Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

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.

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.

A system of surgery : theoretical and practical /

Imprint varies: v. 2-3 published by Parker, son, and Bourn; v. 4 by Longman, Green, Longman, Roberts, and Green.

Handbuch der physiologie,

Each part has also special t.-p.

Treatment of dementia with neurotransmission modulation

The prevalence of dementia is growing in developed countries where elderly patients are increasing in numbers. Neurotransmission modulation is one approach to the treatment of dementia. Cholinergic precursors, anticholinesterases, nicotine receptor agonists and muscarinic M-2 receptor antagonists are agents that enhance cholinergic neurotransmission and that depend on having some intact cholinergic innervation to be effective in the treatment of dementia. The cholinergic precursor choline alfoscerate may be emerging as a potential useful drug in the treatment of dementia, with few adverse effects. Of the anticholinesterases, donepezil, in addition to having a similar efficacy to tacrine in mild-to-moderate Alzheimer's disease (AD), appears to have major advantages; its use is associated with lower drop-out rates in clinical trials, a lower incidence of cholinergic-like side effects and no liver toxicity. Rivastigmine is efficacious in the treatment in dementia with Lewy bodies, a condition in which the other anticholinesterases have not been tested extensively to date. Galantamine is an anticholinesterase and also acts as an allosteric potentiating modulator at nicotinic receptors to increase the release of acetylcholine. Pooled data from clinical trials of patients with mild-to-moderate AD suggest that the benefits and safety profile of galantamine are similar to those of the anticholinesterases. Selective nicotine receptor agonists are being developed that enhance cognitive performance without influencing autonomic and skeletal muscle function, but these have not yet entered clinical trial for dementia. Unlike the cholinergic enhancers, the M, receptor agonists do not depend upon intact cholinergic nerves but on intact M, receptors for their action, which are mainly preserved in AD and dementia with Lewy bodies. The M, receptor-selective agonists developed to date have shown limited efficacy in clinical trials and have a high incidence of side effects. A major recent advancement in the treatment of dementia is memantine, a non-competitive antagonist at NMDA receptors. Memantine is beneficial in the treatment of severe and moderate to-severe AD and may also be of some benefit in the treatment of mild-to-moderate vascular dementia. Drugs that modulate 5-HT, somatostatin and noradrenergic neurotransmission are also being considered for the treatment of dementia.

Diabetic cardiomyopathy: Evidence, mechanisms, and therapeutic implications

The presence of a diabetic cardiomyopathy, independent of hypertension and coronary artery disease, is still controversial. This systematic review seeks to evaluate the evidence for the existence of this condition, to clarify the possible mechanisms responsible, and to consider possible therapeutic implications. The existence of a diabetic cardiomyopathy is supported by epidemiological findings showing the association of diabetes with heart failure; clinical studies confirming the association of diabetes with left ventricular dysfunction independent of hypertension, coronary artery disease, and other heart disease; and experimental evidence of myocardial structural and functional changes. The most important mechanisms of diabetic cardiomyopathy are metabolic disturbances (depletion of glucose transporter 4, increased free fatty acids, carnitine deficiency, changes in calcium homeostasis), myocardial fibrosis (association with increases in angiotensin II, IGF-I, and inflammatory cytokines), small vessel disease (microangiopathy, impaired coronary flow reserve, and endothelial dysfunction), cardiac autonomic neuropathy (denervation and alterations in myocardial catecholamine levels), and insulin resistance (hyperinsulinemia and reduced insulin sensitivity). This review presents evidence that diabetes is associated with a cardiomyopathy, independent of comorbid conditions, and that metabolic disturbances, myocardial fibrosis, small vessel disease, cardiac autonomic neuropathy, and insulin resistance may all contribute to the development of diabetic heart disease.

Vasodilator mechanisms in the dorsal aorta of the giant shovelnose ray, Rhinobatus typus (Rajiformes; Rhinobatidae)

This study investigated the nature of vasodilator mechanisms in the dorsal aorta of the giant shovelnose ray, Rhinobatus typus. Anatomical techniques found no evidence for an endothelial nitric oxide synthase, but neural nitric oxide synthase was found to be present in the perivascular nerve fibres of the dorsal aorta and other arteries and veins using both NADPH-diaphorase staining and immunohistochemistry with a specific neural NOS antibody. Arteries and veins both contained large nNOS-positive nerve trunks from which smaller nNOS-positive bundles branched and formed a plexus in the vessel wall. Single, varicose nNOS-positive nerve fibres were present in both arteries and veins. Within the large bundles of both arteries and veins, groups of nNOS-positive cell bodies forming microganglia were observed. Double-labelling immunohistochemistry using an antibody to tyrosine hydroxylase showed that nearly all the NOS nerves were not sympathetic. Acetylcholine always caused constriction of isolated rings of the dorsal aorta and the nitric oxide donor, sodium nitroprusside, did not mediate any dilation. Addition of nicotine (3 x 10(-4) M) to preconstricted rings caused a vasodilation that was not affected by the nitric oxide synthase inhibitor, L-NNA (10(-4) M), nor the soluble guanylyl cyclase inhibitor, ODQ (10(-5) M). This nicotine-mediated vasodilation was, therefore, not due to the synthesis and release of NO. Disruption of the endothelium significantly reduced or eliminated the nicotine-mediated vasodilation. In addition. indomethacin (10(-5) M), an inhibitor of cyclooxygenases, significantly increased the time period to maximal dilation and reduced, but did not completely inhibit the nicotine-mediated vasodilation. These data support the hypothesis that a prostaglandin is released from the vascular endothelium of a batoid ray, as has been described previously in other groups of fishes. The function of the nitrergic innervation of the blood vessels is not known because nitric oxide does not appear to regulate vascular tone. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

Developmental changes in expression of GABA(A) receptor-channels in rat intrinsic cardiac ganglion neurones

The effects of gamma-aminobutyric acid (GABA) on the electrophysiological properties of intracardiac neurones were investigated in the intracardiac ganglion plexus in situ and in dissociated neurones from neonatal, juvenile and adult rat hearts. Focal application of GABA evoked a depolarizing, excitatory response in both intact and dissociated intracardiac ganglion neurones. Under voltage clamp, both GABA and muscimol elicited inward currents at -60 mV in a concentration-dependent manner. The fast, desensitizing currents were mimicked by the GABA(A) receptor agonists muscimol and taurine, and inhibited by the GABA(A) receptor antagonists, bicuculline and picrotoxin. The GABA(A0) antagonist (1,2,5,6-tetrahydropyridin-4-yl)methyl phosphonic acid (TPMPA), had no effect on GABA-induced currents, suggesting that GABA(A) receptor-channels mediate the response. The GABA-evoked current amplitude recorded from dissociated neurones was age dependent whereby the peak current density measured at -100 mV was similar to 20 times higher for intracardiac neurones obtained from neonatal rats (P2-5) compared with adult rats (P45-49). The decrease in GABA sensitivity occurred during the first two postnatal weeks and coincides with maturation of the sympathetic innervation of the rat heart. Immunohistochemical staining using antibodies against GABA demonstrate the presence of GABA in the intracardiac ganglion plexus of the neonatal rat heart. Taken together, these results suggest that GABA and taurine may act as modulators of neurotransmission and cardiac function in the developing mammalian intrinsic cardiac nervous system.

Quantitative analysis of immunolabeling for serotonin and for glutamate transporters after administration of imipramine and citalopram

Serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) is an amine neurotransmitter derived from tryptophan and is important in brain systems regulating mood, emotional behavior, and sleep. Selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI) drugs are used to treat disorders such as depression, stress, eating disorders, autism, and schizophrenia. It is thought that these drugs act to prolong the action of 5-HT by blocking reuptake. This may lead to decreased 5-HT content in the nerve fibers themselves; however, this has not previously been directly demonstrated. We have studied the effects of administration of two drugs, imipramine and citalopram, on levels of 5-HT in nerve fibers in the murine brain. Quantitative analysis of the areal density of 5-HT fibers throughout the brain was performed using ImageJ software. While a high density of fibers was observed in mid- and hind-brain regions and areas such as thalamus and hypothalamus, densities were far lower in areas such as cortex, where SSRIs might be thought to exert their actions. As anticipated, imipramine and citalopram produced a decline in 5-HT levels in nerve fibers, but the result was not uniform. Areas such as inferior colliculus showed significant reduction whereas little, if any, change was observed in the adjacent superior colliculus. The reason for, and significance of, this regionality is unclear. It has been proposed that serotonin effects in the brain might be linked to changes in glutamatergic transmission. Extracellular glutamate levels are regulated primarily by glial glutamate transporters. Qualitative evaluation of glutamate transporter immunolabeling in cortex of control and drug-treated mice revealed no discernable difference in intensity of glutamate transporter immunoreactivity. These data suggest that changes in intracellular and extracellular levels of serotonin do not cause concomitant changes in astroglial glutamate transporter expression, and thus cannot represent a mechanism for the delayed efficacy of antidepressants when administered clinically. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Muscle fiber and motor unit behavior in the longest human skeletal muscle

The sartorius muscle is the longest muscle in the human body. It is strap-like, up to 600 mm in length, and contains five to seven neurovascular compartments, each with a neuromuscular endplate zone. Some of its fibers terminate intrafascicularly, whereas others may run the full length of the muscle. To assess the location and timing of activation within motor units of this long muscle, we recorded electromyographic potentials from multiple intramuscular electrodes along sartorius muscle during steady voluntary contraction and analyzed their activity with spike-triggered averaging from a needle electrode inserted near the proximal end of the muscle. Approximately 30% of sartorius motor units included muscle fibers that ran the full length of the muscle, conducting action potentials at 3.9 +/- 0.1 m/s. Most motor units were innervated within a single muscle endplate zone that was not necessarily near the midpoint of the fiber. As a consequence, action potentials reached the distal end of a unit as late as 100 ms after initiation at an endplate zone. Thus, contractile activity is not synchronized along the length of single sartorius fibers. We postulate that lateral transmission of force from fiber to endomysium and a wide distribution of motor unit endplates along the muscle are critical for the efficient transmission of force from sarcomere to tendon and for the prevention of muscle injury caused by overextension of inactive regions of muscle fibers.

Localization of immunoreactivity for deleted in colorectal cancer (DCC), the receptor for the guidance factor netrin-1, in ventral tier dopamine projection pathways in adult rodents

DCC (deleted in colorectal cancer)-the receptor of the netrin-1 neuronal guidance factor-is expressed and is active in the central nervous system (CNS) during development, but is down-regulated during maturation. The substantia nigra contains the highest level of netrin-1 mRNA in the adult rodent brain, and corresponding mRNA for DCC has also been detected in this region but has not been localized to any particular neuron type. In this study, an antibody raised against DCC was used to determine if the protein was expressed by adult dopamine neurons, and identify their distribution and projections. Significant DCC-immunoreactivity was detected in midbrain, where it was localized to ventrally displaced A9 dopamine neurons in the substantia nigra, and ventromedial A10 dopamine neurons predominantly situated in and around the interfascicular nucleus. Strong immunoreactivity was not detected in dopamine neurons found elsewhere, or in non-dopamine-containing neurons in the midbrain. Terminal fields selectively labeled with DCC antibody corresponded to known nigrostriatal projections to the dorsolateral striatal patches and dorsomedial shell of the accumbens, and were also detected in prefrontal cortex, septum, lateral habenular and ventral pallidum. The unique distribution of DCC-immunoreactivity in adult ventral midbrain dopamine neurons suggests that netrin-1/DCC signaling could function in plasticity and remodeling previously identified in dopamine projection pathways. In particular, a recent report that DCC is regulated through the ubiquitin-proteosome system via Siah/Sina proteins, is consistent with a potential involvement in genetic and sporadic forms of Parkinson's disease. (c) 2005 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Substance P preferentially inhibits large conductance nicotinic ACh receptor channels in rat intracardiac ganglion neurons

The effects of substance P (SP) on nicotinic acetylcholine (ACh)-evoked currents were investigated in parasympathetic neurons dissociated from neonatal rat intracardiac ganglia using standard whole cell, perforated patch, and outside-out recording configurations of the patch-clamp technique. Focal application of SP onto the soma reversibly decreased the peak amplitude of the ACh-evoked current with half-maximal inhibition occurring at 45 mu M and complete block at 300 mu M SP. Whole cell current-voltage (I-V) relationships obtained in the absence and presence of SP indicate that the block of ACh-evoked currents by SP is voltage independent. The rate of decay of ACh-evoked currents was increased sixfold in the presence of SP (100 mu M), suggesting that SP may increase the rate of receptor desensitization. SP-induced inhibition of ACh-evoked currents was observed following cell dialysis and in the presence of either 1 mM 8-Br-cAMP, a membrane-permeant cAMP analogue, 5 mu M H-7, a protein kinase C inhibitor, or 2 mM intracellular AMP-PNP, a nonhydrolyzable ATP analogue. These data suggest that a diffusible cytosolic second messenger is unlikely to mediate SP inhibition of neuronal nicotinic ACh receptor (nAChR) channels. Activation of nAChR channels in outside-out membrane patches by either ACh (3 mu M) or cytisine (3 mu M) indicates the presence of at least three distinct conductances (20, 35, and 47 pS) in rat intracardiac neurons. In the presence of 3 mu M SP, the large conductance nAChR channels are preferentially inhibited. The open probabilities of the large conductance classes activated by either ACh or cytisine were reversibly decreased by 10- to 30-fold in the presence of SP. The single-channel conductances were unchanged, and mean apparent channel open times for the large conductance nAChR channels only were slightly decreased by SP. Given that individual parasympathetic neurons of rat intracardiac ganglia express a heterogeneous population of nAChR subunits represented by the different conductance levels, SP appears to preferentially inhibit those combinations of nAChR subunits that form the large conductance nAChR channels. Since ACh is the principal neurotransmitter of extrinsic (vagal) innervation of the mammalian heart, SP may play an important role in modulating autonomic control of the heart.

The motor neurite terminal determines where neuromuscular synapses form in the absence of agrin

Agrin is a proteoglycan secreted by motor neurite terminals that functions to initiate and maintain AChR clusters at the nerve terminal. This led to the theory that neurite terminals decide where neuromuscular synapses form by secreting agrin. However, initiation of AChR clustering occurs in the absence of the innervating motoneuron and in the absence of agrin. In this instance, the muscle, not the nerve, is deciding the location of neuromuscular synapses by drawing neurite terminals towards pre-existing AChR clusters. If this were true, one would expect the initial innervation patterns to be the same in agrin-deficient mice and wild-type mice. To test this we quantified the intramuscular axonal branching and synapse formation in the diaphragm at E14.5 in agrin-deficient mice and wild-type mice. Heterozygote mothers were anaesthetised with Nembutal (30 mg) and killed via cervical dislocation. In the diaphragm, the nerve trunk runs down the centre of the muscle and extends branches primarily toward the lateral side. In agrin-deficient mice however, we found significantly more branches exited the phrenic nerve trunk, branched in the periphery and extended further on the medial side. Moreover, we found that the percentage α-bungarotoxin/synaptophysin colocalisations, markers of pre- and postsynaptic differentiation, respectively, was the same in agrin-deficient mice and wild-type mice. These results show that initial innervation patterns are not the same in agrin-deficient mice and wild-type mice indicating neurite terminals, not muscle, decide the placement of neuromuscular synapses in the absence of agrin.

Cortical processing of human gut sensation: an evoked potential study

The rectum has a unique physiological role as a sensory organ and differs in its afferent innervation from other gut organs that do not normally mediate conscious sensation. We compared the central processing of human esophageal, duodenal, and rectal sensation using cortical evoked potentials (CEP) in 10 healthy volunteers (age range 21-34 yr). Esophageal and duodenal CEP had similar morphology in all subjects, whereas rectal CEP had two different but reproducible morphologies. The rectal CEP latency to the first component P1 (69 ms) was shorter than both duodenal (123 ms; P = 0.008) and esophageal CEP latencies (106 ms; P = 0.004). The duodenal CEP amplitude of the P1-N1 component (5.0 µV) was smaller than that of the corresponding esophageal component (5.7 µV; P = 0.04) but similar to that of the corresponding rectal component (6.5 µV; P = 0.25). This suggests that rectal sensation is either mediated by faster-conducting afferent pathways or that there is a difference in the orientation or volume of cortical neurons representing the different gut organs. In conclusion, the physiological and anatomic differences between gut organs are reflected in differences in the characteristics of their afferent pathways and cortical processing.