A imunologia da infecção pelo HIV em pacientes com idade avançada: caracterização fenotípica e funcional da resposta imune mediada pela célula T CD4+

A proporção de idosos portadores da síndrome da imunodeficiência adquirida (aids) tem aumentado de maneira importante nos últimos anos e, até a presente data, existem poucos estudos que abordam a infecção nessa população especial. As particularidades imunológicas decorrentes do fenômeno da imunossenescência podem acarretar mudanças significativas na evolução da infecção pelo HIV, bem como na resposta ao tratamento. O objetivo maior desta Tese foi avaliar o impacto da idade na recuperação funcional do sistema imune de pacientes com aids acima de 55 anos, quando tratados adequadamente com terapia anti-retroviral, caracterizando a resultante imunológica da idade avançada e da infecção pelo HIV. Para tanto, foram estudados quatro grupos experimentais: indivíduos jovens saudáveis ou com aids, e indivíduos acima de 55 anos saudáveis ou com aids. Todos os pacientes com aids estavam recebendo terapia anti-retroviral, em sucesso terapêutico. No primeiro artigo apresentado, avaliamos resposta linfoproliferativa e produção de citocinas in vitro e resposta humoral in vivo mediante desafio antigênico com toxóide tetânico (TT) em indivíduos previamente vacinados contra o tétano. Os resultados mostraram deficiências imunológicas significativas relacionadas à idade avançada no que diz respeito a produção de IgG anti-TT, resposta linfoproliferativa e produção de IFN-. Em contrapartida, a produção de IL-10 foi significativamente maior nos indivíduos acima de 55 anos, infectados ou não pelo HIV. No segundo artigo, foram caracterizadas as subpopulações de células T mediante estímulo policlonal ou específico com antígenos do envelope do HIV (Env). Em culturas não-estimuladas de PBMC do grupo com aids e idade avançada, observamos frequência reduzida de células T naive e de memória central, associada a aumento de células T efetoras. Quando estimuladas policlonalmente, essas culturas apresentaram deficiência na produção de IFN- e hiperprodução de IL-10, como na resposta ao TT. Mediante estímulo específico com Env, a citometria de fluxo revelou frequência elevada de células T CD4+FoxP3-CD152+ com forte marcação intracelular para IL-10, indicando predomínio do fenótipo Tr-1, e não das células Treg clássicas. Interessantemente, em ambos os artigos, a replicação viral in vitro foi significativamente menor nos pacientes com aids acima de 55 anos, condizendo com a excelente resposta virológica desses pacientes ao tratamento antirretroviral. A neutralização da IL-10 com anticorpo anti-IL-10 nas culturas ativadas pelos peptídeos Env aumentou de forma significativa a replicação viral no sobrenadante. Tanto na resposta ao TT quanto aos peptídeos Env, o bloqueio da IL-10 aumentou os níveis de citocinas pró-inflamatórias, mas não melhorou a produção de IFN- dos pacientes acima de 55 anos com aids. Coletivamente, os achados dessa Tese revelam distúrbios em vários segmentos da resposta imune, particularmente no compartimento Th1, de pacientes acima 55 anos com aids e adequadamente tratados, sugerindo que, para esses pacientes, a reconstituição imune pós-tratamento não ocorre com a mesma eficácia que no jovem. Apesar do aumento da produção de IL-10 provavelmente contribuir, ao menos em parte, para o controle virológico, pode comprometer a resposta tanto ao próprio HIV, quanto a outros desafios antigênicos, a exemplo do toxóide tetânico. Sugere-se, portanto, a necessidade de recomendações específicas de manejo clínico para esse grupo de pacientes

O efeito agudo do chocolate amargo sob a função endotelial é dependente da idade em hipertensos com baixo risco cardiovascular

Dados recentes indicam uma relação inversa entre doença cardiovascular e consumo de flavonóides. O objetivo do estudo foi identificar parâmetros clínicos e vasculares de pacientes hipertensos tratados que apresentaram efeitos benéficos na função vascular após o consumo de chocolate amargo com 70% de cacau por sete dias. Vinte e um pacientes hipertensos em tratamento medicamentoso, ambos os sexos, com idades entre 40-65 anos, foram incluídos em um ensaio clínico intervencional com aferição de pressão arterial, dilatação mediada por fluxo braquial (DMF), tonometria arterial periférica (EndoPAT) e parâmetros hemodinâmicos centrais pelo SphygmoCor. Após sete dias de consumo de chocolate amargo (70% cacau) 75g/dia, as avaliações clínica e vascular foram repetidas. Os pacientes foram divididos em dois grupos de acordo com a resposta da DMF em respondedores (que apresentaram melhora na DMF, n= 12) e não-respondedores (que não apresentaram melhora, n = 9). O grupo respondedor apresentou menor média de idade (54 7 vs 61 6 anos, p = 0,037) e menor risco cardiovascular pelo escore de Framingham (2,5 1,8 vs 8,1 5,1%, p = 0,017). Além disso, os pacientes respondedores apresentaram valores mais baixos de pressão de pulso tanto periférica (55 9 vs 63 5 mmHg, p = 0,041), quanto central (44 10 vs 54 6, p = 0,021) quando comparado ao grupo não respondedor. A resposta da DMF apresentou correlação moderada e negativa com o escore de Framingham (r = -0,60, p = 0,014), com a DMF basal (r = 0,54, p = 0,011), com o índice de hiperemia reativa basal (IHR) obtido pelo EndoPAT (r = -0,56, p = 0,008) e com a pressão de pulso central (r = -0,43, p = 0,05). No entanto, após análise de regressão linear, apenas o escore de Framingham e o IHR basal foram associados com a resposta da DMF. Em conclusão, nesta amostra de pacientes hipertensos tratados, os indivíduos que apresentaram melhora da função endotelial com o consumo de chocolate amargo com 70% de cacau também mostraram redução da pressão arterial tanto sistólica como diastólica, eram mais jovens e tinham menor pressão de pulso e menor risco cardiovascular, apesar de uma disfunção endotelial basal

Relação entre biomarcadores inflamatórios, de adesão celular, de estresse oxidativo, de lesão endotelial, remodelamento tecidual e vascular e os diferentes estágios da doença venosa crônica primária (classes clínicas CEAP C0a, C2, C3, C4)

A doença venosa crônica (DVC) é uma desordem complexa que compreende sinais e sintomas que variam das telangiectasias às úlceras ativas. A DVC é classificada de acordo com aspectos clínicos, etiológicos, anatômicos e fisiopatológicos (CEAP) em sete classes variando de C0 à C6. A principal causa da DVC é a hipertensão venosa que altera o fluxo venoso e, consequentemente, a força de cisalhamento que induz alterações fenotípicas nas células endoteliais que passam a expressar mediadores pró-inflamatórios e pró-trombóticos, que levam à adesão de leucócitos, ao aumento do estresse oxidativo, da permeabilidade vascular e do dano endotelial e ao remodelamento tecidual e vascular.Em virtude dos inúmeros mecanismos e da diversidade de moléculas envolvidas na patogênese e progressão da DVC, é essencial conhecer a interação entre elas e também saber quais são as moléculas (biomarcadores) que se correlacionam positivamente ou negativamente com a gravidade da doença. Foram avaliados os níveis de Interleucina-6 (IL-6), sL-selectina, sE-selectina, sP-selectina, molécula de adesão intercelular-1solúvel (sICAM-1), molécula de adesão das células vasculares-1 solúvel (sVCAM-1), ativador tecidual do plasminogênio (tPA), atividade do inibidor do ativador do plasminogênio-1 (PAI-1), trombomodulina solúvel (sTM), fator de von Willebrand (vWF), metaloproteinase de matriz (MMP)-2, MMP-3, MMP-9, inibidor tecidual das MMPs -1 (TIMP-1), angiopoietina-1 e -2, sTie-2 e s-Endoglina e fator de crescimento do endotélio vascular (VEGF) no sangue coletado da veia braquial de 173 mulheres com DVC primária divididas em grupos C2, C3, C4 e C4 menopausadas (C4m) e de 18 voluntárias saudáveis (grupo C0a). Foram também analisados os níveis urinários de ent-prostaglandina F2α nesses grupos. Não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas com relação às concentrações sanguíneas e urinárias de sE-selectina, sP-selectina, sICAM-1, atividade de PAI-1, MMP-3, razão TIMP-1/MMP-3, angiopoietin-2, razão angiopoietina-1/angiopoietina-2, s-Endoglina e ent-prostaglandina F2α entre os grupos estudados, possivelmente devido à alta variabilidade na concentração desses biomarcadores entre as participantes do mesmo grupo. Entretanto, as concentrações sanguíneas de IL-6 sL-selectina, sVCAM-1, tPA, vWF, sTM, MMP2, MMP-9, TIMP-1, razão TIMP-1/MMP-2, razão TIMP-1/MMP-9, angiopoietina-1 e VEGF foram estatisticamente diferentes entre os grupos. Não foi identificado nenhum biomarcador que se correlacionasse diretamente ou inversamente com a progressão da DVC, provavelmente devido à diversidade de fatores envolvidos e à complexa interação entre eles durante o curso da doença.

Avaliação dos testículos de ratos submetidos à torção testicular antes, durante e após a puberdade e o efeito do tratamento com resveratrol

A torção testicular (TT) é uma afecção de relativa frequência, alvo de muitos estudos clínicos e experimentais ao longo dos anos. Pode acometer qualquer idade, no entanto é mais incidente em pacientes com menos de 21 anos de idade. Sua distribuição ocorre em dois picos: um no período neonatal e outro ao redor dos 13 anos de idade. A taxa dessa morbidade em jovens com menos de 25 anos é na ordem de 1/4000. A TT resulta em rotação do cordão espermático, que gera um comprometimento do suprimento sanguíneo testicular, considerada uma urgência urológica. Depois da TT, a artéria testicular e o plexo pampiniforme sofrem oclusão, interrompem o suprimento arterial e a drenagem venosa do testículo, diminuindo o aporte de nutrientes e oxigênio aos tecidos e células, levando à isquemia testicular. Esta condição afeta a produção de espermatozóides do testículo torcido podendo comprometer a fertilidade do indivíduo. Este presente estudo avaliou a função reprodutiva, alguns parâmetros espermáticos e morfologia dos testículos de ratos adultos submetidos à torção testicular antes, durante e após a puberdade, e também o efeito do tratamento com resveratrol. Os testículos direitos dos ratos foram torcidos a 720 por quatro horas em todos os grupos, exceto no grupo controle. A TT foi realizada durante os períodos pré-púbere (4 semanas de idade), púbere (6 semanas de idade) e adulto jovem (9 semanas de idade). Para cada grupo, houve um outro grupo que os animais foram submetidos ao mesmo procedimento e foram tratados com resveratrol, 30 mg/kg resveratrol foi injetado por via intraperitonel, 30 minutos antes da destorção, seguido por gavage por 7 dias. Cada rato na idade adulta acasalou com três fêmeas adultas com 12 semanas de idade para avaliar parâmetros de fertilidade. Todos os animais foram mortos com 14 semanas de idade e os testículos foram removidos para análise de concentração, motilidade e viabilidade dos espermatozóides de amostras colhidas da cauda dos epidídimos. Os parâmetros morfológicos foram avaliados por métodos estereológicos macro e microscópicos. A função reprodutiva dos animais nas diferentes idades não foi afetada pela TT, no entanto, após o tratamento os ratos operados com 4 e 6 semanas de idades tiveram maior potência e os ratos operados com 9 semanas de idade apresentaram maior taxa de fecundidade na idade adulta.. Os parâmetros morfológicos foram afetados em todos os testículos torcidos em todas as idades. Alguns desses parâmetros melhoram após o tratamento com resveratrol, e o efeito adjuvante foi maior nos ratos submetidos à TT com 4 semanas de idade. Entretanto, o resveratrol recuperou o epitélio seminífero no grupo que sofreu TT com 9 semanas de idade, os quais não apresentaram nenhum epitélio após a TT. Os parâmetros espermáticos dos testículos torcidos decresceram em todas as idades, e o resveratrol não foi efetivo, embora tenha recuperado a produção de espermatozóides no grupo que foi submetido à TT com 9 semanas de idade, em que todos os animais foram aspermatogênicos após a TTNão houve nenhum dano nos testículos contralaterais. O resveratrol promoveu efeito protetor para TT, principalmente quando os animais foram submetidos à TT em idade prépúbere.

Estudo da função vascular em hipertensos com diabetes tipo 2 em uso de losartana ou anlodipino

As doenças cardiovasculares permanecem como a principal causa de morte no mundo, e têm a hipertensão arterial sistêmica (HAS) e o diabetes mellitus tipo 2 (DM2) como uns dos seus principais fatores de risco. Sabidamente, a HAS e o DM2 são doenças frequentemente associadas. A escolha dos fármacos anti-hipertensivos a serem utilizados no tratamento de pacientes hipertensos diabéticos tem como objetivo o controle da pressão arterial, a redução da morbimortalidade das complicações macro e microvasculares. Alterações na função endotelial precedem as alterações morfológicas do vaso e contribuem para o desenvolvimento das complicações macrovasculares. O objetivo deste estudo foi avaliar a associação de alterações vasculares funcionais com o uso de losartana ou anlodipino em pacientes hipertensos e diabéticos tipo 2. Foi realizado um estudo transversal com coleta de dados prospectiva. Os pacientes incluídos foram randomizados e divididos em dois grupos, sendo avaliados na sexta semana da utilização de losartana 100 mg/dia ou anlodipino 5 mg/dia, com aferição da PA, realização de monitorização ambulatorial da pressão arterial e testes para avaliação de parâmetros vasculares como tonometria de aplanação, velocidade de onda de pulso (VOP) e dilatação mediada por fluxo (DMF) da artéria braquial. Foram incluídos 42 pacientes, 21 em cada grupo. A distribuição da amostra demonstrou uma predominância do sexo feminino (71%) nos dois grupos e uma semelhança na idade média dos pacientes (54,06,9 anos, no grupo losartana e 54,94,5 anos, no grupo anlodipino). A média dos valores de pressão arterial na sexta semana foram 15319/909 mmHg no grupo losartana e 14514/848 mmHg no grupo anlodipino, não havendo diferença estatística entre os grupos. O augmentation index (AIx; 309% vs. 368%, p=0,025), assim como a augmentation pressure (166 mmHg vs. 208 mmHg, p=0,045) foram menores no grupo anlodipino do que no grupo losartana. Os valores obtidos para VOP e DMF foram semelhantes nos dois grupos. Em pacientes hipertensos e diabéticos tipo 2, o tratamento com anlodipino em dose média comparado com losartana em dose máxima associou-se a menores níveis de pressão arterial casual. Menores valores de AIx foram observados no grupo anlodipino, com um padrão de reflexão da onda de pulso mais favorável neste grupo. Os valores da VOP e DMF encontrados foram semelhantes nos dois grupos podendo sugerir influências da losartana sobre os parâmetros vasculares independentes do efeito pressórico.

Papel dos receptores β-adrenérgicos no reparo cutâneo de lesões crônicas em camundongos: modelo não invasivo de lesão por isquemia e reperfusão

Os receptores β1- e β2-adrenérgicos estão presentes em inúmeras células que participam do processo de reparo como fibroblastos, queratinócitos, células inflamatórias e células endoteliais. Diversos trabalhos demonstram que estes receptores modulam o processo de reparo tecidual. Entretanto, nenhum trabalho demonstrou se o bloqueio destes receptores compromete o reparo de úlceras de pressão. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos no reparo de úlceras de pressão em camundongos, para isto utilizamos um modelo não invasivo de lesão por isquemia e reperfusão. No presente estudo, utilizamos animais que foram tratados por gavagem com propranolol (um antagonista não seletivo dos receptores β1- e β2-adrenérgicos). A administração do antagonista teve início um dia antes do início dos ciclos de isquemia e reperfusão e se manteve diariamente até a eutanásia. Para desenvolver a úlcera de pressão, um par de magnetos foi aplicado no dorso dos animais previamente depilado. O período de permanência do magneto é caracterizado como período de isquemia, enquanto sua retirada é caracterizada como período de reperfusão. Os ciclos de isquemia e reperfusão foram repetidos duas vezes, e ao final do último ciclo, duas úlceras circulares foram criadas no dorso dos animais. Os animais foram mortos 3, 7, 14 e 21 dias após a lesão. Após o último ciclo de isquemia, o fluxo sanguíneo da área comprimida foi nulo, 7 horas após a compressão o fluxo sanguíneo estava elevado, com níveis superiores ao da pele normal. Após 24 e 48 horas, o fluxo sanguíneo estava reduzido e abaixo dos níveis da pele normal. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou os níveis de peróxidos lipídicos 3 dias após a lesão, comprometeu a migração dos queratinócitos, levando a um aumento da proliferação epitelial, resultando em uma re-epitelização atrasada. O retardo na formação da neo-epiderme induzido pelo bloqueio destes receptores prejudicou a remoção do tecido necrótico. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou o número de células inflamatórias (neutrófilos e macrófagos), os níveis proteicos de elastase neutrofílica 3 dias após a lesão e reduziu os níveis proteicos de MCP-1 3 dias após a lesão e os níveis proteicos de MMP-12 7 dias após a lesão. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou a proliferação celular e apoptose no tecido conjuntivo 7 dias após a lesão e aumentou a densidade de vasos sanguíneos 14 e 21 dias após a lesão. O bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos retardou a diferenciação miofibroblástica e reduziu os níveis proteicos de TGF-β 1/2/3 3 dias após a lesão e a contração da lesão. Vinte e um dias após a lesão, o bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos aumentou a espessura da neo-epiderme e a expressão de tenascina-C em fibroblastos e reduziu a deposição de colágeno. Em conclusão, o bloqueio dos receptores β1- e β2-adrenérgicos atrasa o reparo tecidual em úlceras de pressão.

Avaliação estereológica glomerular em rins de ratos após isquemia-reperfusão por clampeamento arteriovenoso e arterial

A técnica de isquemia-reperfusão tem sido utilizada em cirurgias conservadoras do rim como a nefrectomia parcial e em transplantes renais. Para se realizar a isquemia pode-se fazer o bloqueio do fluxo sanguíneo da artéria renal ou o bloqueio simultâneo da artéria e da veia renal. O evento isquêmico acarreta em dano celular ao rim principalmente pelo estresse oxidativo local e a liberação de radicais livres assim como o aumento da resposta inflamatória. Diversos autores verificaram lesão renal após a isquemia-reperfusão, porém, apenas testes funcionais foram realizados até o momento. Os autores que tentaram avaliar a lesão morfológica do rim apenas fizeram a quantificação de escores subjetivos. O nosso objetivo é avaliar por quantificação estereológica o dano causado pela isquemia-reperfusão comparando o clampeamento somente arterial com o clampeamento arteriovenoso. Utilizamos 24 ratos wistar, machos, de quatro meses de idade. Os animais foram divididos em três grupos: o grupo Sham (n=8), o grupo de clampeamento somente da artéria renal (n=8) e o grupo de clampeamento simultâneo da artéria e da veia renal (n=8). Os animais foram submetidos a laparotomia mediana. Os animais do grupo Sham permaneceram os 60 minutos anestesiados mas sem obstrução do fluxo sanguíneo de seus vasos renais. Os animais do grupo de clampeamento arterial foram submetidos à clampeamento de sua arterial renal esquerda por 60 minutos e os animais do grupo de clampeamento arterial e venoso tiveram seus vasos renais esquerdos clampeados simultaneamente e em bloco pelo mesmo tempo. Após os 60 minutos os animais foram suturados e mantidos por 30 dias em caixas próprias sendo mortos por sobredose anestésica após decorrido esse tempo. Os rins foram coletados e mantidos em solução de formalina tamponada e posteriormente processados para análise histológica e estereológica. Foram analisados a densidade volumétrica (Vv) dos glomérulos, o número de glomérulos/mm3(Nv) e o volume glomerular médio (VGM). A Vv e Nv se encontrou reduzida nos rins esquerdos submetidos à isquemia mas foi somente significativa nos animais do grupo de clampeamento arterial e venoso. Mesmo usando o rato como modelo animal experimental, a partir de nossos resultados recomendamos o uso do clampeamento somente arterial nos casos em que mínina lesão ao rim é imperiosa.

Papel do bloqueio dos receptores NMDA e da ativação dos receptores GABAA na manifestação dos déficits neurocomportamentais decorrentes da exposição ao etanol durante o período equivalente ao terceiro trimestre de gestação

A exposição gestacional ao etanol produz um amplo espectro de defeitos neurocomportamentais que podem persistir ao longo da vida. Dentre os distúrbios mais comumente observados estão o transtorno do déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) e os déficits de aprendizado e memória. Apesar da grande quantidade de estudos, os mecanismos envolvidos com a manifestação destes transtornos permanecem pouco conhecidos. Estudos em roedores vêm demonstrando que o período equivalente ao terceiro trimestre de gestação é critico para o aparecimento destas alterações comportamentais. Durante este período, que é caracterizado por intensa sinaptogênese, a neurotoxicidade do etanol vem sendo atribuída ao bloqueio dos receptores glutamatérgicos do tipo N-metil-D-aspartato (NMDA) e hiperativação dos receptores do ácido gama-aminobutírico do subtipo A (GABAA). Tendo em vista que ao longo do desenvolvimento estes receptores diferem em relação a função e distribuição espaço-temporal, neste estudo avaliamos a contribuição relativa do bloqueio dos receptores NMDA e hiperativação dos receptores GABAA durante o período equivalente ao terceiro trimestre de gestação para a manifestação da hiperatividade locomotora e para os distúrbios de aprendizado e memória de camundongos pré-púberes. Para tanto, este estudo foi realizado em duas etapas. Na primeira, investigamos os efeitos da exposição isolada ao bloqueador NMDA MK801 (MK) e ao agonista GABAA muscimol (MU). Para tanto, em dias alternados do segundo dia pós-natal (PN2) a PN8, os animais receberam uma injeção intraperitoneal de Salina (SAL), MK nas doses de 0,1, 0,3 ou 0,5 mg/kg ou de MU nas doses de 0,1 0,3 ou 0,5 mg/kg. Na segunda etapa investigamos os efeitos da administração simultânea de MK (0,1mg/kg) e MU (doses 0,02, 0,1 ou 0,5 mg/kg). Em PN25, a atividade locomotora foi automaticamente avaliada por 15 min no teste de campo aberto. Em PN31 e PN32, o aprendizado e memória foi avaliado no teste da esquiva passiva inibitória. Em relação aos resultados da exposição isolada a cada uma das drogas, apenas o tratamento com MK promoveu um aumento dose dependente na atividade locomotora. No teste da esquiva passiva inibitória, os animais expostos as maiores doses de MK e MU apresentaram déficits de aprendizado e memória. Em relação aos resultados da exposição combinada de MK e MU, não foram observadas diferenças significativas entre os grupos na atividade locomotora. Na esquiva passiva inibitória, a administração simultânea de MK e MU, em doses que administradas isoladamente não tiveram efeito, promoveu prejuízos de aprendizado e memória. Nossos resultados sugerem que, enquanto a hiperatividade locomotora está associada apenas com o bloqueio dos receptores NMDA, os déficits de aprendizado e memória podem ser produto de uma ação sinergista do etanol nos dois receptores.

Effects of scopolamine on morphine-induced conditioned place preference in mice

It is well known that the cholinergic system plays a crucial role in learning and memory. Psychopharmacological studies in humans and animals have shown that a systemic cholinergic blockade may induce deficits in learning and memory. Accumulated studies h

Mechanisms of H+ modulation of glycinergic response in rat sacral dorsal commissural neurons

Many ionotropic receptors are modulated by extracellular H+. So far, few studies have directly addressed the role of such modulation at synapses. In the present study, we investigated the effects of changes in extracellular pH on glycinergic miniature inhibitory postsynaptic currents (mIPSCs) as well as glycine-evoked currents (I-Gly) in mechanically dissociated spinal neurons with native synaptic boutons preserved. H+ modulated both the mIPSCs and I-Gly, biphasically, although it activated an amiloride-sensitive inward current by itself. Decreasing extracellular pH reversibly inhibited the amplitude of the mIPSCs and I-Gly, while increasing external pH reversibly potentiated these parameters. Blockade of acid-sensing ion channels (ASICs) with amiloride, the selective antagonist of ASICs, or decreasing intracellular pH did not alter the modulatory effect of H+ on either mIPSCs or I-Gly, H+ shifted the EC50 of the glycine concentration-response curve from 49.3 +/- 5.7 muM at external pH 7.4 to 131.5 +/- 8.1 muM at pH 5.5, without altering the Cl- selectivity of the glycine receptor (GlyR), the Hill coefficient and the maximal I-Gly, suggesting a competitive inhibition of I-Gly by H+. Both Zn2+ and H+ inhibited I-Gly. However, H+ induced no further inhibition of I-Gly in the presence of a saturating concentration of Zn2+. In addition, H+ significantly affected the kinetics of glycinergic mIPSCs and I-Gly. It is proposed that H+ and/or Zn2+ compete with glycine binding and inhibit the amplitude of glycinergic mIPSCs and I-Gly. Moreover, binding of H+ induces a global conformational change in GlyR, which closes the GlyR Cl- channel and results in the acceleration of the seeming desensitization of IGly as well as speeding up the decay time constant of glycinergic mIPSCs. However, the deprotonation rate is faster than the unbinding rate of glycine from the GlyR, leading to reactivation of the undesensitized GlyR after washout of agonist and the appearance of a rebound I-Gly. H+ also modulated the glycine cotransmitter, GABA-activated current (I-GABA). Taken together, the results support a 'conformational coupling' model for H+ modulation of the GlyR and suggest that W may act as a novel modulator for inhibitory neurotransmission in the mammalian spinal cord.

Coupling between NMDA receptor and acid-sensing ion channel contributes to ischemic neuronal death

Acid-sensing ion channels (ASICs) composed of ASIC1a subunit exhibit a high Ca2+ permeability and play important roles in synaptic plasticity and acid-induced cell death. Here, we show that ischemia enhances ASIC currents through the phosphorylation at Ser478 and Ser479 of ASIC1a, leading to exacerbated ischemic cell death. The phosphorylation is catalyzed by Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) activity, as a result of activation of NR2B-containing N-methyl-D-aspartate subtype of glutamate receptors (NMDARs) during ischemia. Furthermore, NR2B-specific antagonist, CaMKII inhibitor, or overexpression of mutated form of ASIC1a with Ser478 or Ser479 replaced by alanine (ASICla-S478A, ASIC1a-S479A) in cultured hippocampal neurons prevented ischemia-induced enhancement of ASIC currents, cytoplasmic Ca2+ elevation, as well as neuronal death. Thus, NMDAR-CaMKII cascade is functionally coupled to ASICs and contributes to acidotoxicity during ischemia. Specific blockade of NMDAR/CaMKII-ASIC coupling may reduce neuronal death after ischemia and other pathological conditions involving excessive glutamate release and acidosis.

Opioid Withdrawal for 4 Days Prevents Synaptic Depression Induced by Low Dose of Morphine or Naloxone in Rat Hippocampal CA1 Area In Vivo

The formation of memory is believed to depend on experience- or activity-dependent synaptic plasticity, which is exquisitely sensitive to psychological stress since inescapable stress impairs long-term potentiation (LTP) but facilitates long-term depression (LTD). Our recent studies demonstrated that 4 days of opioid withdrawal enables maximal extents of both hippocampal LTP and drug-reinforced behavior; while elevated-platform stress enables these phenomena at 18 h of opioid withdrawal. Here, we examined the effects of low dose of morphine (0.5 mg kg(-1), i.p.) or the opioid receptor antagonist naloxone (1 mg kg(-1), i.p.) on synaptic efficacy in the hippocampal CA1 region of anesthetized rats. A form of synaptic depression was induced by low dose of morphine or naloxone in rats after 18 h but not 4 days of opioid withdrawal. This synaptic depression was dependent on both N-methyl-D-aspartate receptor and synaptic activity, similar to the hippocampal long-term depression induced by low frequency stimulation. Elevated-platform stress given 2 h before experiment prevented the synaptic depression at 18 h of opioid withdrawal; in contrast, the glucocorticoid receptor (GR) antagonist RU38486 treatment (20 mg kg(-1), s.c., twice per day for first 3 days of withdrawal), or a high dose of morphine reexposure (15 mg kg(-1), s.c., 12 h before experiment), enabled the synaptic depression on 4 days of opioid withdrawal. This temporal shift of synaptic depression by stress or GR blockade supplements our previous findings of potentially correlated temporal shifts of LTP induction and drug-reinforced behavior during opioid withdrawal. Our results therefore support the idea that stress experience during opioid withdrawal may modify hippocampal synaptic plasticity and play important roles in drug-associated memory. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Conduction bottleneck in silicon nanochain single electron transistors operating at room temperature

Single electron transistors are fabricated on single Si nanochains, synthesised by thermal evaporation of SiO solid sources. The nanochains consist of one-dimensional arrays of ~10nm Si nanocrystals, separated by SiO 2 regions. At 300 K, strong Coulomb staircases are seen in the drain-source current-voltage (I ds-V ds) characteristics, and single-electron oscillations are seen in the drain-source current-gate voltage (I ds-V ds) characteristics. From 300-20 K, a large increase in the Coulomb blockade region is observed. The characteristics are explained using singleelectron Monte Carlo simulation, where an inhomogeneous multiple tunnel junction represents a nanochain. Any reduction in capacitance at a nanocrystal well within the nanochain creates a conduction " bottleneck", suppressing current at low voltage and improving the Coulomb staircase. The single-electron charging energy at such an island can be very high, ~20k BT at 300 K. © 2012 The Japan Society of Applied Physics.

Single-particle probing of edge-state formation in a graphene nanoribbon

We investigate the effect of a perpendicular magnetic field on the single-particle charging spectrum of a graphene quantum dot embedded inline with a nanoribbon. We observe uniform shifts in the single-particle spectrum which coincide with peaks in the magnetoconductance, implicating Landau level condensation and edge state formation as the mechanism underlying magnetic field-enhanced transmission through graphene nanostructures. The experimentally determined ratio of bulk to edge states is supported by single-particle band-structure simulations, while a fourfold beating of the Coulomb blockade transmission amplitude points to many-body interaction effects during Landau level condensation of the ν=0 state. © 2012 American Physical Society.

How modeling can reconcile apparently discrepant experimental results: The case of pacemaking in dopaminergic neurons

Midbrain dopaminergic neurons are endowed with endogenous slow pacemaking properties. In recent years, many different groups have studied the basis for this phenomenon, often with conflicting conclusions. In particular, the role of a slowly-inactivating L-type calcium channel in the depolarizing phase between spikes is controversial, and the analysis of slow oscillatory potential (SOP) recordings during the blockade of sodium channels has led to conflicting conclusions. Based on a minimal model of a dopaminergic neuron, our analysis suggests that the same experimental protocol may lead to drastically different observations in almost identical neurons. For example, complete L-type calcium channel blockade eliminates spontaneous firing or has almost no effect in two neurons differing by less than 1% in their maximal sodium conductance. The same prediction can be reproduced in a state of the art detailed model of a dopaminergic neuron. Some of these predictions are confirmed experimentally using single-cell recordings in brain slices. Our minimal model exhibits SOPs when sodium channels are blocked, these SOPs being uncorrelated with the spiking activity, as has been shown experimentally. We also show that block of a specific conductance (in this case, the SK conductance) can have a different effect on these two oscillatory behaviors (pacemaking and SOPs), despite the fact that they have the same initiating mechanism. These results highlight the fact that computational approaches, besides their well known confirmatory and predictive interests in neurophysiology, may also be useful to resolve apparent discrepancies between experimental results. © 2011 Drion et al.