A nucleus pedunculopontinus (PPN) a retikuláris aktivációs rendszer (RAS) egyik kolinerg magja, ami számos központi idegrendszeri funkciót szabályoz: a mozgásszabályozásban betöltött szerepe mellett a lassú hullámú alvás REM alvásba és ébrenlétbe való átmeneteinek szabályozása köthető hozzá. Azon túl, hogy a szubkortikális struktúrák kolinerg neuromodulációját biztosítja, a PPN is célpontja több neuromodulációs mechanizmusnak. A PPN-be injektált kannabinoidok képesek az alvás-ébrenlét ciklusokat modulálni, és a muszkarinos kolinerg, szerotoninerg, valamint az orexin és ghrelin által kialakított neuromodulációs hatások is ismertek.
Jelen munkában az endokannabinoid és a kolinerg neuromoduláció PPN neuronokra és asztrocitákra kifejtett hatását és az egyes hatások átfedéseit kívántam vizsgálni. Kísérleteimhez középagyi coronalis szeleteket használtam, amelyeken patch-clamp technika teljes sejtes elrendezésében és calcium imaging segítségével végeztem méréseket. A funkcionális eredményeken túl a sejtek morfológiai azonosítását és az 1-es típusú kannabinoid (CB1) receptor immunhisztokémiai módszerekkel végzett lokalizációját végeztem el.
A PPN-ben mind a neuronok, mind az asztrociták reagálnak CB1 receptor, valamint muszkarin típusú acetilkolin-receptor agonistákra. A reagáló neuronok esetében tónusos depolarizációt vagy hiperpolarizációt figyeltünk meg, és a CB1 receptor és a muszkarinos acetilkolin receptor agonisták jelenlétében kialakult hatások nagyrészt átfedtek egymással. A CB1 receptor agonistákra adott neuronális választ megelőzve és azzal párhuzamosan az asztrociták kalciumjeleinek frekvenciája jelentősen megemelkedett. A gyors szinaptikus transzmisszió vagy a neuronális akciós potenciál gátlása nem befolyásolta a CB1 receptor agonisták hatását, viszont az asztrociták kalciumhullámainak kialakulását gátló thapsigargin alkalmazása kivédte a kannabinoid hatásokat. Az I-es csoportú metabotróp glutamát receptorok (mGluR I) gátlása a hiperpolarizációt, míg a II-es csoportú mGluR (mGluR II) blokkolók a depolarizációt előzték meg. Mindezen hatások hiányoztak a CB1 receptor deficiens egérből preparált mintákon.
Mindent összevetve kijelenthetjük, hogy a muszkarinos acetilkolin és a CB1 receptorok stimulációja depolarizálhatja vagy hiperpolarizálhatja ugyanazon neuronokat. A CB1 receptor stimuláció esetében ennek hátterében az asztrociták aktivációja és az általuk történő glutamát felszabadítás áll. Az asztrocitákból a kannabinoid hatásra glutamát szabadul fel, mely aktiválja a környező idegsejtek különböző metabotróp glutamát receptorait, ezzel módosítva a PPN neuronok aktivitását.

The PPN is known as a cholinergic nucleus of the reticular activating system (RAS). This structure has an outstanding role in regulation of sleep-wake cycles and contributes to regulation of movement and sensory gating. Injury of this nucleus was observed in different neurological or neuropsychiatical diseases as peduncular hallucinosis, schizophrenia or certain types of Parkinson's disease.PPN neurons do not form homogenous population, but several subgroups can be distinguished according to morphological and functional characteristics. Although the nucleus is known as a cholinergic nucleus, several non-cholinergic (glutamatergic, GABAergic) neurons are also located here. According to their relation to global brain states, more functional groups of cholinergic and non-cholinergic neurons can also be distinguished. We would like to investigate the neuromodulation of the cholinergic and cannabinoid neuromodulation in the pedunculopontine nucleus. 8- to 15-day-old C3H mice as well as mice-expressing tdTomato fluorescent proteins in a GAD2- or ChAT-dependent way were used from both sexes. After decapitation of the animal and removal of the brain, 200 µm thick coronal midbrain slices were cut with vibratome and were used patch-clamp experiments and calcium imaging techniques.

Neurons and astrocytes activated by cholinergic and cannabinoid agonists. We experienced depolarization, and hiperpolarization, and these effects was overloop in the pedunculopontine nucleus. The cannabinoid agonists increased the calcium wave frequency of the astrocytes. Blocked of the fast synaptic neurotransmission and the neuronal activity didn’t affect to the CB1 receptor agonists effect, but the thapsigargin diminished these events.

In this study, we shoved that cannabinoids and cholinergic agonist have an indirect heterogeneous effect on PPN neurons. The mechanism requires the involvement of astrocytes with functional CB1 receptors. Summarizing our results, we propose the following scheme of endocannabinoid modulation within the PPN. Active neurons synthesize and release endocannabinoids that stimulate neighboring astrocytes via CB1 receptors. This activation leads to consequential gliotransmitter release, which is glutamate in this particular case. The released glutamate will depolarize PPN neurons with mGluR II receptors and hyperpolarize the ones that express mGluR I.