Alai

Dopaminerg signalering er forbundet med belønningsmotiveret adfærd og motorisk kontrol med dysfunktion af dopaminsystemet, der fører til mange sygdomme. For eksempel skyldes degenerativ Parkinsons sygdom tab af dopaminudskillende neuroner, som fører til motorisk svækkelse. Enzo Life Sciences tilbyder et Dopamin ELISA-kit til kvantitativ måling af dopaminkoncentrationen i serum, plasma og cellekultur-supernatanter.

Initial Discovery of Dopamine’s Role as a Neurotransmitter

Før 1957 var det fremherskende synspunkt, at 3-hydroxytyramin var et mellemprodukt i syntesen af noradrenalin og adrenalin fra tyrosin. Mellem 1957 og 1959 bidrog Kathleen Montagu og hendes kolleger på Hans Weil-Malherbe-laboratoriet på Runwell Hospital (England) og Arvin Carlsson og hans kolleger på Lunds Universitet (Sverige) imidlertid med deres parallelle indsats til de første resultater, der samlet set ville antyde, at dopamin spiller en rolle som neurotransmitter i den menneskelige hjerne. I august 1957 offentliggjorde Montagu den første artikel, der viste hendes resultater om vigtige neurotransmittere. Som led i sin forskning foretog hun en kolonnebaseret analyse for at undersøge mængderne af noradrenalin, adrenalin og 3-hydroxytyramin fra ekstraheret væv fra hjerner fra flere arter (rotte, kanin, marsvin, kylling, menneske og frø). Montagu spekulerede i, at der kunne være en yderligere katekolamin, der ligner hydroxytyramin, som hun senere bekræftede at være 3,4-dihydroxytyramin (“dopamin”) ved hjælp af papirkromatografi af eluaterne fra de harpikser, hun brugte til sine ekstraherede hjernevæv. I november 1957 fandt Carlsson, at han kunne vende de akinetiske virkninger, som reserpin fremkaldte hos hans kaniner, ved at injicere dopamin- og noradrenalinprækursor, 3,4-dihydroxyphenylalanin (L-DOPA) intravenøst og fandt, at det korrelerede med en genopretning af dopamin, men ikke noradrenalin. Disse data tydede på, at manglen på dopamin kan have været ansvarlig for den akinetiske tilstand, der blev set hos hans dyr. Til sidst udviklede Carlssons gruppe en test, der kunne måle dopaminkoncentrationen i hjernen, og kortlagde, hvor den højeste koncentration af dopamin var til stede. De fandt ud af, at dopamin fandtes i høje koncentrationer i striatum, den største del af de basale ganglier. På det tidspunkt var det allerede velkendt, at basalganglierne spillede en central rolle i de frivillige motoriske funktioner. Disse resultater var med til at forme de første hypoteser om, at dopamin kan være en vigtig neurotransmitter i kontrollen af motoriske funktioner.

Hvad er dopamin? Hvor produceres det i hjernen? Hvordan produceres det?

Figur 1: Dopamin neurotransmittermolekyle

Siden den første opdagelse er dopamin, også kendt som 3, 4-Dihydroxytyramin, blevet kraftigt karakteriseret. Det består af en benzenring med to hydroxylsidegrupper, der er knyttet til en amingruppe via en ethylgruppe. Det produceres af dopaminerge neuroner i hjernen fra tyrosin via tilføjelse af en hydroxylgruppe, som omdanner det til L-DOPA (eller Levo-DOPA), og efterfølgende fjernelse af en carboxylsyregruppe fra ethylsidekæden knyttet til amingruppen, hvilket resulterer i Dopamin. De dopaminerge neuroner, der producerer dette signalmolekyle, er placeret i hjernen i substantia nigra og det ventrale tegmentale område, som begge er placeret i mellemhjernen, samt i hypothalamus’ buede kerne. Dopamin fungerer som en neurotransmitter – et kemikalie, der frigives af neuroner for at overføre et elektrisk signal kemisk mellem en neuron til den næste for at videregive et signal til og fra centralnervesystemet. Efter produktionen af dopamin pakkes neurotransmitteren ind i en synaptisk vesikel, vesikulær monoamintransportør 2 (VMAT2) og lagres, indtil aktionspotentialer fremkalder frigivelse af dopamin i den synaptiske kløft og forårsager binding til dopaminreceptorer på det postsynaptiske neuron.
Dopamin neurotransmittere binder til fem undertyper af dopaminreceptorer: D1, D2, D3, D4 og D5, som er medlemmer af den G-protein-koblede receptorfamilie, der er opdelt i to hovedunderklasser: D-1-lignende og D-2-lignende. Bindingen af dopamin til disse receptorer udløser kaskader af signalering, der er ansvarlige for aktivering af funktioner i de tilknyttede områder af hjernen, hvor hver receptortype er mest udbredt. D1-lignende receptorer er mere udbredte end D2-lignende receptorer. For at forstå, hvordan dopamin fungerer i den menneskelige hjerne som neurotransmitter, er det nødvendigt at se på virkningen af dopaminbinding til D1-lignende og D2-lignende receptortyper for at udøve deres virkninger via second messenger-systemer. Bindingen af dopamin til D1-lignende receptorer (D1 og D5) resulterer i excitation via åbning af Na+-kanaler eller hæmning via åbning af K+-kanaler. Stimulering af D1-lignende receptorer inducerer aktivering af adenylatcyklase, det enzym, der omdanner ATP til cAMP, hvorved cAMP-niveauerne øges, hvilket fører til en afhibering af proteinkinase A (PKA), som fosforylerer downstream-mål som f.eks. cAMP-regulerende elementbindingsprotein (CREB). Translokationen af CREB til kernen og den CREB-afhængige transkription af mange gener er ansvarlig for den synaptiske plasticitet, der er nødvendig for indlæring og hukommelsesdannelse. I modsætning hertil fører D-2-lignende receptorbindinger (D2, D3 og D4) til hæmning af målneuronen ved at udøve en modsatrettet virkning ved at hæmme adenylatcyklase gennem kobling til G-proteinerne Gi/o, hvilket mindsker produktionen af cAMP. Hvorvidt dopamin er excitatorisk eller hæmmende er et spørgsmål om, hvilken type virkning der udøves på et målneuron, hvilket er baseret på, hvilke typer receptorer der findes på neuronets membranoverflade, og hvordan neuronet reagerer på stigninger eller fald i cAMP-koncentrationen.

Hvad gør Dopamin i den menneskelige hjerne?

Dopamin spiller vigtige roller i udøvende funktioner, motorisk kontrol, motivation, ophidselse, forstærkning og belønning gennem signalkaskader, der udøves via binding til dopaminerge receptorer ved de projektioner, der findes i substantia nigra, det ventrale tegmentale område og den buede kerne i hypothalamus i den menneskelige hjerne.
I substantia nigra projicerer den nigro-striatale bane dopaminerge neuroner fra inputområdet (kendt som pars compacta) til det dorsale striatum og spiller en primær rolle i kontrollen af motorisk funktion og indlæring af motoriske færdigheder. Hvis de dopaminerge neuroner i den nigro-striatale bane degenererer, medfører dette en dysregulering af den motoriske kontrol, hvilket er et kendetegn for Parkinsons sygdom.
I det ventrale tegmentale område (VTA) projicerer den mesolimbiske bane fra den præfrontale cortex til nucleus accumbens i amygdala, cingulær gyrus, hippocampus og pyriformkomplekset i lugtespiralen. De dopaminerge projektioner i amygdala og den cingulære gyrus er ansvarlige for dannelse og behandling af følelser. I hippocampus er tilstedeværelsen af dopaminerge neuroner forbundet med indlæring, arbejdshukommelse og dannelse af langtidshukommelse. Endelig er det pyriformkomplekset i lugtespiralen ansvarlig for, at mennesker har lugtesansen. I den mesolimbiske vej frigives dopamin under behagelige situationer, hvilket forårsager ophidselse og påvirker adfærden (motivation) til at opsøge den behagelige aktivitet eller beskæftigelse og binder sig til dopaminerge receptorer i nucleus accumbens og præfrontal cortex. Øget aktivitet i projektionerne til nucleus accumbens spiller en vigtig rolle i forbindelse med forstærkning og i mere ekstreme tilfælde i forbindelse med afhængighed.
I den buede kerne i hypothalamus udgør dopaminneuroner den tuberoinfundibulære bane, der projicerer til hypofysen og hæmmer sekretionen af hormonet prolaktin. Dopamin produceret af neuroner i den buede kerne frigives i de hypothalamo-hypofysiske blodkar, som forsyner hypofysen med dopamin til hypofysen for at hæmme produktionen af prolaktin.

Kvantitativ måling af dopaminniveauer i prøver

Vurdering af dopaminniveauer i forbindelse med de-regulering af funktioner, der er forbundet med visse dele af hjernen, er et attraktivt mål for neurovidenskabelig forskning. Enzo Life Sciences tilbyder et Dopamin ELISA-kit, som er et kolorimetrisk kompetitivt immunoassay, der er i stand til at kvantificere dopamin i serum, plasma, vævshomogenater og andre biologiske væsker. Dette kit er meget specifikt for humant dopamin og har en ubetydelig krydsreaktivitet mellem påvisning af humant dopamin og dets analoger. Dette meget følsomme immunoassay har et detektionsområde, hvor der kan påvises så lidt som 1,56 ng/ml og så meget som 100 ng/ml (figur 1). Desuden er dette produkt designet med høj følsomhed, høj reproducerbarhed fra parti til parti og lav tid til resultat og tilbyder en enkel protokol, der kan give pålidelige, kvantitative resultater for vores slutbrugere på mindre end 2 timer for op til 40 prøver i duplikat.