Modulation de l’expression du transporteur vésiculaire du glutamate : implication dans la plasticité des neurones dopaminergiques

De nombreuses études ont établi que la majorité des neurones libèrent plus qu’une substance chimique. Il est bien connu que les neurones peuvent co-exprimer et co-libérer des neuropeptides en plus de leur neurotransmetteur, mais des évidences de la co-libération de deux petits neurotransmetteurs à action rapide se sont accumulées récemment. Des enregistrements électrophysiologiques ont aussi montré que des neurones sérotoninergiques et dopaminergiques isolés peuvent libérer du glutamate quand ils sont placés en culture. De plus, la présence de glutamate et de glutaminase a été détectée dans des neurones sérotoninergiques, dopaminergiques et noradrénergiques par immunomarquage sur des tranches de cerveau. Malheureusement, en considérant le rôle métabolique du glutamate, sa détection immunologique n’est pas suffisante pour assurer le phénotype glutamatergique d’un neurone. Récemment, la découverte de trois transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUT1-3) a grandement facilité l’identification des neurones glutamatergiques. Ces transporteurs sont nécessaires pour la libération de glutamate et constituent les premiers marqueurs morphologiques du phénotype glutamatergique. Il a été démontré que des neurones noradrénergiques expriment VGLUT2 et que des neurones sérotoninergiques expriment VGLUT3. Mais aucune évidence d’expression d’un des sous-types de VGLUT n’a été reportée pour les neurones dopaminergiques. Le but de notre travail était d’identifier quel sous-type de VGLUT est exprimé par les neurones dopaminergiques mésencéphaliques, et de déterminer si le phénotype glutamatergique de ces neurones peut être modulé dans des conditions particulières. Premièrement, nous avons utilisé des microcultures pour isoler les neurones dopaminergiques et des doubles marquages immunocytochimiques pour observer l’expression de VGLUT dans les neurones positifs pour la tyrosine hydroxylase (TH). Nous avons montré que la majorité (80%) des neurones TH+ isolés exprime spécifiquement VGLUT2. Cette expression est précoce au cours du développement in vitro et limitée aux projections axonales des neurones dopaminergiques. Toutefois, cette forte expression in vitro contraste avec la non-détection de ce transporteur dans les rats adultes in vivo. Nous avons décidé ensuite de regarder si l’expression de VGLUT2 pouvait être régulée pendant le développement cérébral de jeunes rats et sous des conditions traumatiques, par double hybridation in situ. Entre 14 et 16 jours embryonnaires, les marquages de VGLUT2 et de TH montraient une superposition significative qui n’était pas retrouvée à des stades ultérieurs. Dans le mésencéphale de jeunes rats postnataux, nous avons détecté l’ARNm de VGLUT2 dans environs 1-2% des neurones exprimant l’ARNm de TH dans la substance noire et l’aire tegmentaire ventrale (ATV). Pour explorer la régulation de l’expression de VGLUT2 dans des conditions traumatiques, nous avons utilisé la 6-hydroxydopamine (6-OHDA) pour léser les neurones dopaminergiques dans les jeunes rats. Dix jours après la chirurgie, nous avons trouvé que 27% des neurones dopaminergiques survivants dans l’ATV exprimaient l’ARNm de VGLUT2 dans les rats 6-OHDA. Finalement, nous avons observé la colocalisation de la protéine VGLUT2 dans les terminaisons TH positives par microscopie électronique. Dans les rats normaux, la protéine VGLUT2 est retrouvée dans 28% des terminaisons axonales TH dans le noyau accumbens. Dans les rats lésés à la 6-OHDA, nous avons observé une diminution considérable des terminaisons TH positives, et une augmentation dans la proportion (37%) des terminaisons dopaminergiques présentant du VGLUT2. Nos résultats suggèrent que le phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques est régulé au cours du développement, peut être réactivé dans des états pathologiques, et que ces neurones peuvent libérer du glutamate dans conditions spécifiques.

Données nouvelles sur l’innervation à dopamine du striatum et son co-phénotype glutamatergique

Une sous-population des neurones à dopamine (DA) du mésencéphale ventral du rat et de la souris étant connue pour exprimer l'ARN messager du transporteur vésiculaire 2 du glutamate (VGLUT2), nous avons eu recours à l'immunocytochimie en microscopie électronique, après simple ou double marquage de l'enzyme de synthèse tyrosine hydroxylase (TH) et de VGLUT2, pour déterminer la présence de l'une et/ou l'autre protéine dans les terminaisons (varicosités) axonales de ces neurones et caractériser leur morphologie ultrastructurale dans diverses conditions expérimentales. Dans un premier temps, des rats jeunes (P15) ou adultes (P90), ainsi que des rats des deux âges soumis à l'administration intraventriculaire cérébrale de la cytotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans les jours suivant la naissance, ont été examinés, afin d'étayer l'hypothèse d'un rôle de VGLUT2 au sein des neurones DA, au cours du développement normal ou pathologique de ces neurones. Chez le jeune rat, ces études ont montré: i) la présence de VGLUT2 dans une fraction importante des varicosités axonales TH immunoréactives du coeur du noyau accumbens ainsi que du néostriatum; ii) une augmentation de la proportion de ces terminaisons doublement marquées dans le noyau accumbens par suite de la lésion 6-OHDA néonatale; iii) le double marquage fréquent des varicosités axonales appartenant à l'innervation DA aberrante (néoinnervation), qui se développe dans la substance noire, par suite de la lésion 6-OHDA néonatale. Des différences significatives ont aussi été notées quant à la dimension des terminaisons axonales marquées pour la TH seulement, VGLUT2 seulement ou TH et VGLUT2. Enfin, à cet âge (P15), toutes les terminaisons doublement marquées sont apparues dotées d'une spécialisation membranaire synaptique, contrairement aux terminaisons marquées pour la TH ou pour VGLUT2 seulement. Dans un deuxième temps, nous avons voulu déterminer le devenir du double phénotype chez le rat adulte (P90) soumis ou non à la lésion 6-OHDA néonatale. Contrairement aux observations recueillies chez le jeune rat, nous avons alors constaté: i) l'absence complète de terminaisons doublement marquées dans le coeur du noyau accumbens et le néostriatum d'animaux intacts, de même que dans les restes de la substance noire des animaux 6-OHDA lésés; ii) une très forte baisse de leurnombre dans le coeur du noyau accumbens des animaux 6-OHDA lésés. Ces observations, suggérant une régression du double phénotype TH/VGLUT2 avec l'âge, sont venues renforcer l'hypothèse d'un rôle particulier d'une co-libération de glutamate par les neurones mésencéphaliques DA au cours du développement. Dans ces conditions, il est apparu des plus intéressants d'examiner l'innervation DA méso-striatale chez deux lignées de souris dont le gène Vglut2 avait été sélectivement invalidé dans les neurones DA du cerveau, ainsi que leurs témoins et des souris sauvages. D'autant que malgré l'utilisation croissante de la souris en neurobiologie, cette innervation DA n'avait jamais fait l'objet d’une caractérisation systématique en microscopie électronique. En raison de possibles différences entre le coeur et la coque du noyau accumbens, l'étude a donc porté sur les deux parties de ce noyau ainsi que le néostriatum et des souris jeunes (P15) et adultes (P70-90) de chaque lignée, préparées pour l'immunocytochimie de la TH, mais aussi pour le double marquage TH et VGLUT2, selon le protocole précédemment utilisé chez le rat. Les résultats ont surpris. Aux deux âges et quel que soit le génotype, les terminaisons axonales TH immunoréactives des trois régions sont apparues comparables quant à leur taille, leur contenu vésiculaire, le pourcentage contenant une mitochondrie et une très faible incidence synaptique (5% des varicosités, en moyenne). Ainsi, chez la souris, la régression du double phénotype pourrait être encore plus précoce que chez le rat, à moins que les deux protéines ne soient très tôt ségréguées dans des varicosités axonales distinctes des mêmes neurones DA. Ces données renforcent aussi l’hypothèse d’une transmission diffuse (volumique) et d’un niveau ambiant de DA comme élément déterminant du fonctionnement du système mésostriatal DA chez la souris comme chez le rat.

Étude comparative des projections des neurones dopaminergiques chez deux espèces animales.

Une des voies les plus étudiées dans le contrôle locomoteur est la voie dopaminergique ascendante, vu son importance dans les maladies qui touchent la locomotion, comme la maladie du Parkinson. La substance noire pars compacta (A9; SNc) et l’aire tegmentaire ventrale (A10; VTA) envoient des projections dopaminergiques (DA+) vers les ganglions de la base (GB) qui à leur tour projettent vers la région locomotrice mésencéphalique (RLM), une région de tronc cérébral qui contrôle la locomotion chez les vertébrés. Des terminaisons DA+ au niveau de la RLM ont récemment été découvertes chez le singe. Donc, il semblait intéressant de savoir d’où provenaient ces projections DA+ et si elles étaient maintenues de manière équivalente dans l’évolution des espèces animales. Nous nous sommes donc penchés sur deux espèces animales en particulier, la lamproie et le triton. Dans ce travail, nous avons observé une voie DA+ descendante du tubercule postérieur (PT; homologue à la substance noire pars compacta et à l’aire tegmentaire ventrale chez les mammifères) directement vers la RLM, sans passer par l’intermédiaire des GB. Cette voie DA+ descendante a été observée autant chez la lamproie que chez le triton, à la suite d’injections de marqueurs rétrogrades et de détection immunohistochimique de la tyrosine hydroxylase (TH) ou de la dopamine (DA). La voie DA+ descendante semble donc conservée au cours de l’évolution des espèces vertébrés, bien que l’importance relative de la voie ascendante DA+ semble augmenter au cours de l’évolution.

Isolation and partial characterisation of acid phosphatase isozymes from dormant oilseed of Corylus avellana L.

The acid phosphatase (orthophosphoric-monoester phosphohydrolase, EC 3.1.3.2) complement from dormant hazel (Corylus avellana L.) seeds was found to exhibit significant electrophoretic heterogeneity partially attributable to the presence of distinct molecular forms. In axiferous tissue, total acid phosphatase activity increased in a biphasic fashion during chilling, a treatment necessary to alleviate seed dormancy. Three acid phosphatase isozymes were isolated from cotyledons of dormant hazel seeds by successive ammonium sulphate precipitation, size-exclusion, Concanavalin A affinity, cation- and anion-exchange chromatographies resulting in 75-, 389- and 191-fold purification (APase1, APase2, APase3, respectively). The three glycosylated isoforms were isolated to catalytic homogeneity as determined by electrophoretic, kinetic and heat-inactivation studies. The native acid phosphatase complement of hazel seeds had an apparent Mr of 81.5±3.5 kDa as estimated by size-exclusion chromatography, while the determined pI values were 5.1 (APase1), 6.9 (APase2) and 7.3 (APase3). The optimum pH for p-nitrophenyl phosphate hydrolysis was pH 3 (APase1), pH 5.6 (APase2) and pH 6 (APase3). The hazel isozymes hydrolysed a variety of phosphorylated substrates in a non-specific manner, exhibiting low Km and the highest specificity constant (Vmax/Km) for pyrophosphate. They were not primary phytases since they could not initiate phytic acid hydrolysis, while APase2 and APase3 had significant phospho-tyrosine phosphatase activity. Inorganic phosphate was a competitive inhibitor, while activity was significantly impaired in the presence of vanadate and fluoride.

Differential regulation of the renin-angiotensin system by nicotine in WKY and SHR glia

Given that (1) the renin-angiotensin system (RAS) is compartmentalized within the central nervous system in neurons and glia (2) the major source of brain angiotensinogen is the glial cells, (3) the importance of RAS in the central control of blood pressure, and (4) nicotine increases the probability of development of hypertension associated to genetic predisposition; the objective of the present study was to evaluate the effects of nicotine on the RAS in cultured glial cells from the brainstem and hypothalamus of Wistar Kyoto (WKY) and spontaneously hypertensive (SHR) rats. Ligand binding, real-time PCR and western blotting assays were used to compare the expression of angiotensinogen, angiotensin converting enzyme, angiotensin converting enzyme 2 and angiotensin II type1 receptors. We demonstrate, for the first time, that there are significant differences in the basal levels of RAS components between WKY and SHR rats in glia from 1-day-old rats. We also observed that nicotine is able to modulate the renin-angiotensin system in glial cells from the brainstem and hypothalamus and that the SHR responses were more pronounced than WKY ones. The present data suggest that nicotine effects on the RAS might collaborate to the development of neurogenic hypertension in SHR through modulation of glial cells.

A study of the catecholaminergic inputs to the dorsal premammillary nucleus

The dorsal premammillary nucleus (PMd) is one of the most responsive hypothalamic sites during exposure to a predator or its odor, and to a context previously associated with a predatory threat; and lesions or pharmacological inactivation centered therein severely reduced the anti-predatory defensive responses. Previous studies have shown that beta adrenergic transmission in the PMd seems critical to the expression of fear responses to predatory threats. In the present study, we have investigated the putative sources of catecholaminergic inputs to the PMd. To this end, we have first described the general pattern of catecholaminergic innervation of the PMd by examining the distribution and morphology of the tyrosine hydroxylase (TH) immunoreactive fibers in the nucleus; and next, combining Fluoro Gold (FG) tracing experiments and TH immunostaining, we determined the putative sources of catecholaminergic inputs to the nucleus. Our results revealed that the PMd presents a moderately dense plexus of catecholaminergic fibers that seems to encompass the rostral pole and ventral border of the nucleus. Combining the results of the FG tract-tracing and TH immunostaining, we observed that the locus coeruleus was the sole brain site that contained double FG and TH immunostained cells. In summary, the evidence suggests that the locus coeruleus is seemingly a part of the circuit responding to predatory threats, and, as shown by the present results, is the sole source of catecholaminergic inputs to the PMd, providing noradrenergic inputs to the nucleus, which, by acting via beta adrenoceptor, seems to be critical for the expression of anti-predatory responses. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Leptin Targets in the Mouse Brain

The central actions of leptin are essential for homeostatic control of adipose tissue mass, glucose metabolism, and many autonomic and neuroendocrine systems. In the brain, leptin acts on numerous different cell types via the long-form leptin receptor (LepRb) to elicit its effects. The precise identification of leptin`s cellular targets is fundamental to understanding the mechanism of its pleiotropic central actions. We have systematically characterized LepRb distribution in the mouse brain using in situ hybridization in wildtype mice as well as by EYFP immunoreactivity in a novel LepRb-IRES-Cre EYFP reporter mouse line showing high levels of LepRb mRNA/EYFP coexpression. We found substantial LepRb mRNA and EYFP expression in hypothalamic and extrahypothalamic sites described before, including the dorsomedial nucleus of the hypothalamus, ventral premammillary nucleus, ventral tegmental area, parabrachial nucleus, and the dorsal vagal complex. Expression in insular cortex, lateral septal nucleus, medial preoptic area, rostral linear nucleus, and in the Edinger-Westphal nucleus was also observed and had been previously unreported. The LepRb-IRES-Cre reporter line was used to chemically characterize a population of leptin receptor-expressing neurons in the midbrain. Tyrosine hydroxylase and Cre reporter were found to be coexpressed in the ventral tegmental area and in other midbrain dopaminergic neurons. Lastly, the LepRbI-RES-Cre reporter line was used to map the extent of peripheral leptin sensing by central nervous system (CNS) LepRb neurons. Thus, we provide data supporting the use of the LepRb-IRES-Cre line for the assessment of the anatomic and functional characteristics of neurons expressing leptin receptor. J. Comp. Neurol. 514:518-532, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Hemiparkinsonian rats rotate toward the side with the weaker dopaminergic neurotransmission

Rats with unilateral lesion of the substantia nigra pars compacta (SNpc) have been used as a model of Parkinson`s disease. Depending on the lesion protocol and on the drug challenge, these rats rotate in opposite directions. The aim of the present study was to propose a model to explain how critical factors determine the direction of these turns. Unilateral lesion of the SNpc was induced with 6-hydroxydopamine (6-OHDA) or 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). Separate analysis showed that neither the type of neurotoxin nor the site of lesion along the nigrostriatal. pathway was able to predict the direction of the turns these rats made after they were challenged with apomorphine. However, the combination of these two factors determined the magnitude of the lesion estimated by tyrosine-hydroxylase immunohistochemistry and HPLC-ED measurement of striatal dopamine. Very small lesions did Dot cause turns, medium-size lesions caused ipsiversive turns, and large lesions caused contraversive turns. Large-size SNpc lesions resulted in an increased binding of [H-3] raclopride to D2 receptors, while medium-size lesions reduced the binding of [H-3]SCH-23390 D1 receptors in the ipsilateral striatum. These results are coherent with the model proposing that after challenged with a dopamine receptor agonist, unilaterally SNpc-lesioned rats rotate toward the side with the weaker activation of dopamine receptors. This activation is weaker on the lesioned side in animals with small SNpc lesions due to the loss of dopamine, but stronger in animals with large lesions due to dopamine receptor supersensitivity. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ethanol consumption and pineal melatonin daily profile in rats

It is well known that melatonin participates in the regulation of many important physiological functions such as sleep-wakefulness cycle, motor coordination and neural plasticity, and cognition. However, as there are contradictory results regarding the melatonin production diurnal profile under alcohol consumption, the aim of this paper was to study the phenomenology and mechanisms of the putative modifications on the daily profile of melatonin production in rats submitted to chronic alcohol intake. The present results show that rats receiving 10% ethanol in drinking water for 35 days display an altered daily profile of melatonin production, with a phase delay and a reduction in the nocturnal peak. This can be partially explained by a loss of the daily rhythm and the 25% reduction in tryptophan hydroxylase activity and, mainly, by a phase delay in arylalkylamine N-acetyltransferase gene expression and a 70% reduction in its peak activity. Upstream in the melatonin synthesis pathway, the results showed that noradrenergic signaling is impaired as well, with a decrease in beta 1 and alpha 1 adrenergic receptors` mRNA contents and in vitro sustained loss of noradrenergic-stimulated melatonin production by glands from alcohol-treated rats. Together, these results confirm the alterations in the daily melatonin profile of alcoholic rats and suggest the possible mechanisms for the observed melatonin synthesis modification.

Role of Locus coeruleus noradrenergic neurons in cardiorespiratory and thermal control during hypoxia

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Role of neurokinin-1 expressing neurons in the locus coeruleus on ventilatory and cardiovascular responses to hypercapnia

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Os núcleos dopaminérgicos do mesencéfalo do mocó (kerodon rupestris): caracterização citoarquitetônica e por imunoistoquímica para tirosina-hidroxilase

The 3-hydroxytyramine/dopamine (DA) is a monoamine of catecholamineric group and consists in the progenitor substantia of synthesis of noradrenaline and adrenaline, having the enzyme tyrosine hydroxylase as a regulator of this process. Nuclei of midbrain expressing DA are the retrorubral field (RRF, A8 group), the substantia nigra pars compacta (SNc, A9 group) and the ventral tegmental area (VTA, A10 group). These nuclei are involved in three complex circuitry called mesostriatal, mesocortical and mesolimbic, which are related directly with various behavioral manifestations such as motor control, reward signaling in behavioural learning, motivation and pathological manifestations of Parkinson s disease and schizophrenia. The aim of this study was describe the morphology of midbrain dopaminergic neurons (A8, A9 and A10) of the rock cavy (Kerodon rupestris), a rodent belonging to the family Caviidae typical of the Brazilian Northeast, which is being adopted as a model for neuroanatomical studies in laboratory of neuroanatomy of the Federal University of Rio Grande do Norte. Coronal sections of brains of the rock cavies were submitted to staining by Nissl s method and immunohistochemistry against tyrosine hydroxylase. The nuclear organization of the midbrain dopaminergic nuclei of the rock cavy is very similar to that found in other animals of the order Rodentia, except by the presence of the tail of substantia nigra, which was found only in the studied species. We concluded that the midbrain dopaminergic nuclei are phylogenetically stable among species, but we think to be it necessary to expand the studies about the particularity found the rock cavy, investigating its occurrence in other species of rodents or investigating its functional relevance

Participação do circuito dopaminérgico nas alterações do comportamento de medo inato de camundongos infectados pelo Toxoplasma gondii

The protozoan parasite Toxoplasma gondii transforms the innate aversion of rats for cat urine into a fatal attraction, that increases the likelihood of the parasite completing its life cycle in the cat s intestine. The neural circuits implicated in innate fear, anxiety, and learned fear all overlap considerably, raising the possibility, that T. gondii may disrupt all of these nonspecifically. In this study, we evaluated immunoreactivity for tyrosine hydroxylase (TH) in areas associated with innate fear of infected male swiss mice. The latent Toxoplasma infection converted the aversion of mice to feline odors into attraction. This loss of fear is remarkably specific, as demonstrated by Vyas et al (2007), because infection did not diminish learned fear, anxiety-like behavior, olfaction, or nonaversive learning. However, the neurochemical mechanism related to alterations in innate fear due to T. gondii infection remains poorly studied. 20 mice were inoculated with bradyzoites (25 cysts) from a Toxoplasma gondii (Me-49 strain). The brains were removed after 60 days, sectioned and processed for TH immunohistochemistry. The correlation between the amount of cysts per area and the densitometric analysis of neurotransmitter reactivity was low in the areas implicated in innate fear of infected animals, when comparated with noninfected controls

Kidney-Induced Hypertension Depends on Superoxide Signaling in the Rostral Ventrolateral Medulla

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Neurochemistry of the afferents to the rat cochlear root nucleus: Possible synaptic modulation of the acoustic startle

Afferents to the primary startle circuit are essential for the elicitation and modulation of the acoustic startle reflex (ASR). In the rat, cochlear root neurons (CRNs) comprise the first component of the acoustic startle circuit and play a crucial role in mediating the ASR. Nevertheless, the neurochemical pattern of their afferents remains unclear. To determine the distribution of excitatory and inhibitory inputs, we used confocal microscopy to analyze the immunostaining for vesicular glutamate and GABA transporter proteins (VGLUT1 and VGAT) on retrogradely labeled CRNs. We also used reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) and immunohistochemistry to detect and localize specific neurotransmitter receptor subunits in the cochlear root. Our results show differential distributions of VGLUT1- and VGAT-immunoreactive endings around cell bodies and dendrites. The RT-PCR data showed a positive band for several ionotropic glutamate receptor subunits, M1-M5 muscarinic receptor subtypes, the glycine receptor alpha 1 subunit (GlyR alpha 1), GABA(A), GABA(B), and subunits of alpha 2 and beta-noradrenergic receptors. By immunohistochemistry, we confirmed that CRN cell bodies exhibit positive immunoreaction for the glutamate receptor (GluR) 3 and NR1 GluR subunits. Cell bodies and dendrites were also positive for M2 and M4, and GlyR alpha 1. Other subunits, such as GluR1 and GluR4 of the AMPA GluRs, were observed in glial cells neighboring unlabeled CRN cell bodies. We further confirmed the existence of nor-adrenergic afferents onto CRNs from the locus coeruleus by combining tyrosine hydroxylase immunohistochemistry and tract-tracing experiments. Our results provide valuable information toward understanding how CRNs might integrate excitatory and inhibitory inputs, and hence how they could elicit and modulate the ASR. (C) 2008 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.