Efeitos da nicotina no complexo do septo medial na via septo hipocampal em camundongos anestesiados por Ketamina

Nicotine administration in humans and rodents enhances memory and attention, and also has a positive effect in Alzheimer's Disease. The Medial Septum / Diagonal Band of Broca complex (MS/DBB) – a main cholinergic system – massively projects to the hippocampus through the fimbria-fornix, and this pathway is called the septohippocampal pathway. It has been demonstrated that the MS/DBB acts directly on the local field potential (LFP) rhythmic organization of the hippocampus, especially in the rhythmogenesis of Theta (4-8Hz) – an oscillation intrinsically linked to hippocampus mnemonic function. In vitro experiments gave evidence that nicotine applied to the MS/DBB generates a local network Theta rhythm within the MS/DBB. Thus, the present study proposes to elucidate the function of nicotine in the MS/DBB on the septo-hippocampal pathway. In vivo experiments compared the effect of MS/DBB microinfusion of saline (n=5) and nicotine (n=8) on Ketamine/Xylazine anaesthetized mice. We observed power spectrum density in the Gamma range (35 to 55 Hz) increasing in both structures (Wilcoxon Rank-Sum test, p=0.038) but with no change in coherence between these structures in the same range (Wilcoxon Rank-Sum test, p=0.60). There was also a decrease in power of the ketamineinduced Delta oscillation (1 to 3 Hz). We also performed in vitro experiments on the effect of nicotine on membrane voltage and action potential. We patch-clamped 22 neurons in current-clamp mode; 12 neurons were responsive to nicotine, half of them increased firing rate and other 6 decreased, and they significantly differed in action potential threshold (-47.3±0.9 mV vs. -41±1.9 mV, respectively, p=0.007) and halfwidth time (1.6±0.08 ms vs. 2±0.12 ms, respectively, p=0.01). Furthermore, we performed another set of in vitro experiments concerning the connectivity of the three major neuronal populations of MS/DBB that use acetylcholine, GABA or glutamate as neurotransmitter. Paired patch-clamp recordings found that glutamatergic and GABAergic neurons realize intra-septal connections that produce sizable currents in MS/DBB postsynaptic neurons. The probability of connectivity between different neuronal populations gave rise to a MS/DBB topology that was implemented in a realistic model, which corroborates that the network is highly sensitive to the generation of Gamma rhythm. Together, the data available in the full set of experiments suggests that nicotine may act as a cognitive enhancer, by inducing gamma oscillation in the local circuitry of the MS/DBB.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

A administração de nicotina em seres humanos e roedores é pensada como um melhorador de memória e atenção, também pelo seu efeito positivo na Doença de Alzheimer. O complexo do Septo Medial / Banda Diagonal de Broca (MS/DBB) é um dos principais sistemas colinérgicos – massivamente projetado para o hipocampo através da Fímbria-Fórnix, via esta chamada de via septo-hipocampal. Foi demonstrado que o MS/DBB afeta diretamente o potencial de campo local (LFP) e a organização rítmica do hipocampo, especialmente na geração do ritmo teta - um LFP rítmico intrinsecamente relacionado com a função mnemônica do hipocampo. Experimentos in vitro deram evidências de que a nicotina aplicada no MS/DBB pode gerar um ritmo teta na rede local do MS/DBB. Assim, o presente estudo se propõe a elucidar a função da nicotina no MS/DBB sobre a via septo-hipocampal. Experimentos in vivo, comparando o efeito de microinfusões no MS/DBB de solução salina (n = 5) ou nicotina (n = 8) em camundongos anestesiados por ketamina/xilazina mostraram um aumento na densidade de potência no espectro banda de gama (35 a 55 Hz) em ambas as estruturas (teste de Wilcoxon Rank-Sum, p = 0,038), mas sem alterar a coerência entre as estruturas na mesma banda (teste de Wilcoxon Rank-Sum, p = 0,60). Houve também uma diminuição na densidade potência na banda delta (1-3 Hz) – oscilação induzida pela ketamina. Realizamos também experimentos in vitro sobre o efeito da nicotina na voltagem de membrana e no potencial de ação de neurônios do MS/DBB. Registramos neurônios (n=22) em current-clamp antes e depois da presença de nicotina no meio extracellular; 12 neurônios responderam à nicotina, metade aumentou a taxa de potenciais de ação; outros seis diminuíram, diferindo significativamente no limiar do potencial de ação (- 47,3 ± 0,9 mV vs. -41 ± 1,9 mV, respectivamente, p = 0,007) e na largura do disparo (1,6 ± 0,08 vs. 2 ms ± 0,12 ms, respectivamente, p = 0,01). Além disso, realizamos outro conjunto de experimentos in vitro, relativo à conectividade das três grandes populações neuronais de MS / DBB que usam a acetilcolina, GABA ou glutamato como neurotransmissores. O registro pareado de patch-clamp mostrou que neurônios glutamatérgicos e GABAérgicos realizam contatos intra-septais capazes de produzir correntes sinápticas em neurônios pós-sinápticos do MS/DBB. A probabilidade da conectividade entre diferentes populações neuronais foi implementada em um modelo realista que corrobora que a rede é altamente sensível à geração de ritmo gama. Juntamente com os dados disponíveis, o conjunto completo de experiências corrobora que a nicotina pode atuar como potenciador cognitivo, e um substrato eletrofisiológico provável é através da indução de oscilação gama no circuito local do MS/DBB.