Dopamin är en organisk kemikalie i familjerna katekolamin och fenetylamin. Dopamin fungerar som en neurotransmittor i hjärnan.
Dopaminerga signaler är förknippade med belöningsmotiverat beteende och motorisk kontroll med dysfunktion i dopaminsystemet som leder till många sjukdomar. Till exempel orsakas den degenerativa Parkinsons sjukdom av förlusten av dopaminutsöndrande neuroner som leder till motorisk funktionsnedsättning. Enzo Life Sciences erbjuder ett ELISA-kit för dopamin för kvantitativ mätning av dopaminkoncentrationen i serum, plasma och supernatanter från cellkulturer.
Initial upptäckt av dopamins roll som neurotransmittor
Före 1957 var den förhärskande uppfattningen att 3-hydroxytyramin var en intermediär vid syntesen av noradrenalin och adrenalin från tyrosin. Mellan 1957 och 1959 bidrog dock parallella insatser av Kathleen Montagu och hennes kollegor vid Hans Weil-Malherbe-laboratoriet vid Runwell Hospital (England) och Arvin Carlsson och hans kollegor vid Lunds universitet (Sverige) till att leda till de första fynden som sammantaget skulle visa på dopamins roll som en neurotransmittor i den mänskliga hjärnan. I augusti 1957 publicerade Montagu den första artikeln som visade hennes upptäckter om viktiga neurotransmittorer. Som en del av sin forskning utförde hon en kolonnbaserad analys för att undersöka mängderna noradrenalin, adrenalin och 3-hydroxytyramin från extraherade vävnader från hjärnor från flera arter (råtta, kanin, marsvin, kyckling, människa och groda). Montagu spekulerade i att det kan finnas ytterligare ett katekolamin som liknar hydroxytyramin, vilket hon senare bekräftade vara 3,4-dihydroxytyramin (”dopamin”) genom papperskromatografi av eluaten från de hartser hon använde för sina extraherade hjärnvävnader. I november 1957 fann Carlsson att han kunde vända de akinetiska effekter som reserpin framkallade hos hans kaniner genom att injicera dopamin- och noradrenalinprekursor, 3,4-dihydroxifenylalanin (L-DOPA) intravenöst och fann att det korrelerade med en återhämtning av dopamin men inte noradrenalin. Dessa uppgifter tydde på att bristen på dopamin kan ha varit ansvarig för det akinetiska tillstånd som man såg hos hans djur. Så småningom utvecklade Carlssons grupp en analys som kunde mäta dopaminkoncentrationen i hjärnan och kartlade var den högsta koncentrationen av dopamin fanns. De konstaterade att dopamin fanns i höga koncentrationer i striatum, den största delen av de basala ganglierna. Vid den tiden var det redan välkänt att basalganglierna spelade en nyckelroll i frivilliga motoriska funktioner. Dessa fynd bidrog till att forma de första hypoteserna om att dopamin kan vara en viktig neurotransmittor i kontrollen av motoriska funktioner.
Vad är dopamin? Var produceras det i hjärnan? Hur produceras det?
Figur 1: Dopamin neurotransmittormolekyl
Sedan den första upptäckten har dopamin, även känt som 3, 4-dihydroxytyramin, karakteriserats i stor utsträckning. Den består av en bensenring med två hydroxylsidegrupper som är knutna till en amingrupp via en etylgrupp. Det produceras av dopaminerga neuroner i hjärnan från tyrosin genom tillsats av en hydroxylgrupp som omvandlar det till L-DOPA (eller Levo-DOPA) och därefter avlägsnande av en karboxylsyregrupp från etylsidekedjan som är kopplad till amingruppen, vilket resulterar i dopamin. De dopaminerga neuronerna som producerar denna signalmolekyl finns i hjärnan i substantia nigra och ventral tegmental area som båda ligger i mellanhjärnan samt i hypotalamus arcuate nucleus. Dopamin fungerar som en neurotransmittor – en kemikalie som frigörs av neuronerna för att överföra en elektrisk signal kemiskt mellan en neuron till nästa för att vidarebefordra en signal till och från det centrala nervsystemet. Efter produktion av dopamin paketeras neurotransmittorn i en synaptisk vesikel, vesikulär monoamintransportör 2 (VMAT2) och lagras tills aktionspotentialer inducerar frisättning av dopamin i den synaptiska klyftan och orsakar bindning till dopaminreceptorer på den postsynaptiska neuronen.
Dopamin neurotransmittorer binder till fem subtyper av dopaminreceptorer: D1, D2, D3, D4 och D5, som tillhör den G-proteinkopplade receptorfamiljen som är uppdelad i två huvudsakliga underklasser: D-1-liknande och D-2-liknande. Bindningen av dopamin till dessa receptorer initierar kaskader av signalering som ansvarar för att aktivera funktioner i de associerade områden i hjärnan där varje receptortyp är mest utbredd. D1-liknande receptorer är vanligare än D2-liknande receptorer. För att förstå hur dopamin fungerar i den mänskliga hjärnan som en neurotransmittor måste man titta på effekten av att dopamin binder till D1-liknande och D2-liknande receptortyper för att utöva sina effekter via andra budbärarsystem. Bindningen av dopamin till D1-liknande receptorer (D1 och D5) resulterar i excitation via öppnandet av Na+-kanaler eller hämning via öppnandet av K+-kanaler. Stimulering av D1-liknande receptorer inducerar aktivering av adenylatcyklas, det enzym som omvandlar ATP till cAMP, vilket ökar cAMP-nivåerna och leder till att proteinkinas A (PKA) inte längre hämmas, vilket fosforylerar mål i nedströms liggande led, t.ex. cAMP-regulatoriskt elementbindande protein (CREB). Translokationen av CREB till kärnan och den CREB-beroende transkriptionen av många gener är ansvarig för den synaptiska plasticitet som är nödvändig för inlärning och minnesbildning. D-2-liknande receptorbindning (D2, D3 och D4) leder däremot till hämning av målneuronen genom att utöva en motsatt effekt genom att hämma adenylatcyklas genom koppling till G-proteinerna Gi/o, vilket minskar produktionen av cAMP. Huruvida dopamin är excitatoriskt eller hämmande är en fråga om vilken typ av effekt som utövas på ett målneuron, vilket baseras på vilka typer av receptorer som finns på neuronets membranyta och hur neuronet reagerar på ökningar eller minskningar av cAMP-koncentrationen.
Vad gör dopamin i den mänskliga hjärnan?
Dopamin spelar viktiga roller i exekutiva funktioner, motorisk kontroll, motivation, upphetsning, förstärkning och belöning genom signalkaskader som utövas via bindning till dopaminerga receptorer vid de projektioner som finns i substantia nigra, det ventrala tegmentala området och den bågformade kärnan i hypotalamus i den mänskliga hjärnan.
I substantia nigra projicerar den nigro-striatala banan dopaminerga neuroner från ingångsområdet (känt som pars compacta) till det dorsala striatum och spelar en primär roll i kontrollen av motorisk funktion och inlärning av motoriska färdigheter. Om de dopaminerga neuronerna i den nigro-striatala banan degenererar orsakar detta en dysreglering av den motoriska kontrollen, vilket är ett kännetecken för Parkinsons sjukdom.
I det ventrala tegmentala området (VTA) projicerar den mesolimbiska banan från den prefrontala cortexen till nucleus accumbens i amygdala, gyrus cinguli, hippocampus och pyriformkomplexet i luktbulben. De dopaminerga projektionerna i amygdala och cingulate gyrus är ansvariga för bildandet och bearbetningen av känslor. I hippocampus är förekomsten av dopaminerga neuroner förknippad med inlärning, arbetsminne och långtidsminnesbildning. Slutligen är det pyriformkomplexet i luktbulben ansvarigt för att ge oss människor luktsinnet. I den mesolimbiska banan frisätts dopamin under lustfyllda situationer, vilket orsakar upphetsning och påverkar beteendet (motivation) att söka den lustfyllda aktiviteten eller sysselsättningen och binder sig till dopaminerga receptorer som finns i nucleus accumbens och prefrontal cortex. Ökad aktivitet i projektionerna till accumbenskärnan spelar en viktig roll vid förstärkning och i mer extrema fall vid missbruk.
I hypotalamus arcuate nucleus utgör dopaminneuronerna tuberoinfundibularbanan som projicerar till hypofysen och hämmar utsöndringen av hormonet prolaktin. Dopamin som produceras av neuronerna i den bågformiga kärnan frigörs i de hypotalamo-hypofysiska blodkärlen som förser hypofysen med dopamin för att hämma produktionen av prolaktin.
Kvantitativ mätning av dopaminnivåer i prover
Bedömning av dopaminnivåer i samband med avreglering av funktioner som är kopplade till vissa delar av hjärnan är ett attraktivt mål för neurovetenskaplig forskning. Enzo Life Sciences erbjuder ett ELISA-kit för dopamin, som är ett kolorimetriskt kompetitivt immunoassay som kan kvantifiera dopamin i serum, plasma, vävnadshomogenat och andra biologiska vätskor. Detta kit är mycket specifikt för humant dopamin och har försumbar korsreaktivitet mellan detektion av humant dopamin och dess analoger. Detta mycket känsliga immunoassay har ett detektionsområde som kan upptäcka så lite som 1,56 ng/ml och så mycket som 100 ng/ml (figur 1). Dessutom har denna produkt utformats med hög känslighet, hög reproducerbarhet från parti till parti och låg tid till resultat och erbjuder ett enkelt protokoll som kan ge tillförlitliga, kvantitativa resultat för våra slutanvändare på mindre än 2 timmar för upp till 40 prover i duplikat.
Figur 2: Standardkurva för Dopamin ELISA-kit (ENZ-KIT188) som visar en typisk standardkurva (1,56 ng/ml-100ng/ml).
Enzo Life Sciences erbjuder ett brett utbud av produkter för dina forskningsbehov inom neurovetenskap och immunologi. Vi erbjuder andra immunoassays för neurotransmittorer, t.ex. vårt ELISA-kit för serotonin och vårt ELISA-kit för histamin, samt ett stort urval antikroppar för att studera neurotransmittorer som ACTH, ANP, BNP, CCK, CGRP, NPY, GABA, GLP-1 och Substance P. Enzos omfattande portfölj omfattar vårt SCREEN-WELL neurotransmittorbibliotek, som innehåller 661 CND-receptorligander i ett format med 96 brunnar. Kolla in våra plattformar för neurovetenskap och cellsignalering/signaltransduktion för mer information eller kontakta gärna vår tekniska supporttjänst för ytterligare hjälp.