Steel mutant mice are deficient in hippocampal learning but not long-term potentiation.

Mice carrying mutations in either the dominant white-spotting (W) or Steel (Sl) loci exhibit deficits in melanogenesis, gametogenesis, and hematopoiesis. W encodes the Kit receptor tyrosine kinase, while Sl encodes the Kit ligand, Steel factor, and the receptor-ligand pair are contiguously expressed at anatomical sites expected from the phenotypes of W and Sl mice. The c-kit and Steel genes are also both highly expressed in the adult murine hippocampus: Steel is expressed in dentate gyrus neurons whose mossy fiber axons synapse with the c-kit expressing CA3 pyramidal neurons. We report here that Sl/Sld mutant mice have a specific deficit in spatial learning. These mutant mice are also deficient in baseline synaptic transmission between the dentate gyrus and CA3 but show normal long-term potentiation in this pathway. These observations demonstrate a role for Steel factor/Kit signaling in the adult nervous system and suggest that a severe deficit in hippocampal-dependent learning need not be associated with reduced hippocampal long-term potentiation.

Regulation of excitatory transmission at hippocampal synapses by calbindin D28k.

Distinct subpopulations of neurons in the brain contain one or more of the Ca(2+)-binding proteins calbindin D28k, calretinin, and parvalbumin. Although it has been shown that these high-affinity Ca(2+)-binding proteins can increase neuronal Ca2+ buffering capacity, it is not clear which aspects of neuronal physiology they normally regulate. To investigate this problem, we used a recently developed method for expressing calbindin D28k in the somatic and synaptic regions of cultured hippocampal pyramidal neurons. Ninety-six hours after infection with a replication-defective adenovirus containing the calbindin D28k gene, essentially all cultured hippocampal pyramidal neurons robustly expressed calbindin D28k. Our results demonstrate that while calbindin D28k does not alter evoked neurotransmitter release at excitatory pyramidal cell synapses, this protein has a profound effect on synaptic plasticity. In particular, we show that calbindin D28k expression suppresses posttetanic potentiation.

Characterization of subtype-specific antibodies to the human D5 dopamine receptor: studies in primate brain and transfected mammalian cells.

To achieve a better understanding of how D5 dopamine receptors mediate the actions of dopamine in brain, we have developed antibodies specific for the D5 receptor. D5 antibodies reacted with recombinant baculovirus-infected Sf9 cells expressing the D5 receptor but not with the D1 receptor or a variety of other catecholaminergic and muscarinic receptors. Epitope-tagged D5 receptors expressed in mammalian cells were reactive with both D5 antibodies and an epitope-specific probe. A mixture of N-linked glycosylated polypeptides and higher molecular-mass species was detected on immunoblots of membrane fractions of D5-transfected cells and also of primate brain. D5 receptor antibodies intensely labeled pyramidal neurons in the prefrontal cortex, whereas spiny medium-sized neurons and aspiny large interneurons of the caudate nucleus were relatively lightly labeled. Antibodies to the D5 dopamine receptor should prove important in experimentally determining specific roles for the D5 and D1 receptors in cortical processes and diseases.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Ca2+-activated K+(BK) channel inactivation contributes to spike broadening during repetitive firing in the rat lateral amygdala

In many neurons, trains of action potentials show frequency-dependent broadening. This broadening results from the voltage-dependent inactivation of K+ currents that contribute to action potential repolarisation. In different neuronal cell types these K+ currents have been shown to be either slowly inactivating delayed rectifier type currents or rapidly inactivating A-type voltage-gated K+ currents. Recent findings show that inactivation of a Ca2+-dependent K+ current, mediated by large conductance BK-type channels, also contributes to spike broadening. Here, using whole-cell recordings in acute slices, we examine spike broadening in lateral amygdala projection neurons. Spike broadening is frequency dependent and is reversed by brief hyperpolarisations. This broadening is reduced by blockade of voltage-gated Ca2+ channels and BK channels. In contrast, broadening is not blocked by high concentrations of 4-aminopyridine (4-AP) or alpha-dendrotoxin. We conclude that while inactivation of BK-type Ca2+-activated K+ channels contributes to spike broadening in lateral amygdala neurons, inactivation of another as yet unidentified outward current also plays a role.

Genetic Epidemiology of Alcohol-Induced Blackouts

Background: Alcohol-induced blackouts (ie, periods of anterograde amnesia) have received limited recent research attention. Objective: To examine the genetic epidemiology of lifetime blackouts and having had 3 or more blackouts in a year, including analyses controlling for the frequency of intoxication. Design, Setting, and Participants: Members of the young adult Australian Twin Register, a volunteer twin panel born between January 1, 1964, and December 3 1, 1971, were initially registered with the panel as children by their parents between 1980 and 1982. They underwent structured psychiatric telephone inter-views from February 1996 through September 2000. The current sample contains 2324 monozygotic and dizygotic twin pairs (mean [SDI age 29.9 [2.5] years) for whom both twins' responses were coded for blackout questions and for frequency of intoxication. Main Outcome Measure: Data on lifetime blackouts and having had 3 or more blackouts in a year were collected within an examination of the genetic epidemiology of alcoholism. Results: A lifetime history of blackouts was reported by 39.3% of women and 52.4% of men; 11.4% of women and 20.9% of men reported having had 3 or more blackouts in a year. The heritability of lifetime blackouts was 52.5% and that of having had 3 or more blackouts in a year was 57.8%. Models that controlled for frequency of intoxication found evidence of substantial genetic contribution unique to risk for the blackouts and a significant component of genetic risk shared with frequency of intoxication. Conclusions: The finding of a substantial genetic contribution to liability for alcohol-induced blackouts including a component of genetic loading shared with frequency of intoxication may offer important additional avenues to investigate susceptibility to alcohol-related problems.

On dendrites in Down syndrome and DS murine models: a spiny way to learn

Since the discovery in the 1970s that dendritic abnormalities in cortical pyramidal neurons are the most consistent pathologic correlate of mental retardation, research has focused on how dendritic alterations are related to reduced intellectual ability. Due in part to obvious ethical problems and in part to the lack of fruitful methods to study neuronal circuitry in the human cortex, there is little data about the microanatomical contribution to mental retardation. The recent identification of the genetic bases of some mental retardation associated alterations, coupled with the technology to create transgenic animal models and the introduction of powerful sophisticated tools in the field of microanatomy, has led to a growth in the studies of the alterations of pyramidal cell morphology in these disorders. Studies of individuals with Down syndrome, the most frequent genetic disorder leading to mental retardation, allow the analysis of the relationships between cognition, genotype and brain microanatomy. In Down syndrome the crucial question is to define the mechanisms by which an excess of normal gene products, in interaction with the environment, directs and constrains neural maturation, and how this abnormal development translates into cognition and behaviour. In the present article we discuss mainly Down syndrome-associated dendritic abnormalities and plasticity and the role of animal models in these studies. We believe that through the further development of such approaches, the study of the microanatomical substrates of mental retardation will contribute significantly to our understanding of the mechanisms underlying human brain disorders associated with mental retardation. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

PlexinA4 is necessary as a downstream target of Islet2 to mediate Slit signaling for promotion of sensory axon branching

Slit is a secreted protein known to repulse the growth cones of commissural neurons. By contrast, Slit also promotes elongation and branching of axons of sensory neurons. The reason why different neurons respond to Slit in different ways is largely unknown. Islet2 is a LIM/homeodomaintype transcription factor that specifically regulates elongation and branching of the peripheral axons of the primary sensory neurons in zebrafish embryos. We found that PlexinA4, a transmembrane protein known to be a coreceptor for class III semaphorins, acts downstream of Islet2 to promote branching of the peripheral axons of the primary sensory neurons. Intriguingly, repression of PlexinA4 function by injection of the antisense morpholino oligonucleotide specific to PlexinA4 or by overexpression of the dominant-negative variant of PlexinA4 counteracted the effects of overexpression of Slit2 to induce branching of the peripheral axons of the primary sensory neurons in zebrafish embryos, suggesting involvement of PlexinA4 in the Slit signaling cascades for promotion of axonal branching of the sensory neurons. Colocalized expression of Robo, a receptor for Slit2, and PlexinA4 is observed not only in the primary sensory neurons of zebrafish embryos but also in the dendrites of the pyramidal neurons of the cortex of the mammals, and may be important for promoting the branching of either axons or dendrites in response to Slit, as opposed to the growth cone collapse.

Comparative analysis of CNS populations in knockout mice with altered growth hormone responsiveness

Recently we have shown that growth hormone (GH) inhibits neuronal differentiation and that this process is blocked by suppressor of cytokine signalling-2 (SOCS2). Here we examine several cortical and subcortical neuronal populations in GH hyper-responsive SOCS2 null (-/-) mice and GH non-responsive GH receptor null (GHR-/-) mice. While SOCS2-/- mice showed a 30% decrease in density of NeuN positive neurons in cortex compared to wildtype, GHR-/- mice showed a 25% increase even though brain size was decreased. Interneuron sub-populations were variably affected, with a slight decrease in cortical parvalbumin expressing interneurons in SOCS2-/- mice and an increase in cortical calbindin and calretinin and striatal cholinergic neuron density in GHR-/- mice. Analysis of glial cell numbers in cresyl violet or glial fibrillary acidic protein (GFAP) stained sections of cortex showed that the neuron: glia ratio was increased in GHR-/- mice and decreased in SOCS2-/- mice. The astrocytes in GHR-/- mice appeared smaller, while they were larger in SOCS2-/- mice. Neuronal soma size also varied in the different genotypes, with smaller striatal cholinergic neurons in GHR-/- mice. While the size of layer 5 pyramidal neurons was not significantly different from wildtype, SOCS2-/- neurons were larger than GHR-/- neurons. In addition, primary dendritic length was similar in all genotypes but dendritic branching of pyramidal neurons in the cortex appeared sparser in GHR-/- and SOCS2-/- mice. These results suggest that GH, possibly regulated by SOCS2, has multiple effects on central nervous system (CNS) development and maturation, regulating the number and size of multiple neuronal and glial cell types.

Fractal analysis as a tool for studying specialization in neuronal structure: The study of the evolution of the primate cerebral cortex and human intellect

We review recent findings that, using fractal analysis, have demonstrated systematic regional and species differences in the branching complexity of neocortical pyramidal neurons. In particular, attention is focused on how fractal analysis is being applied to the study of specialization in pyramidal cell structure during the evolution of the primate cerebral cortex. These studies reveal variation in pyramidal cell phenotype that cannot be attributed solely to increasing brain volume. Moreover, the results of these studies suggest that the primate cerebral cortex is composed of neurons of different structural complexity. There is growing evidence to suggest that regional and species differences in neuronal structure influence function at both the cellular and circuit levels. These data challenge the prevailing dogma for cortical uniformity.

SK channels regulate excitatory synaptic transmission and plasticity in the lateral amygdala

At glutamatergic synapses, calcium influx through NMDA receptors (NMDARs) is required for long-term potentiation (LTP); this is a proposed cellular mechanism underlying memory and learning. Here we show that in lateral amygdala pyramidal neurons, SK channels are also activated by calcium influx through synaptically activated NMDARs, resulting in depression of the synaptic potential. Thus, blockade of SK channels by apamin potentiates fast glutamatergic synaptic potentials. This potentiation is blocked by the NMDAR antagonist AP5 (D(-)-2-amino-5-phosphono-valeric acid) or by buffering cytosolic calcium with BAPTA. Blockade of SK channels greatly enhances LTP of cortical inputs to lateral amygdala pyramidal neurons. These results show that NMDARs and SK channels are colocalized at glutamatergic synapses in the lateral amygdala. Calcium influx through NMDARs activates SK channels and shunts the resultant excitatory postsynaptic potential. These results demonstrate a new role for SK channels as postsynaptic regulators of synaptic efficacy.

Density and morphology of dendritic spines in mouse neocortex

Dendritic spines of pyramidal cells are the main postsynaptic targets of cortical excitatory synapses and as such, they are fundamental both in neuronal plasticity and for the integration of excitatory inputs to pyramidal neurons. There is significant variation in the number and density of dendritic spines among pyramidal cells located in different cortical areas and species, especially in primates. This variation is believed to contribute to functional differences reported among cortical areas. In this study, we analyzed the density of dendritic spines in the motor, somatosensory and visuo-temporal regions of the mouse cerebral cortex. Over 17,000 individual spines on the basal dendrites of layer III pyramidal neurons were drawn and their morphologies compared among these cortical regions. In contrast to previous observations in primates, there was no significant difference in the density of spines along the dendrites of neurons in the mouse. However, systematic differences in spine dimensions (spine head size and spine neck length) were detected, whereby the largest spines were found in the motor region, followed by those in the somatosensory region and those in visuo-temporal region. (c) 2005 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.