Selegiline increases heme oxygenase-1 expression and the cytotoxicity produced by dopamine treatment of neuroblastoma SK-N-SH cells

Increased dopamine catabolism may be associated with oxidative stress and neuronal cell death in Parkinson's disease. The present study was carried out to examine the effect of dopamine on the expression of heme oxygenase-1 and -2 (HO-1 and HO-2) in human neuroblastomas (SK-N-SH cell line) and the effects of selegiline and antioxidants on this expression. Cells were kept with close control of pH and were incubated with varying concentrations of dopamine (0.1-100 µM) for 24 h. HO-1 and HO-2 cDNA probes were prepared by reverse transcription-polymerase chain reaction amplification. The mRNA expression of HO-1 and HO-2 was measured by Northern blot analysis. The levels of HO-1 mRNA increased after dopamine treatment, in a dose-dependent manner, in all cell lines studied, whereas levels of the two HO-2 transcripts did not. The HO-1 and HO-2 protein expression was analyzed by Western blotting. HO-1 protein was undetectable in untreated SK-N-SH cells and increased after treatment with dopamine. In contrast, the HO-2 protein (36 kDa) was detected in untreated cells and the levels did not change as a result of treatment. alpha-Tocopherol (10-100 µM) and ascorbic acid (100 µM) did not attenuate the effects of dopamine. Selegiline (10 µM) produced significant increase (P < 0.01) in the induction of HO-1 by dopamine (more than six times the control values). The increased expression of HO-1 following dopamine treatment indicates that dopamine produces oxidative stress in this cell line.

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.

Rat Dlx5 is expressed in the subventricular zone and promotes neuronal differentiation

The molecular mechanisms and potential clinical applications of neural precursor cells have recently been the subject of intensive study. Dlx5, a homeobox transcription factor related to the distal-less gene in Drosophila, was shown to play an important role during forebrain development. The subventricular zone (SVZ) in the adult brain harbors the largest abundance of neural precursors. The anterior SVZ (SVZa) contains the most representative neural precursors in the SVZ. Further research is necessary to elucidate how Dlx5-related genes regulate the differentiation of SVZa neural precursors. Here, we employed immunohistochemistry and molecular biology techniques to study the expression of Dlx5 and related homeobox genes Er81 and Islet1 in neonatal rat brain and in in vitro cultured SVZa neural precursors. Our results show that Dlx5 and Er81 are also highly expressed in the SVZa, rostral migratory stream, and olfactory bulb. Islet1 is only expressed in the striatum. In cultured SVZa neural precursors, Dlx5 mRNA expression gradually decreased with subsequent cell passages and was completely lost by passage four. We also transfected a Dlx5 recombinant plasmid and found that Dlx5 overexpression promoted neuronal differentiation of in vitro cultured SVZa neural precursors. Taken together, our data suggest that Dlx5 plays an important role during neuronal differentiation.

Estragole blocks neuronal excitability by direct inhibition of Na+ channels

Estragole is a volatile terpenoid, which occurs naturally as a constituent of the essential oils of many plants. It has several pharmacological and biological activities. The objective of the present study was to investigate the mechanism of action of estragole on neuronal excitability. Intact and dissociated dorsal root ganglion neurons of rats were used to record action potential and Na+ currents with intracellular and patch-clamp techniques, respectively. Estragole blocked the generation of action potentials in cells with or without inflexions on their descendant (repolarization) phase (Ninf and N0 neurons, respectively) in a concentration-dependent manner. The resting potentials and input resistances of Ninf and N0 cells were not altered by estragole (2, 4, and 6 mM). Estragole also inhibited total Na+ current and tetrodotoxin-resistant Na+ current in a concentration-dependent manner (IC50 of 3.2 and 3.6 mM, respectively). Kinetic analysis of Na+ current in the presence of 4 mM estragole showed a statistically significant reduction of fast and slow inactivation time constants, indicating an acceleration of the inactivation process. These data demonstrate that estragole blocks neuronal excitability by direct inhibition of Na+ channel conductance activation. This action of estragole is likely to be relevant to the understanding of the mechanisms of several pharmacological effects of this substance.

Remodelage neuronal de la cicatrice cardiaque suite à un infarctus du myocarde

Suite à un infarctus du myocarde, la formation d’une cicatrice, nommée fibrose de réparation, représente un processus adaptatif et essentiel empêchant la rupture du myocarde. La cicatrice est constituée de myofibroblastes, de cellules vasculaires, de fibres sympathiques ainsi que de cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine. Une perturbation au niveau de ces constituants cellulaires résulte en une formation maladaptative de la cicatrice et éventuellement, une diminution de la fonction cardiaque. La compréhension des événements cellulaires ainsi que les mécanismes sous-jacents participant à cette fibrose est alors d’une importance primordiale. Cette thèse est axée sur l’identification du rôle du système sympathique et des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine dans la formation de la cicatrice ainsi que leur interaction potentielle. Nos travaux examinent l’hypothèse que les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont endogènes au cœur et que suite à un dommage ischémique, elles contribuent à la réponse angiogénique et à la réinnervation sympathique du tissu lésé. Les cellules souches neuronales exprimant la nestine sont retrouvées dans les cœurs de différentes espèces incluant le cœur infarci humain. Elles sont résidentes dans le cœur, proviennent de la crête neurale lors du développement et sont intercalées entre les cardiomyocytes n’exprimant pas la nestine. Suite à leur isolation de cœurs infarcis de rats, les cellules souches neuronales cardiaques prolifèrent sous forme de neurosphères et, dans des conditions appropriées in vitro, se différencient en neurones exprimant le neurofilament-M. Suite à un infarctus du myocarde, les niveaux de l’ARNm de nestine sont significativement augmentés au niveau de la région infarcie et non-infarcie. Nos résultats suggèrent que cette augmentation de l’expression de nestine dans la cicatrice reflète en partie la migration des cellules souches neuronales cardiaques exprimant la nestine de la région non-infarcie vers la région infarcie. Lors de la fibrose de réparation, ces cellules représentent un substrat cellulaire pour la formation de nouveaux vaisseaux et contribuent aussi à la croissance des fibres sympathiques dans la région infarcie. Finalement, nous démontrons que la formation de la cicatrice est associée à une innervation sympathique de la région infarcie et péri-infarcie. De plus, les fibres sympathiques présentes dans la région infarcie sont observées à proximité de vaisseaux de petits calibres. Ces données suggèrent indirectement que l’innervation de la cicatrice par les fibres sympathiques peut jouer un rôle dans la réponse angiogénique suite à un infarctus du myocarde. Suite à l’administration du corticostéroïde dexaméthasone, nous détectons un amincissement de la cicatrice, associé à une réduction significative des fibres sympathiques exprimant le neurofilament-M dans la région infarcie et péri-infarcie. La diminution de la densité de ces fibres par le dexaméthasone peut être reliée à une diminution de la prolifération des myofibroblastes et de la production de l’ARNm du facteur neurotrophique nerve growth factor.

Plasticity of neuroanatomical relationships between cholinergic and dopaminergic axon varicosities and pyramidal cells in the rat medial prefrontal cortex

Les systèmes cholinergique et dopaminergique jouent un rôle prépondérant dans les fonctions cognitives. Ce rôle est exercé principalement grâce à leur action modulatrice de l’activité des neurones pyramidaux du cortex préfrontal. L’interaction pharmacologique entre ces systèmes est bien documentée mais les études de leurs interactions neuroanatomiques sont rares, étant donné qu’ils sont impliqués dans une transmission diffuse plutôt que synaptique. Ce travail de thèse visait à développer une expertise pour analyser ce type de transmission diffuse en microscopie confocale. Nous avons étudié les relations de microproximité entre ces différents systèmes dans le cortex préfrontal médian (mPFC) de rats et souris. En particulier, la densité des varicosités axonales en passant a été quantifiée dans les segments des fibres cholinergiques et dopaminergiques à une distance mutuelle de moins de 3 µm ou à moins de 3 µm des somas de cellules pyramidales. Cette microproximité était considérée comme une zone d’interaction probable entre les éléments neuronaux. La quantification était effectuée après triple-marquage par immunofluorescence et acquisition des images de 1 µm par microscopie confocale. Afin d’étudier la plasticité de ces relations de microproximité, cette analyse a été effectuée dans des conditions témoins, après une activation du mPFC et dans un modèle de schizophrénie par déplétion des neurones cholinergiques du noyau accumbens. Les résultats démontrent que 1. Les fibres cholinergiques interagissent avec des fibres dopaminergiques et ce sur les mêmes neurones pyramidaux de la couche V du mPFC. Ce résultat suggère différents apports des systèmes cholinergique et dopaminergique dans l’intégration effectuée par une même cellule pyramidale. 2. La densité des varicosités en passant cholinergiques et dopaminergiques sur des segments de fibre en microproximité réciproque est plus élevée comparé aux segments plus distants les uns des autres. Ce résultat suggère un enrichissement du nombre de varicosités axonales dans les zones d’interaction. 3. La densité des varicosités en passant sur des segments de fibre cholinergique en microproximité de cellules pyramidales, immunoúactives pour c-Fos après une stimulation visuelle et une stimulation électrique des noyaux cholinergiques projetant au mPFC est plus élevée que la densité des varicosités de segments en microproximité de cellules pyramidales non-activées. Ce résultat suggère un enrichissement des varicosités axonales dépendant de l’activité neuronale locale au niveau de la zone d'interaction avec d'autres éléments neuronaux. 4. La densité des varicosités en passant des fibres dopaminergiques a été significativement diminuée dans le mPFC de rats ayant subi une déplétion cholinergique dans le noyau accumbens, comparée aux témoins. Ces résultats supportent des interrelations entre la plasticité structurelle des varicosités dopaminergiques et le fonctionnement cortical. L’ensemble des donneès démontre une plasticité de la densité locale des varicosités axonales en fonction de l’activité neuronale locale. Cet enrichissement activité-dépendant contribue vraisemblablement au maintien d’une interaction neurochimique entre deux éléments neuronaux.

Novel molecular mechanisms of neuronal and vascular protection in experimental glaucoma

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie.

Role of the ASPP Family in the Regulation of p53-Mediated Apoptotic Death of Retinal Ganglion Cells after Optic Nerve Injury

Le glaucome est la première cause de cécité irréversible à travers le monde. À présent il n’existe aucun remède au glaucome, et les thérapies adoptées sont souvent inadéquates. La perte de vision causée par le glaucome est due à la mort sélective des cellules rétiniennes ganglionnaires, les neurones qui envoient de l’information visuelle de la rétine au cerveau. Le mécanisme principal menant au dommage des cellules rétiniennes ganglionnaires lors du glaucome n’est pas bien compris, mais quelques responsables putatifs ont été proposés tels que l’excitotoxicité, le manque de neurotrophines, la compression mécanique, l’ischémie, les astrocytes réactifs et le stress oxidatif, parmis d’autres. Indépendamment de la cause, il est bien établi que la perte des cellules rétiniennes ganglionnaires lors du glaucome est causée par la mort cellulaire programmée apoptotique. Cependant, les mécanismes moléculaires précis qui déclenchent l’apoptose dans les cellules rétiniennes ganglionnaires adultes sont mal définis. Pour aborder ce point, j’ai avancé l’hypothèse centrale que l’identification de voies de signalisations moléculaires impliquées dans la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires offrirait des avenues thérapeutiques pour ralentir ou même prévenir la mort de celles-ci lors de neuropathies oculaires telles que le glaucome. Dans la première partie de ma thèse, j’ai caractérisé le rôle de la famille de protéines stimulatrices d’apoptose de p53 (ASPP), protéines régulatrices de la famille p53, dans la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires. p53 est un facteur de transcription nucléaire impliqué dans des fonctions cellulaires variant de la transcription à l’apoptose. Les membres de la famille ASPP, soit ASPP1, ASPP2 et iASPP, sont des protéines de liaison de p53 qui régulent l’apoptose. Pourtant, le rôle de la famille des ASPP dans la mort des cellules rétiniennes ganglionnaires est inconnu. ASPP1 et ASPP2 étant pro-apoptotiques, l’hypothèse de cette première étude est que la baisse ciblée de ASPP1 et ASPP2 promouvrait la survie des cellules rétiniennes ganglionnaires après une blessure du nerf optique. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé de mort apoptotique neuronale induite par axotomie du nerf optique chez le rat de type Sprague Dawley. Les résultats de cette étude (Wilson et al. Journal of Neuroscience, 2013) ont démontré que p53 est impliqué dans la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires, et qu’une baisse ciblée de ASPP1 et ASPP2 par acide ribonucléique d’interference promeut la survie des cellules rétiniennes ganglionnaires. Dans la deuxième partie de ma thèse, j’ai caractérisé le rôle d’iASPP, le membre anti-apoptotique de la famille des ASPP, dans la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires. L’hypothèse de cette seconde étude est que la surexpression d’iASPP promouvrait la survie des cellules rétiniennes ganglionnaires après axotomie. Mes résultats (Wilson et al. PLoS ONE, 2014) démontrent que le knockdown ciblé de iASPP exacerbe la mort apoptotique des cellules rétiniennes ganglionnaires, et que la surexpression de iASPP par virus adéno-associé promeut la survie des cellules rétiniennes ganglionnaires. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes régulateurs sous-jacents la perte de cellules rétiniennes ganglionnaires par apoptose et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices pour le traitement de maladies neurodégénératives telles que le glaucome.

Fonction de la protéine Ceroid lipofuscinosis neuronal 5 (CLN5) dans le tri et le recyclage à l’endosome

Le tri et le transport efficace des hydrolases acides vers le lysosome jouent un rôle critique pour la fonction des cellules. Plus de 50 maladies humaines sont dues à des mutations des enzymes lysosomales, des protéines régulant des processus-clés du transport vers le lysosome ou des enzymes effectuant des modifications posttraductionnelles importantes pour la fonction du lysosome. L’objectif de cette thèse est d’identifier des protéines et des mécanismes permettant à la cellule de réguler le transport des enzymes vers le lysosome. Nous avons formulé l’hypothèse que des protéines mutées dans des maladies lysosomales et dont les fonctions étaient inconnues pouvaient jouer un rôle dans le transport vers le lysosome. Les céroïdes-lipofuscinoses neuronales forment une famille de maladies lysosomales rares mais sont aussi les maladies neurodégénératives infantiles les plus fréquentes. Plusieurs gènes impliqués dans les NCL encodent des protéines aux fonctions inconnues. Les travaux présentés dans cette thèse ont identifié la protéine « ceroid lipofuscinosis neuronal-5 » (CLN5) qui est localisée à l’endosome et au lysosome comme élément nécessaire au recrutement et à l’activation de rab7. Rab7 est une protéine Rab-clé qui contrôle le trafic à l’endosome tardif. Cette petite GTPase est impliquée dans le recrutement de retromer, un complexe protéique qui régule le trafic de l’endosome vers l’appareil de Golgi des récepteurs de tri lysosomal comme sortilin et le récepteur du mannose-6-phosphate. Dans les cellules où CLN5 est déplété, les récepteurs de tri lysosomal sont moins recyclés plus rapidement dégradés. En utilisant des expériences de photomarquage nous avons aussi pu démontrer que Rab7 est moins activées en l’absence de CLN5. Pour exécuter leur fonction les protéines rabs doivent être recrutée à la membrane et activées par l’échange d’une molécule de GDP pour une molécule de GTP. Le recrutement des Rabs à la membrane nécessite une modification posttraductionnelle lipidique pour être facilités. En utilisant un modèle de levures nous avons démontré que l’homologue de Rab7, Ypt7 est palmitoylée. Nous avons aussi démontré que la palmitoyltransférase Swif1 est nécessaire au recrutement de Ypt7 à la membrane. Nous avons aussi remarqué que les sous- unités de retromer chez la levure sont moins recrutées lorsque les palmitoyltransférases sont déplétées. Dans les cellules de mammifères nous avons démontré que Rab7 est également palmitoylé et que cette palmitoylation est possiblement effectuée par les palmitoyltransférases DHHC1 et DHHC8. La palmitoylation de Rab7 a lieu sur les cystéines en C-terminal qui sont nécessaires au recrutement membranaire et qui auparavant étaient uniquement décrites comme prénylées. En utilisant la méthode de « click chemistry » nous avons découvert que lorsque la prénylation de Rab7 est bloquée le niveau de palmitoylation augmente. Pour caractériser l’interaction entre CLN5 et Rab7 nous avons performé des expériences afin d’établir définitivement la topologie de cette protéine. Nous avons ainsi démontré que CLN5 est une protéine hautement glycosylée qui est initialement traduite en protéine transmembranaire et subséquemment clivée par un membre de la famille des peptidase de peptide signal (SPP). Cette protéine soluble peut alors possiblement interagir avec CLN3 qui est aussi palmitoylée pour recruter et activer Rab7. Nos études suggèrent pour la première fois que CLN5 pourrait être un recruteur et un activateur de Rab7 qui agirait avec la protéine CLN3 pour séquestrer Rab7 avec les autres récepteurs palmitoylés et permettre leur recyclage vers l’appareil de Golgi.

The citrus flavanone naringenin inhibits inflammatory signalling in glial cells and protects against neuroinflammatory injury

Neuroinflammation plays an integral role in the progression of neurodegeneration. In this study we investigated the anti-inflammatory effects of different classes of flavonoids (flavanones, flavanols and anthocyanidins) in primary mixed glial cells. We found that the flavanones naringenin and hesperetin and the flavols (+)-catechin and (-)-epicatechin, but not the anthocyanidins cyanidin and pelargonidin, attenuated LPS/IFN-gamma-induced TNF-alpha production in glial cells. Naringenin also inhibited LPS/IFN-gamma-induced iNOS expression and nitric oxide production in glial cells, thus showing the strongest antiinflammatory activity among all flavonoids tested. Moreover, naringenin protected against inflammatory-induced neuronal death in a primary neuronal-glial co-culture system. Naringenin also inhibited LPS/IFN-gamma-induced p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) phosphorylation and downstream signal transducer and activator of transcription-1 (STAT-1) in LPS/IFN-gamma stimulated primary mixed glial cells. Taken together, our results suggest that naringenin may produce an anti-inflammatory effect in LPS/IFN-gamma stimulated glial cells that may be due to its interaction with p38 signalling cascades and the STAT-I trascription factor. (C) 2009 Elseiver Inc. All rights reserved.

Rat brain serotonin neurones that express neuronal nitric oxide synthase have increased sensitivity to the substituted amphetamine serotonin toxins 3,4-methylenedioxymethamphetamine and p-chloroamphetamine

Substituted amphetamines such as p-chloroamphetamine and the abused drug methylenedioxymethamphetamine cause selective destruction of serotonin axons in rats, by unknown mechanisms. Since some serotonin neurones also express neuronal nitric oxide synthase, which has been implicated in neurotoxicity, the present study was undertaken to determine whether nitric oxide synthase expressing serotonin neurones are selectively vulnerable to methylenedioxymethamphetamine or p-chloroamphetamine. Using double-labeling immunocytochemistry and double in situ hybridization for nitric oxide synthase and the serotonin transporter, it was confirmed that about two thirds of serotonergic cell bodies in the dorsal raphe nucleus expressed nitric oxide synthase, however few if any serotonin transporter immunoreactive axons in striatum expressed nitric oxide synthase at detectable levels. Methylenedioxymethamphetamine (30 mg/kg) or p-chloroamphetamine (2 x 10 mg/kg) was administered to Sprague-Dawley rats, and 7 days after drug administration there were modest decreases in the levels of serotonin transporter protein in frontal cortex, and striatum using Western blotting, even though axonal loss could be clearly seen by immunostaining. p-Chloroamphetamine or methylenedioxymethamphetamine administration did not alter the level of nitric oxide synthase in striatum or frontal cortex, determined by Western blotting. Analysis of serotonin neuronal cell bodies 7 days after p-chloroamphetamine treatment, revealed a net down-regulation of serotonin transporter mRNA levels, and a profound change in expression of nitric oxide synthase, with 33% of serotonin transporter mRNA positive cells containing nitric oxide synthase mRNA, compared with 65% in control animals. Altogether these results support the hypothesis that serotonin neurones which express nitric oxide synthase are most vulnerable to substituted amphetamine toxicity, supporting the concept that the selective vulnerability of serotonin neurones has a molecular basis.

Relation between neuronal morphology and electrophysiology in the Kainate lesion model of Alzheimer's Disease

This paper describes a computational and statistical study of the influence of morphological changes on the electrophysiological response of neurons from an animal model of Alzheimer's Disease (AD). We combined experimental morphological data from rat hippocampal CA1 pyramidal cells with a well-established model of active membrane properties. Dendritic morphology and the somatic response to simulated current clamp conditions were then compared for cells from the control and the AD group. The computational approach allowed us to single out the influences of neuromorphology on neuronal response by eliminating the effects of active channel variability. The results did not reveal a simple relationship between morphological changes associated with AD and changes in neural response. However, they did suggest the existence of more complex than anticipated relationships between dendritic morphology and single-cell electrophysiology.

Gap junction-mediated spontaneous Ca(2+) waves in differentiated cholinergic SN56 cells

Neuronal gap junctions are receiving increasing attention as a physiological means of intercellular communication, yet our understanding of them is poorly developed when compared to synaptic communication. Using microfluorimetry, we demonstrate that differentiation of SN56 cells (hybridoma cells derived from murine septal neurones) leads to the spontaneous generation of Ca(2+) waves. These waves were unaffected by tetrodotoxin (1microM), but blocked by removal of extracellular Ca(2+), or addition of non-specific Ca(2+) channel inhibitors (Cd(2+) (0.1mM) or Ni(2+) (1mM)). Combined application of antagonists of NMDA receptors (AP5; 100microM), AMPA/kainate receptors (NBQX; 20microM), nicotinic AChR receptors (hexamethonium; 100microM) or inotropic purinoceptors (brilliant blue; 100nM) was also without effect. However, Ca(2+) waves were fully prevented by carbenoxolone (200microM), halothane (3mM) or niflumic acid (100microM), three structurally diverse inhibitors of gap junctions, and mRNA for connexin 36 was detected by PCR. Whole-cell patch-clamp recordings revealed spontaneous inward currents in voltage-clamped cells which we inhibited by Cd(2+), Ni(2+) or niflumic acid. Our data suggest that differentiated SN56 cells generated spontaneous Ca(2+) waves which are propagated by intercellular gap junctions. We propose that this system can be exploited conveniently for the development of neuronal gap junction modulators.

Alpha-synuclein modulation of Ca2+ signaling in human neuroblastoma (SH-SY5Y) cells

Parkinson's disease (PD) is characterized in part by the presence of alpha-synuclein (alpha-syn) rich intracellular inclusions (Lewy bodies). Mutations and multiplication of the alpha-synuclein gene (SNCA) are associated with familial PD. Since Ca2+ dyshomeostasis may play an important role in the pathogenesis of PD, we used fluorimetry in fura-2 loaded SH-SY5Y cells to monitor Ca2+ homeostasis in cells stably transfected with either wild-type alpha-syn, the A53T mutant form, the S129D phosphomimetic mutant or with empty vector (which served as control). Voltage-gated Ca2+ influx evoked by exposure of cells to 50 mM K+ was enhanced in cells expressing all three forms of alpha-syn, an effect which was due specifically to increased Ca2+ entry via L-type Ca2+ channels. Mobilization of Ca2+ by muscarine was not strikingly modified by any of the alpha-syn forms, but they all reduced capacitative Ca2+ entry following store depletion caused either by muscarine or thapsigargin. Emptying of stores with cyclopiazonic acid caused similar rises of [Ca2+](i) in all cells tested (with the exception of the S129D mutant), and mitochondrial Ca2+ content was unaffected by any form of alpha-synuclein. However, only WT alpha-syn transfected cells displayed significantly impaired viability. Our findings suggest that alpha-syn regulates Ca2+ entry pathways and, consequently, that abnormal alpha-syn levels may promote neuronal damage through dysregulation of Ca2+ homeostasis.

Infra-red laser ablative micromachining of parylene-C on SiO2substrates for rapid prototyping, high yield, human neuronal cell patterning

Cell patterning commonly employs photolithographic methods for the micro fabrication of structures on silicon chips. These require expensive photo-mask development and complex photolithographic processing. Laser based patterning of cells has been studied in vitro and laser ablation of polymers is an active area of research promising high aspect ratios. This paper disseminates how 800 nm femtosecond infrared (IR) laser radiation can be successfully used to perform laser ablative micromachining of parylene-C on SiO2 substrates for the patterning of human hNT astrocytes (derived from the human teratocarcinoma cell line (hNT)) whilst 248 nm nanosecond ultra-violet laser radiation produces photo-oxidization of the parylene-C and destroys cell patterning. In this work, we report the laser ablation methods used and the ablation characteristics of parylene-C for IR pulse fluences. Results follow that support the validity of using IR laser ablative micromachining for patterning human hNT astrocytes cells. We disseminate the variation in yield of patterned hNT astrocytes on parylene-C with laser pulse spacing, pulse number, pulse fluence and parylene-C strip width. The findings demonstrate how laser ablative micromachining of parylene-C on SiO2 substrates can offer an accessible alternative for rapid prototyping, high yield cell patterning with broad application to multi-electrode arrays, cellular micro-arrays and microfluidics.