Proteinsyntes i hjärnan hos patienter med fragilt X-syndrom

Biosyntes av proteiner är avgörande för tillväxt och fortsatt underhåll av hela neuronen inklusive axoner, dendriter och synaptiska terminaler, och det är helt klart en av de viktiga biokemiska processerna som ligger bakom adaptiva förändringar i nervsystemet. Studier på försöksdjur med den kvantitativa autoradiografiska L[1(14)C]leucinmetoden har visat ett antal av de fysiologiska och patologiska tillstånd där förändringar i regionala hastigheter för cerebral proteinsyntes (rCPS) inträffar.

Vi har nyligen utvecklat den första helt kvantitativa metoden för att bestämma rCPS med positronemissionstomografi (PET). PET-metoden anpassades från den autoradiografiska L[1(14)C]leucinmetoden; den använder L [1 (11)C]leucin som PET-spårämnet, dynamisk skanning och en kinetisk modellering för kvantifiering. Denna metod validerades i icke-mänskliga primater genom jämförelse av PET-mätningar med de baserade på etablerade biokemiska och autoradiografiska tekniker.

Syftet med denna studie är att undersöka i vilken grad förändringar i rCPS hos människor kan kvantifieras med L [1 (11)C]leucin PET-metoden. Vi föreslår tre studier som ska genomföras i följd. I del I kommer vi att etablera L-[1-(11)C]leucin PET-metoden i människor. I del II kommer vi att mäta rCPS hos normala kontrollpersoner i två tillstånd: vaken och under djup sedering/generell anestesi med propofol. En skillnad i rCPS mellan dessa två tillstånd kan indikera att vi kan detektera aktivitetsberoende proteinsyntes med PET-metoden. I del III kommer vi att studera ämnen med fragilt X-syndrom. Denna patientgrupp valdes eftersom den påverkade genen i fragilt X-syndrom kodar för ett protein som tros vara en negativ regulator av meddelandeöversättning. Således kan en effekt på proteinsyntesen vara mycket nära den underliggande genetiska abnormiteten vid fragilt X-syndrom. Regionalt selektiva ökningar av rCPS har hittats i studier i en musmodell av denna sjukdom.

Den föreliggande studien kommer att fastställa känsligheten hos L [1 (11)C]leucin PET-metoden för att detektera förändringar i rCPS hos människor. En kvantitativ och känslig metod för att mäta rCPS med PET kommer att utöka de tillgängliga verktygen för att undersöka hjärnan och dess regionala adaptiva svar. I slutändan kan metoden ha utbredda tillämpningar, inte bara för studier av normal utveckling och plasticitet utan också inom klinisk medicin, t.ex. vid undersökning av störningar i hjärnans utveckling, återhämtning från hjärnskada och neurodegenerativa sjukdomar.

SPECIFIKA MÅL

1. Etablera L-[1-(11)C]leucin PET-metoden för mätning av rCPS hos människor. Utvärdera den optimala skanningstiden och variationen i mätningen hos en individ.

2. Bestäm effekten av djup sedering med propofol på rCPS hos normala människor. Vi kommer att använda [1-(11)C]leucin PET-metoden för att utvärdera lambda, d.v.s. fraktionen av prekursorpoolen för proteinsyntes som härrör från arteriell plasma och rCPS i samma försökspersoner under vakna och djupa sederingsförhållanden.

   I)Hypotes 1a. Djup sedering med propofol har effekter på rCPS.

   II) Hypotes Ib. Djup sedering med propofol har effekter på värden av lambda.

3. Bedöm känsligheten hos [1-(11)C]leucin PET-metoden för att upptäcka skillnader i rCPS hos patienter med fragilt X-syndrom.

I)Hypotes 3a. Det finns regionalt selektiva förändringar i rCPS hos försökspersoner med fragilt X-syndrom jämfört med åldersmatchade friska kontroller. Regioner som påverkas inkluderar hippocampus, thalamus, hypotalamus, amygdala och frontal och parietal cortex.

II) Hypotes 3b. I centrum semiovale, cerebellum, striatum och occipital och temporal cortex är rCPS oförändrade hos patienter med fragilt X-syndrom jämfört med åldersmatchade friska kontroller.

III) Hypotes 3c. Värdena på lambda i hjärnan som helhet och i de undersökta regionerna är oförändrade hos patienter med fragilt X-syndrom jämfört med åldersmatchade friska kontroller.

IV) Hypotes 3d. Den genomsnittliga hastigheten för proteinsyntes i hjärnan som helhet är oförändrad hos patienter med fragilt X-syndrom jämfört med åldersmatchade friska kontroller.