Implementing a double dividend: recycling ecotaxes towards lower labour taxes

In this paper we follow the tradition of applied general equilibrium modelling of the Walrasian static variety to study the empirical viability of a double dividend (green, welfare, and employment) in the Spanish economy. We consider a counterfactual scenario in which an ecotax is levied on the intermediate and final use of energy goods. Under a revenue neutral assumption, we evaluate the real income and employment impact of lowering payroll taxes. To appraise to what extent the model structure and behavioural assumptions may influence the results, we perform simulations under a range of alternative model and policy scenarios. We conclude that a double dividend –better environmental quality, as measured by reduced CO2 emissions, and improved levels of employment– may be an achievable goal of economic policy.

Flippase (FLP) recombinase-mediated marker recycling in the dermatophyte Arthroderma vanbreuseghemii.

Biological processes can be elucidated by investigating complex networks of relevant factors and genes. However, this is not possible in species for which dominant selectable markers for genetic studies are unavailable. To overcome the limitation in selectable markers for the dermatophyte Arthroderma vanbreuseghemii (anamorph: Trichophyton mentagrophytes), we adapted the flippase (FLP) recombinase-recombination target (FRT) site-specific recombination system from the yeast Saccharomyces cerevisiae as a selectable marker recycling system for this fungus. Taking into account practical applicability, we designed FLP/FRT modules carrying two FRT sequences as well as the flp gene adapted to the pathogenic yeast Candida albicans (caflp) or a synthetic codon-optimized flp (avflp) gene with neomycin resistance (nptII) cassette for one-step marker excision. Both flp genes were under control of the Trichophyton rubrum copper-repressible promoter (PCTR4). Molecular analyses of resultant transformants showed that only the avflp-harbouring module was functional in A. vanbreuseghemii. Applying this system, we successfully produced the Ku80 recessive mutant strain devoid of any selectable markers. This strain was subsequently used as the recipient for sequential multiple disruptions of secreted metalloprotease (fungalysin) (MEP) or serine protease (SUB) genes, producing mutant strains with double MEP or triple SUB gene deletions. These results confirmed the feasibility of this system for broad-scale genetic manipulation of dermatophytes, advancing our understanding of functions and networks of individual genes in these fungi.

Immunogold Detection of L-glutamate and D-serine in Small Synaptic-Like Microvesicles in Adult Hippocampal Astrocytes.

Glutamate and the N-methyl-D-aspartate receptor ligand D-serine are putative gliotransmitters. Here, we show by immunogold cytochemistry of the adult hippocampus that glutamate and D-serine accumulate in synaptic-like microvesicles (SLMVs) in the perisynaptic processes of astrocytes. The estimated concentration of fixed glutamate in the astrocytic SLMVs is comparable to that in synaptic vesicles of excitatory nerve terminals (∼45 and ∼55 mM, respectively), whereas the D-serine level is about 6 mM. The vesicles are organized in small spaced clusters located near the astrocytic plasma membrane. Endoplasmic reticulum is regularly found in close vicinity to SLMVs, suggesting that astrocytes contain functional nanodomains, where a local Ca(2+) increase can trigger release of glutamate and/or D-serine.

Etude des propriétés dynamiques de la sécrétion régulée des vésicules glutamatergiques des astrocytes

RESUME GRAND PUBLICLe cerveau est composé de différents types cellulaires, dont les neurones et les astrocytes. Faute de moyens pour les observer, les astrocytes sont très longtemps restés dans l'ombre alors que les neurones, bénéficiant des outils ad hoc pour être stimulés et étudiés, ont fait l'objet de toutes les attentions. Le développement de l'imagerie cellulaire et des outils fluorescents ont permis d'observer ces cellules non électriquement excitables et d'obtenir des informations qui laissent penser que ces cellules sont loin d'être passives et participent activement au fonctionnement cérébral. Cette participation au fonctionnement cérébral se fait en partie par le biais de la libération de substances neuro-actives (appellées gliotransmetteurs) que les astrocytes libèrent à proximité des synapses permettant ainsi de moduler le fonctionnement neuronal. Cette libération de gliotransmetteurs est principalement causée par l'activité neuronale que les astrocytes sont capables de sentir. Néanmoins, nous savons encore peu de chose sur les propriétés précises de la libération des gliotransmetteurs. Comprendre les propriétés spatio-temporelles de cette libération est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. En utilisant des outils fluorescents récemment développés et en combinant différentes techniques d'imagerie cellulaire, nous avons pu obtenir des informations très précises sur la libération de ces gliotransmetteurs par les astrocytes. Nous avons ainsi confirmé que cette libération était un processus très rapide et qu'elle était contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit une organisation complexe de la machinerie supportant la libération des gliotransmetteurs. Cette organisation complexe semble être à la base de la libération extrêmement rapide des gliotransmetteurs. Cette rapidité de libération et cette complexité structurelle semblent indiquer que les astrocytes sont des cellules particulièrement adaptées à une communication rapide et qu'elles peuvent, au même titre que les neurones dont elles seraient les partenaires légitimes, participer à la transmission et à l'intégration de l'information cérébrale.RESUMEDe petites vésicules, les « SLMVs » ou « Synaptic Like MicroVesicles », exprimant des transporteurs vésiculaires du glutamate (VGluTs) et libérant du glutamate par exocytose régulée, ont récemment été décrites dans les astrocytes en culture et in situ. Néanmoins, nous savons peu de chose sur les propriétés précises de la sécrétion de ces SLMVs. Contrairement aux neurones, le couplage stimulussécrétion des astrocytes n'est pas basé sur l'ouverture des canaux calciques membranaires mais nécessite l'intervention de seconds messagers et la libération du calcium par le reticulum endoplasmique (RE). Comprendre les propriétés spatio-temporelles de la sécrétion astrocytaire est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. Nous avons utilisé des outils fluorescents récemment développés pour étudier le recyclage des vésicules synaptiques glutamatergiques comme les colorants styryles et la pHluorin afin de pouvoir suivre la sécrétion des SLMVs à l'échelle de la cellule mais également à l'échelle des évènements. L'utilisation combinée de l'épifluorescence et de la fluorescence à onde évanescente nous a permis d'obtenir une résolution temporelle et spatiale sans précédent. Ainsi avons-nous confirmé que la sécrétion régulée des astrocytes était un processus très rapide (de l'ordre de quelques centaines de millisecondes). Nous avons découvert que cette sécrétion est contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit des compartiments cytosoliques délimités par le RE à proximité de la membrane plasmique et contenant les SLMVs. Cette organisation semble être à la base du couplage rapide entre l'activation des GPCRs et la sécrétion. L'existence de compartiments subcellulaires indépendants permettant de contenir les messagers intracellulaires et de limiter leur diffusion semble compenser de manière efficace la nonexcitabilité électrique des astrocytes. Par ailleurs, l'existence des différents pools de vésicules recrutés séquentiellement et fusionnant selon des modalités distinctes ainsi que l'existence de mécanismes permettant le renouvellement de ces pools lors de la stimulation suggèrent que les astrocytes peuvent faire face à une stimulation soutenue de leur sécrétion. Ces données suggèrent que la libération de gliotransmetteurs par exocytose régulée n'est pas seulement une propriété des astrocytes en culture mais bien le résultat d'une forte spécialisation de ces cellules pour la sécrétion. La rapidité de cette sécrétion donne aux astrocytes toutes les compétences pour pouvoir intervenir de manière active dans la transmission et l'intégration de l'information.ABSTRACTRecently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs), that express vesicular glutamate transporters (VGluTs) and are able to release glutamate by Ca2+-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Nevertheless, little is known about the specific properties of regulated secretion in astrocytes. Important differences may exist between astrocytic and neuronal exocytosis, starting from the fact that stimulus-secretion coupling in astrocytes is voltage independent, mediated by G-protein-coupled receptors and the release of Ca2+ from internal stores. Elucidating the spatiotemporal properties of astrocytic exo-endocytosis is, therefore, of primary importance for understanding the mode of communication of these cells and their role in brain signaling. We took advantage of fluorescent tools recently developed for studying recycling of glutamatergic vesicles at synapses like styryl dyes and pHluorin in order to follow exocytosis and endocytosis of SLMVs at the level of the entire cell or at the level of single event. We combined epifluorescence and total internal reflection fluorescence imaging to investigate, with unprecedented temporal and spatial resolution, the events underlying the stimulus-secretion in astrocytes. We confirmed that exo-endocytosis process in astrocytes proceeds with a time course on the millisecond time scale. We discovered that SLMVs exocytosis is controlled by local and fast Ca2+ elevations; indeed submicrometer cytosolic compartments delimited by endoplasmic reticulum (ER) tubuli reaching beneath the plasma membrane and containing SLMVs. Such complex organization seems to support the fast stimulus-secretion coupling reported here. Independent subcellular compartments formed by ER, SLMVs and plasma membrane containing intracellular messengers and limiting their diffusion seem to compensate efficiently the non-electrical excitability of astrocytes. Moreover, the existence of two pools of SLMVs which are sequentially recruited suggests a compensatory mechanisms allowing the refill of SLMVs and supporting exocytosis process over a wide range of multiple stimuli. These data suggest that regulated secretion is not only a feature of cultured astrocytes but results from a strong specialization of these cells. The rapidity of secretion demonstrates that astrocytes are able to actively participate in brain information transmission and processing.

c-Jun N-terminal kinase has a key role in Alzheimer disease synaptic dysfunction in vivo.

Altered synaptic function is considered one of the first features of Alzheimer disease (AD). Currently, no treatment is available to prevent the dysfunction of excitatory synapses in AD. Identification of the key modulators of synaptopathy is of particular significance in the treatment of AD. We here characterized the pathways leading to synaptopathy in TgCRND8 mice and showed that c-Jun N-terminal kinase (JNK) is activated at the spine prior to the onset of cognitive impairment. The specific inhibition of JNK, with its specific inhibiting peptide D-JNKI1, prevented synaptic dysfunction in TgCRND8 mice. D-JNKI1 avoided both the loss of postsynaptic proteins and glutamate receptors from the postsynaptic density and the reduction in size of excitatory synapses, reverting their dysfunction. This set of data reveals that JNK is a key signaling pathway in AD synaptic injury and that its specific inhibition offers an innovative therapeutic strategy to prevent spine degeneration in AD.

Synaptobrevin N-terminally bound to syntaxin-SNAP-25 defines the primed vesicle state in regulated exocytosis.

Rapid neurotransmitter release depends on the ability to arrest the SNAP receptor (SNARE)-dependent exocytosis pathway at an intermediate "cocked" state, from which fusion can be triggered by Ca(2+). It is not clear whether this state includes assembly of synaptobrevin (the vesicle membrane SNARE) to the syntaxin-SNAP-25 (target membrane SNAREs) acceptor complex or whether the reaction is arrested upstream of that step. In this study, by a combination of in vitro biophysical measurements and time-resolved exocytosis measurements in adrenal chromaffin cells, we find that mutations of the N-terminal interaction layers of the SNARE bundle inhibit assembly in vitro and vesicle priming in vivo without detectable changes in triggering speed or fusion pore properties. In contrast, mutations in the last C-terminal layer decrease triggering speed and fusion pore duration. Between the two domains, we identify a region exquisitely sensitive to mutation, possibly constituting a switch. Our data are consistent with a model in which the N terminus of the SNARE complex assembles during vesicle priming, followed by Ca(2+)-triggered C-terminal assembly and membrane fusion.

Age-dependent impairment of spine morphology and synaptic plasticity in hippocampal CA1 neurons of a presenilin 1 transgenic mouse model of Alzheimer's disease.

Presenilin 1 (PS1) mutations are responsible for a majority of early onset familial Alzheimer's disease (FAD) cases, in part by increasing the production of Abeta peptides. However, emerging evidence suggests other possible effects of PS1 on synaptic dysfunction where PS1 might contribute to the pathology independent of Abeta. We chose to study the L286V mutation, an aggressive FAD mutation which has never been analyzed at the electrophysiological and morphological levels. In addition, we analyzed for the first time the long term effects of wild-type human PS1 overexpression. We investigated the consequences of the overexpression of either wild-type human PS1 (hPS1) or the L286V mutated PS1 variant (mutPS1) on synaptic functions by analyzing synaptic plasticity and associated spine density changes from 3 to 15 months of age. We found that mutPS1 induces a transient increase observed only in 4- to 5-month-old mutPS1 animals in NMDA receptor (NMDA-R)-mediated responses and LTP compared with hPS1 mice and nontransgenic littermates. The increase in synaptic functions is concomitant with an increase in spine density. With increasing age, however, we found that the overexpression of human wild-type PS1 progressively decreased NMDA-R-mediated synaptic transmission and LTP, without neurodegeneration. These results identify for the first time a transient increase in synaptic function associated with L286V mutated PS1 variant in an age-dependent manner. In addition, they support the view that the PS1 overexpression promotes synaptic dysfunction in an Abeta-independent manner and underline the crucial role of PS1 during both normal and pathological aging.

Defining secretion processes in astrocytes

During the last decade, evidence that release of chemical transmitters from astrocytes might modulate neuronal activity (the so-called "gliotransmission") occurs in situ has been extensively provided. Nevertheless, gliotransmission remains a highly debated topic because of the lack of direct morphological and functional evidence. Here we provided new information supporting gliotransmission, by i) deepen knowledge about specific properties of regulated secretion of glutamatergic SLMVs, and ii) investigating the involvement of astrocytes in the transmission of dopamine, a molecule whose interaction with astrocytes is likely to occur, but it's still not proven.¦VGLUT-expressing glutamatergic SLMVs have been previously identified both in situ and in vitro, but description of kinetics of release were still lacking. To elucidate this issue, we took advantage of fluorescent tools (styryl dyes and pHluorin) and adapted experimental paradigms and analysis methods previously developed to study exo-endocytosis and recycling of glutamatergic vesicles at synapses. Parallel use of EPIfluorescence and total internal reflection (TIRF) imaging allowed us to find that exo-endocytosis processes in astrocytes are extremely fast, with kinetics in the order of milliseconds, able to sustain and follow neuronal signalling at synapses. Also, exocytosis of SLMVs is under the control of fast, localized Ca2+ elevations in close proximity of SLMVs and endoplasmatic reticulum (ER) tubules, the intracellular calcium stores. Such complex organization supports the fast stimulus-secretion coupling we described; localized calcium elevations have been recently observed in astrocytes in situ, suggesting that these functional microdomains might be present in the intact tissue. In the second part of the work, we investigated whether astrocytes possess some of the benchmarks of brain dopaminergic cells. It's been known for years that astrocytes are able to metabolize monoamines by the enzymes MAO and COMT, but to date no clear information that glial cells are able to uptake and store monoamines have been provided. Here, we identified a whole apparatus for the storage, degradation and release of monoamines, at the ultrastructural level. Electron microscopy immunohistochemistry allowed us to visualize VMAT2- and dopamine-positive intracellular compartments within astrocytic processes, i.e. dense -core granules and cisterns. These organelles might be responsible for dopamine release and storage, respectively; interestingly, this intracellular distribution is reminiscent of VMAT2 expression in dendrites if neurons, where dopamine release is tonic and plays a role in the regulation of its a basal levels, suggesting that astrocytic VMAT2 is involved in the homeostasis of dopamine in healthy brains of adult mammals.¦Durant cette dernière décennie, de nombreux résultats sur le relâchement des transmetteurs par les astrocytes pouvant modulé l'activité synaptique (gliotransmission) ont été fournis. Néanmoins, la gliotransmission reste un processus encore très débattu, notamment à cause de l'absence de preuves directes, morphologique et fonctionnelle démontrant ce phénomène. Nous présentons dans nos travaux de nombreux résultats confortant l'hypothèse de la gliotransmission, dont i) une étude approfondie sur les propriétés spatiales et temporelles de la sécrétion régulée du glutamate dans les astrocytes, et ii) une étude sur la participation des astrocytes dans la transmission de la dopamine, une neuromodulateur dont l'interaction avec les astrocytes est fortement probable, mais qui n'a encore jamais été prouvée. L'expression des petites vésicules (SLMVs - Synaptic Like Micro Vesicles) glutamatergiques exprimant les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) dans les astrocytes a déjà été prouvé tant in situ qu'in vitro. Afin de mettre en évidence les propriétés précises de la sécrétion de ces organelles, nous avons adapté à nos études des méthodes expérimentales conçues pour observer les processus de exocytose et endocytose dans les neurones. Les résolutions spatiale et temporelle obtenues, grâce a l'utilisation en parallèle de l'épi fluorescence et de la fluorescence a onde évanescente (TIRF), nous ont permis de montrer que la sécrétion régulée dans les astrocytes est un processus extrêmement rapide (de l'ordre de la milliseconde) et qu'elle est capable de soutenir et de suivre la transmission de signaux entre neurones. Nous avons également découvert que cette sécrétion a lieu dans des compartiments subcellulaires particuliers où nous observons la présence du reticulum endoplasmique (ER) ainsi que des augmentations rapides de calcium. Cette organisation spatiale complexe pourrait être la base morphologique du couplage rapide entre le stimulus et la sécrétion. Par ailleurs, plusieurs études récentes in vivo semblent confirmer l'existence de ces compartiments. Depuis des années nous savons que les astrocytes sont capables de métaboliser les monoamines par les enzymes MAO et COMT. Nous avons donc fourni de nouvelles preuves concernant la présence d'un appareil de stockage dans les astrocytes participant à la dégradation et la libération de monoamines au niveau ultrastructurelle. Grâce à la microscopie électronique, nous avons découvert la présence de compartiments intracellulaires exprimant VMAT2 dans les processus astrocytaires, sous forme de granules et des citernes. Ces organelles pourraient donc être responsables à la fois du relâchement et du stockage de la dopamine. De manière surprenante, cette distribution intracellulaire est similaire aux dendrites des neurones exprimant VMAT2, où la dopamine est libérée de façon tonique permettant d'agir sur la régulation de ses niveaux de base. Ces résultats, suggèrent une certaine participation des VMAT2 présents dans les astrocytes dans le processus d'homéostase de la dopamine dans le cerveau.¦A de nombreuses reprises, dans des émissions scientifiques ou dans des films, il est avancé que les hommes n'utilisent que 10% du potentiel de leur cerveau. Cette légende provient probablement du fait que les premiers chercheurs ayant décrit les cellules du cerveau entre le XIXème et le XXeme siècle, ont montré que les neurones, les cellules les plus connues et étudiées de cet organe, ne représentent seulement que 10% de la totalité des cellules composant du cerveau. Parmi les 90% restantes, les astrocytes sont sans doute les plus nombreuses. Jusqu'au début des années 90, les astrocytes ont été plutôt considérés peu plus que du tissu conjonctif, ayant comme rôles principaux de maintenir certaines propriétés physiques du cerveau et de fournir un support métabolique (énergie, environnement propre) aux neurones. Grace à la découverte que les astrocytes ont la capacité de relâcher des substances neuro-actives, notamment le glutamate, le rôle des astrocytes dans le fonctionnement cérébral a été récemment reconsidérée.¦Le rôle du glutamate provenant des astrocytes et son impact sur la fonctionnalité des neurones n'a pas encore été totalement élucidé, malgré les nombreuses publications démontrant l'importance de ce phénomène en relation avec différentes fonctions cérébrales. Afin de mieux comprendre comment les astrocytes sont impliqués dans la transmission cérébrale, nous avons étudié les propriétés spatio-temporelles de cette libération grâce à l'utilisation des plusieurs marqueurs fluorescents combinée avec différentes techniques d'imagerie cellulaires. Nous avons découvert que la libération du glutamate par les astrocytes (un processus maintenant appelé "gliotransmission") était très rapide et contrôlée par des augmentations locales de calcium. Nous avons relié ces phénomènes à des domaines fonctionnels subcellulaires morphologiquement adaptés pour ce type de transmission. Plus récemment, nous avons concentré nos études sur un autre transmetteur très important dans le fonctionnement du cerveau : la dopamine. Nos résultats morphologiques semblent indiquer que les astrocytes ont la capacité d'interagir avec ce transmetteur, mais d'une manière différente comparée au glutamate, notamment en terme de rapidité de transmission. Ces résultats suggèrent que le astrocytes ont la capacité de modifier leurs caractéristiques et de s'adapter à leur environnement par rapport aux types de transmetteur avec lequel ils doivent interagir.

Rest/nrsf governs the expression of dense-core vesicle gliosecretion in astrocytes

Astrocytes are the brain nonnerve cells that are competent for gliosecretion, i.e., for expression and regulated exocytosis of clear and dense-core vesicles (DCVs). We investigated whether expression of astrocyte DCVs is governed by RE-1-silencing transcription factor (REST)/neuron-restrictive silencer factor, the transcription repressor that orchestrates nerve cell differentiation. Rat astrocyte cultures exhibited high levels of REST and expressed neither DCVs nor their markers (granins, peptides, and membrane proteins). Transfection of dominant-negative construct of REST induced the appearance of DCVs filled with secretogranin 2 and neuropeptide Y (NPY) and distinct from other organelles. Total internal reflection fluorescence analysis revealed NPY-monomeric red fluorescent protein-labeled DCVs to undergo Ca21 -dependent exocytosis, which was largely prevented by botulinum toxin B. In the I-II layers of the human temporal brain cortex, all neurons and microglia exhibited the expected inappreciable and high levels of REST, respectively. In contrast, astrocyte RESTwas variable, going from inappreciable to high, and accompanied by a variable expression of DCVs. In conclusion, astrocyte DCV expression and gliosecretion are governed by REST. The variable in situ REST levels may contribute to the wellknown structural/ functional heterogeneity of astrocytes.

TNFα in synaptic function: switching gears.

Pathological brain states are known to induce massive production of proinflammatory cytokines, including tumor necrosis factor alpha (TNFα). At much lower levels, these cytokines are also present in the healthy brain, where it is increasingly being recognized that they exert regulatory influences. Recent studies suggest that TNFα plays important roles in controlling synaptic transmission and plasticity. Here, we discuss the evidence in support of synaptic regulation by TNFα and the underlying cellular mechanisms, including control of AMPA receptor trafficking and glutamate release from astrocytes. These findings suggest that increases in TNFα levels (caused by nervous system infection, injury, or disease) transform the physiological actions of the cytokine into deleterious ones. This functional switch may contribute to cognitive alterations in several brain pathologies.

Computational quest for understanding the role of astrocyte signaling in synaptic transmission and plasticity.

The complexity of the signaling network that underlies astrocyte-synapse interactions may seem discouraging when tackled from a theoretical perspective. Computational modeling is challenged by the fact that many details remain hitherto unknown and conventional approaches to describe synaptic function are unsuitable to explain experimental observations when astrocytic signaling is taken into account. Supported by experimental evidence is the possibility that astrocytes perform genuine information processing by means of their calcium signaling and are players in the physiological setting of the basal tone of synaptic transmission. Here we consider the plausibility of this scenario from a theoretical perspective, focusing on the modulation of synaptic release probability by the astrocyte and its implications on synaptic plasticity. The analysis of the signaling pathways underlying such modulation refines our notion of tripartite synapse and has profound implications on our understanding of brain function.

Roles of mGluR5 in synaptic function and plasticity of the mouse thalamocortical pathway.

The group I metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5) has been implicated in the development of cortical sensory maps. However, its precise roles in the synaptic function and plasticity of thalamocortical (TC) connections remain unknown. Here we first show that in mGluR5 knockout (KO) mice bred onto a C57BL6 background cytoarchitectonic differentiation into barrels is missing, but the representations for large whiskers are identifiable as clusters of TC afferents. The altered dendritic morphology of cortical layer IV spiny stellate neurons in mGluR5 KO mice implicates a role for mGluR5 in the dendritic morphogenesis of excitatory neurons. Next, in vivo single-unit recordings of whisker-evoked activity in mGluR5 KO adults demonstrated a preserved topographical organization of the whisker representation, but a significantly diminished temporal discrimination of center to surround whiskers in the responses of individual neurons. To evaluate synaptic function at TC synapses in mGluR5 KO mice, whole-cell voltage-clamp recording was conducted in acute TC brain slices prepared from postnatal day 4-11 mice. At mGluR5 KO TC synapses, N-methyl-D-aspartate (NMDA) currents decayed faster and synaptic strength was more easily reduced, but more difficult to strengthen by Hebbian-type pairing protocols, despite a normal developmental increase in alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor (AMPAR)-mediated currents and presynaptic function. We have therefore demonstrated that mGluR5 is required for synaptic function/plasticity at TC synapses as barrels are forming, and we propose that these functional alterations at the TC synapse are the basis of the abnormal anatomical and functional development of the somatosensory cortex in the mGluR5 KO mouse.

Astrocyte dense-core vesicle gliosecretion is governed by rest/nrsf

Astrocytes are the brain non-nerve cells competent for the expression of clear and dense-core vesicles (DCVs) and for their regulated exocytosis. This process, called gliosecretion, nearly resembles the neurosecretion occurring in neurons and neurosecretory cells. REST/NRSF is a transcription repressor known to orchestrate nerve-cell differentiation, governing the expression of hundreds of neuron-specific genes through their repression in the non-nerve and their fine modulation in the nerve cells. Our previous studies in neurosecretory rat PC12 cells identified REST as the critical factor for the expression not only of individual genes, but also of the whole neurosecretory process via multiple, direct and indirect mechanisms (D'Alessandro et al., J. Neurochem., 2008; Klajn et al., J. Neurosci., 2009). Therefore we wondered whether gliosecretion was governed by REST. We investigated rat astrocyte primary cultures: they exhibited high REST, which directly represses the transcription of at least one target gene, and expressed neither DCVs nor their markers (granins, peptides, membrane proteins). Transfection of a dominant-negative construct of REST (REST/ DBD-GFP) induced the appearance of DCVs filled with secretogranin2 and NPY that are distinct from other intracellular organelles. TIRF analysis of astrocytes co-transfected with REST/DBD-GFP and NPY-mRFP constructs revealed NPY-mRFP-positive DCVs undergoing Ca2þ-dependent exocytosis, largely prevented by BoNT/B. Immunohistochemistry of the I-II layers of the human temporal brain cortex showed all neurons and microglia exhibiting the expected inappreciable and high levels of REST, respectively. In contrast astrocyte RESTwas variable, going from inappreciable to high, accompanied by variable expression of DCVs. In this work it has been demonstrated that astrocyte DCV expression and gliosecretion are governed by REST (Prada et al., 2011 in press). The variable in situ REST levels may contribute to the well known structural/functional heterogeneity of astrocytes and this new observation might be of great interest for the understanding of both astrocyte physiology and pathology.

Connexin 30 sets synaptic strength by controlling astroglial synapse invasion.

Astrocytes play active roles in brain physiology by dynamic interactions with neurons. Connexin 30, one of the two main astroglial gap-junction subunits, is thought to be involved in behavioral and basic cognitive processes. However, the underlying cellular and molecular mechanisms are unknown. We show here in mice that connexin 30 controls hippocampal excitatory synaptic transmission through modulation of astroglial glutamate transport, which directly alters synaptic glutamate levels. Unexpectedly, we found that connexin 30 regulated cell adhesion and migration and that connexin 30 modulation of glutamate transport, occurring independently of its channel function, was mediated by morphological changes controlling insertion of astroglial processes into synaptic clefts. By setting excitatory synaptic strength, connexin 30 plays an important role in long-term synaptic plasticity and in hippocampus-based contextual memory. Taken together, these results establish connexin 30 as a critical regulator of synaptic strength by controlling the synaptic location of astroglial processes.

The neurobiological basis of prefrontal cortex impairment in the phencyclidine model of schizophrenia : convergent reduction of synaptic glutamate release, energy metabolism and cognitive performance

RÉSUMÉ : Le traitement répété à la phencyclidine (PCP), un bloqueur du récepteur NMDA (NMDAR), reproduit chez les rongeurs une partie de la symptomatologie typique de la schizophrénie. Le blocage prolongé du NMDAR par la PCP mime une hypofunction du NMDAR, une des principales altérations supposées exister dans les cerveaux des patients schizophréniques. Le but de notre étude était d'examiner les conséquences neurochimiques, métaboliques et fonctionnelles du traitement répété à la phencyclidine in vivo, au niveau du cortex préfrontal (cpf), une région cérébrale qui joue un rôle dans les déficits cognitifs observés chez les patients schizophréniques. Pour répondre à cette question, les rats ou les souris ont reçu chaque jour une injection soit de PCP (5 mg/kg), soit de solution saline, pendant 7 ou 14 jours. Les animaux ont ensuite été sacrifiés au moins 24 heures après le dernier traitement. Des tranches aiguës du cpf ont été préparées rapidement, puis stimulées avec une concentration élevée de KCI, de manière à induire une libération de glutamate à partir des terminaisons synaptiques excitatrices. Les résultats montrent que les tranches du cpf des animaux traités à la PCP ont libéré une quantité de glutamate significativement inférieure par rapport à celles des animaux contrôle. Ce déficit de libération a persisté 72 heures après la fin du traitement, tandis qu'il n'était pas observé dans le cortex visuel primaire, une autre région corticale. En outre, le traitement avec des antipsychotiques, l'halopéridol ou l'olanzapine, a supprimé le déficit induit par la PCP. Le même déficit de libération a été remarqué sur des synaptosomes obtenus à partir du cpf des animaux traités à la phenryclidine. Cette observation indique que la PCP induit une modification plastique adaptative du mécanisme qui contrôle la libération du glutamate dans les terminaisons synaptiques. Nous avons découvert que cette modification implique la sous-régulation d'un NMDAR présynaptique, qui serait doué d'un rôle d'autorécepteur stimulateur de la libération du glutamate. Grâce à des tests comportementaux conduits en parallèle et réalisés pour évaluer la fonctionnalité du cpf, nous avons observé chez les souris traitées à la PCP une flexibilité comportementale réduite lors d'un test de discrimination de stimuli visuels/tactiles. Le déficit cognitif était encore présent 4 jours après la dernière administration de PCP. La technique de l'autoradiographie quantitative du [14C]2-deoxyglucose a permis d'associer ce déficit à une réduction de l'activité métabolique cérébrale pendant le déroulement du test, particulièrement au niveau du cpf. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que le blocage prolongé du NMDAR lors de l'administration répétée de PCP produit un déficit de libération du glutamate au niveau des terminaisons synaptiques excitatrices du cpf. Un tel déficit pourrait être provoqué par la sousrégulation d'un NMDAR présynaptique, qui aurait une fonction de stimulateur de libération; la transmission excitatrice du cpf s'en trouverait dans ce cas réduite. Ce résultat est en ligne avec l'activité métabolique et fonctionnelle réduite du cpf et l'observation de déficits cognitifs induits lors de l'administration de la PCP. ABSTRACT : Sub-chronic treatment with phencyclidine (PCP), an NMDA receptor (NMDAR) channel blocker, reproduces in rodents part of the symptomatology associated to schizophrenia in humans. Prolonged pharmacological blockade of NMDAR with PCP mimics NMDAR hypofunction, one of the main alterations thought to take place in the brains of schizophrenics. Our study was aimed at investigating the neurochemical, metabolic and behavioral consequences of repeated PCP administration in vivo, focusing on the functioning of the prefrontal cortex (pfc), a brain region highly relevant for the cognitive deficits observed in schizophrenic patients. Rats or mice received a daily administration of either PCP (5 mg/kg) or saline for 7 or 14 days. At least 24 hours after the last treatment the animals were sacrificed. Acute slices of the pfc were quickly prepared and challenged with high KCl to induce synaptic glutamate release. Pfc slices from PCP-treated animals released significantly less glutamate than slices from salinetreated animals. The deficit persisted 72 hours after the end of the treatment, while it was not observed in another cortical region: the primary visual cortex. Interestingly, treatment with antipsychotic drugs, either haloperidol or olanzapine, reverted the glutamate release defect induced by PCP treatment. The same release defect was observed in synaptosomes prepared from the pfc of PCP-treated animals, indicating that PCP induces a plastic adaptive change in the mechanism controlling glutamate release in the glutamatergic terminals. We discovered that such change most likely involves the down-regulation of a newly identified, pre-synaptic NMDAR with stimulatory auto-receptor function on glutamate release. In parallel sets of behavioral experiments challenging pfc function, mice sub-chronically treated with PCP displayed reduced behavioral flexibility (reversal learning) in a visual/tactile-cued discrimination task. The cognitive deficit was still evident 4 days after the last PCP administration and was associated to reduced brain metabolic activity during the performance of the behavioral task, notably in the pfc, as determined by [14C]2-deoxyglucose quantitative autoradiography. Clverall, our findings suggest that prolonged NMDAR blockade by repeated PCP administration results in a defect of glutamate release from excitatory afferents in the pfc, possibly ascribed to down-regulation of apre-synaptic stimulatory NMDAR. Deficient excitatory neurotransmission in the pfc is consistent with the reduced metabolic and functional activation of this area and the observed PCP-induced cognitive deficits.