Dopaminergic system: architectonics and functions, afferent signals convergence
Abstract
The accent in the review is made on one of signaling molecules of nervous tissue - dopamine (DA) - and its role in inputoutput relationships in subcortical brain regions. Taking into account the selective death of DA-ergic neurons of mesencephalic Substantia nigra (SN) compact zone in Parkinson’s disease, special attention is paid to peculiarities of electrophysiological characteristics of DA-ergic neurons both in SN (striatonigral dopaminergic system) and ventrotegmental area (VTA, mesolimbic dopaminergic system), their efferent and afferent connections. Differences in DA expression by DA-ergic neurons of SN and VTA in common with glutamate and GABA were marked. The role of afferent signals convergence (input) from (output) glutamate-, GABA-, serotonin-, dopamine-, noradrenalin- and acetylcholinergic neurons of brain stem in DA-ergic neurons functioning was shown. The dependence of transmitted by DA information both from the type of DA-ergic neuron discharge (tonic or phasic) and the type of activated receptors (D1 or D2) was noted. The assumption on the role of DA-ergic neurons of striatum ectopic population increase - as endogenous protective reaction in DA-ergic neurons of SN functioning decrease in Parkinson’s disease - is made.
About the Authors
G. K. Tropnikova
Институт физиологии НАН Беларуси
Belarus
Belarus
S. Ya. Kilin
Институт физики НАН Беларуси им. академика Б. И. Степанова
Belarus
Belarus
V. A. Kulchitsky
Институт физиологии НАН Беларуси
Belarus
Belarus
References
1. Alex K. D., Yavanian G. J., McFarlane H. G. et al. // Synapse. 2005. Vol. 55, N 4. P. 242-251.
2. Bareiro-Iglesias F., VillarCervifio V., Anadon R., Rodicio V. C. // J. Anat. 2009. Vol. 215, N 6. P. 601-610.
3. Barrot M., Sesack S. R., Georges F. et al. // J. Neurosci. 2012. Vol. 32, N 41. P. 14094-14101.
4. Beaulieu J. M., Gaineddinov R. R. // Pharmacol. Rev. 2011. Vol. 63. P. 182-217.
5. Berridge K. C., Robinson T. E. // Brain Res. Rev. 1998. Vol. 28. P. 309-369.
6. Bozzi Y., Borrelli E. // Front Cell Neurosci. 2013. Vol. 7. P. 157.
7. Bronchini L., Carelli P. V., Pinto R. D. // J. Neurosci. 2011. Vol. 31, N 34. P. 12297-12306.
8. Brown A. L., Day T. A., Dayas C. V., Smith D. W. // Biomed Res. Int. 2013. 747938. doi: 10.1155/2013/7479938.
9. Cachope R., Mateo Y., Mathur B. N. et al. // Cell Rep. 2012. Vol. 26, N 1-2. P. 33-41.
10. Carr D. B., Sesack S. R. // J. Neurosci. 2000. Vol. 20, N 10. P. 3854-3973.
11. Chen L., Lodge D. J. // J. Neurophysiol. 2013. Vol. 110, N 10. P. 2287-2294.
12. Cho Y. T., Fudge J. L. // J. Neurosci. 2010. Vol. 165, N 4. P. 1501-1518.
13. Chuhma N., Choi W. Y., Mingote S., Rayport S. // Neuroscience. 2009. Vol. 164. P. 1068-1083.
14. Chuchma N., Mingote S., Moore H., Rayport S. // Neuron. 2014. Vol. 81, N 4. P. 901-912.
15. Congar P., Pergevin A., Trudeau L. A. // J. Neurophysiol. 2002. Vol. 87. P. 1046-1056.
16. Cuello A. C., Iversen L. L. // Interactions between putative neurotransmitters. N. Y., 1978. Р. 127-140.
17. Dalstrom A., Fuxe K. // Acta Physiol. Scand. 1965. Vol. 64. P. 1-64.
18. Descarries L., Berube-Carriere A., Riad M. et al. // Brain Res. 2008. Vol. 58, N 2. P. 290-302.
19. Dreyer J. K., Herric K. F., Berg R. W., Hounsgaard J. D. // J. Neurosci. 2010. Vol. 30, N 42. P. 14273-14283.
20. Ernst A., Alkass K., Hernard S. et al. // Cell. 2014. Vol. 156, N 5. P. 1072-1083.
21. Euherabide H. G., Samengo I. // J. Physiol. (Paris). 2010. Vol. 104, N 3-4. P. 147-155.
22. Fa M., Mereu G., Ghiglieri V. et al. // Synapse. 2003. Vol. 43, N 1. P. 1-9.
23. Fallon J. H., Riley J. H., Moore R. Y. // Neurosci. Lett. 1978. Vol. 7. P. 157-162.
24. Fink J. S., Smith G. P. // Neurosci. Lett. 1980. Vol. 17. P. 61-65.
25. Fuxe K., Hokfelt T., Ungerstedt U. // Histochemie. 1968. Vol. 16, N 2. P. 186-194.
26. Fuxe K., Hokfelt T. // Frontiers in neuroendicrinol. 1969. P. 80.
27. Fuxe K. // Triangle. 1978. Vol. 17, N 1. P. 1-14.
28. Geisler S., Zahm D. S. // J. Comp. Neurol. 2005. Vol. 490, N 3. P. 270-294.
29. Geisler S., Derst C., Veh R. W. et al. // J. Neurosci. 2007. Vol. 27, N 21. P. 5730-5743.
30. Geisler S., Wise R. A. // Rev. Neurosci. 2008. Vol. 19, N 4-5. P. 227-244.
31. Di Giovanni G., Esposito E., Di Matteo V. // CNS Neurosci. Ther. 2010. Vol. 16, N 3. P. 179-194.
32. Gonzalez-Hernandez T., Barroso-Chinea P., Acevedo A. et al. // Eur. J. Neurosci. 2001. Vol. 13, N 1. P. 57-67.
33. Goto Y., Grace A. A. // Nat. Neurosci. 2005. Vol. 8. P. 805-812.
34. Goto Y., Otani S., Grace A. A. // Neuropharmacology. 2007. Vol. 53. P. 583-587.
35. Grace A. A., Bunney B. S. // J. Neurosci. 1984. Vol. 4, N 11. P. 2866-2876.
36. Grace A. A., Bunney B. S. // J. Neurosci. 1984. Vol. 4, N 11. P. 2877-2890.
37. Grace A. A., Floresko S. B., Goto Y., Lodge D. J. // Trends Neurosci. 2007. Vol. 30. Р. 220-227.
38. Grofova I. // Brain Res. 1975. Vol. 91. P. 286-291.
39. Hajos M., Greenfield S. A. // Neurosci. 1999. Vol. 55, N 4. P. 919-934.
40. Haber S. N., Ryoo H., Cox C., Lu W. // J. Comp. Neurol. 1995. Vol. 362. P. 400-410.
41. Henny P., Brown M. T., Northrop A. et al. // Nat. Neurosci. 2012. Vol. 15, N 4. P. 613-619.
42. Hirasawa H., Puopolo M., Raviola E. // J. Neurophysiol. 2009. Vol. 102, N 1. P. 146-158.
43. Hnasko T. S., Edwards R. H. // Annu. Rev. Physiol. 2012. N 74. P. 225-243.
44. Huot P., Parent A. // J. Neurochem. 2007. Vol. 101, N 6. P. 1441-1447.
45. Hyland B. I., Reynolds J. N., Hay J. et al. // Neuroscience. 2002. Vol. 114, N 2. P. 475-492.
46. Iribe Y., Moore K., Pang K. C., Tepper J. M. // J. Neurophysiol. 1999. Vol. 82, N 2. P. 925-933.
47. Jacobowitz D. M. // Psychopharmacology: a generaton of progress. N. Y., 1978. P. 119-129.
48. Kim S. Y., Choi K. C., Chang M. S. et al. // J. Neurosci. 2006. Vol. 26. P. 4567-4576.
49. Lacey M. G., Mercuri N. B., North R. A. // J. Physiol. 1987. Vol. 3920. P. 397-416.
50. Lee C. R., Tepper J. M. // J. Neural. Transm. Suppl. 2009. Vol. 73. P. 71-90.
51. Maher B. J., Westbrook G. L. // J. Neurophysiol. 2008. Vol. 99, N 3. P. 1559-1564.
52. Mark G. P., Shabad S., Dobbs L. K., Hansen S. T. // Physiol. Behav. 2011. Vol. 104, N 1. P. 76-81.
53. Di Matteo V., Di Giovanni G., Pierucci M., Esposito E. // Prog. Brain Res. 2008. Vol. 172. P. 7-44.
54. Mejias-Aponte C. A., Drouin C., Aston-Jones G. // J. Neurosci. 2009. Vol. 29, N 11. P. 3613-3636.
55. Moore K. E., Kelly P. H. // Psychopharmacology: a generation of progress. N. Y., 1978. P. 221-234.
56. Moss J., Ungless M. A., Bolam J. P. // Eur. J. Neurosci. 2011. Vol. 33, N 7. P. 1205-1211.
57. Nair-Roberts R. U., Chatelein-Badie S. D., Benson E. et al. // Neurosci. 2008. Vol. 152. P. 1024-1031.
58. Nakamura K., Matsumoto M., Hikosaka O. // J. Neurosci. 2008. Vol. 28, N 20. P. 5331-5343.
59. Oakman S. A., Faris P. L., Karr E. et al. // J. Neurosci. 1995. Vol. 15, N 9. P. 5859-5869.
60. Omelchenko D., Sesack S. R. // J. Comp. Neurol. 2006. Vol. 494, N 6. P. 863-875.
61. Overton P. G., Clark D. // Brain Res. Rev. 1997. Vol. 25. P. 312-334.
62. Perreault M. L., Phan T., Alijaniaram M. et al. // PLoS One. 2012. Vol. 7, N 2. P. e33348.
63. Phillipson P. T. // Neurosci. Lett. 1978. Vol. 9. P. 353-359.
64. Quick M., Campos C., Bordia T. et al. // Neurophysiology. 2013. Vol. 71. P. 191-203.
65. Redgrave P., Gurney K., Reynolds J. // Brain Res. Rev. 2008. Vol. 58, N 2. P. 322-339.
66. Rice M. R., Cragg S. J. // Nat. Neurosci. 2004. Vol. 7, N 6. P. 583-584.
67. Schultz W. // Annu. Rev. Neurosci. 2007. Vol. 30. P. 259-288.
68. Sesak S. R., Aoki C., Pickel V. M. // J. Neurosci. 1994. Vol. 14. P. 88-106.
69. Shepard P. D., German D. C. // J. Neurosci. 1988. Vol. 27. P. 537-546.
70. Stuber G. D., Hnasko T. S., Britt J. P. et al. // J. Neurosci. 2010. Vol. 30. P. 8229-8233.
71. Tecupuelta F., Patel J. C., Henias H. et al. // J. Neurosci. 2010. Vol. 30. P. 7105-7119.
72. Tepper J. M., Lee C. R. // Prog. Brain Res. 2007. Vol. 160. P. 189-208.
73. Tritsch N. X., Sabatini B. L. // Neuron. 2012. Vol. 76. P. 33-55.
74. Tritsch N. X., Ding J. B., Sabatini B. L. // Nature. 2012. Vol. 490, N 7419. P. 262-266.
75. White L. E., Hodges H. D., Carnes R. M. et al. // J. Comp. Neurol. 1994. Vol. 339. P. 328-340.
76. Yamaguchi T., Wang H. L., Li X. et al. // J. Neurosci. 2011. Vol. 31, N 23. P. 8476-8490.
77. Yoon S., Baik J. H. // J. Biol. Chem. 2013. doi: 10.1074/jbc. M113.461202 [Epub. ahead of print].
78. Zhang W., Yamata M., Gomeza J. et al. // J. Neurosci. 2002. Vol. 22, N 15. P. 6347-6352.
79. Zhang D., Yang S., Jin G. Z. et al. // Synapse. 2008. Vol. 62, N 3. P. 169-175.
80. Zhou F. W., Ying Jin, Metta Sh. G. et al. // J. Neurosci. 2009. Vol. 29, N 33. P. 10424-10435.
Review
For citations:
Tropnikova G.K., Kilin S.Ya., Kulchitsky V.A. Dopaminergic system: architectonics and functions, afferent signals convergence. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series. 2014;(3):96-112. (In Russ.)
Views: 545
Email this article 