer MFA csatorna: magas feszültség aktiválta csatorna NAD: nikotinamid-adenin-dinukleotid nB: nucleus basalis nGL: nucleus geniculatus lateralis nTLD: nucleus tegmentalis laterodorsalis nTPP: nucleus tegmantalis pedunculopontinus nRT: nucleus reticularis thalami SNpr: substantia nigra pars reticulata THK: tüske-hullám kisülés

3

Bevezetés

Történeti áttekintés Az egyik legrégebben leírt, valamint leggyakoribb neurológiai betegség az epilepszia. A betegséget rángó izommozgásokkal kísért, eszméletvesztéssel járó rohamok jellemzik. Az ókorban is ismerték, már az i. e. 5. században is utaltak rá „szent betegségként”. A betegség megítélése erősen vallási színezetű volt, mivel úgy gondolták, a rohamok alatt valamiféle istenség vagy démon veszi uralmába a beteg testét. A misztikus megítélés az egész középkorban fennmaradt. Maga az epilepszia kifejezés a görög „epilambanein” szóból ered, melynek jelentése: lesújt, elfog. Már Hippokratész is említi írásaiban, tőle származik az első formális leírás (Magiorkinis és mtsai., 2010), és már ő is felismerte, hogy a betegség rendelkezik valamilyen örökletes komponenssel (Reid és mtsai, 2009). A későbbiek során a betegség hátterének megvilágításában az első áttörő eredmények az 1930-as évek után váltak lehetővé, az EEG módszerek kifejlesztésével. EEG-méréseket epilepsziás pácienseken először Jasper és Penfield, valamint Gibbs végzett. A témával kapcsolatos egyik korszakalkotó munkájuk Epilepsy and Cerebral Localization: A Study of the Mechanism, Treatment and Prevention of Epileptic Seizures (Epilepszia és cerebrális lokalizáció: Tanulmány az

epilepsziás

rohamok mechanizmusairól, kezeléséről

és

megelőzéséről) címen 1941-ben jelent meg. Az epilepszia állatokban is kialakul, így lehetőség nyílik arra, hogy különféle állatmodelleket alkalmazzanak a betegség vizsgálatára, elsősorban egereket, patkányokat és macskákat alkalmaznak. Már az 1940-es évektől kezdve elindultak a kutatások a neuronális hálózatok szerepének tanulmányozása irányába, amelyek során azt vizsgálták, hogy a tünetek létrehozásában milyen agyi struktúrák, idegsejt körök játszanak szerepet. Az utóbbi években a molekuláris biológiai, genetikai, agyi metabolomikai és rendszerbiológiai szemléletű vizsgálatok irányába mozdult el a szakterület. Jelen szakdolgozatban áttekintést adok a szakirodalomban fellelhető adatokról, amelyek az epilepszia egyik változatával, az absence epilepszia kialakulásával és háttérmechanizmusaival kapcsolatosak. Áttekintem a molekuláris biológiai, genetikai és proteomikai kutatások eredményeit, beleértve az in vitro vizsgálatokat és az in vivo, állatmodelleken végzett vizsgálatokat is. Összefoglalóan bemutatom a betegség működési mechanizmusairól alkotott 4

különféle modelleket, és az eltérő elméletek kísérleti bizonyítékait és cáfolatait.

Az epilepszia Általános leírás A népesség 3-5 %-a él át epilepsziás rohamot élete során (bár enyhe roham szinte mindenkiben előfordul), és 0,5-1 % szenved valamilyen típusú „aktív” epilepsziában (Sridharan, 2002). Habár a klinikai tünetek és a betegség megjelenési formái nagyon különbözőek lehetnek, mégis, az összes különféle epilepszia rendelkezik egyfajta közös vonással, amely az idegsejtek hiperszinkronizált működése. Az epileptikus kórképek általános jellemzője a rohamok megléte. Az epilepszia egyik definíciója szerint az az állapot, amely során ismétlődő, spontán rohamokat tapasztalunk (Scharfman, 2007;). Egyetlen roham nem jelent epilepsziát, mivel rohamot egyéb állapotok is kiválthatnak (fertőzések, magas láz, alkoholizmus esetén alkoholmegvonás, stb.), sőt, epilepsziás roham bárkiben kiváltható.

Az epilepszia diagnózisához fontos a rohamok

spontaneitása és ismétlődése. A rohamok többnyire néhány másodpercig-percig tartanak, azonban az úgynevezett status epilepticus esetén prolongálódnak, ezzel életveszélyes állapotot ídézve elő (Scharfman, 2007). A roham általános definíció szerint akkor áll elő, amikor a központi

idegrendszerben

kialakul

egy adott

neuronpopuláció

abnormális,

erősen

szinkronizált működése (Scharfman, 2007). Két rohamtípust különböztetünk meg: a grand mal, vagy nagyrohamos epilepsziát, amelyet ma tónusos-klónusos rohamnak neveznek, illetve a petit mail, vagy absence epilepsziát. Az érintett agyterületek alapján a roham lehet parciális (más néven lokális vagy fokális), vagy generalizált. A lokális rohamok általában nem okoznak olyan erős tüneteket mint a generalizáltak. Az epilepszia lehet önmagában fennálló kórállapot, de vannak olyan betegségek is, amelyek tünetei közt szerepelnek az epilepsziás rohamok, mint például a sclerosis tuberosa, Angelman-szindróma vagy Lafora-kór (Engel, 2001; Reid és mtsai, 2009). Az epilepszia amellett, hogy egyértelműen rontja a páciensek életminőségét, sok esetben neuronkárosító hatással is rendelkezik, különösen igaz ez a generalizált rohamokra, mivel feltehetően erős depolarizációt váltanak ki a központi idegrendszer sejtjeiben, ami toxikus hatású, mert a sejtek anyagcseréje nem képes elég energiát termelni a membránpotenciál helyreállításához. Az érintett agyi stuktúrák, főképp a cortex, a hippocampus és a thalamus 5

kapcsolatainak szerkezete megváltozik, thalamikus atrófia figyelhető meg, és a kéreg több területe

is

elvékonyodhat,

különösen

a

fronto-centrális

régiókban. A változások

kifejezettebbek, ha a betegség már hosszabb ideje fennáll, valamint olyan esetekben, amikor rohamok gyógyszeres kezelése nem elégséges (Bernhardt és mtsai, 2009).

A jelenleg

alkalmazott antiepileptikus szerek némely esetben csak mérsékelten hatékonyak, vagy akár teljesen hatástalanok (ezek az úgynevezett gyógyszer-rezisztens epilepsziák) és bizonyos gyógyszertípusok absence epilepsziára alkalmazva súlyosbítják a tüneteket (Futatsugi és Riviello, 1998). A fent vázolt szövődmények miatt igen fontos, hogy megfelelő gyógyszerezést tudjanak alkalmazni a betegeknél. Mivel a jelenleg használt hatóanyagok sok esetben nem elégségesek, bizonyos gyógyszereknek pedig a hatásmechanizmusa nem teljesen tisztázott, lényeges lépés a betegség konkrét mechanizmusainak feltárása. Amennyiben tisztában vagyunk azzal, milyen fehérjemolekulák játszanak szerepet a tünetek kialakulásában, vagy teszik lehetővé azt, találhatunk

közöttük

potenciális

gyógyszer-target

molekulákat.

Minél

részletesebb

információk állnak rendelkezésre az érintett molekuláris mechanizmusokról, annál differenciáltabb kezelés lehetséges, vagyis a különféle molekuláris háttérmechanizmussal rendelkező, de hasonló tüneteket produkáló betegségek pontosan diagnosztizálhatóak, és ennek megfelelően gyógyszerezhetőek. Az ismert adatok alapján az is biztosra vehető, hogy az epilepszia egy, a tünetek alapján kialakult gyűjtőfogalom, és az egyes konkrét epilepsziás esetekben eltérő patomechanizmus okozza a rohamok kialakulását. Így az epilepszia molekuláris háttere is heterogén lehet, amire több adat is utal.

A humán epilepsziás kórképek osztályozása A különböző epilepszia fajták osztályozása elsősorban a klinikai manifesztáció (a beteg kora a betegség megjelenésekor, a rohamok mintázata és formája, EEG jellemzők és más képalkotó diagnosztikai eljárások leletei) alapján történik. Ezeket a jellemzőket genetikai és különféle környezeti tényezők, esetleg szerzett elváltozások (agysérülés, tumor) befolyásolják és alakítják ki (Reid és mtsai, 2009), sok esetben pedig erősen valószínű a genetikai és a környezeti faktorok együttes hatása (Berkovic és mtsai, 2006b). A klasszifikáció sok esetben inkább a kezelés és gyógyszerezés módjának megválasztása szempontjából lényeges, vagyis elsősorban praktikus szempontok alapján történik. Összességében több, mint ötven fajta szindrómát írtak már le (Reid és mtsai, 2009). 6

A klinikai praktikumban használt csoportosítás szerint az epilepszia lehet parciális, más néven fokális, amelynél az epileptikus működés csak az egyik agyféltekében jelenik meg, és konkrét, kisebb agyterület(ek) működnek epileptikus fókusz(ok)ként. Ez nem jelenti azt, hogy az epileptogén régió kis méretű, jól körvonalazható neuropatológiai fókusz lenne. A fokális rohamok és szindrómák hátterében általában diffúz, időnként nagyon kiterjedt cerebrális diszfunkció áll (Engel, 2001). Ilyen például a temporális lebeny epilepszia, amely esetben a fókusz a temporális lebeny területén található. A másik típus a generalizált, diffúz eredetű epilepszia, amikor az epileptikus működés szimmetrikusan mindkét félteke területeire kiterjed, mint például az absence epilepsziában, ahol a szinkronizált tüzelés az agykéreg teljes területére kiterjed mindkét oldalon. Mint később látni fogjuk, valójában a generalizált epilepsziák esetén is találhatunk fókuszt, amelyből kiindulva az epileptikus működés gyorsan átterjed más területekre (Blumenfeld, 2003). Felmerült annak a lehetősége is, hogy a generalizált és fokális rohamok megkülönböztetése ebben a formában nem feltétlenül helyes, mivel az epilepszia minden esetben komplex, több okra visszavezethető betegség. Klinikailag azonban mindenképp hasznos a megkülönböztetés, mivel általánosan igaz, hogy a fokális epilepsziák kezelhetőek műtéti eljárásokkal, és más gyógyszerezésre reagálnak jól, mint a generalizált epilepsziák (Lüders et al, 2006). Az egyes rohamtípusokról EEG-ábrákat lásd: 1. ábra, 2. ábra, 3. ábra. A képek forrása az American Epilepsy Society honlapja. Az EEGfelvételek a páciensekről 10-20-as rendszerű elektródfelhelyezés mellett készültek.

1. ábra. Parciális roham EEG-képe.

7

2. ábra. Generalizált tüske-hullám kisülések.

3. ábra. Tipikus absence roham EEG-képe.

A másik osztályozás alapja az etiológiai alapú kategorizálás. Így két csoportot különböztetnek meg. A szimptomatikus epilepsziák esetén ismert vagy valószínűsíthető ok áll a háttérben, például valamilyen fejlődési rendellenesség vagy agyi sérülés, vagy más neurológiai tünetek, és sokszor az epilepszián kívül más tünetek, például motoros gyengeség vagy mentális fejlődési visszamaradottság figyelhető meg. A másik esetben nincs bizonyítható oka a betegségnek, ezek az idiopátiás epilepsziák. Ezen szindrómák legtöbbjéről feltételezik, hogy genetikai eredetűek, így örökletesek is, és jellemzően korfüggőek (Engel, 2001). Újabban a betegség osztályozását megpróbálják úgy kialakítani, hogy az alapvető biológiai információk nagyobb mértékben szerepet kapjanak, az eredeti, főleg klinikai és EEG jellemzőkön alapuló kategorizálással szemben (Reid és mtsai, 2009). A leggyakoribb típus az úgynevezett lázroham, amely a gyermekek nagyjából 3%-át érinti. Ezek tipikusan 5 éves kor alatt, általában csak láz hatására kiváltódó rohamok. A generalizált epilepsziák teszik ki a kóresetek mintegy 30%-át, a lázrohamokat nem tekintve. Ezeknek nagy része úgynevezett idiopátiás generalizált epilepszia (IGE), amely kategória több, egymással 8

rokon betegséget foglal magába, melyek jellemzően gyermek- vagy serdülőkorban alakulnak ki (habár bármely életszakaszban előfordulhatnak) (Reid és mtsai, 2009). Az epilepsziás kórképeknek nagyon jellegzetes EEG-mintázata van, nagy epileptikus kisülésekkel, amelyeket tüskéknek neveznek. Minden absence epilepszia szindrómára jellemzőek az úgynevezett tüske-hullám kisülések (THK), bár ezek más epilepsziatípusokban is előfordulnak. Szakdolgozatomban az absence epilepsziával foglalkozom közelebbről. Az absence epilepszia idiopátiás generalizált epilepszia, habár felvetődött, nem tekinthetőek-e ezek a rohamok elsősorban a premotoros területeket érintő fokális epilepsziának (Craiu és mtsai, 2006). Ez az epilepsziatípus a leggyakoribb, az epilepsziás páciensek mintegy 30%-a érintett (Reid és mtsai,

2009),

és

háttérmechanizmusai

jellemzően és

fiatal

farmakológiai

korban profilja

fordul

elő.

Az

határozottan

absence elkülönül

epilepszia a

fokális

epilepsziákétól. Míg a fokális epilepsziák esetén a roham alatt az érintett neuronok rögtön depolarizálódnak, absence epilepsziánál először a sejtek hiperpolarizációja lép fel, amely lehetővé teszi a thalamusban a tónikus tüzelésről a burst tüzelésre való áttérést, ezáltal létrehozva a hiperszinkronizált működést (Khosravani és Zamponi, 2006; Shin 2006). Az absence epilepszia

A betegséget először Poupart írta le 1705-ben, és 1770-től nevezték el a rohamokat „petit accées”-nek, „petit mal”-nak, vagyis „kis roham”-nak. Az absence kifejezést 1824-ben alkalmazta először Calmeil. Az absence epilepszia tipikusan 5-15 éves korban alakul ki, és lányok közt kicsivel gyakoribb, mint fiúk közt (Luijtelaar és Sitnikova, 2006). Aszerint, hogy mely életkorban jelentkeznek a tünetek, gyermekkori absence epilepsziáról vagy juvenilis absence epilepsziáról van szó. Bár ezek a szindrómák felnőttkorra sokszor megszűnnek, előfordul, hogy a tünetek fennmaradnak, esetleg rosszabbodhatnak is. Az epilepsziás felnőtteknél mintegy 10-15%-ban fordulnak elő THK-ek, ezekben az esetekben az absence rohamok mellett gyakran lépnek fel egyéb generalizált rohamok is (Luijtelaar és Sitnikova, 2006). A gyermekkori absence epilepsziás betegek a legtöbb esetben nem mutatnak egyéb neurológiai tünetet. Juvenilis absence epilepsziánál azonban gyakoriak a társuló mentális zavarok valamint az izomtónus csökkenése, a rohamaik pedig lehetnek atipikusak, vagyis hosszabb ideig tartanak, kevésbé váratlanul jelentkeznek az EEG-mintázatban, és gyakran más típusú rohamok is megfigyelhetőek, például generalizált tónusos-klónusos, mioklónusos vagy atónusos rohamok 9

(Khosravani és Zamponi, 2006). Absence rohamok más szindrómákban is előfordulhatnak, például Lafora-kór vagy Angelman-szindróma esetén. A diagnózis egyik kritériuma a tudat ideiglenes elvesztése: az addig folytatott tevékenység megszakad, a válaszkészség lecsökken, a mentális funkciók nem működnek megfelelően. Innen ered a betegség neve, mivel a páciens látszólag „nincs jelen”. Csak a szem kismértékű mioklónusos rángásai figyelhetők meg, valamint periorális automatizmusok, például rágás, vagy patkány és egér modellek esetén a bajuszszálak rángatózása. Az absence rohamok általában néhány másodpercig tartanak, legfeljebb 45 másodpercig, és a roham után nem áll fenn további tudatzavar. A roham kialakulása és megszűnése is váratlan, teljesen normális EEG-mintázat előzheti meg és követheti (Luijtelaar és Sitnikova, 2006). A tudatvesztés azonban úgy tűnik, változó mértékű és nem teljes, például patkányok esetében kimutatható, hogy roham alatt adott hangingerek közül képesek megkülönböztetni előzetes tréning után a releváns és a nem releváns ingereket (Drinkenburg és mtsai., 2003). A tudatvesztés mértéke attól függ, a cortexnek mely területeire terjed ki az epileptikus aktivitás. A válaszkészség csökkenését ezekben az esetekben az úgynevezett „arrest”-reakció okozza, vagyis a mozgásindításért felelős frontális premotoros terület működési zavara (Craiu és mtsai., 2006). A másik kritérium az emberek esetén 3-4 Hz frekvenciájú THK-ek megléte az EEGmintázatban (Niedermeyer, 1996) (1. ábra). Macskáknál a mintázat frekvenciája 3-4.5 Hz, patkányoknál a 7-12 Hz. Az eltérés háttérmechanizmusa nem ismert, bár a priori nem zárja ki semmi a különböző fajok esetében eltérő frekvenciát (Coenen és Luijtelaar, 2003). Habár az absence epilepsziát elsősorban „funkcionális” zavarnak sorolják be, amelynek hátterében nem állnak strukturális elváltozások, valójában bizonyos neuropatológiai elváltozások kimutathatóak például a WAG/Rij patkányokban. Ezekben az állatokban a szomatoszenzoros kéregben és a motoros kéregben is jellemző volt a szuperficiális rétegben a piramissejtek rendellenes elhelyezkedése, valamint a dendritek fejlődésének zavarai (Karpova és mtsai, 2005). Disztrófikus neuronokat kimutattak gyermekkori absence epilepsziás páciensek neocortexében és a frontális lebeny subcorticalis fehérállományában is (Meencke, 1989). A tüske-hullám kisülésekre jellemző, hogy a két agyféltekében szimmetrikusan jelennek meg. Eleinte úgy vélték, a szimmetria teljes, azonban ez csak papírra rögzített EEG esetén, normál papírsebességnél látszik így. Valójában azonban a két félteke közt némi eltérés mutatkozik: a latencia akár 20 milliszekundum is lehet (Lüders és mtsai, 1984). Az alvás-ébrenlét fázisok erősen befolyásolják az absence rohamok létrejöttét. Tranziens 10

állapotban (elalváskor és felébredéskor, valamint álmosság alatt) sokkal gyakrabban alakulnak ki tüske-hullám kisülések embereknél (Destexhe és mtsai, 1999) és az absence epilepszia modell patkányoknál (Pinault, 2003). Ennek oka valószínűleg az ilyenkor normálisan is fellépő, az EEG-n látható alvási orsók kóros transzformálása THK-ekké. Az alvási orsó a THK-hez hasonló elektrofiziológia jelenség, 7-15 Hz közötti szinkronizált oszcilláció (Blumenfeld, 2003). Intracelluláris mérések alapján megállapítható, hogy az absence epilepsziás GAERS patkányokban a normális, 5-9 Hz frekvenciájú thalamus aktivitás hasonló az epileptikus működéshez (4. ábra) (Pinault, 2003).

4. ábra. Szimultán mért extracelluláris aktivitás párban vizsgált thalamocorticalis (TC) és nRT sejtekből GAERS patkányban. Bal oldalon a normális 5-9 Hz frekvenciájú működés során mért jelek, jobb oldalon a hiperszinkronizált, 5-9 Hz frekvenciájú epileptikus működésből mért jelek. Forrás: Pinault, 2003, módosítva.

Már az

első

EEG vizsgálatok alkalmával

felmerült a kérdés, mely területek felelősek az absence rohamok kialakulásáért. Mivel a kérgi eredetre semmiféle jel nem mutatott, ezért Jasper és Kershman feltételezték egy subcorticalis ritmus generátor, vagyis pacemaker létezését, amely szimultán közvetít mindkét agyféltekébe.

5. ábra. A thalamocorticalis rostokat

Az 1940-es években Jasper és Droogleever- bemutató preparátum. A feliratok fordítása: "Thalamocortical fibers": thalamocorticalis

Fortuyn bebizonyították a specifikus thalamo- rostok; "Location of thalamus (removed)": a helye (eltávolítva). Forrás: corticalis reciprok kapcsolatok meglétét (5. thalamus Turnbull és mtsai, 2005. ábra), melyet Experimental studies on the functional anatomy of petit mal epilepsies (Kísérletes vizsgálatok a petit mal epilepszia funkcionális anatómiájáról) című cikkükben írtak le. Igazolták továbbá, hogy egy másodlagos projekciós rendszer is működik a thalamus és a cortex között, amely nem-specifikus, diffúz kapcsolatokat tartalmaz, és amely a thalamus intralaminaris magvaiból ered. Ezek alapján fogalmazódott meg a centrencephalicus elmélet, amely az absence epilepszia eredetével kapcsolatban azt feltételezi, hogy a thalamusnak 11

nagyobb szerepe van, mint a kéregnek. Penfield vezette be a centrencephalicus integráló rendszer fogalmát, amely az agytörzsben és a diencephalonban lokalizálható, és amely diffúzan vetül mindkét féltekébe. Ugyanakkor kísérletes bizonyítékok születtek arra is, hogy esetleg a cortexnek van vezető szerepe az absence rohamok kialakulásában. 1953-ban Bennett igazolta, hogy pentiléntetrazol injektálásával a cortexet ellátó arteria carotisba generalizált THK-k válthatóak ki, míg ugyanezt a hatóanyagot a vertebralis artériába injektálva, amely az agytörzset és a diencephalont látja el, nem lép fel hasonló válasz. Ezen eredmények alapján úgy vélték, az absence rohamok kiváltója a kéreg, nem pedig valamilyen subcorticalis képződmény. Ezt a feltevést corticalis elméletnek nevezzük. A cortex jelentős szerepét alátámasztják más kutatók eredményei is, akik szerint az idiopátiás generalizált epilepsziák hátterében corticalis abnormalitások állnak (Lüders és mtsai., 1984), a thalamus csak másodlagos szerepet játszik, a thalamocorticalis kapcsolatokon keresztül. Ezzel jól egybevág a THK-eknél megfigyelhető, két agyfélteke közti kismértékű latencia.

A THK-ek a cortex mesofrontalis részén

keletkeznek, és innen terjednek szét igen gyorsan a kéreg más területeire, azonban a corticalis elmélet nem feltételezi egy valódi epileptikus fókusz vagy fokális terület létét (Niedermeyer, 1996). Később erre alapult Gloor corticoreticularis elmélete is. A corticoreticularis elmélet szerint a kéregnek és a formatio reticularisnak is fontos szerepe van. Erre később a macska generalizált penicillin epilepszia modell (FGPE; lásd később) szolgáltatott bizonyítékokat. Ebben a modellben a thalamus és a cortex jelenléte is szükséges volt THK-ek kiváltásához, a kétoldali szimmetriához pedig a corpus callosum épsége volt a feltétel. A tüske-hullám kisülések legfontosabb előfeltétele a diffúz kérgi hiperexcitabilitás, amelynek eredményeként a thalamocorticalis ingerlés hatására a kérgi neuronok THK-eket produkálnak alvási orsók helyett. A fázisfüggő (phase-locked) tüzelés a cortex sejtjeiben néhány ciklussal előbb mérhető, mint a thalamusban, azonban miután a thalamus felveszi a ritmust, véletlenszerűen alakul, hogy a corticalis neuronok vagy a thalamus sejtjei tüzelnek-e előbb (Avioli és mtsai, 1983). Az FGPE modell lehetséges hibája, hogy esetleg túlhangsúlyozza a kéreg szerepét, és a hiperexcitabilitás hátterében a farmakológiai hatás áll (Meeren és mtsai, 2005). Az 1990-es években egy spontán tüske-hullám kisüléseket mutató patkánytörzs (Fisher 344 patkányok) vizsgálata során azt találták, hogy a cortex kiiktatása után a thalamusban megmaradtak a THK-ek, míg a thalamus léziója esetén a corticalis tüske-hullám kisülések megszűntek (Buzsáki, 1991). Specifikusan a nucleus reticularis thalami (nRT) szelektív 12

léziója szüntette meg ezeket a kisüléseket. Szabadon mozgó patkányokon végzett mérések alapján a corticalis és thalamocorticalis sejtek az EEG-n látható tüskével azonos időben tüzeltek, míg a nRT sejtjei a lassú hullámú komponens alatt. A thalamusban a ritmikus sejttüzelés fokozatosan épült fel, megelőzve a kéreg sejtjeit, mielőtt a kisülések az EEG-n láthatóvá váltak volna. Ezek a mérések szolgáltak a „thalamikus óra”-elmélet alapjául (Buzsáki, 1991). Az elmélet szerint a nRT sejtek ritmusgeneráló (pacemaker) sejtekként működnek. Néhány ilyen neuron fázisos tüzelése thalamocorticalis relésejtek tüzelését idézi elő, amely újabb nRT sejtek működését serkenti, míg végül a szerteágazó dendrodendritikus sejtkapcsolatok révén toborzással (recruiting) a teljes thalamikus hálózat elkezd ritmikusan tüzelni. Ez az elmélet voltaképpen a centrencephalicus elmélet átdolgozása. Az absence epilepszia modell WAG/Rij (Wistar Glaxo Rijswik) és GAERS (Genetic Absence Epilepsy Rats from Strasbourg) patkánytörzsek (lásd később) vizsgálata több bizonyítékot is szolgáltatott az elméletre: a GAERS patkányokban a nRT szelektív elroncsolásával megszüntethetőek az THK-ek, és mindkét törzsnél a fázisfüggő tüzelés a nRT sejtekben néhány milliszekundummal megelőzi a cortex sejtjeit (Inoue és mtsai, 1993; Seidenbecher és mtsai, 1998). A nRT sejtjekre serkentő bemenet a thalamocorticalis és a corticothalamikus pályák axonkollaterálisairól érkezik. A relésejtekre excitációs vetület a prethalamikus és a thalamocorticalis pályákról érkezik, míg inhibitorikus bemenetet a nRT-ból kapnak. A WAG/Rij és GAERS patkányoknál a THK-ek elsősorban az elülső frontális és parietális neocortex területein jelennek meg, és az ezekkel kapcsolatban lévő thalamikus magvakban. WAG/Rij patkányokban a tüske-hullám kisülések a szomatoszenzoros kéreg periorális régiójában lépnek fel először. (Meeren és mtsai., 2002). Vagyis egyfajta corticalis „fókusz” mutatható ki, amelytől az elektródtávolsággal arányosan egyre nagyobb a kisülések megjelenésének latenciája. A thalamusban ez nem mutatható ki, mivel az intrathalamikus kapcsolatok összetettebbek. A THK-ek amplitúdója szintén a frontális középvonal régióban a legnagyobb, lateralisan és posterior irányba csökken (Rodin és Ancheta, 1987). Humán absence epilepsziában is az EEG-mintázaton a frontális régióban, a premotoros területeken a maximális az aktivitás (Craiu és mtsai, 2006). Az első 500 milliszekundumban a cortex konzisztensen megelőzi a megfelelő thalamikus területet, majd a funkcionálisan kapcsolt thalamus és kéreg területek kölcsönösen befolyásolják egymást, a kapcsolat iránya egy rohamon belül is többször megfordul. A korábbi eredményeket, ahol a thalamus tüzelése megelőzte a cortexét, okozhatta az, hogy a fent említett periorális régióban lévő „fókusztól” viszonylag távolabb helyezték el az elektródokat a méréseknél. A corticalis fókusz elmélet 13

mellett szól, hogy minden oszcillációs ciklus legelső tüskéje a cortexben képződik. A thalamus ekkor egyfajta erősítőként működik. A tüske-hullám kisülések kialakulásához feltételezhetően intakt corticothalamikus hálózat szükséges, amely egy roham létrejöttére alkalmas állapotban van, vagyis az enyhétől közepesig terjedő hiperpolarizált állapotban lévő kérgi piramissejtek, thalamocorticalis relésejtek és thalamikus reticularis sejtek. A kezdeti lépés egy normális vagy epileptikus tüske a corticalis fókusz területén. A gyors generalizálódás a cortexben a rövid távú intracorticalis kapcsolatoknak és a hosszabb távra ható, más kérgi területekkel kapcsolódó neuronpopulációk működésének köszönhető. Az interhemisphericus terjedés a corpus callosum rostjain keresztül történik, vagyis a terjedés egy időben helyi és távolsági is. A szomatoszenzoros cortex periorális régiójának sejtjei valószínűleg

még

alacsonyabb

tüske-generálási

küszöbértékkel

rendelkeznek,

így

működhetnek egyfajta epileptikus fókuszként. Ez az elmélet egyfajta szintézis a corticalis és a corticoreticularis elméletek közt. Az absence epilepszia patofiziológiával kapcsolatban ma a leginkább elfogadott elmélet a corticoreticularis elmélet, és a hozzá közel álló corticalis fókusz elmélet. (Az elméletekről összefoglaló ábrát lásd: 6. ábra.)

14

6. ábra. Az absence epilepszia kialakulási elméleteinek sematikus ábrázolása. Bal oldalt a thalamus elméletek: centrencephalicus elmélet (Centrencephalic Theory, fent) és thalamikus óra elmélet (Thalamic Clock Theory, lent). Jobb oldalt a cortex elméletek: cort icalis elmélet (Cortical Theory, fent) és corticalis fókusz elmélet (Cortical Focus Theory, lent). Középen a corticoreticularis elmélet (Corticoreticular Theory). Forrás: Meeren és mtsai, 2005.

Állatmodellek az absence epilepszia kutatásában

Állatmodelleket már igen régóta alkalmaznak az absence epilepszia mechanizmusainak feltárását célzó vizsgálatokban. Általában macskán, vagy rágcsálókon (pl. egér, patkány) dolgoznak. A modellek két fő csoportra oszthatóak: a generált és a genetikus modellekre. Az indukált modellek esetén az alkalmazott állatok általában nem mutatnak spontán epileptikus aktivitást, azonban bizonyos stimulus (fotostimulus, kémiai anyag beadása, stb.) hatására absence rohamokat produkálnak. A genetikus epilepszia modellek olyan kitenyésztett törzsek, melyeknél az absence epilepszia vagy legalábbis az absence rohamok megléte genetikailag determinált. Mivel az absence epilepszia embereknél is rendelkezik számottevő genetikai komponenssel, ezek a modellek igen népszerűek a kutatásokban. Indukált modell például az egyik első kutatásban használt modell, a Prince és Farrel által felfedezett macska generalizált penicillin epilepszia (FGPE) modell, amelynél nagy, perifériásan alkalmazott penicillindózis hatására az állatok EEG-mintázata és a viselkedésük is a humán absence epilepsziára jellemző jellegeket mutat (Prince és Farrel, 1969); vagy a GBL-kezelt egér modell, amelynél gamma-butirolakton kezeléssel idézik elő a rohamokat (Ryu és mtsai., 2007), valamint a Naquet-féle fotoszenzitív pávián (Papio papio) modell (Naquet és mtsai, 1995), bár utóbbi nem kifejezetten absence epilepszia modell, hanem reflex generalizált epileptikus rohamok vizsgálatára alkalmas. Genetikailag determinált modellek főképp a rágcsálók közt találhatóak. Sok kutatásban ezeket azért preferálják, mert esetükben ugyanúgy örökletes a betegség, mint humán absence epilepszia esetén. Ilyen például a GAERS (Genetic Absence Epilepsy Rats from Strasbourg) patkánytörzs, a WAG/Rij (Wistar Albino Glaxo/Rijswijk) patkánytörzs, vagy több egértörzs, mint a stargazer vagy a tottering. Ezek a modellek vagy egy ismert gén mutációja miatt mutatják a tüneteket, mint pl. az α1G knockout egér, vagy az emberekhez hasonlóan valószínűleg összetett, multigénes öröklődés áll a szindróma hátterében, amelyben bizonyos hajlamosító kulcsgének és módosító gének játszanak szerepet. Az absence epilepszia háttérmechanizmusaival kapcsolatban született, időnként egymásnak ellentmondó eredmények valószínűleg annak köszönhetőek, hogy az első eredményeket macska modellekből kapták, míg a későbbiekben a rágcsáló modellek kerültek előtérbe. A különféle modellek közt így meghatározó neurológiai különbségek vannak. Macskákban GABAerg interneuronok a teljes thalamusban találhatóak, így a relémagvakhoz is 15

kapcsolódnak, amelyek a nRT-ből érkező inhibitorikus kontroll alatt állnak. Patkányokban ezek az interneuronok szinte egy relésejten sem találhatóak meg, kivéve a nucleus geniculatum lateralét (nGL), amely erősebb monoszinaptikus gátló afferenseket kap a nRTből, mint az agy bármely más része. A betegség kialakulásában kulcsszerepet játszó fehérjék azonosítására két lehetőség van. Az egyik, amikor genetikai alapon választunk ki fehérjéket. Ez esetben vagy nagy, ismerten epilepsziás családfákon elváló géneket keresünk, ezek a major epilepszia gének – ebben az esetben a genetikai információ elegendő, különösen, ha az adott gén mutációja egymástól függetlenül több családfában is előfordul. A komplexebb fenotípusokhoz kapcsolódó géneket nehezebb azonosítani hagyományos genetikai analízissel, és az ilyen, poligénesen öröklődő esetekben egy-egy adott gén önmagában csak csekély fiziológiai hatással rendelkezik, amelyet in vitro tesztekkel nehéz kimutatni. Az in vitro tesztek alkalmazásával az absence epilepsziában

részt

vevő

összetett

hálózat

egyes

elemeit

vizsgálhatjuk

például

elektrofiziológiai szempontból, valamint kontrollált körülmények között tanulmányozhatjuk az egyes fehérjéket hatásait az őket célzó agonista vagy antagonista szerek alkalmazásával. Azonban egy in vitro rendszerben mért hatás nem biztos, hogy szerepet játszik in vivo rendszerekben is. Az állatmodelleken végzett kísérletek segítségével validálhatjuk az adott gént a patogenezis szempontjából, továbbá lehetőséget adnak a genotípus és a fenotípus közti „szakadék” áthidalására, valamint potenciális terápiás targetmolekulák azonosítására (Reid és mtsai, 2009).

Az absence epilepszia mechanizmusai Az epilepsziára általában jellemző, hogy a neuronok erősen szinkronizált tüzelése az inhibíció és az excitáció valamilyen fajta zavarára vezethető vissza (Scharfman, 2007; Fletcher és Frankel, 1999). A neuronok tüzelésében meghatározó szerepűek az ionkörnyezet és a membránon folyó különböző ionáramok. A szinkronizált működés létrehozásában fontos szerepet kapnak a neuronok, neurális áramkörök és különböző agyi struktúrák, absence epilepszia esetén elsősorban a thalamus és a cortex közti kommunikációs folyamatok. Az IGE-k esetében az epileptogenezisben részt vesznek a cortex és a thalamus közötti kétirányú, feedforward és feedback kapcsolatok (Blumenfeld, 2003). A THK-ek létrejöttét okozhatja a cortex hiperexcitabilitása, amelyben glutaminsaverg kapcsolatok játszanak szerepet, vagy a túlzott thalamikus oszcilláció, amelynek hátterében a GABAerg inhibíció és az általa 16

szabályzott neuronok saját tulajdonságai állnak. A thalamo-corticalis működést monoamierg (noradrenerg és szerotoninerg), és kolinerg kapcsolatok is szabályozzák (Danober és mtsai, 1998). (A következő fejezetben az egyes fehérjékhez megadott nagybetűs jelöléseket a HUGO Gene Nomenclature Comittee adatbázisa alapján adtam meg.)

Ionáramok a thalamusban és a cortexben

Ca2+-ioncsatornák A ritmikus oszcilláció kialakításához a thalamus neuronjainak tónusos módú tüzelésből fázisos, vagyis burst tüzelési módra kell váltaniuk. Ezt a váltást a T-típusú kalciumcsatornák befolyásolják (Suzuki és Rogawski, 1989). 1984-ben Jahnsen és Llinas kísérletekkel igazolta, hogy a thalamus neuronjai képesek alacsony küszöbértékű tüskék (AKT) generálására a kalciumion-csatornák deinaktiválásán keresztül (Jeanmonod és mtsai, 1996; Futatsugi és Riviello, 1998). Ezek a Ca2+-tüske kisülések jóval a normál tüzelési küszöb alatt jelentkeznek és lassú depolarizációs hullám jellemzi őket, amely lehetővé teszi több gyors Na+-függő akciós potenciál generálását (Futatsugi és Riviello 1998). Az AKT Ca2+-függő folyamat, megléte pedig a nyugalmi membránpotenciáltól függ. A thalamus sejtjei inaktívak nyugalmi potenciál (-60 mV) mellett, 7-15 mV-os membránpotenciál esetén azonban aktiválhatóak. Relatív hiperpolarizáltság (-65 - -75 mV) esetén szinaptikusan vagy direkt depolarizációval kiváltható az AKT, depolarizált állapotban azonban nincs AKT, tónusos tüzelés következik be. Vagyis, a thalamus relésejtjeinek tüzelési módja a membránpotenciállal közvetlenül összefügg. A sejtek hiperpolarizációja deaktiválja a kalciumion konduktanciát, így burst kisülések jöhetnek létre. A thalamus specifikus magvai érzékenyebbek a hiperpolarizációra a mediális thalamusnál, vagyis az excitációs bemenetek csökkenése vagy az inhibitorikus bemenetek növekedése eredményeképp a specifikus magvak nRT-re vetülő excitációja csökken. Ezáltal a nRT sejtjek membránja hiperpolarizált állapotba kerül, így a mediális thalamusból vagy a kéregből érkező excitatorikus posztszinaptikus potenciálok (EPSP-k) kiválthatják az AKT-et (Jeanmonod és mtsai, 1996). A fázisos tüzelési ritmicitás kialakulásának előfeltétele a tartósabban fennálló vagy ciklikusan fellépő hiperpolarizáció, amelyet a thalamocorticalis neuronkörök működése biztosít (Crunelli és mtsai, 1994; Jeanmonod és mtsai, 1996). A thalamus relésejtjeiből kiinduló efferensek egy hosszútávra ható inhibitorikus visszacsatoló 17

neuronkört aktiválnak a nRT sejtjein keresztül. A gátlás posztszinaptikus GABA receptorok aktiválásával történik. A visszacsatolás miatt a relésejtek is gátlódnak, ezáltal membrán potenciáljuk eléri azt a hiperpolarizált értéket, amely lehetővé teszi az AKT-k létrejöttét. Vagyis ez a fajta gátló mechanizmus elősegíti a ritmusos burst tüzelés kialakulását (Felix, 2002; Shin 2006). A thalamus sejtjeiben a Ca2+-áram a feszültségfüggő kalciumion-csatornákon keresztül folyik. Ezeket többféleképpen csoportosíthatjuk. Az aktiváló feszültség alapján lehet magas feszültség aktivált (MFA) vagy alacsony feszültség aktivált (AFA) csatorna. MFA csatornák az L-típusú, P/Q-típusú és N-típusú kalciumcsatornák, AFA csatornák pedig a T-típusúak. Az R-típusú csatornák gyorsan inaktiválódnak, és relatíve alacsonyabb feszültségen aktiválódnak, mint az MFA csatornák. Nevük abból ered, hogy a többi csatornát blokkoló anyagokra rezisztensek. A csatornák expresszálása szövetspecifikus, és különböző blokkolószerekre érzékenyek (1. táblázat) (Pollard és Earnshaw, 2004; Catterall és mtsai, 2009). Típus

Elhelyezkedés

Funkció

Blokkolószer

L-típus

szívizom, vázizom, KIR (cortex, thalamus, gerincvelő), endokrin sejtek

excitáció-kontrakció összekapcsolása, hormon dihidropiridin felszabadulás, szinaptikus szabályzás, stb.

P/Q-típus

neurotranszmitter KIR (idegvégződések és felszabadulás, dendritikus ω-fonetoxin, dendritek), hipofízis, stb. agatoxin Ca2+- áramok

N-típus

KIR (preszinaptikus végződések, dendritek, sejttestek), szimpatikus idegek, szívizomsejt

R-típus

KIR (sejttestek dendritek)

T-típus

neuron excitáció, KIR (cerebellum, ritmusgenerálás, burst Ni2+, anandamid, thalamus, cortex, stb.), tüzelés kialakítása mibefradil szív nodális sejtek oszcilláció kialakítása

ω-

neurotranszmitter szekréció, hormon ω-konotoxin felszabadulás, dendrit 2+ tranziens Ca -áram

és repetitív tüzelés, dendrit SNX-482 tranziens Ca2+-áram

1. táblázat: A feszültségfüggő Ca2+-csatornák fő típusai, azok elhelyezkedése a szervezetben, az általuk befolyásolt funkciók és a rájuk ható blokkolószerek. (Forrás: Pollard és Earnshaw, 2004; Catterall és mtsai, 2005; Catterall és mtsai, 2009)

Erősebb depolarizációnál (-30 - +20mV) a sejtekben jelentős mértékű áram keletkezik, amely a depolarizáció végéig jelen van. Ekkor az N-típusú (neurális) csatornákon keresztül folyik kalciumáram. A legerősebb depolarizáció (> +10 mV) esetén az áram tartósan fennáll, ez az 18

L-típusú kalciumáram („long lasting”, vagyis hosszantartó). Kismértékű hiperpolarizáció (-65 - -75mV) esetén belső, viszonylag gyorsan inaktiválódó, vagyis T (tranziens) – típusú áram keletkezik, az alacsony feszültség aktiválta T-típusú kalciumion-csatornán. Ez az áram depolarizálja a sejteket, és így epilepsziás szinkronizációhoz vezethet. A

T-típusú

kalciumcsatornákat

blokkoló

hatóanyagok jó antiepileptikus szerek, mivel ezeknek a csatornáknak jelentős szerepe van a thalamikus oszcillációt okozó burst tüzelés kialakításában.

A relésejtek sajátossága a

viszonylag nagy T-típusú áram. Ez éppen azon a membránpotenciál értéken lép fel, amely alkalmas AKT létrehozására is. Az alacsony küszöbű

Ca2+-tüske

hullámjának kationáramok

tetején

lassú

depolarizációs

magas

indulhatnak

küszöbű el:

gyors

feszültségfüggő Na2+-csatornák által létrehozott kisülések, valamint K+-áram és Ca2+-áram. Utóbbi aktiválhatja a Ca+-függő K+-csatornákat, 6. ábra. A. Tónusos (regular) és fázisos (burst) tüzelés a membránpotenciál függvényében. B. A burst amelyek a feszültség-függő K+-csatornákkal tüzelést kialakító áramok. Ih: hiperpolarizáció + + együttműködve repolarizálják a sejtet (7. ábra) aktiválta kationáram; IT:2+T-áram, "Na -spike": Na -

tüske; Low threshold Ca -spike: alacsony küszöbű Ca2+-tüske. Forrás: Perez-Reyes, 2003.

(Perez-Reyes, 2003).

Az absence rohamok kialakulásában részt vevő másik kalciumcsatorna típus a P/Q csatorna. Habár a neuronok működésének szinkronizációjában elektromos szinapszisok is szerepet játszanak, a fő mechanizmus a kémiai szinaptikus transzmisszió, amelynek kulcsmediátorai a P/Q típusú kalciumcsatornák (Khosravani és Zamponi, 2006). Ezek a csatornafehérjék szomatodendritikus membránokon és preszinaptikus terminálokon expresszálódnak. Ezeknek a csatornáknak a hibás működése a szinaptikus és nemszinaptikus jelátvitelt is befolyásolhatja (Felix, 2002). A

Ca2+-csatornák

a

legkomplexebb

feszültségfüggő

ioncsatornák,

amelyek

négy

transzmembrán doménből állnak, amelyek az α1-alegységet alkotják. Ez a molekula a csatorna pórusrégióját képezi. Az AFA csatornák állhatnak csak ebből az alegységből, míg a MFA csatornáknál mindig találunk más alegységeket, mint a β, γ, α2-δ. Ezek az alegységek más fehérjékkel létesíthetnek kapcsolatot, vagy módosítják a csatorna működését (Felix, 2002; 19

Khosravani és Zamponi, 2006). A neuronális Ca2+-csatornák α1 alegységeit három fő típusra osztják, ezek a CaV1, CaV2 és CaV3 család. A T-típusú csatorna α1 fehérjét a CaV3 gének kódolják, ezekből szintén három izoforma létezik: CaV3.1 (CACNA1G), CaV3.2 (CACNA1H) és CaV3.3 (CACNA1I). Az izoformák funkcionálisan kismértékben eltérnek, és eloszlásuk a központi idegrendszer különböző területein és szubcelluláris szinten is változó (Khosravani és Zamponi, 2006; McKay és mtsai, 2006; Shin 2006). A feszültségfüggő kalciumcsatornák szerepét az absence epilepsziában több mutáns egértörzs vizsgálata igazolja. Az α1 alegység mutációja több, absence rohamokat mutató modellben kimutatható. Ezek a modellek általában más neurológiai tüneteket is mutatnak, többnyire ataxiát és disztóniát. A tottering, leaner, rolling Nagoya és rocky egerek esetében a Cav2.1 csatornát kódoló CACNA1A gén mutálódott, a tottering esetén pontmutációval. A többi alegység mutációja a lethargic (CACNB4), ducky (CACNA2D2) és a stargazer, valamint waggler (mindkettő CACNG2 mutáns) egerekben figyelhető meg. Ezeknél a modelleknél jellemző a thalamus relésejtekben a P/Q áram csökkenése, valamint a T-áram kompenzációs növekedése (Zhang és mtsai, 2002). A CACNA1G nullmutáns egereknél, amelyekben nem fejeződik ki a CaV3.1 T-csatorna izoforma, a relésejtek nem produkálnak fázisos tüzelést (a tónusos tüzelés megmarad), és az egerek rezisztensek az absence epilepszia kiváltására (Kim és mtsai, 2001). GAERS patkányokban kimutatható az nRT sejtekben a megnövekedett alacsony küszöbű Ca2+-áram (Avanzini és mtsai, 1996). α1G-mutáns egerekben a THK-k kialakulásához nem szükséges a T-áram fiziológiás szintnél nagyobb mértéke, a relatíve erősebb inhibitorikus bemenetek miatt a hatékonyabb hiperpolarizáció önmagában megnöveli a T-típusú kalciumcsatornák nyitásának valószínűségét a relésejtekben, ezzel lehetővé téve a THK-ek kialakulását (Song és mtsai, 2004). A legtöbb egérmodellnél, valószínűleg a CACNA1A fehérje szinaptikus transzmisszióra gyakorolt hatása miatt, nemcsak az ionáramok változása figyelhető meg, de egyéb molekuláris folyamatok is megváltoznak (lásd később). Humán genetikai vizsgálatokat többek közt Chen és munkatársai végeztek, amelyben a kínai Han-populációból vett 118 fős gyermekkori absence epilepsziás páciens közül 14-ben kimutatható a CACNA1H gén missense mutációja, így ez a gén jelentős szerepet játszhat a humán absence epilepszia kialakításában (Chen és mtsai, 2003). Absence epilepsziával és mioklónusos epilepsiával kapcsolatban került leírásra az EFHC1 (Lu és mtsai, 2003b; Turnbull és mtsai, 2005; Reid és mtsai, 2009) jelű fehérje. Ez a fehérje egy Ca2+-kötő molekula, így részt vesz a sejt kalciumion homeosztázisának kialakításában. A 20

neuronok szómáján és dendritjein lokalizálható, és az R-típusú kalcium-csatornákkal interakcióba lép (Suzuki és mtsai, 2004), így befolyásolja a neuronális excitabilitást és a sejtmembránon folyó kalcium-áramot.

Na+-ioncsatornák A feszültségfüggő Na+-csatornák legfontosabb szerepe az akciós potenciálok generálásában és propagálásában van, így meghatározóak a neuronok excitabilitása szempontjából (Catterall és mtsai, 2005; Reid és mtsai, 2009). Minden ingerelhető sejten megjelennek, így izom-, ideg- és neuroendokrin sejteken is. A pórusalkotó alegység az α, amely négy homológ, hat-hat transzmembrán hélixből felépülő doménből áll, valamint egy P-hurokból. Az alfa alegység önmagában is funkcionál, azonban a csatorna kinetikáját és feszültségfüggését kiegészítő béta-alegységek befolyásolják. Az alfa alegységet 9 gén kódolja, ezek sorra NaV1 (SCN1A), NaV2 (SCN2A), NaV3 (SCN3A), NaV4 (SCN4A), NaV5 (SCN5A), NaV6 (SCN6A), NaV7 (SCN7A), NaV8 (SCN10A), NaV9 (SCN11A); a béta alegységeket 4 (SCN1B - SCN4B) (Catterall és mtsai, 2005). Az egyes génekről poszttranszkripciós módosítások során többfajta fehérje izoforma íródhat le, amelyek eloszlása a szervezetben szövetspecifikus. A KIR-ben elsősorban a NaV1.1, NaV1.2, NaV1.3, NaV1.6 fehérjék expresszálódnak (Catterall és mtsai, 2005). A szakirodalomban epilepsziával kapcsolatban elsősorban az SCN1A fehérjéről találhatóak adatok. Ennek a molekulának a mutációi megnövekedett perzisztens Na+-áramot eredményeznek, amely hozzájárul a sejtek depolarizációjához, így csökkentve az akciós potenciál keletkezéséhez szükséges feszültségértéket. A perzisztens nátriumion-áram hozzájárulhat a repetitív tüzeléshez is, a ritmusgeneráláshoz és befolyásolják mind az inhibitorikus, mint az excitatorikus folyamatokat (Reid és mtsai, 2009). Bizonyos mutációk okozhatják a Na+-áram csökkenését is. Amennyiben ez az inhibitorikus interneuronokon történik, ezeknek a thalamocorticalis hálózat működésében való részvétele csökken, így létrehozva a hiperexcitábilis fenotípust (Martin és mtsai, 2010). Az SCN1A fehérje mutációit eddig lázrohamos generalizált epilepsziában és az igen súlyos Dravet-szindrómában (súlyos gyermekkori mioklónusos epilepszia) írták le (Miller és de Menezes, 2007; Reid és mtsai, 2009; Catterall és mtsai, 2010; Meisler és mtsai, 2010). Ugyanezekhez a betegségekhez köthető az SCN2A gén mutációja is (Baulac és mtsai, 1999; Shi és mtsai, 2009). Mindkét kórkép generalizált epilepszia, és Dravet-szindrómás betegekben 21

előfordulnak absence rohamok is. Az SCN8A gén mutációját emberekben nem epilepsziával kapcsolatban írták le, azonban heterozigóta mutáns (V929F) és SCN8A nullmutáns egerek EEG-mintázatában leírtak THKeket, amelyek az absence epilepszia kezelésére is használatos etosuximidra reagáltak, így ez a fehérje is szerepet játszhat az absence epilepszia kialakulásában (Papale és mtsai, 2009; Meisler és mtsai, 2010). A β alegységek közül absence epilepsziával kapcsolatba az SCN1B gén terméke, a β 1 alegység hozható. Homozigóta SCN1B knockout egerek spontán absence rohamokat mutatnak (Chen és mtsai, 2007).

K+-ioncsatornák A K+-csatornák az ioncsatornák legváltozatosabb csoportját alkotják, eddig több mint 70 alegységet írtak le ebben a kategóriában (Gutman és mtsai, 2005; Reid és mtsai, 2009). A transzmembrán domének száma szerint három alcsaládra oszthatóak. A 6/7 transzmembrán doménnel rendelkezőek a feszültségfüggő K+-csatornák (KV) és a kalciumfüggő K+-csatornák (KCa). A feszültségfüggő káliumcsatornáknak a membrán potenciál kialakításában és az excitabilitásban van szerepe. A másik két csoport a befelé egyenirányító káliumcsatornák, két transzmembrán szegmenssel, és a szivárgó káliumcsatornák, vagy két pórus domén (K2P) csatornák, amelyeknek 4/8 transzmembrán doménje van. A K2P csatornák a sejt nyugalmi állapotában inaktívak, a membrán potenciált a tüzelési küszöb alatt stabilizálják, és elősegítik az akciós potenciál utáni repolarizációt (Catterall és mtsai, 2009). A feszültségfüggő K+-csatornafehérjék közül a KCND2 az egyik, epilepsziával kapcsolatban leírt fehérje. Ez a molekula elsősorban az agyban (többek közt a thalamusban és a cortexben), valamint a méh szöveteiben fejeződik ki, más szövetekben alig fordul elő (Catterall és mtsai, 2009). A másik két ilyen fehérje a KCNQ2 és KCNQ3, amelyek terméke együttesen alkot egy funkcionális csatornát (Chioza és mtsai, 2002). Az alacsony konduktanciájú kalciumfüggő K+-csatornákról leírták, hogy a GABAA receptorokkal együtt szerepet játszanak a thalamocorticalis oszcillációk kialakulásában (Chung és mtsai, 2009). Ezek a csatornafehérjék a KCNN1, KCNN2 és KCNN3 gének termékei (Catterall és mtsai, 2009). A KCNK9 egy 2PD csatorna, amelynek a mutációját kimutatták GAERS patkányokban. A mutáció ellenére nem volt kimutatható különbség az absence rohamokat mutató és a kontroll állatok közt a szivárgó K+-áramban (Holter és mtsai, 2005). 22

G-protein

aktivált

kapcsolatban

befele

egynukleotidos

egyenirányító

káliumcsatornákat

polimorfizmusok vizsgálatával

is

leírtak

humán

epilepsziával

IGE

páciensek

genomjában. Ezeket a csatornákat különféle G-fehérje kapcsolt receptorok aktiválják, mint például a μ-opioid és GABAB receptorok, amelyek szintén összefüggésben állnak a betegség kialakulásával (lásd később). Absence rohamokkal (gyermekkori absence epilepszia, juvenilis absence epilepszia és egyéb, absence rohamokat is mutató szindrómákban) a KCNJ3 és KCNJ6 gének mutattak szignifikáns összefüggést (Chioza és mtsai, 2002).

Egyéb ioncsatornák A kloridion-csatornáknak a neuronok excitabilitásában van szerepe. Közül a feszültségfüggő csatornáknak lehet szerepe az epileptikus működés kialakításában. A CLCN2 feszültségfüggő Cl–csatorna fehérje, amely hiperpolarizációra aktiválódik. Genetikai elemzések alapán ennek a fehérjének a ritka mutációi összefüggésben vannak IGE szindrómákkal, többek közt gyermekkori és juvenilis absence epilepsziával is (Everett és mtsai, 2007). A hiperpolarizáció aktiválta ciklikus nukleotid-függő csatornák 6 transzmembrán szegmensű fehérjék. Emlősökben négyféle ilyen ioncsatorna fordul elő (HCN1-HCN4). Ezek a csatornák membrán hiperpolarizáció esetén nyílnak, és pozitív értékű membránpotenciálon záródnak. A ciklikus nukleotidok, mint cAMP és cGMP módosítják a működésüket, mégpedig úgy, hogy a csatorna aktivációt a pozitívabb potenciálértékek felé tolják el. A HCN csatornák által létrehozott áram idegsejteken, a szívizom ritmusgeneráló sejtjein és fotoreceptorokon mérhetőek. A csatornák Na+ és K+ ionokra áteresztőek. WAG/Rij patkányokban kimutatható a HCN1 fehérjék csökkent jelenléte a cortexben, amely indukálja a burst tüzelés kialakulását (Kole és mtsai, 2007). A HCN2 gén mutációja pedig absence epilepsziát okoz az apathetic egértörzsben (Chung és mtsai, 2009). GABAerg folyamatok Az epilepsziák kezelésében bevált GABA-mimetikus gyógyszerek (pl. vigabatrin, tiagabin) következetesen súlyosbítják az absence epilepszia tüneteit, ebből következtethetünk arra, hogy a GABA receptorok is szerepet kapnak a betegség kialakításában. A GABA háromféle receptorral rendelkezik: az ionotróp GABAA és GABAC, valamint a metabotróp GABAB receptorral. A GABAA receptorok posztszinaptikus kloridion-csatornaként működnek, aktiválásuk rövid, Cl--függő IPSP-ket hoznak létre, míg a GABAB receptorok aktiválása hosszan 23

tartó

nátriumion-függő

IPSP-ket. A GABAB

receptorok

preszinaptikusan

autoreceptorok, melyek a Ca2+ beáramlást csökkentik, ezzel mérsékelve a neurotranszmitterfelszabadulást, vagy posztszinaptikusan G-protein kapcsolt receptorok, amelyek másodlagos hírvivőkön keresztül végül K+-csatornák nyitását okozzák, ily módon hiperpolarizációt okozva. A nRT-n belül a GABAA receptorok inhibitorikusan működnek, az innen a thalamus relésejtjeire ható gátlás pedig GABAB receptorokon keresztül közvetítődik (Huguenard és Prince, 1994). A GABAB receptorok így hosszan fennálló híperpolarizációt hozhatnak létre a relésejtekben, amely lehetővé teszi a T-típusú kalciumcsatornák aktiválását, amely burst tüzeléshez vezet. A GABAB receptorok aktiválása az nRT-ben az inhibitorikus posztszinaptikus áramok autoinhibíciójához vezet mind az nRT, mind a relésejtekben (Ulrich és Huguenard, 1996). A GABAA receptorok nem megfelelő működése pedig a nRT túlműködését okozhatja, ezzel lehetővé téve a felerősödött thalamus oszcilláció kialakulását. Genetikai elemzésekkel összefüggést találtak több GABA receptor és az absence epilepszia megjelenése között. A GABAA receptor fehérjéi közül a α1 (GABRA1), β3 (GABRB3) és a γ2 (GABRG2) alegység mutációi voltak a betegséghez kapcsolhatóak (MacDonald és mtsai, 2010). A GABAB receptorok aktiválása az nRT-ben WAG/Rij patkányokban kimutatták a neocortexben a csökkent preszinaptikus GABAB receptor működést (Inaba és mtsai, 2009). A GABAB receptor β1 és β2 alegységét túlexpresszáló transzgénikus egerek absence epilepsziás fenotípust mutatnak (Stewart és mtsai, 2009). A GABA lebontásban részt vevő katabolikus enzim, az ALDH5A1 szerepét mutáns egerekben mutatták ki. Ezek a nullmutáns egerek eleinte absence rohamokat mutatnak, amelyek azonban későbbi életkorban generalizált konvulzív rohamokká alakulnak (Gubta és mtsai, 2004).

Glutaminsaverg folyamatok A glutaminsav a központi idegrendszer fő serkentő neurotranszmittere. Ionotróp (NMDA, kainát, AMPA) és metabotróp (mGluR) receptorokkal is rendelkezik. Az ionotróp receptorok gyors szinaptikus transzmissziót tesznek lehetővé. Ezek a receptorok ligand-aktiválta ioncsatornák, amelyeken keresztül Na+ áramlik be és K+ áramlik ki a sejtből, membrán depolarizációt okozva. Az NMDA receptor Ca2+ konduktanciával is rendelkezik lokális membrán depolarizáció hatására, így a sejt további depolarizációját teszi lehetővé. A metabotróp receptor egy G-fehérje kapcsolt receptor, amely a lassú szinaptikus transzmisszióban játszik szerepet. Működése a sejtben a másodlagos hírvivőkön (cAMP, foszfolipáz C) keresztüli szignáltranszdukciós folyamatokat befolyásolja. A metabotróp 24

receptorokat az általuk befolyásolt szignáltranszdukciós utak, pre- és posztszinaptikus lokalizációjuk és agonistáik alapján osztják három alcsoportra. A glutaminsav szerepe jelentősége a GABA-énál jóval kevésbé tisztázott. Az ionotróp receptorok agonistái felerősítik az epileptikus aktivitást, míg antagonistáik csökkentik azt (Citraro és mtsai, 2006) A metabotróp receptor agonisták különböző hatást fejtenek ki, amely valószínűleg lokalizációjuktól és jelátviteli utaktól függ. A thalamocorticalis ritmicitást befolyásolják a cortexből a thalamusba vetülő monoszinaptikus glutaminsaverg kapcsolatok, amelyek a thalamus relésejtek lassú depolarizációját okozzák. A glutaminsav a cortexen belül is excitatorikus hatást fejt ki a piramissejtekre, így érzékenyebbé téve az agykérget a thalamus ritmikus működésére. GAERS patkányokban a szinaptikus résből a glutaminsav-visszavétel nem zajlik megfelelően (Touret és mtsai, 2007), ezzel is erősítve a corticalis hiperexcitabilitást. Az ionotrópok receptorfehérjék csoportjában a GRIK1 fehérjéről, amely kainát receptor, családvizsgálatokkal igazolták, hogy génjének alléljei összefüggenek a juvenilis absence epilepszia megjelenésével (Sanders és mtsai, 1997), bár egy másik vizsgálatban ezek az eredmények nem nyertek megerősítést (Izzi és mtsai, 2002). A metabotróp receptorok közül a GRM4 fehérje mutációiról igazolták, hogy kismértékben hozzájárulhatnak az absence epilepszia patogeneziséhez (Muhle és mtsai, 2010). A 2-es és 3as

metabotróp

glutaminsav-receptorok

felülszabályozottak

a

WAG/Rij

patkányok

agykérgében, és antagonistájuk megszünteti a tüske-hullám kisüléseket (Ngomba és mtsai, 2005). A 7-es receptorról kimutatták, hogy amennyiben megakadályozzák a kapcsolódását a PDZ-fehérjével (PICK1 fehérje), absence rohamok indukálódnak patkányokban és egerekben (Bertaso és mtsai, 2008). A glutaminsav gliális (SLC1A2 és SLC1A3) és neurális (SCL1A1) transzporter fehérjéinek expresszálódása GAERS patkányokban az epileptikus kisülések létrejötte előtt lecsökken (Dutuit és mtsai, 2002).

Monoaminerg mechanizmusok Szerotonin A szerotonin mind inhibitorikus, mind excitatorikus hatást indukálhat a cortexben. A szerotonin in vivo alkalmazása lokálisan a thalamocorticalis neuronokon depolarizálja azokat, 25

és erős excitációt eredményez a nRT GABAerg sejtjein, ezáltal megakadályozva a thalamikus oszcillációk kialakulását (McCormick, 1992). A thalamusba a raphe magvakból érkezik szerotoninerg vetület. Bár GAERS patkányokban nem volt kimutatható a szerotoninerg rendszer hatása (Marescaux 1992b), WAG/Rij patkányokban azonban kísérletesen igazolták bizonyos szerotoninreceptor antagonisták szupresszáló hatását az epileptikus működésre (Gráf és mtsai, 2004). A szerotoninnak G-protein kapcsolt és ligandfüggő ioncsatorna receptorai is vannak, összesen 7 alcsoportra osztva (5-HT1 – 5HT7). A receptorok szomatodendritikus preszinaptikus autoreceptorként működnek a raphe magvakon és posztszinaptikus receptorként a vetületek célterületein (Theodore, 2003). A szerotonin receptorok közül a G-protein kapcsolt 5-HT1A (HTR1A) receptorok WAG/Rij patkányokban erősítik az epileptikus működést (Jakus és mtsai, 2003), antagonistái pedig megakadályozzák a THK-k kialakulását (Gráf és mtsai, 2004). A szintén G-protein kapcsolt HTR7 receptornak hasonló hatása van (Gráf és mtsai, 2004). A szerotonin jelátvitel vizsgálatára emberekben PET módszerrel is lehetőség van, az IGE-k közül eddig a juvenilis mioklónusos epilepsziában igazolták a HTR1A receptor funkcionális változásait (Meschaks és mtsai, 2005).

Noradrenalin A cortex és a thalamus noradrenerg innervációját a locus coeruleus (LC) adja. Ezek a vetületek kétoldaliak és specifikusan befolyásolják a kérgi és thalamikus neurális aktivitást. A noradrenalin, a szerotoninhoz hasonlóan, egyaránt kiválthat excitatorikus és inhibitorikus hatást a neocortex piramissejtein. A noradrenalin in vitro és in vivo iontoforézissel történő alkalmazása, vagy a LC stimulálása a relésejtek és a nRT excitabilitását növeli, így megakadályozva a thalamus oszcillációk kialakulását (McCormick, 1992). Dopaminerg mechanizmusok GAERS patkányokban az absence rohamokkal a thalamocorticalis mechanizmusokon kívül a rohamokat a bazális ganglionok is befolyásolják, elsősorban a substantia nigra pars reticulata (SNpr). Ennek a rendszernek az epilepsziában betöltött szerepét először konvulzív rohamokat mutató állatmodellekben írták le (Gale, 1985), és működését később több generalizált epilepszia modell esetében is igazolták (Depaulis és mtsai, 1994). A SNpr nem része az absence rohamokat kialakító rendszernek, azonban valószínűleg szerepe van a rohamok távoli kontrollálásában. A substantia nigra sok agyterületre ad vetületet, többek közt a thalamusba és 26

a colliculus superiorba is. Szelektív léziós vizsgálatokkal megállapították, hogy a colliculus superiornak meghatározó szerepe van a rendszer anti-absence hatásában GAERS patkányokban (Depaulis és mtsai, 1990). A SNpr-ben végbemenő GABA-transzmisszió erősítése vagy a glutaminsav-transzmisszió blokkolása megszünteti a colliculus superiorra kifejtett gátlást, így megakadályozva az absence rohamok kialakulását, vagy megszakítva a rohamokat (Danober és mtsai, 1998). A dopamin rendszer fehérjéi közül az SLC6A3 dopamin transzporter gén polimorfizmusait vizsgálták humán absence epilepsziás populációban. Az eredmények alapján a gén mutációi összefüggenek a betegség előfordulásával (Sander és mtsai, 2000a). Kolinerg mechanizmusok Az absence rohamok előfordulása összefügg az éberségi állapottal mind embereknél, mind az állatmodelleknél. A leszálló kolinerg pályáknak az éberségi szint szabályozásával kapcsolatban kiemelt szerepük van. Leszálló kolinerg hatás a thalamust és a cortexet egyaránt éri, módosítja a cortex excitabilitását és a glutaminsaverg mechanizmusokat is (Futatsugi és Riviello, 1998). A főleg kolinerg neuronokból álló nucleus basalisból

(nB) érkező

kapcsolatok is szerepet játszanak a roham kialakulásában. A nB léziójának hatására, valószínűleg közvetlen corticalis úton, GAERS patkányokban megszűnik a THK-k generálása (Danober és mtsai, 1994). A thalamus reticularis és relémagvainak kolinerg vetületét elsősorban a nucleus tegmentalis pedunculopontinusból (nTPP) és a nucleus tegmentalis laterodorsalisból (nTLD) kapja (Danober és mtsai, 1998). Ezek az innervációk másképp hatnak az epileptikus működésre, mint a cortexbe érkező kolinerg vetületek. Az acetilkolin lokális alkalmazása a GABAerg nRT neuronokon hiperpolarizációt okoz, vagyis az inhibíció csökkentésével járul hozzá a hiperexcitabilitáshoz (McCormick 1992). Az acetilkolin felszabadulás a nTPP-ból vagy nTLD-ból depolarizálja a thalamocorticalis sejteket, amely megszünteti az alacsony küszöbű Ca2+-áramot, így megakadályozva a THK-ek kialakulását (Danober és mtsai, 1998). Azonban GAERS patkányokban ez a két kolinerg útvonal nem befolyásolja a THK-k kialakulását (Danober és mtsai, 1995). Az acetilkolinnak muszkarinos és nikotinos receptora van, a kolin visszavételéhez pedig az acetilkolin-észteráz enzim szükséges. A muszkarinos receptorból ötféle van (M1 – M5). Ezek G-protein kapcsolt, ligandfüggő receptorok, 7 transzmembrán szegmenssel, és sokféle szignalizációs útvonalban vehetnek részt (Catterall és mtsai, 2009). A nikotinos receptorok ligandfüggő ioncsatornák, ide tartozik a 10-féle α, 4-féle β, valamint 27

egy-egy γ, δ és ε típus. Ezek közül került ki a legelső, epilepsziával kapcsolatba hozható azonosított gén, a CHRNA4 (nikotinos acetilkolin receptor, α 4 típus), bár ennek jelentőségét egyelőre csak parciális epilepsziákban mutatták ki (Turnbull és mtsai, 2005). A receptorok agonistái és az enzim minden esetben csökkenti az absence rohamok kialakulásának esélyét, míg a muszkarinos receptor antagonistája kis dózisban felerősíti, nagyobb dózisban pedig csökkenti a rohamokat. A hatás valószínűleg az éberségi szintre gyakorolt befolyása miatt dózisfüggő (Danober és mtsai, 1993).

Egyéb molekulák az absence epilepsziában A fenti folyamatokban említett fehérjéken kívül még egyéb molekulákat is azonosítottak, amelyek kapcsolatban állhatnak az absence epilepszia és az absence rohamok kialakulásával. Ezek a molekulák nagyon különböző folyamatokban vesznek részt: a szinaptikus transzmisszióban, stressz-indukálta sejtválaszokban, szignáltranszdukciós folyamatokban, különféle metabolikus útvonalakban, transzkripciós folyamatokban.

Neuropeptidek és receptoraik A thalamocorticalis hálózatok működését nem csak neurotranszmitterek modulálják, hanem bizonyos neuropeptidek is hatást gyakorolnak rá. Ezek a peptidek többek között befolyásolhatják a thalamus sejtjeinek tüzelési módját. Ilyen neuropeptid például a kolecisztokinin, neuropeptid Y, az endogén opioidok vagy a tirotropin-felszabadító hormon (TFH) (Lee és McCormick, 1997). A neuropeptidek receptorai általában G-fehérje kapcsolt, hét transzmembrán szegmenssel rendelkező receptorok. A tirotropin-felszabadító hormon nagy mennyiségben fejeződik ki a nRT sejtjeiben és a thalamus relésejtjeiben is. A hormon pontos szerepe az epileptogenezisben nem tisztázott, de kísérletes és klinikai bizonyítékok is vannak arra, hogy mind az alvás közbeni kisüléseket, mint az epileptikus működéseket befolyásolja. A TFH in vitro vizsgálatok alapján szerepet játszhat

a

thalamocorticalis

aktivitás

szabályozásában,

a

nRT

és

a

relésejtek

depolarizációjával. Ezekben a kísérletekben TFH alkalmazása a szeletpreparátumokon csökkent oszcillációs működést okozott (Broberger és McCormick, 2005). A neuropeptid Y (NPY) az emlős központi idegrendszerben elterjedten expresszálódó peptid, amely a pankreatikus polipeptidek családjába tartozik. Eddig felfedezett receptorai G-protein kapcsolt receptorok, amely működése az adenilát-cikláz enzimet és az intracelluláris 28

kalciumion-szintet befolyásolja (Catterall és mtsai, 2009). A NPY más neurotranszmitterekkel kolokalizálva fordul elő, és a neuronok excitabilitásának szabályozásában vesz részt (Stroud és mtsai, 2005). Az endogén és exogén NPY rohamszupresszáló szerepét több típusú epilepsziánál is bizonyították rágcsáló modellekben és emberekben is (Erickson és mtsai, 1996; Furtinger és mtai, 2001), valamint GAERS patkányokban (Stroud és mtsai, 2005). A NPY receptorok aktiválása gátolja a nRT GABAerg sejtjeinek a működését, preszinaptikusan megakadályozva a GABA felszabadulást, vagy posztszinaptikusan felerősítve a nRT sejtek gátlását. A másik lehetséges mechanizmus, hogy az NPY csökkenti a corticothalamikus és thalamocorticalis pályákon a glutaminsav-felszabadulást. Az opioid peptideknek a központi idegrendszerben az analgéziás folyamatokban szerepelnek. A szervezetben termelődőek az endogén (pl. enkefalin, endorfin, dinorfin), a szervezetben nem termelődőek az exogén opiodok (pl. heroin, morfin). Mindkét csoportra jellemző, hogy az opioid receptorokon hatnak. Ezeknek a receptoroknak három típusát különböztetjük meg: μ (OPRM), κ (OPRK) és δ (OPRD). WAG/Rij patkányokon végzett kísérletekben kimutatták, hogy a μ-receptor agonisták agykamrában történő alkalmazásával dózis-függően növelhető a tüske-hullám kisülések előfordulási valószínűsége (Lason és mtsai, 1994a). Ugyanakkor kimutatható a WAG/Rij patkányokban a μ-opioid receptor nagyobb mennyiségű előfordulása a központi idegrendszerben a kontroll állatokéhoz képest, kivéve a frontális cortexet, ahol csökkent mennyiségben volt kimutatható (Lason és mtsai, 1992). Humán mintákon végzett genetikai analízis alapján allélikus összefüggés mutatható ki absence epilepszia és az ORPM gének között (Sander és mtsai, 2000b).

Neurális érés és plaszticitás Mivel absence epilepsziás betegekben és modellállatokban is kimutatható bizonyos szintű elváltozás az idegsejtek eloszlásában és kapcsolataikban, a neuronok fejlődésében szerepet játszó molekulák is felmerültek, mint lehetséges faktorok a betegség kialakulásában. Ezt az is alátámasztja, hogy az absence epilepszia emberekben jellemzően a fejlődésben lévő idegrendszer betegsége. A kutatások során több ilyen molekulával kapcsolatban születtek eredmények. Az egyik az agyi eredetű neurotrofikus faktor, nemzetközi jelöléssel BDNF, amely az idegsejtek növekedését szabályozza, és szerepet játszik a neuronok túlélésében is. Ennek a faktornak a kifejeződése rendellenes az absence epilepszia modell stargazer egerekben, bár ez csak a cerebellumra igaz (Qiao és mtsai, 1996). A BDNF-re jelentkező sejtválasz is lassabb ezeknek 29

az egereknek a cortexében (Meng és mtsai, 2007a). A másik molekula a DYPSL2 jelű, úgynevezett kollapszin-válasz mediátor protein 2, amelynek az axonok növekedését befolyásolja (Ryu és mtsai, 2008). Ez a molekula proteomikai elemzések alapján mind a stargazer mutáns egerekben, mint a GBL-indukált egérmodellekben a kontrollállatokétól eltérően fejeződik ki a thalamusban (Ryu és mtsai, 2008). Az LGI4 jelű fehérje a leucin-gazdag ismétlődést tartalmazó LGI fehérjék közé tartozik. A funkciója nem teljesen tisztázott. Fő neurális receptora az ADAM22 jelű metallopeptidáz fehérje, amely a sejtadhézióban, és a neurogenezisben játszik szerepet (Ozkaynak és mtsai, 2010). Az LGI4 génjének polimorfizmusai összefüggésbe hozhatók az absence epilepszia megjelenésével emberekben (Gu és mtsai, 2004).

Szinaptikus transzmisszió Epilepsziában a szinaptikus átvitelnek a rohamokat létrehozó rendszer excitabilitásának létrehozásában, valamint az ingerület propagálásában van szerepe. A szinaptikus transzmisszóban szereplő igen nagy számú molekula közül egy szinaptikus vezikulum fehérjéről találtam adatokat az absence epilepsziával kapcsolatban. A szinaptikus vezikulum protein 2A (SV2A) egy, az agyban általánosan kifejezett fehérje. A levetiracetám target molekulája, amely hatékonyan megszüntetni a rohamokat GAERS patkányokban (Bouwman és Van Rijn, 2004), és humán gyógyászatban is alkalmazzák. SV2A knock-out egereknél csökkent kalciumfüggő exocitotikus „burst” figyelhető meg, amely a vezikulumok neurotranszmitter kibocsátásra alkalmas állapotával függ össze (Xu és Bajjalieh, 2001). Az SV2A hiánya az akciós potenciál-függő neurotranszmitter felszabadulást csökkenti (Crowder és mtsai, 1999), így a fehérje valószínűleg a sejtek excitabilitását befolyásolja.

Transzkripciós folyamatok A transzkripciós folyamatokat módosító faktorok alapvetően befolyásolják a sejt működését, meghatározva, milyen fehérjék expresszálódhatnak a sejtben. Az EGR-faktorok (korai növekedési válasz fehérjék) olyan transzkripciós faktorok, amelyeknek általában sejtéréssel és migrációval kapcsolatos szerepük van. AZ EGR1, amely a neuron plaszticitást befolyásolja, egypetéjű ikrek sejtjeinek génexpresszió-elemzése során összefüggést mutatott az absence epilepszia megjelenésével (Helbig és mtsai, 2008).

30

Egyéb szignáltranszdukciós folyamatok A sejtek működését az őket ért hatások alapján a bennük lezajló jelátviteli útvonalak által közvetített változások befolyásolják. Az plazmamembrán receptorokhoz vagy citoplazmatikus receptorokhoz kötődő hírvivők a másodlagos jelátviteli utakat aktiválják a sejtben. Ezek lehetnek G-fehérjék által elindított folyamatok, ciklikus monofoszfát útvonalak, foszfolipáz útvonalak vagy az intracelluláris Ca2+-szint által közvetített folyamatok. A ciklikus adenozin-monofoszfát receptorával kapcsolatban végeztek vizsgálatokat WAG/Rij patkányokon. A szervezetben szinte mindenhol megtalálható adenozin négy G-protein kapcsolt receptoron fejt ki hatást (A1, A2A, A2B, A3). Ezek a receptorok nem azonosak a nukleotid receptorokkal. A receptor aktiválása a foszfolipáz C útvonalra és az adenilát cikláz működésére van hatássa, Absence epilepsziával kapcsolatba az A1 adenozin receptort (ADORA1) hozták. Az adenozin ezeken a receptorokon hatva csökkenti az inhibitorikus és excitatorikus neurotranszmitterek kibocsátását a thalamusban, így akadályozva az oszcillatorikus működés kialakulását. WAG/Rij patkányokban kimutatták, hogy az nRT sejtjeiben ez a fehérje kisebb mennyiségben fejeződik ki, mint kontroll állatokban (Ekonomou és mtsai, 1998).

Stresszválasz és -helyreállítás fehérjék A visszatérő rohamok alatti hiperszinkronizált sejtműködés a sejtek anyagcseréjének zavarához vezet, és a metabolizmus elégtelensége miatti energiahiány felerősíti a sejtet érő oxidatív stresszhatásokat (Ryu és mtsai, 2008). A stressz szerepét az idiopátiás generalizált epilepsziában több adat is alátámasztja (Ryu és mtsai, 2008). A peroxiredoxinok tiol-specifikus antioxidáns fehérjék, szerepük a foszfolipid turnover regulációban és oxidatív károsodás elleni védelemben van. Stargazer egerek proteomikai elemzése alapján megállapították, hogy a peroxiredoxin-6 (PRX6) fehérje a stg egerek thalamusában a kontroll állatokéhoz képest csökkent mennyiségben van jelen, emellett kimutatták a sejtfehérjék oxidatív károsodását is (Ryu és mtsai, 2008). Érdemes megjegyezni, hogy a stg egerek thalamusában több, alapvető anyagcserefolyamatokban részt vevő fehérje is csökkent mennyiségben volt kimutatható (lásd később). A másik ide tartozó molekula a mortalin nevű stresszválasz fehérje, amely egy, a HSP70 családba tartozó chaperone fehérje. A fent említett vizsgálatban a mortalin expresszálása az absence

epilepszia

modell

egerekben

megemelkedett,

amely

egyfajta

védekező

válaszmechanizmust tükrözhet ezekben a sejtekben. A vizsgálat alapján nem megállapítható, a 31

sejtekben létrejövő stresszfolyamatok okai vagy pedig következményei a betegségnek (Ryu és mtsai, 2008).

Metabolikus folyamatok A sejt energiaháztartását meghatározó anyagcsere-folyamatok kapcsolatba hozhatók az epilepszia folyamataival. A sejtek rendellenes működése magával vonhatja ezeknek a folyamatoknak a hosszú távú megváltozását (Ryu és mtsai, 2008). Az egyik, absence epilepsziával leginkább szignifikáns összefüggést mutató enzim a NADdependens mitokondriális ME2 jelölésű, amely a malát – piruvát átalakulást katalizálja, és szerepet játszik többek között a GABA-szintézisben. Az enzim génpolimorfizmusai összefüggést mutatnak az idiopátiás generalizált epilepsziák előfordulásával embereknél (Turnbull és mtsai, 2005; Reid és mtsai, 2009). Ezt az összefüggést absence epilepsziára monozigóta ikrek genom-vizsgálatával igazolták (Helbig és mtsai, 2008).

Következtetés

Az absence epilepszia háttérmechanizmusainak feltárása nagyon összetett feladat, és annak ellenére, hogy az epilepszia az egyik legrégebb óta vizsgált betegség, sok kérdésben még mindig nem látunk tisztán. A genetikus és a környezeti vagy szerzett komponenseket egyaránt figyelembe kell venni, ráadásul ezek mindegyike önmagában is komplex jelenség. Láthatjuk, hogy a neuronok alapvető működései – a különböző kation- és anionáramok, membránpotenciál-változások – éppúgy hozzájárulnak a tünetek kialakításához, mint a központi idegrendszer egészének folyamatai, mint például a különféle neurotranszmitter pályák. Habár molekuláris, szubcelluláris és neurális hálózati szinteken is folynak kutatások, az eredmények sokszor bizonytalanok vagy ellentmondásosak, ezért a betegség pontos működési mechanizmusait még nem sikerült feltárni. Fontos, hogy az egyes folyamatok hozzájárulását a betegséghez minél többféle megközelítésben lehessen igazolni, vagyis az in vitro, in vivo vizsgálatokból és a genetikus elemzésekből nyert adatok összevethetőek legyenek egymással. Mindig figyelembe kell vennünk, hogy egy-egy genom-analízis alapján feltárt összefüggés a betegség prevalenciájával, vagy a szeletpreparátumokon és sejttenyészeteken végzett in vitro vizsgálatok eredményei nem feltétlenül tükrözik a betegség 32

patofiziológiás mechanizmusait, valamint, hogy az egyes állatmodellekből nyert adatok nem minden esetben alkalmazhatóak a humán populációra.

33

Összefoglalás Az epilepszia fő tünetei az eszméletvesztéssel és akaratlan izomrángásokkal járó rohamok, melyeknek hátterében egy adott neuronpopuláció hiperszinkronizált működése áll. Az epilepszia igen diverz fogalom, valójában a tünetek alapján alkotott kategória, amely több, eltérő háttérmechanizmussal rendelkező állapotot takar. Az absence epilepszia ezek közül a leggyakoribb,

amelyeknek

tünetei

rövid,

tudatzavarral

és

enyhe,

főleg

faciális

izomrángásokkal jellemezhető rohamok, amelyek alatt az EEG-mintázatban kétoldali szimmetrikus, generalizált tüske-hullám kisülések láthatóak. A betegség általában gyermekvagy serdülőkorban alakul ki. Régóta ismert, hogy az absence rohamok hátterében a thalamus relésejtjei, a nucleus reticularis thalami, a cortex és ezeket a struktúrákat összekapcsoló pályák állnak. Ez a rendszer saját tulajdonságaiból fakadóan képes ritmikus működés generálására. Az epileptikus működés kiindulási helyéül a legfrissebb eredmények a cortex szomatoszenzoros régióját adják meg. Az epilepszia kialakulásához az inhibitorikus és excitatorikus hatások egyensúlyának felborulása szükséges. Az absence rohamok alatt, a parciális epilepsziákkal ellentétben, először nem a sejtek erős depolarizációja következik be, hanem enyhe vagy közepes hiperpolarizáció, amely alkalmassá teszi a rendszert a ritmikus fázisos tüzelésre. A betegség molekuláris hátterét olyan fehérjék alkotják, amelyek befolyásolják a neuronok ionkörnyezetét, a membránokon folyó ionáramokat és a membránpotenciált, valamint amelyek a neurotranszmissziós utakon (receptorok, transzportfehérjék, stb.) vagy egyéb jelátviteli útvonalakon keresztül szerepet játszanak a sejtek excitabilitásának kialakításában. Így a szóba jöhető molekulák az ioncsatornák (Ca2+, K+, Na+, Cl-), a GABAerg inhibíció és a glutaminsaverg excitáció fehérjéi, valamint a monoaminerg útvonalak molekulái. Más, általános folyamatokat is kapcsolatba hozhatunk az absence epilepsziával, mint a stresszfolyamatok, metabolikus útvonalak, szignáltranszdukciós folyamatok és a szinaptikus transzmisszió. Az egyes folyamatok molekuláinak az absence epilepsziában betöltött szerepét genetikai analízissel, in vitro vizsgálatokkal és in vivo állatmodell kísérletekkel igazolhatjuk. A különböző megközelítéssel nyert egybevágó adatok megerősítik a vizsgált folyamat vagy molekula patogenezisben betöltött szerepét. Az eredmények értékelésekor fontos figyelembe vennünk az egyes módszerek korlátait, és az általuk nyert információ relevanciáját.

34

Summary The main symptoms of epilepsy are seizures characterized by loss of consciousness and involuntary muscle convulsions. The neurological background of the seizures is the hypersynchronous activity of a population of neurons. Epilepsy is a very diverse category, technically based on similar symptoms. It is most likely that this concept consist of several diseases with different pathogenic mechanisms. Absence epilepsy is the most common of these disorders, with mild facial myoclonus and impaired consciousness as the main symptoms. During absence seizures bilaterally synchronous, generalized spike-wave discharges can be observed on EEG-records of patients. The occurrence of the disease in humans is the highest in childhood and puberty. It is known for a long time that thalamis relay cells, the reticular thalamic nucleus, the cortex and the pathways connecting these structures are involved in seizure genesis. The ability to generate rythmic oscillations arises from the intrinsic properties of this circuitry. The latest experiments show that the origin of epileptic firing is in the somatosensory region of the cortex, although in fully developed absence seizure the cortex and the thalamus leads and lags in random order. For the emergenceof epileptic seizure the imbalance of exhibitory and inhibitory system is necessary.. During absence seizures, unlike partial seizures where the initial step is the strong depolarization of neurons, mild or medium level hyperpolarization transforms the system to the state of generating rythmic phasic firing. The molecular background of the disease is made up by proteins influencing ionic milieu of neurons, membrane ion currents and membrane potential and molecules affecting neurotransmission (receptors, transport proteins, etc.) or other signaling pathways modulating excitability of the cells. Thus the candidate molecules are ion channels (Ca2+, K+, Na+, Cl-), proteins of GABAerg inhibition and glutamateerg excitation, and molecules of monoaminergic pathways. Other, general cellular processes also can be related to absence epilepsy, as stress-related reactions, metabolic pathways, signal transduction and synaptic transmission. The role of a molecule in absence epilepsy can be verified by genetic analysis, in vitro experiments and in vivo studies on animal models. Consistent results acquired from different approaches can confirm the role of a certain process or protein in pathogenesis. While evaluating results, limits of the applied methods and relevance of the information gained must be considered. 35

Irodalomjegyzék

American Epilepsy Society honlap. http://www.aesnet.org Avanzini G, de Curtis M, Franceschetti S, Sancini G, Spreafico R. Cortical versus thalamic mechanisms underlying spike and wave discharges in GAERS. Epilepsy Res (1996) 28(1): 37-44 Avoli M, Gloor P, Kostopoulos G, Gotman J. An analysis of penicillin-induced generalized spike and wave discharges using simultaneous recordings of cortical and thalamic single neurons. J Neurophysiol (1983) 50(4): 819-37 Baulac S, Gourfinkel-An I, Picard F, Rosenberg-Bourgin M, Prud'homme JF, Baulac M, Brice A, LeGuern E. A second locus for familial generalized epilepsy with febrile seizures plus maps to chromosome 2q21-q33. (1999) Am J Hum Genet 65(4): 1078-85 Berkovic SF, Mulley JC, Scheffer IE, Petrou S. Human epilepsies: interaction of genetic and acquired factors. Trends in Neurosciences (2006) 29(7): 391-397 Bertaso F, Zhang C, Scheschonka A, de Bock F, Fontanaud P, Marin P, Huganir RL, Betz H, Bockaert J, Fagni L, Lerner-Natoli M. PICK1 uncoupling from m GluR7a causes absence-like seizures. Nat Neurosci (2008) 11(8): 940-948 Blumenfeld H. From molecules to networks: cortical/subcortical interactions in the pathophysiology of idiopathic generalized epilepsy. Epilepsia (2003) 44(Suppl. 2): 715 Bouwman BM, van Rijn CM. Effects of levetiracetam on spike and wave discharges in WAG/Rij rats. (2004) Seizure 13(8): 591-594 Broberger C, McCormick DA. Excitatory effect of thyrotropin-releasing hormone in the thalamus. (2005) J Neurosci 25(7): 1664-1673 Buzsáki G. The thalamic clock: emergent network properties. (1991) Neuroscience 41(23): 351-64 Catterall WA, Goldin AL, Waxman SG. International Union of Pharmacology. XLVII. Nomenclature and structure-function relationships of voltage-gated sodium channels. Pharmacological Reviews (2005) 57(4): 397-409 Catterall WA, Perez-Reyes E, Snutch TP, Striessnig J. Iuphar Database of Receptors and Ion Channels. IUPHAR Adatbázis, http://www.iuphar-db.org (utoljára módosítva: 2009.10.14) Catterall WA, Kalume F, Oakley JC. NaV1.1 channels and epilepsy. J Physiol (2010) e36

publikáció PMID: 20194124 Chen Y, Lu J, Pan H, Zhang Y, Wu H, Xu K, Liu X, Jiang Y, Bao X, Zao Z, Ding K, Lo WH, Quiang B, Chan P, Shen Y, Wu X. Association between genetic variation of CACNA1H and childhood absence epilepsy. Ann Neurol (2003) 54(2): 239-243 Chen C, Westenbroek RE, Xu X, Edwards CA, Sorenson DR, Chen Y, McEwen DP, O’Malley HA, Bharucha V, Meadows LS, Knudsen GA, Vilaythong A, Noebels JL, Saunders TL, Scheuer T, Shrager P, Catterall WA, Isom LL. Mice lacking sodium channel beta1 subunits display defects in neuronal excitability, sodium channel expression, and nodal architecture. J Neurosci (2004) 24(16): 4030–4042 Chioza B, Osei-Lah A, Wilkie H, McCormick D, Asherson A, Makoff AJ. Suggestive evidence for association of two potassium channel genes with different idiopathic generalised epilepsy syndromes. Epilepsy Research (2002) 52(2): 107-116 Chung WK, Shin M, Jaramillo TC, Leibel RL, LeDuc CA, Fischer SG, Tzilianos E, Gheith AA, Lewis AS, Chetkovich DM. Absence epilepsy in apathetic, a spontaneous mutant mouse lacking the h channel subunit, HCN2. Neurobiology of Disease (2009) 33(3): 499-508 Citraro R, Russo E, Gratteri S, Di Paola ED, Ibbadu GF, Curinga C, Gitto R, Chimirri A, Donato G, De Sarro G. Effects of non-competitive AMPA receptor antagonists injected into some brain areas of WAG/Rij rats, an animal model of generalized absence epilepsy. Neuropharmacology (2006)51(6): 1058-67 Craiu D, Magureanu S, van Emde Boas W. Are absences truly generalized seizures or partial seizured originating from or predominantly involving the pre-motor areas? Some clinical and theoretical observations and their implication for seizure classification. Epilepsy Research (2006) 70(Suppl. 1): S141-S155 Crowder, K.M., Gunther, J.M., Jones, T.A., Hale, B.D., Zhang, H.Z., Peterson, M.R., Scheller, R.H., Chavkin, C., Bajjalieh, S.M. Abnormal neurotransmission in mice lacking synaptic vesicle protein 2A (SV2A). Proc Natl Acad Sci USA (1999) 96(26): 1526815273 Coenen AML, Luijtelaar EJM. Genetic animal models for absence epilepsy: a review of the WAG/Rij strain of rats. Behavior Genetics (2003) 33(6): 635-655 Crunelli V, Turner JP, Williams SR, Guyon A, Leresche N. Idiopathic Generalized Epilepsies (1994) 19. fejezet (Potential role of intrinsic and GABAB IPSP-mediated oscillations of thalamic neurons in absence epilepsy): 201-213. oldal. Szerk. 37

Malafosse A, Genton P, Hirsch E, Marescaux C, Broglin D, Bernasconi R; kiadó: John Libbey & Co. Ltd., London. ISBN: 0-86196-436-5 Danober L, Depaulis A, Marescaux C, Vergnes M. Effects of cholinergic drugs on genetic absence seizures in rats. Eur J Pharmacol (1993) 234(2-3): 263–268 Danober L. Vergnes M, Depaulis A, Marescaux C. Nucleus basalis lesions suppress spike and wave discharges in rats with spontaneous absence-epilepsy. Neuroscience (1994) 59(3): 531-539 Danober L, Depaulis A, Vergnes M, Marescaux C. Mesopontine cholinergic control over generalized non-convulsive seizures in a genetic model of absence epilepsy in the rat. Neuroscience (1995) 69(4): 1183-93 Danober L, Deransart C, Depaulis A, Vergnes M, Marescaux C. Pathophysiological mechanisms of genetic absence epilepsy in the rat. Prog Neurobiol (1998) 55(1): 2757 Depaulis A, Vergnes M, Liu Z, Kempf E, Marescaux C. Involvement of the nigral output pathways in the inhibitory control of the substantia nigra over generalized nonconvulsive seizures in the rat. Neuroscience (1990) 39(2): 339-349 Depaulis A, Vergnes M, Marescaux C. Endogenous control of epilepsy: the nigral inhibitory system. (1994) Prog Neurobiol 42(1): 33-52 Destexhe A, McCormick D, Sejnowski TJ. Thalamic and thalamocortical mechanisms underlying 3 Hz spike-and-wave discharge. Prog Brain Res (1999) 121: 289-307 Drinkenburg WHIM, Schuurmans MLEJ, Coenen AML, Vossen JMH, van Luijtelaar ELJM. Ictal stimulus processing during spike-wave discharges in genetic epileptic rats. Behav Brain Res (2003) 143(2): 141-146 Dutuit M, Touret M, Szymocha R, Nehlig A, Belin MF, Didier-Bazès M. Decreased expression of glutamate transporters in genetic absence epilepsy rats before seizure occurrence. J Neurochem (2002) 80(6): 1029-38 Ekonomou A, Angelatou F, Vergnes M, Kostopoulos G. Lower density of A1 adenosine receptors in nucleus reticularis thalami in rats with genetic absence epilepsy Neuroreport (1998) 9(9): 2135-40 Engel J. A proposed diagnostic scheme for people with epileptic seizures and with epilepsy: report of the ILAE Task Force on Classification and Terminology. Epilepsia (2001) 42(6): 796-803 Erickson JC, Clegg KE, Palmiter RD. Sensitivity to leptin and susceptibility to seizures of 38

mice lacking neuropeptide Y. Nature (1996) 381(6581): 415-421 Everett K, Chioza B, Aicardi J, Aschauer H, Brouwer O, Callenbach P, Covanis A, Dooley J, Dulac O, Durner M, Eeg-Olofsson O, Feucht M, Friis M, Guerrini R, Heils A, Kjeldsen M, Nabbout R, Sander T, Wirrel E, McKeigue P, Robinson R, Taske N, Gardiner M. Linkage and mutational analysis of CLCN2 in childhood absence epilepsy. Epilepsy Res (2007) 75(2-3): 145-153 Felix R. Insights from mouse models of absence epilepsy: Into Ca2+ channel physiology and disease etiology. Cellular and Moleculas Neurobiology (2002) 22(2): 103-120 Fletcher CF, Frankel WN. Ataxic mouse mutants and molecular mechanisms of absence epilepsy. Hum Mol Genet (1999) 8(10): 1907-1912 Furtinger S, Pirker S, Czech T, Baumgartner C, Ransmayr G, Sperk G. Plasticity of Y1 and Y2 receptors and neuropeptide Y fibers in patients with temporal lobe epilepsy. J Neurosci (2001) 21(15): 5804-5812 Futatsugi Y, Riviello JJ Jr. Mechanisms of generalized absence epilepsy. Brain & Development (1998) 20(2): 75-79 Gale K. Mechanisms of seizure control mediated by gamma aminobutyric acid: role of the substancia nigra. Fed Proc (1985) 44: 2414-2424 Gráf M, Jakus R, Kántor S, Lévay Gy, Bagdy Gy. Selective 5-HT1A and 5-HT7 antagonists decrease epileptic activity in the WAG/Rij rat model of absence epilepsy. Neuroscience Letters (2004) 359(1-2): 45-48 Gu W, Sander T, Becker T, Steinlein OK. Genotypic association of exonic LGI4 polymorphisms and childhood absence epilepsy. Neurogenetics. (2004)(1): 41-4 Gupta M, Greven R, Jansen EEW, Jakobs C, Hogema BM, Froestl W, Snead OC, Bartels H, Grompe M, Gibson MK. Therapeutic intervention in mice deficient for succinate semialdehyde dehydrogenase (γ-hydroxybutyric aciduria). J Pharmacol Exp Ther (2002) 302(1): 180-7 Gutman GA, Chandy KG, Grissmer S, Lazdunski M, McKinnon D, Pardo LA, Robertson GA, Rudy B, Sanguinetti MC, Stühmer W, Wang X. International Union of Pharmacology. LIII. Nomenclature and molecular relationships of voltage-gated potassium channels. Pharmacol Rev. (2005) 57(4): 473-508 Helbig I, Matigian NA, Vadlamudi L, Lawrence KM, Bayly MA, Bain SM, Diyagama D, Scheffer IE, Mulley JC, Holloway AJ, Dibbens LM, Berkovic SF, Hayward NK. Gene expression analysis in absence epilepsy using a monozygotic twin desing. Epilepsia 39

(2008) 49(94): 1546-1554 Holter J, Carter D, Leresche N, Crunelli V, Vincent P. A TASK3 channel (KCNK9) mutation in a genetic model of absence epilepsy. J Mol Neurosci (2005) 25(1): 37-51 Huguenard JR, Prince DA. Clonazepam suppresses GABA B mediated inhibition in thalamic relay neurons through effects in nucleus reticularis. J Neurophysiol (1994) 71(6): 2576–2581 Inaba Y, D'Antuono M, Bertazzoni G, Biagini G, Aviolo M. Diminished presynaptic GABA(B) receptor function in the neocortex of a genetic model of absence epilepsy. Neurosignals (2009) 17(2): 121-31 Inoue M, Duysens J, Vossen JM, Coenen AM. Thalamic multiple-unit activity underlying spike-wabe discharges in anesthetized rats. Brain Res (1993) 612(1-2): 35-40 Izzi C, Barbon A, Kretz R, Sander T, Barlati S. Sequencing of the GRIK1 gene in patients with juvenile absence epilepsy does not reveal mutations affecting receptor structure. Am J Med Genet (2002) 114(3): 354-9 Jansen H, Llinas R. Electrophysiological properties of guinea-pig thalamus neurones: an in vitro study. J Physiol (Lond) (1984) 349: 205-226 Jakus R, Gráf M, Juhász G, Gerber K, Lévay Gy, Halász P, Bagdy Gy. 5-HT2C receptors inhibit and 5-HT1A receptors activate the generation of spike-wave discharges in a genetic rat model of absence epilepsy. Exp Neurol (2003) 184(2): 964-72 Jeanmonod D, Magnin M, Morel A. Low-threshold calcium spike bursts in the human thalamus. Common physiopathology for sensory, motor and limbic positive symptoms. Brain (1996) 119(Pt.2.): 363-75 Karpova AV, Bikbaev AF, Coenen AM, van Luijtelaar G. Morphometric Golgi study of cortical locations in WAG/Rij rats: the cortical focus theory. Neuroscience Research (2005) 51(2): 119-128 Khosravani H és Zamponi GW. Voltage-gated calcium channels and idiopathic generalized epilepsies. Physiol Rev (2006) 86(3): 941-966 Kim D, Song I, Keum S, Lee T, Jeong MJ, Kim SS, McEnery MW, Shin HS. Lack of burst firing of thalamocortical relay neurons and resistance to absence seizures in mice lacking alpha(1G) T-type Ca(2+) channels. Neuron (2001) 31(1): 35-45 Kleiman-Weiner M, Beenhakker MP, Segal WA, Huguenard JR. Synergistic roles of GABAA receptors and SK channels in regulating thalamocortical oscillations. J Neurophysiol (2009) 102(1): 203-13 40

Kole MH, Bräuer AU, Stuart GJ. Inherited cortical HCN1 channel loss amplifies dendritic calcium electrogenesis and burst firing in a rat absence epilepsy model. J Physiol (2007) 578(Pt 2): 507-25 McKay BE, McrRory JE, Molineux ML, Hamid J, Snutch TP, Zamponi GW, Turner RW. Cav3 T-type calcium channel isoforms differentially distribute to somatic and dendritic compartments in rat central neurons. Eur J Neurosci (2006) 24(9): 25812594 Lason W, Przewlocka B, Coenen AML, van Luijtelaar EJM, Przewlocki R. Endogenous opioid peptides in brain and pituitary of rats with absence epilepsy. Neuropeptides (1992) 21(3): 343-347 Lason W, Przewlocka B, Coenen A, Przewlocki R, van Luijtelaar G. Effects of mu and delta opioid receptor agonists and antagonists on absence epilepsy in WAG/Rij rats. Neuropharmacology (1994a) 33(2): 161-6 Lee KH, McCormick DA. Modulation of spindle oscillations by acetylcholine, cholecystokinin and 1S,3R-ACPD in the ferret lateral geniculate and perigeniculate nuclei in vitro. Neuroscience (1997) 77(2): 335-350 Lu J, Pan H, Chen Y, Zhang Y, Liu X, Jiang Y, Bao X, Wu X, Shen Y, Wu H, Xu K. Mutation screen of the gene encoding GABRB3 in Chinese patients with childhood absence epilepsy. Am J Med Genet A (2003b) 123A(2): 197-200 van Luijtelaar G, Sitnikova E. Global and focal aspects of absence epilepsy: The contribution of genetic models. Neuroscience&Biobehavioral Reviews (2006) 30(7) 983-1003 Lüders HH, Lesser RP, Dinner DS, Morris HH III. Generalized epilepsies: a review. Cleve Clin Q. (1984) 51(2): 205-226 Lüders HO, Acharaya J, Alexopoulos A, Baumgartner C, Bautista J, Burgess R, Carreño M, Diehl B, Dinner D, Ebner A, Foldvary N, Godoy J, Hamer H, Ikeda A, Källén K, Kellinghaus C, Kotagal P, Lachwani D, Loddenkemper T, Mani J, Matsumoto R, Möddel G, Nair D, Noachtar S, O'Donovan CA, Rona S, Rosenow F, Schuele S, Szabo CA, Tandon N, Tanner A, Widdes-Walsh P. Are epilepsy classicifations based on epileptic syndromes and seizure types outdated? Epileptic Disorders (2006) 8(1) 815 MacDonald RL, Kang JQ, Gallagher MJ. Mutations in GABAA receptor subunits associated with genetic epilepsies. J Physiol (2010) e-publikáció PMID: 20308251 41

Magiorkinis E, Sidiropoulou K, Diamantis A. Hallmarks in the history of epilepsy: Epilepsy in antiquity. Epilepsy & Behavior (2010) 17(1): 103–108 Marescaux C, Vergnes M, Depaulis A. Neurotransmission in rats' spontaneous generalized nonconvulsive epilepsy. Epilepsy Res Suppl (1992) 8: 335-43 Martin MS, Dutt K, Papale LA, Cubé CM, Dutton SB, de Haan G, Shankar A, Meisler MH, Baram TZ, Goldin AL, Escayg A. Altered function of the SCN1A voltage-gated sodium

channel

leads

to

gamma-aminobutyric

acid-ergic

(GABAergic)

interneuron abnormalities. J Biol Chem (2010) 285(13): 9823-43 McCormick DA. Neurotransmitter actions in the thalamus and cerebral cortex. J Clin Neurophysiol 1992 9(2): 212-23 Meencke HJ. Pathology of childhood epilepsies. (1989) Cleveland Clinic Journal of Medicine 65(Suppl. Pt 1): S111-S120 Meeren HK, Pijn JP, van Luijtelaar EL, Coenen AM, Lopes da Silva FH. Cortical focus drives widespread corticothalamic networks during spontaneous absence seizures in rats. J Neurosci (2002) 22(4): 1480-95 Meeren H, van Luijtelaar G, Lopes da Silva F,

Coenen A. Evolving concepts on the

pathophysiology of absence seizures. Arch Neurol (2005) 62(3): 371-376 Meisler MH, O'Brien JE, Sharkey LM. Sodium channel gene family: epilepsy mutations, gene interactions and modifier effects. J Physiol (2010) e-publikáció, PMID: 20351042 Meng H, Gao R, Dai Q, Qiao X. Differential regulation of glutamate receptor-mediated BDNF mRNA expression in the cerebellum and its defects in stargazer mice. Neuropharmacology (2007a) 53(1): 81-91 Meschaks A, Lindstrom P, Halldin C, Farde L, Savic I. Regional reductions in serotonin 1A receptor binding in juvenile myoclonic epilepsy. Arch Neurol (2005) 62(6): 94650Miller IO, Sotero de Menezes MA. SCN1A-related seizure disorders. GeneReviews (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=gene) Szerk. Pagon RA, Bird TC, Dolan CR, Stephens K (2007) Muhle H, von Spiczak S, Gaus V, Kara S, Helbig I, Hampe J, Franke A, Weber Y, Lerche H, Kleefuss-Lie AA, Elger CE, Schreiber S, Stephani U, Sander T. Role of GRM4 in idiopathic generalized epilepsies analysed by genetic association and sequence analysis. Epilepsy Res. 2010 May;89(2-3):319-26. e-publikáció: PMID: 16901515 Naquet R, Silva-Barrat C, Menini C. Reflex epilepsy in the Papio-papio baboon, 42

particularly photosensitive epilepsy. Ital J Neurol Sci (1995) 16(1-2): 119-25 Ngomba RT, Biagioni F, Casciato S, Willems-van Bree E, Battaglia G, Bruno V, Nicoletti F, van Luijtelaar EL. The preferential mGlu2/3 receptor antagonist, LY341495, reduces the frequency of spike-wave discharges in the WAG/Rij rat model of absence epilepsy. Neuropharmacology (2005) 49(Suppl. 1): 89-103 Ngomba RT, Ferraguti F, Badura A, Citraro R, Santolini I, Battaglia G, Bruno V, De Sarro G, Simonyi A, van Luijtelaar G, Nicoletti F. Positive allosteric modulation of metabotropic glutamate 4 (mGlu4) receptors enhances spontaneous and evoked absence seizures. Neuropharmacology (2008) 54(2): 344-54 Niedermeyer E. Primary (idiopathic) generalized epilepsy and underlying mechanisms. (1996) Clin Electroencephalogr 27(1): 1-21 Ozkaynak E, Abello G, Jaegle M, van Berge L, Hamer D, Kegel L, Driegen S, Sagane K, Bermingham JR Jr, Meijer D. Adam22 is a major neuronal receptor for Lgi4mediated Schwann cell signaling. J Neurosci. (2010) 30(10): 3857-64 Papale LA, Beyer B, Jones JM, Sharkey LM, Tufik S, Epstein M, Letts VA, Frankel WN, Escayg A. Heterozygous mutations of the voltage-gated sodium channel SCN8A are associated with spike-wave discharges and absence epilepsy in mice. Hum Mol Genet (2009) 18(9): 1633-41 Perez-Reyes E. Molecular physiology of low-voltage-activated T-type calcium channels. Physiological Reviews (2003) 83(1): 117-161 Pinault D. Cellular interactions in the rat somatosensory thalamocortical system during normal and epileptic 5-9 Hz oscillations. (2003) J Physiol 552(3): 881-905 Pollard TD, Earnshaw WC. Cell biology (2004) 9. fejezet (Membrane Channels): 125-129. oldal. Szerk. Schmitt ER, Hacker HN; kiadó: Saunders, Philadelphia. ISBN: 1-416023887 Prince DA, Farrel D. „Centrencephalic” spike-wave discharges following parental injections in the cat. Neurology (1969) 19: 309-310 Qiao X, Hefti F, Knusel B, Noebels JL. Selective failure of brain-derived neurotrophic factor mRNA expression in the cerebellum of stargazer, a mutant mouse with ataxia. J Neurosci (1996) 16(2): 640-8 Reid CA, Berkovic SF, Petrou S. Mechanism of human inherited epilepsies. Prog Neurobiol (2009) 87(1): 41-57 Rodin E, Ancheta O. Cerebral electrical fields during petit mal absences. 43

Electroencephlaogr Clin Neurophysiol (1987) 66(6): 457-66 Ryu MJ, Kim D, Kang UB, Kim J, Shin HS, Lee C, Yu MH. Proteomic analysis of γbutyrolactone-treated mouse thalamus reveals disregulated proteins upon absence seizures. J Neurochem (2007) 102(3): 646-656 Ryu MJ, Lee C, Kim J, Shin HS, Yu MH. Proteomic analysis of stargazer mutant mouse neuronal proteins involved in absence seizure. J Neurochem (2008) 104(5): 12601270 Sander T, Hildmann T, Kretz R, Fürst R, Sailer U, Bauer G, Schmitz B, Beck-Mannagetta G, Wienker TF, Janz D. Allelic association of juvenile absence epilepsy with a GluR5 kainate receptor gene (GRIK1) polymorphism. Am J Med Genet (1997) 74(4): 41621 Sander T, Berlin W, Ostapowitz A, Samochowiec J, Gscheidel N, Hoehe MR. Variation ot the genes encoding the human glutamate EAAT2, serotonin and dopamine transporters and susceptibility to idiopathic generalized epilepsy. (2000a) Epilepsy Research 41(1): 75-81 Sander T, Berlin W, Gscheidel N, Wendel B, Janz D, Hoehe MR. Genetic variation of the human mu-opioid receptor and susceptibility to idiopathic absence epilepsy. Epilepsy Res (2000b) 39(1): 57-61 Scharfman HE. The neurobiology of epilepsy. Curr Neurol Neurosci Rep (2007) 7(4): 348354 Seidenbecher T, Staak R, Pape HC. Relations between cortical and thalamic cellular activities during absence seizures in rats. Eur J Neurosci (1998) 10(3): 1103-12 Shi X, Yasumoto S, Nakagawa E, Fukasawa T, Uchiya S, Hirose S. Missense mutation of the sodium channel gene SCN2A causes Dravet-syndrome. Brain Dev (2009) 31(10): 758-62 Shin HS. T-type Ca2+ channels and absence epilepsy. Cell Calcium (2006) 40(2): 191-196 Song I, Kim D, Chol S, Sun M, Kim Y, Shin HS. Role of the α1G T-type calcium channel in spontaneous absence seizures in mutant mice. J Neurosci (2004) 24(22): 5249-5257 Stewart LS, Wu Y, Eubanks JH, Han H, Leschenko Y, Velazquez JLP, Cortez MA, Snead OC III. Severity of atyical absence phenotype in GABAB transgenic mice is subunit specific. Epilepsy&Behavior (2009) 14(4): 577-581 Sun QQ, Akk G, Huguenard JR, Prince DA. Differential regulation of GABA release and neuronal excitability mediated by neuropeptide Y1 and Y2 receptors in rat thalamic 44

neurons. (2001) J Physiol 531(1): 81-94 Suzuki S, Rogawski MA. T-type calcium channels mediate the transition between tonic and phacis firing in thalamic neurons. Proc Natl Acad Sci USA (1989) 86(18): 722832 Suzuki T, Delgado-Escueta AV, Aguan K, Alonso ME, Shi J, Hara Y, Nishida M, Numata T, Medina MT, Takeuchi T, Morita R, Bai D, Ganesh H, Sugimoto Y, Inazawa J, Bailey JN, Ochoa A, Jara-Prado A, Rasmussen A, Ramos-Peek J, Cordova S, RubioDOnnadieu F, Inoue Y, Osawa M, Kaneko S, Oguni H, Mori Y, Yamakawa K. Mutations in EFHC1 cause juvenile myoclonic epilepsy. Nat Genet (2004) 36(8): 842-9 Sridharan R. Epidemiology of epilepsy. Current Science (2002) 82(6): 664-670 Stroud LM, O'Brien TJ, Jupp B, Wallengren C, Morris MJ. Neuropeptide Y suppresses absence seizures in a genetic rat model. Brain Res (2005) 1033(2): 151-6 Theodore WH. Does serotonin play a role in epilepsy? Epilepsy Currents (2003) 3(5): 173177 Touret M, Parrot S, Denoroy L, Belin MF, Didier-Bazes M. Glutamatergic alterations in the cortex of genetic absence epilepsy rats. BMC Neurosci (2007) 8:69 Turnbull J, Lohi H, Kearney JA, Rouleau GA, Delgado-Escueta, Meisler MH, Cossette P, Minassian BA. Sacred disease secrets revealed: the genetics of human epilepsy. Hum Mol Genet (2005) 14(17): 2491-2500 Ulrich D, Huguenard JR. GABAB receptor-mediated responses in GABAergic projection neurones of rat nucleus reticularis thalami in vitro. J Physiol (1996) 493(3): 845-854 Wu Y, Chan KFY, Eubanks JH, Wong CGT, Cortez MA, Shen L, Liu CC, Velazquez JP, Wang YT, Jia Z, Snead OC III. Transgenic mice over-expressing GABABR1a receptors acquire an atypical absence epilepsy-like phenotype. Neurobiology of Disease (2007) 26(2): 439-451 Xu, T., Bajjalieh, S.M. SV2 modulates the size of the readily releasable pool of secretory vesicles. Nat Cell Biol. (2001) 3(8): 691-698 Zhang Y, Mori M, Burgess DL, Noebels JL. Mutations in high-voltage-activated calcium channel genes stimulate low-voltage-activated currents in mouse thalamic relay neurons. J Neurosci (2002) 22(15): 6362-71

45

Köszönetnyilvánítás Szeretném megköszönni témavezetőmnek, Kékesi Katalinnak a munkámmal kapcsolatos iránymutatást, és hogy kérdéseim esetén a rendelkezésemre állt. Köszönöm továbbá Juhász Gábornak az ELTE Proteomika Csoportjától a dolgozat megírásával kapcsolatos tanácsait, és szakmai kérdésekben nyújtott segítségét. Köszönettel tartozom továbbá a szüleimnek, akik lehetővé tették, hogy egyetemi tanulmányokat folytassak, és ehhez stabil hátteret biztosítottak a számomra.

46