Verhaltensphysiologische und neurochemische Untersuchungen zur Rolle von Adenosin im Nukleus akkumbens der Ratte

Abstract

Das Nukleosid Adenosin ist ein wichtiger Neuromodulator des ZNS. Es wirkt über vier membranständige, G-Protein-gekoppelte Rezeptortypen, die als Adenosin A1, A2A, A2B und A3 Rezeptoren bezeichnet werden. Extrazelluläres Adenosin wird aus vesikulär freigesetzten Nukleotiden gebildet oder stammt aus ausgeschüttetem, intrazellulärem Adenosin. Die Neuromodulation durch Adenosin spielt insbesondere im Nukleus accumbens (NAc), einer Schlüsselstruktur der Basalganglien, eine wichtige Rolle. Der NAc ist u.a. bei der situationsgerechten Auswahl und Ausführung von belohnungsgerichtetem Verhalten von großer Bedeutung. A2A Rezeptoren sind im NAc in hoher Dichte exprimiert, ihre Rolle bei der Verhaltenssteuerung durch den NAc ist allerdings weitgehend unklar. In der vorliegenden Arbeit wurde an Ratten die Bedeutung von extrazellulärem Adenosin im NAc bei der Verhaltenssteuerung in drei Experimenten untersucht. Im ersten Experiment wurde geprüft, ob tonisch aktivierte A2A Rezeptoren im NAc an der Steuerung der spontanen, lokomotorischen Aktivität, des Fressverhaltens und der Präpuls Inhibition (PPI) beteiligt sind. Dazu wurden bilaterale Mikroinfusionen von MSX-3, einer Vorläufersubstanz des selektiven A2A Rezeptor Antagonisten MSX-2 oder Vehikel in den NAc vorgenommen. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass die Blockade der A2A Rezeptoren im NAc die untersuchten Verhaltensweisen signifikant veränderte. Diese Daten erlauben den Schluss, dass die A2A Rezeptoren im NAc tonisch aktiviert sind und appetitives und konsumatorisches Verhalten wie Lokomotion und Fressverhalten sowie sensomotorische Integrationsprozesse steuern. Diese Befunde stehen in Einklang mit Annahme, dass tonisch aktivierte A2A Rezeptoren in den Basalganglien zur Verhaltenssteuerung beitragen. Der NAc steuert Verhalten, das durch biologisch relevante Reize oder Ereignisse (Stress- oder Nahrungsreize), ausgelöst wird. Im zweiten Experiment wurde untersucht, ob die Darbietung derartiger Stimuli zu Veränderungen der extrazellulären Adenosin-Spiegel im NAc führt. Mithilfe von in vivo Mikrodialyse wurde der Effekt von vier prototypischen Stimuli, die bekanntlich durch den NAc prozessiert werden, auf den extrazellulären Adenosin-Gehalt im NAc untersucht. Keiner der Stimuli führte zu einer signifikanten Veränderung der Adenosin-Konzentration. Die Verarbeitung der untersuchten Reize und die durch sie ausgelösten Verhaltensweisen gehen demnach nicht mit transienten Veränderungen des extrazellulären Adenosin-Spiegels im NAc einher, d.h. mögliche neuromodulatorische Wirkungen von Adenosin im NAc werden nicht durch phasische, mit Hilfe der Mikrodialyse messbare Signale vermittelt. Die Regulation der extrazellularen Adenosin-Spiegel im NAc ist weitgehend unbekannt. Es gibt neuere Hinweise, dass die extrazelluläre Adenosin-Konzentration möglicherweise durch Dopamin-Rezeptoren gesteuert wird. Daher wurde in einem dritten Experiment untersucht, ob die lokale Blockade von Dopamin D1 oder Dopamin D2 Rezeptoren zu einer Veränderung der Adenosin-Spiegel im NAc führt. Dazu wurden durch reverse Mikrodialyse die selektiven Dopamin Rezeptor Antagonisten SCH23390 (D1) und Racloprid (D2) in den NAc infundiert. Nur nach massiver Blockade des D2 Rezeptors kam es zu einem extrem starken Anstieg des extrazellulären Adenosin-Gehaltes. Die Blockade der Dopamin-Rezeptoren mit niedrig dosierten Dopamin Rezeptor Antagonisten führte zu keiner signifikanten Veränderung des extrazellulären Adenosin-Spiegels. Eine Regulation des extrazellulären Adenosin-Gehaltes durch D2 Rezeptoren ist daher unwahrscheinlich. Die massive Zunahme der Adenosin-Spiegel durch sehr hohe Konzentrationen des D2 Rezeptorantagonisten beruht möglicherweise auf unphysiologische Mechanismen, die zu einer Zunahme der neuronalen Aktivität im NAc führen. Es gibt zahlreiche Hinweise auf einen Anstieg des extrazellulären Adenosin-Gehaltes nach verstärkter neuronale Aktivität und in Folge eines erhöhten Energiebedarfs des Gewebes. Der beobachtete Anstieg des Adenosin-Spiegels könnte in Zusammenhang mit den länger bekannten, neuroprotektiven und homöostatischen Funktionen von Adenosin stehen.

The nucleoside adenosine is an important modulator of neuronal activity through actions on four distinct G-protein coupled cell-surface receptors termed as adenosine A1, A2A, A2B and A3 receptors. Extracellular adenosine originates from degradation of vesicularly released purine nucleotides and from released intracellular adenosine. Neuromodulation by adenosine plays a crucial role in the basal ganglia. The nucleus accumbens (NAc) is a key component of the basal ganglia, involved in motivation and reward. In the NAc, A2A receptors are expressed with high density and have been implicated in selection and execution of adaptive behaviour. This thesis investigated the role played by adenosine in the NAc in behavioural control in rats. The first experiment sought to determine whether a tonic stimulation of adenosine A2A receptors in the rat NAc is involved in control of spontaneous locomotor activity, feeding behaviour and prepulse inhibition (PPI). Bilateral microinfusions of a prodrug (MSX-3) of the selective A2A receptor antagonist MSX-2 or vehicle were administered into the NAc. Results show that treatment with MSX-3 significantly altered the examined behaviours. The data suggest that these behaviours rely on tonic activation of intra-NAc A2A receptors and add further support to the view that adenosine is a tonically active modulator of striatal function through actions on A2A receptors. The NAc subserves behaviour governed by salient stimuli in the environment, but it is unknown whether such stimuli and the behavioural effects elicited are associated with changes of extracellular adenosine levels in the NAc. Using in vivo microdialysis, it was investigated whether four prototypical stimuli known to involve NAc processing would alter extracellular levels of adenosine in the NAc. Results revealed that neither of these stimuli significantly changed extracellular adenosine levels in the NAc. Thus the data provide no clues to suggest that transient changes of extracellular adenosine in the nucleus accumbens modulate behavioural responses governed by these stimuli. Recent evidence suggests that modulation of dopaminergic transmission alters striatal levels of extracellular adenosine. Therefore, in the third experiment reverse microdialysis of the selective dopamine receptor antagonists raclopride and SCH23390 was used to investigate whether a blockade of dopamine D1 or D2 receptors modifies extracellular adenosine concentrations in the NAc. The main finding was that a selective blockade of dopamine D2 receptors in the NAc produced a pronounced increase of extracellular adenosine. The cellular mechanisms underlying this effect are yet unknown. It is suggested that the increase of extracellular adenosine might be related to a homeostatic modulatory mechanism. Taken together, the present studies provide evidence for the notion that adenosine by tonic activation of A2A receptors in the nucleus accumbens is involved in control of behaviour governed by natural rewards, i.e. locomotion and feeding as well as sensorimotor gating. Furthermore, the present results reveal that transient changes of extracellular adenosine in the nucleus accumbens are probably not involved in modulation of behavioural responses governed by biologically significant stimuli, such as novelty or stress. It seems that extracellular levels of adenosine appear to augment with increasing neuronal activity in the nucleus accumbens. This increase of extracellular adenosine in the NAc might reflect a homeostatic role proposed to be a key function of adenosine in response to neuronal metabolic challenges.