Neurofilament proteins in the postnatal rat hippocampus. Developmental expression and changes in experimental epilepsy

Neurofilament proteins (NFs) are the major components of the intermediate filaments of the neuronal cytoskeleton. The three different NF proteins; the low (NF-L), medium (NF-M),and dendrites.NF proteins play an important role in neuronal development, and plasticity,and seem to contribute to the pathophysiology of several diseases. However, the detailed expression patterns of NF proteins in the course of postnatal aturation, and in response to seizures in the rat have remained unknown. In this work, I have studied the developmental expression and cellular distribution of the three NF proteins in the rat hippocampus during the postnatal development. The reactivity of NF proteins in response to kainic acid (KA)-induced status epilepticus (SE)was studied in the hippocampus of 9-day-old rats, and using in vitro organotypic hippocampal slices cultures prepared from P6-7 rats. The results showed that NF-L and NF-M proteins are expressed already at the postnatal day 1, while the expression of NF-H mainly occurred during the second postnatal week. The immunoreactivity of NF proteins varied depending on the cell type and sub-cellular location in the hippocampus. In adult rats, KA-induced SE typically results in severe and permanent NF degradation. However, in our P9 rats KA-induced SE resulted in a transient increase in the expression of NF proteins during the first few hours but not degradation. No neuronal death or mossy fiber sprouting was observed at any time after SE. The in vitro studies with OHCs, which mimick the in vivo developing models where a local injection of KA is applied(e.g. intrahippocampal), indicated that NF proteins were rapidly degraded in response to KA treatment, this effect being effectively inhibited by the treatment with the AMPA receptor antagonist CNQX, and calpain inhibitor MDL-28170. These compounds also significantly ameliorated the KA-induced region-specific neuronal damage. The NMDA receptor antagonist and the L-type Ca2+ channel blocker did not have any significant effect. In conclusion, the results indicate that the developmental expression of NF in the rat hippocampus is differentially regulated and targeted in the different hippocampal cell types during the postnatal development. Furthermore, despite SE, the mechanisms leading to NF degradation and neuronal death are not activated in P9 rats unlike in adults. The reason for this remains unknown. The results in organotypic hippocampal cultures confirm the validity of this in vitro model to study development processes, and to perform pharmacological studies. The results also suggest that calpain proteases as interesting pharmacological targets to reduce neuronal damage after acute excitotoxic insults.

Macroautophagic process was differentially modulated by long-term moderate exercise in rat brain and peripheral tissues

The autophagic process is a lysosomal degradation pathway, which is activated during stress conditions, such as starvation or exercise. Regular exercise has beneficial effects on human health, including neuroprotection. However, the cellular mechanisms underlying these effects are incompletely understood. Endurance and a single bout of exercise induce autophagy not only in brain but also in peripheral tissues. However, little is known whether autophagy could be modulated in brain and peripheral tissues by long-term moderate exercise. Here, we examined the effects on macroautophagy process of long-term moderate treadmill training (36 weeks) in adult rats both in brain (hippocampus and cerebral cortex) and peripheral tissues (skeletal muscle, liver and heart). We assessed mTOR activation and the autophagic proteins Beclin 1, p62, LC3B (LC3B-II/LC3B-I ratio) and the lysosomal protein LAMP1, as well as the ubiquitinated proteins. Our results showed in the cortex of exercised rats an inactivation of mTOR, greater autophagy flux (increased LC3-II/LC3-I ratio and reduced p62) besides increased LAMP1. Related with these effects a reduction in the ubiquitinated proteins was observed. No significant changes in the autophagic pathway were found either in hippocampus or in skeletal and cardiac muscle by exercise. Only in the liver of exercised rats mTOR phosphorylation and p62 levels increased, which could be related with beneficial metabolic effects in this organ induced by exercise. Thus, our findings suggest that long-term moderate exercise induces autophagy specifically in the cortex

Macroautophagic process was differentially modulated by long-term moderate exercise in rat brain and peripheral tissues

The autophagic process is a lysosomal degradation pathway, which is activated during stress conditions, such as starvation or exercise. Regular exercise has beneficial effects on human health, including neuroprotection. However, the cellular mechanisms underlying these effects are incompletely understood. Endurance and a single bout of exercise induce autophagy not only in brain but also in peripheral tissues. However, little is known whether autophagy could be modulated in brain and peripheral tissues by long-term moderate exercise. Here, we examined the effects on macroautophagy process of long-term moderate treadmill training (36 weeks) in adult rats both in brain (hippocampus and cerebral cortex) and peripheral tissues (skeletal muscle, liver and heart). We assessed mTOR activation and the autophagic proteins Beclin 1, p62, LC3B (LC3B-II/LC3B-I ratio) and the lysosomal protein LAMP1, as well as the ubiquitinated proteins. Our results showed in the cortex of exercised rats an inactivation of mTOR, greater autophagy flux (increased LC3-II/LC3-I ratio and reduced p62) besides increased LAMP1. Related with these effects a reduction in the ubiquitinated proteins was observed. No significant changes in the autophagic pathway were found either in hippocampus or in skeletal and cardiac muscle by exercise. Only in the liver of exercised rats mTOR phosphorylation and p62 levels increased, which could be related with beneficial metabolic effects in this organ induced by exercise. Thus, our findings suggest that long-term moderate exercise induces autophagy specifically in the cortex

Development of the insulin secretion mechanism in fetal and neonatal rat pancreatic B-cells: response to glucose, K+, theophylline, and carbamylcholine

We studied the development of the insulin secretion mechanism in the pancreas of fetal (19- and 21-day-old), neonatal (3-day-old), and adult (90-day-old) rats in response to stimulation with 8.3 or 16.7 mM glucose, 30 mM K+, 5 mM theophylline (Theo) and 200 µM carbamylcholine (Cch). No effect of glucose or high K+ was observed on the pancreas from 19-day-old fetuses, whereas Theo and Cch significantly increased insulin secretion at this age (82 and 127% above basal levels, respectively). High K+ also failed to alter the insulin secretion in the pancreas from 21-day-old fetuses, whereas 8.3 mM and 16.7 mM glucose significantly stimulated insulin release by 41 and 54% above basal levels, respectively. Similar results were obtained with Theo and Cch. A more marked effect of glucose on insulin secretion was observed in the pancreas of 3-day-old rats, reaching 84 and 179% above basal levels with 8.3 mM and 16.7 mM glucose, respectively. At this age, both Theo and Cch increased insulin secretion to close to two-times basal levels. In islets from adult rats, 8.3 mM and 16.7 mM glucose, Theo, and Cch increased the insulin release by 104, 193, 318 and 396% above basal levels, respectively. These data indicate that pancreatic B-cells from 19-day-old fetuses were already sensitive to stimuli that use either cAMP or IP3 and DAG as second messengers, but insensitive to stimuli such as glucose and high K+ that induce membrane depolarization. The greater effect of glucose on insulin secretion during the neonatal period indicates that this period is crucial for the maturation of the glucose-sensing mechanism in B-cells.

Catabolism of Ap4A and Ap5A by rat brain synaptosomes

Adenosine 5',5'''-P1,P4-tetraphosphate (Ap4A) and adenosine 5',5'''-P1,P5-pentaphosphate (Ap5A) are stored in and released from rat brain synaptic terminals. In the present study we investigated the hydrolysis of dinucleotides (Ap4A and Ap5A) in synaptosomes from the cerebral cortex of adult rats. Ap4A and Ap5A, but not Ap3A, were hydrolyzed at pH 7.5 in the presence of 20 mM Tris/HCl, 2.0 mM MgCl2, 10 mM glucose and 225 mM sucrose at 37oC. The disappearance of the substrates measured by FPLC on a mono-Q HR column was both time and protein dependent. Since synaptosome integrity was at least 90% at the end of the assay, hydrolysis probably occurred by the action of an ecto-enzyme. Extracellular actions of adenine dinucleotides at central nervous system terminate due to the existence of ecto-nucleotidases which specifically cleave these dinucleotides. These enzymes in association with an ATP diphosphohydrolase and a 5'-nucleotidase are able to promote the complete hydrolysis of dinucleotides to adenosine in the synaptic cleft.

Estrogens and male reproduction: a new concept

The mammalian testis serves two main functions: production of spermatozoa and synthesis of steroids; among them estrogens are the end products obtained from the irreversible transformation of androgens by a microsomal enzymatic complex named aromatase. The aromatase is encoded by a single gene (cyp19) in humans which contains 18 exons, 9 of them being translated. In rats, the aromatase activity is mainly located in Sertoli cells of immature rats and then in Leydig cells of adult rats. We have demonstrated that germ cells represent an important source of estrogens: the amount of P450arom transcript is 3-fold higher in pachytene spermatocytes compared to gonocytes or round spermatids; conversely, aromatase activity is more intense in haploid cells. Male germ cells of mice, bank voles, bears, and monkeys express aromatase. In humans, we have shown the presence of a biologically active aromatase and of estrogen receptors (alpha and ß) in ejaculated spermatozoa and in immature germ cells in addition to Leydig cells. Moreover, we have demonstrated that the amount of P450arom transcripts is 30% lower in immotile than in motile spermatozoa. Alterations of spermatogenesis in terms of number and motility of spermatozoa have been described in men genetically deficient in aromatase. These last observations, together with our data showing a significant decrease of aromatase in immotile spermatozoa, suggest that aromatase could be involved in the acquisition of sperm motility. Thus, taking into account the widespread localization of aromatase and estrogen receptors in testicular cells, it is obvious that, besides gonadotrophins and androgens, estrogens produced locally should be considered to be physiologically relevant hormones involved in the regulation of spermatogenesis and spermiogenesis.

NMDA receptor blockade alters the intracellular distribution of neuronal nitric oxide synthase in the superficial layers of the rat superior colliculus

Nitric oxide (NO) is a molecular messenger involved in several events of synaptic plasticity in the central nervous system. Ca2+ influx through the N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR) triggers the synthesis of NO by activating the enzyme neuronal nitric oxide synthase (nNOS) in postsynaptic densities. Therefore, NMDAR and nNOS are part of the intricate scenario of postsynaptic densities. In the present study, we hypothesized that the intracellular distribution of nNOS in the neurons of superior colliculus (SC) superficial layers is an NMDAR activity-dependent process. We used osmotic minipumps to promote chronic blockade of the receptors with the pharmacological agent MK-801 in the SC of 7 adult rats. The effective blockade of NMDAR was assessed by changes in the protein level of the immediate early gene NGFI-A, which is a well-known NMDAR activity-dependent expressing transcription factor. Upon chronic infusion of MK-801, a decrease of 47% in the number of cells expressing NGFI-A was observed in the SC of treated animals. Additionally, the filled dendritic extent by the histochemical product of nicotinamide adenine di-nucleotide phosphate diaphorase was reduced by 45% when compared to the contralateral SC of the same animals and by 64% when compared to the SC of control animals. We conclude that the proper intracellular localization of nNOS in the retinorecipient layers of SC depends on NMDAR activation. These results are consistent with the view that the participation of NO in the physiological and plastic events of the central nervous system might be closely related to an NMDAR activity-dependent function.

The effects of quinpirole in eliciting 50 kHz calls from the rat nucleus accumbens /

Fifty kHz rat vocalizations are theorized to reflect a positive affective state, and index the reward value of stimuli (Knutson, Burgdorf & Panksepp, 2002; Panksepp & Burgdorf, 2003; Brudzynski,2005). Previous studies have identified the neurochemical substrate of this behaviour to be dependent on dopaminergic activity at the nucleus accumbens shell (Burgdorf, Knutson, Panksepp & Ikemoto, 2001; Thompson, Leonard & Brudzynski, 2006). The utilization of d-amphetamine (a non-selective dopamine agonist) in these studies does not address the specific dopamine receptor types involved. The present study aims to identify the role of the D2- like family of receptors in the nucleus accumbens shell in the production of 50 kHz vocalizations in adult rats. Single injections of quinpirole in a saline vehicle were administered to the nucleus accumbens shell of 57 rats, and the number of 50 kHz vocalizations were recorded. An inverted V-shaped relationship was found between quinpirole dose (0.5 ~g, 3 ~g, 6 ~g, 1 0 ~g and 20 ~g, all in 0.2~1 saline) and the mean number of 50 kHz calls produced. Quinpirole successfully elicited significantly more 50 kHz calls than did a saline control at the 6 ~g dose, as did 7 ~g/0.2 ~l of d-amphetamine injections into the same brain site. To test whether a selective D2 antagonist could reverse elicited 50 kHz calling, double injections were given that used either saline or raclopride as a pretreatment before quinpirole injections. Saline followed by 6 ~g/0.2 ~l of quinpirole elicited significantly more 50 kHz vocalizations than did a double injection of saline, while pretreatment with an equimolar dose of raclopride reduced elicited calls to control levels. Raclopride was also used as a pretreatment of 7 ~g/0.2 ~l d-amphetamine, which elicited significantly fewer 50 kHz vocalizations than saline followed by amphetamine, replicating the finding of Thompson, Leonard & Brudzynski (2006).Subcutaneous injections of 0.5 mg/kg and 1.5 mg/kg of quinpirole produced a similar number of 50 kHz vocalizations as subcutaneous injection of saline. Wider dose ranges may be explored in fiiture research. Thus, direct activation of the Da-like receptors in the nucleus accumbens shell was sufficient to elicit 50 kHz vocalizations in adult rats, an effect which was reversed with selective local antagonism of Da-like receptors. The Da-like receptor family also appears necessary for pharmacological activation of 50 kHz calling, as d-amphetamine was no longer able to effectively elicit these vocalizations from the nucleus accumbens shell when the Da-receptor family was antagonized with raclopride. The acoustic parameters of elicited vocalizations remained typical of rat 50 kHz calls. Detailed analyses of the acoustic characteristics of elicited calls indicated significant increases in call duration and peak frequency across drug injection groups, particularly among quinpirole dose groups. The implications of these findings are not yet clear, but may represent an important direction for future research into the coding of semiotic content into affective signals in rats.

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.

Modèles de dysfonction érectile chez le rat

Des modèles de dysfonction érectile (DE) ont été développés et étudiés chez le rat. Cependant, peu de choses sont connues dans certains modèles présentant des facteurs de risque de la DE, en l’occurrence le rat soumis à une diète riche en glucose, le rat avec une restriction de croissance intra-utérine (RCIU) et le rat avec l’infusion continue de l’angiotensine (Ang) II en ce qui concerne l’évaluation de la fonction érectile in vivo. C’est ainsi que nous nous sommes proposés cette étude. La fonction érectile a été mesurée par la stimulation électrique du nerf caverneux à des cohortes de rats mâles Sprague-Dawley de différents âges comme suit: 1) des rats jeunes de 12 semaines d’âge, adultes reproducteurs à la retraite d’environ 30 semaines d’âge et des rats de 27 et 29 semaines soumis à une diète riche en glucose par l’eau de breuvage (10%) à court (1 semaine), moyen (6 semaines) et long (12 ou 13 semaines) termes; 2) des rats jeunes âgés de 12 semaines recevant une infusion soit de l’Ang II (200ng/kg/min) soit de la saline par mini-pompes osmotiques sous-cutanées pendant 1 et 2 semaines; et 3) des rats adultes âgés de 36 semaines avec une RCIU. La fonction érectile a été représentée par des courbes de variations de pression intracaverneuse (PIC) et d’aire sous la courbe (ASC) normalisées avec la pression artérielle moyenne (PAM) en réponse à la stimulation nerveuse à différents volts. À la fin des expériences, les animaux ont été sacrifiés, le sang recueilli pour le dosage de la glycémie et de l’insulinémie; le pénis, l’aorte thoracique et le cœur prélevés à des fins d’analyses protéique et histologique. La diète riche en glucose à court terme a eu un effet néfaste sur la fonction érectile chez le jeune rat mais bénéfique chez le rat adulte reproducteur; de même que pour les études à long terme, la diète riche en glucose a amélioré ou renversé la DE associée au vieillissement. Les rats avec RCIU ont exhibé une baisse très significative de la fonction érectile. Ces détériorations ou améliorations de la fonction érectile avec le glucose ou dans la RCIU ont été principalement associées à des modifications de l’expression de l’Akt, en plus d’une augmentation de l’insuline sérique dans les groupes avec le glucose. L’Ang II a entraîné une baisse de la fonction érectile, statistiquement très significative après 1 semaine et maintenue après 2 semaines de traitement, sans causer des changements morphologiques au cœur et à l’aorte thoracique. En conclusion : l’atteinte du système érectile se fait précocement dans les complications cardiovasculaires liées à l’activation du SRA, l’implication de l’Akt dans la modulation de la fonction érectile dépend de type de vieillissement et de la diète, le RCIU est un facteur de risque pour la DE.

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.

Effect of portacaval anastomosis on glutamine synthetase protein and gene expression in brain, liver and skeletal muscle.

The effects of chronic liver insufficiency resulting from end-to-side portacaval anastomosis (PCA) on glutamine synthetase (GS) activities, protein and gene expression were studied in brain, liver and skeletal muscle of male adult rats. Four weeks following PCA, activities of GS in cerebral cortex and cerebellum were reduced by 32\% and 37\% (p<0.05) respectively whereas GS activities in muscle were increased by 52\% (p<0.05). GS activities in liver were decreased by up to 90\% (p<0.01), a finding which undoubtedly reflects the loss of GS-rich perivenous hepatocytes following portal-systemic shunting. Immunoblotting techniques revealed no change in GS protein content of brain regions or muscle but a significant loss in liver of PCA rats. GS mRNA determined by semi-quantitative RT-PCR was also significantly decreased in the livers of PCA rats compared to sham-operated controls. These findings demonstrate that PCA results in a loss of GS gene expression in the liver and that brain does not show a compensatory induction of enzyme activity, rendering it particularly sensitive to increases in ammonia in chronic liver failure. The finding of a post-translational increase of GS in muscle following portacaval shunting suggests that, in chronic liver failure, muscle becomes the major organ responsible for the removal of excess blood-borne ammonia.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

Développement de la sensibilité des neurones du collicule supérieur à la durée de la stimulation auditive

Chez plusieurs espèces, les neurones auditifs sensibles à la durée de la stimulation sont présents au niveau des collicules inférieurs. Toutefois, le décours temporel de leur développement fonctionnel est inconnu. Étant donné que le collicule supérieur est l’un des principaux relais sous-cortical impliqué dans l’intégration des stimuli audio-visuels, nous voulons déterminer si le collicule supérieur du rat contient de tels neurones et s’ils sont sensibles et sélectifs à différentes durées de stimulation auditive. De plus, l'originalité de cette étude est de déterminer les étapes de leur maturation fonctionnelle. Des enregistrements neuronaux unitaires et extra-cellulaires sont effectués dans le collicule supérieur de rats juvéniles (P15-P18, P21-P24, P27-P30) et adultes anesthésiés. La sensibilité à la durée est déterminée lors de la présentation de bruits gaussiens (2-10 dB SPL au-dessus du seuil) de durées variables (3-100 ms). Seulement un faible pourcentage des neurones du collicule supérieur est de type passe-bande (3-9% des neurones parmi les ratons et 20% chez les rats adultes). Une différence significative de la distribution entre les différents types de neurones auditifs sensibles à la durée est présente au cours du développement: les neurones de type passe-haut (63-75%) sont présents en majorité chez les groupes juvéniles alors que 43% des neurones sont de type insensible à la durée de la stimulation auditive chez les rats adultes. Ces résultats montrent qu’une population importante de neurones auditifs du collicule supérieur du rat est sensible à la durée des signaux sonores et qu’un développement fonctionnel important survient au cours du premier mois postnatal.

A fisiologia da pele de rato é modificada pela idade

Os modelos animais têm sido úteis para estudar mecanismos específicos que afetam a pele humana. É o caso do envelhecimento e das alterações micromecânicas que determinam o enrugamento (a formação de rugas) nos ratinhos irradiados com UV. Estes modelos permitiram perceber que o envelhecimento envolve muitas respostas mecânicas peculiares que não podem ser explicadas pela deformação homogénea da pele. No entanto, a diferença entre o tempo de vida destas espécies afeta também os processos e este é um aspeto principal a ter em conta. Este projeto é direcionado à comparação das propriedades cutâneas de dois grupos de ratos Wistar com diferentes idades – ratos jovens-adultos (n=7, 20-24 semanas) e adultos-velhos (n=5, 48-72 semanas). Medições não-invasivas de perda transepidérmica de água (PTEA), hidratação superficial (MoistureMeter) e biomecânica (Reviscometer e Cutometer por MPA80) foram realizadas nas zonas dorsais (pescoço, dorso-posterior) do animal durante 5 dias, permitindo comparações estatísticas entre grupos. Os resultados não revelaram diferenças significativas para a PTEA, firmeza ou viscoelasticidade entre os dois grupos. Contudo, foi notada uma diminuição significativa, próxima de 40%, da hidratação da pele no grupo dos ratos adultos-velhos. Estes resultados, apesar de preliminares, se fizermos a translação para os seres humanos poderiam ser úteis para avaliar mudanças relacionadas à idade em processos como a recuperação cutânea, ou eficácia / segurança de pensos, onde a hidratação é um factor determinante. Asua potencial utilização para a predição da eficácia e/ou segurança dos produtos de aplicação tópica para idosos em comparação aos adultos merecem ser exploradas.