Dopamine is een organische chemische stof van de catecholamine- en fenethylaminefamilies. Dopamine fungeert als neurotransmitter in de hersenen.
Dopaminerge signalering wordt in verband gebracht met door beloning gemotiveerd gedrag en motorische controle, waarbij disfunctie van het dopaminesysteem tot talrijke ziekten leidt. Zo wordt de degeneratieve ziekte van Parkinson veroorzaakt door het verlies van dopamine-afgevende neuronen, wat leidt tot motorische stoornissen. Enzo Life Sciences biedt een Dopamine ELISA Kit voor de kwantitatieve meting van dopamineconcentraties in serum, plasma en supernatanten van celculturen.
Ontdekking van de rol van dopamine als neurotransmitter
Vóór 1957 was het heersende standpunt dat 3-hydroxytyramine een tussenproduct was in de synthese van noradrenaline en adrenaline uit tyrosine. Tussen 1957 en 1959 echter, hielpen parallelle inspanningen door Kathleen Montagu en haar collega’s in het Hans Weil-Malherbe lab in het Runwell Hospital (Engeland) en Arvin Carlsson en zijn collega’s aan de Lund Universiteit (Zweden) met de eerste bevindingen die gezamenlijk zouden suggereren dat dopamine een rol speelt als neurotransmitter in de menselijke hersenen. In augustus 1957 publiceerde Montagu het eerste artikel dat haar bevindingen over de belangrijkste neurotransmitters aantoonde. Als onderdeel van haar onderzoek, voerde zij een kolom-gebaseerde assay uit om de hoeveelheden noradrenaline, adrenaline, en 3-hydroxytyramine te onderzoeken van geëxtraheerde weefsels van de hersenen van verschillende soorten (rat, konijn, cavia, kuiken, mens, en kikker). Montagu speculeerde dat er een extra catecholamine zou kunnen zijn die lijkt op hydroxytyramine, waarvan zij later bevestigde dat het 3,4-dihydroxytyramine (“dopamine”) was via papierchromatografie van de eluaten van de harsen die zij gebruikte voor haar geëxtraheerde hersenweefsels. In november 1957 ontdekte Carlsson dat hij de akinetische effecten die reserpine bij zijn konijnen teweegbracht, kon omkeren door intraveneus de voorloper van dopamine en noradrenaline, 3,4-dihydroxyfenylalanine (L-DOPA), in te spuiten en ontdekte dat dit samenhing met een herstel van dopamine maar niet van noradrenaline. Deze gegevens suggereerden dat het gebrek aan dopamine verantwoordelijk zou kunnen zijn geweest voor de akinetische toestand die bij zijn dieren werd waargenomen. Uiteindelijk ontwikkelde Carlsson’s groep een test die de dopamineconcentratie in de hersenen kon meten en bracht in kaart waar de hoogste concentratie dopamine aanwezig was. Zij stelden vast dat dopamine in hoge concentraties werd aangetroffen in het striatum, het grootste onderdeel van de basale ganglia. In die tijd was al bekend dat de basale ganglia een sleutelrol speelden in de vrijwillige motoriek. Deze bevindingen droegen bij tot de aanvankelijke hypothesen dat dopamine een belangrijke neurotransmitter zou kunnen zijn bij de regeling van de motoriek.
Wat is dopamine? Waar wordt het in de hersenen aangemaakt? Hoe wordt het geproduceerd?
Figuur 1: Dopamine neurotransmitter molecuul
Sinds de ontdekking is Dopamine, ook bekend als 3,4-dihydroxytyramine, sterk gekarakteriseerd. Het bestaat uit een benzeenring met twee hydroxylzijklanken die via een ethylgroep aan één aminegroep zijn gekoppeld. Het wordt door dopaminerge neuronen in de hersenen geproduceerd uit tyrosine via de toevoeging van een hydroxylgroep die het omzet in L-DOPA (of Levo-DOPA) en de daaropvolgende verwijdering van een carboxylzuurgroep uit de ethylzijketen die aan de aminegroep is gekoppeld, waardoor Dopamine ontstaat. De dopaminerge neuronen die deze signaalmolecule produceren, bevinden zich in de hersenen in de substantia nigra en de ventrale tegmentale zone, die zich beide in de middenhersenen bevinden, alsmede in de arcuate kern van de hypothalamus. Dopamine dient als neurotransmitter – een chemische stof die door neuronen wordt vrijgemaakt om een elektrisch signaal chemisch over te brengen tussen het ene neuron en het volgende om een signaal door te geven van en naar het centrale zenuwstelsel. Na de productie van dopamine wordt de neurotransmitter verpakt in een synaptisch blaasje, vesiculaire monoamine transporter 2 (VMAT2) en opgeslagen totdat actiepotentialen het vrijkomen van dopamine in de synaptische spleet induceren en een binding met dopaminereceptoren op het postsynaptische neuron veroorzaken.
Dopamine neurotransmitters binden aan vijf subtypes van dopamine receptoren: D1, D2, D3, D4, en D5, die lid zijn van de G-eiwit gekoppelde receptorfamilie die zijn onderverdeeld in twee grote subklassen: D-1-achtige en D-2-achtige. De binding van dopamine aan deze receptoren initieert cascades van signalering die verantwoordelijk zijn voor het activeren van functies in de geassocieerde gebieden van de hersenen waar elk receptortype het meest aanwezig is. D1-achtige receptoren komen meer voor dan D2-achtige receptoren. Om te begrijpen hoe dopamine als neurotransmitter in de menselijke hersenen functioneert, moet gekeken worden naar het effect van dopamine dat zich bindt aan D1-achtige en D2-achtige receptortypen om hun effecten via tweede boodschappersystemen uit te oefenen. De binding van dopamine aan D1-achtige receptoren (D1 en D5) resulteert in excitatie via de opening van Na+ kanalen of inhibitie via de opening van K+ kanalen. Stimulatie van D1-achtige receptoren induceert de activering van adenylaat cyclase, het enzym dat ATP omzet in cAMP, waardoor het cAMP-niveau toeneemt, hetgeen leidt tot de ontremming van proteïne kinase A (PKA), dat stroomafwaartse doelen fosforyleert, zoals cAMP regulatory element binding protein (CREB). De translocatie van CREB naar de kern en de CREB-afhankelijke transcriptie van talrijke genen is verantwoordelijk voor de synaptische plasticiteit die noodzakelijk is voor leer- en geheugenvorming. D-2-achtige receptorbindingen (D2, D3 en D4) daarentegen leiden tot remming van het doelneuron door een tegengesteld effect uit te oefenen, namelijk remming van adenylaatcyclase door koppeling aan G-eiwitten Gi/o, waardoor de productie van cAMP daalt. Of dopamine exciterend of remmend is, hangt af van het soort effect dat op een doelneuron wordt uitgeoefend, dat is gebaseerd op welke soorten receptoren zich op het membraanoppervlak van het neuron bevinden en hoe het neuron reageert op verhogingen of verlagingen van de cAMP-concentratie.
Wat doet dopamine in de menselijke hersenen?
Dopamine speelt een belangrijke rol bij de uitvoerende functies, motorische controle, motivatie, opwinding, bekrachtiging en beloning door middel van signaalcascades die worden uitgeoefend via binding aan dopaminerge receptoren op de projecties die zich bevinden in de substantia nigra, ventrale tegmentale zone en arcuate kern van de hypothalamus van de menselijke hersenen.
In de substantia nigra projecteert de nigro-striatale baan dopaminerge neuronen van het ingangsgebied (bekend als de pars compacta) naar het dorsale striatum en speelt een primaire rol in de controle van motorische functie en het leren van motorische vaardigheden. Als de dopaminerge neuronen in de nigro-striatale baan degenereren, veroorzaakt dit een ontregeling van de motorische controle, een kenmerk van de ziekte van Parkinson.
In het ventrale tegmentale gebied (VTA), projecteert de mesolimbische route van de prefrontale cortex naar de nucleus accumbens van de amygdala, cingulate gyrus, hippocampus, en pyriform complex van de olfactorische bol. De dopaminerge projecties in de amygdala en de cingulate gyrus zijn verantwoordelijk voor de vorming en verwerking van emoties. In de hippocampus wordt de aanwezigheid van dopaminerge neuronen in verband gebracht met leren, werkgeheugen en de vorming van langetermijngeheugen. Tenslotte is het pyriforme complex van de bulbus olfactorius verantwoordelijk voor het reukvermogen van de mens. In de mesolimbische route komt dopamine vrij in plezierige situaties, waardoor opwinding ontstaat en gedrag (motivatie) wordt beïnvloed om de plezierige activiteit of bezigheid op te zoeken en zich te binden aan dopaminerge receptoren die aanwezig zijn in de nucleus accumbens en de prefrontale cortex. Verhoogde activiteit in de projecties naar de nucleus accumbens spelen een belangrijke rol bij bekrachtiging en in extremere gevallen bij verslavingen.
In de arcuate kern van de hypothalamus vormen dopamineneuronen de tuberoinfundibulaire baan die naar de hypofyse projecteert en de afscheiding van het hormoon prolactine remt. Dopamine die door neuronen in de arcuate kern wordt geproduceerd, komt vrij in de hypothalamo-hypofysiale bloedvaten die de hypofyse van dopamine voorzien om de productie van prolactine te remmen.
Quantitatieve meting van dopamineniveaus in monsters
Het beoordelen van dopamineniveaus met betrekking tot de ontregeling van functies die verband houden met bepaalde delen van de hersenen is een aantrekkelijk doelwit voor neurowetenschappelijk onderzoek. Enzo Life Sciences biedt een Dopamine ELISA Kit aan. Dit is een colorimetrische competitieve immunoassay die dopamine kan kwantificeren in serum, plasma, weefselhomogenaten en andere biologische vloeistoffen. Deze kit is uiterst specifiek voor humaan dopamine en heeft een verwaarloosbare kruisreactiviteit tussen de detectie van humaan dopamine en zijn analogen. Deze zeer gevoelige immunoassay heeft een detectiebereik dat kan oplopen van 1,56 ng/ml tot 100ng/ml (figuur 1). Bovendien is dit product ontworpen met een hoge gevoeligheid, een hoge reproduceerbaarheid van partij tot partij en een lage time-to-result en biedt het een eenvoudig protocol dat betrouwbare, kwantitatieve resultaten voor onze eindgebruikers kan opleveren in minder dan 2 uur voor maximaal 40 monsters in duplo.
Figuur 2: Standaardcurve van de Dopamine ELISA Kit (ENZ-KIT188) met een typische standaardcurve (1,56 ng/ml-100ng/ml).
Enzo Life Sciences biedt een grote verscheidenheid aan producten voor uw neurowetenschappelijk en immunologisch onderzoek. Wij bieden andere neurotransmitter immunoassays zoals onze Serotonine ELISA Kit en Histamine ELISA Kit en een grote selectie van antilichamen om neurotransmitters te bestuderen zoals ACTH, ANP, BNP, CCK, CGRP, NPY, GABA, GLP-1, en Substance P. Enzo’s uitgebreide portfolio omvat onze SCREEN-WELL Neurotransmitter Library, die 661 CND-receptor liganden bevat in een 96-well formaat. Voor meer informatie kunt u onze platforms Neurowetenschappen en Celsignalering/Signaaltransductie raadplegen of contact opnemen met onze technische ondersteuning voor verdere hulp.