Ultra-low concentrations of naloxone selectively antagonize excitatory effects of morphine on sensory neurons, thereby increasing its antinociceptive potency and attenuating tolerance/dependence during chronic cotreatment.

Ultra-low picomolar concentrations of the opioid antagonists naloxone (NLX) and naltrexone (NTX) have remarkably potent antagonist actions on excitatory opioid receptor functions in mouse dorsal root ganglion (DRG) neurons, whereas higher nanomolar concentrations antagonize excitatory and inhibitory opioid functions. Pretreatment of naive nociceptive types of DRG neurons with picomolar concentrations of either antagonist blocks excitatory prolongation of the Ca(2+)-dependent component of the action potential duration (APD) elicited by picomolar-nanomolar morphine and unmasks inhibitory APD shortening. The present study provides a cellular mechanism to account for previous reports that low doses of NLX and NTX paradoxically enhance, instead of attenuate, the analgesic effects of morphine and other opioid agonists. Furthermore, chronic cotreatment of DRG neurons with micromolar morphine plus picomolar NLX or NTX prevents the development of (i) tolerance to the inhibitory APD-shortening effects of high concentrations of morphine and (ii) supersensitivity to the excitatory APD-prolonging effects of nanomolar NLX as well as of ultra-low (femtomolar-picomolar) concentrations of morphine and other opioid agonists. These in vitro studies suggested that ultra-low doses of NLX or NTX that selectively block the excitatory effects of morphine may not only enhance the analgesic potency of morphine and other bimodally acting opioid agonists but also markedly attenuate their dependence liability. Subsequent correlative studies have now demonstrated that cotreatment of mice with morphine plus ultra-low-dose NTX does, in fact, enhance the antinociceptive potency of morphine in tail-flick assays and attenuate development of withdrawal symptoms in chronic, as well as acute, physical dependence assays.

Regulation of excitatory transmission at hippocampal synapses by calbindin D28k.

Distinct subpopulations of neurons in the brain contain one or more of the Ca(2+)-binding proteins calbindin D28k, calretinin, and parvalbumin. Although it has been shown that these high-affinity Ca(2+)-binding proteins can increase neuronal Ca2+ buffering capacity, it is not clear which aspects of neuronal physiology they normally regulate. To investigate this problem, we used a recently developed method for expressing calbindin D28k in the somatic and synaptic regions of cultured hippocampal pyramidal neurons. Ninety-six hours after infection with a replication-defective adenovirus containing the calbindin D28k gene, essentially all cultured hippocampal pyramidal neurons robustly expressed calbindin D28k. Our results demonstrate that while calbindin D28k does not alter evoked neurotransmitter release at excitatory pyramidal cell synapses, this protein has a profound effect on synaptic plasticity. In particular, we show that calbindin D28k expression suppresses posttetanic potentiation.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

Morphine-3-glucuronide's neuro-excitatory effects are mediated via indirect activation of N-methyl-D-aspartic acid receptors: Mechanistic studies in embryonic cultured hippocampal neurones

Indirect evidence indicates that morphine-3-glucuronide (M3G) may contribute significantly to the neuro-excitatory side effects (myoclonus and allodynia) of large-dose systemic morphine. To gain insight into the mechanism underlying M3G' s excitatory behaviors, We used fluo-3 fluorescence digital imaging techniques to assess the acute effects of M3G (5-500 muM) on the cytosolic calcium concentration ([Ca2+](CYT)) in cultured embryonic hippocampal neurones. Acute (3 min) exposure of neurones to M3G evoked [Ca2+](CYT) transients that were typically either (a) transient oscillatory responses characterized by a rapid increase in [Ca2+](CYT) oscillation amplitude that was sustained for at least similar to30 s or (b) a sustained increase in [Ca2+](CYT) that slowly recovered to baseline. Naloxone-pretreatment decreased the proportion of M3G-responsive neurones by 10%-25%, implicating a predominantly non-opioidergic mechanism. Although the naloxone-insensitive M3G-induced increases in [Ca2+](CYT) were completely blocked by N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) antagonists and 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX) (alphaamino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropiordc acid/ kainate antagonist), CNQX did not block the large increase in [Ca2+](CYT) evoked by NMDA (as expected), confirming that N13G indirectly activates the NMDA receptor. Additionally, tetrodotoxin (Na+ channel blocker), baclofen (gamma-aminobutyric acid, agonist), MVIIC (P/Q-type calcium channel blocker), and nifedipine (L-type calcium channel blocker) all abolished M3G-induced increases in [Ca2+](CYT), suggesting that M3G may produce its neuro-excitatory effects by modulating neurotransmitter release. However, additional characterization is required.

SK channels regulate excitatory synaptic transmission and plasticity in the lateral amygdala

At glutamatergic synapses, calcium influx through NMDA receptors (NMDARs) is required for long-term potentiation (LTP); this is a proposed cellular mechanism underlying memory and learning. Here we show that in lateral amygdala pyramidal neurons, SK channels are also activated by calcium influx through synaptically activated NMDARs, resulting in depression of the synaptic potential. Thus, blockade of SK channels by apamin potentiates fast glutamatergic synaptic potentials. This potentiation is blocked by the NMDAR antagonist AP5 (D(-)-2-amino-5-phosphono-valeric acid) or by buffering cytosolic calcium with BAPTA. Blockade of SK channels greatly enhances LTP of cortical inputs to lateral amygdala pyramidal neurons. These results show that NMDARs and SK channels are colocalized at glutamatergic synapses in the lateral amygdala. Calcium influx through NMDARs activates SK channels and shunts the resultant excitatory postsynaptic potential. These results demonstrate a new role for SK channels as postsynaptic regulators of synaptic efficacy.

Isolation and characterisation of conomap-Vt, a D-amino acid containing excitatory peptide from the venom of a vermivorous cone snail

Cone snail venom is a rich source of bioactives, in particular small disulfide rich peptides that disrupt synaptic transmission. Here, we report the discovery of conomap-Vt (Conp-Vt), an unusual linear tetradecapeptide isolated from Conus vitulinus venom. The sequence displays no homology to known conopeptides, but displays significant homology to peptides of the MATP (myoactive tetradecapeptide) family, which are important endogenous neuromodulators in molluscs, annelids and insects. Conp-Vt showed potent excitatory activity in several snail isolated tissue preparations. Similar to ACh, repeated doses of Conp-Vt were tachyphylactic. Since nicotinic and muscarinic antagonists failed to block its effect and Conp-Vt desensitised tissue remained responsive to ACh, it appears that Conp-Vt contractions were non-cholinergic in origin. Finally, biochemical studies revealed that Conp-Vt is the first member of the MATP family with a D-amino acid. Interestingly, the isomerization of L-Phe to D-Phe enhanced biological activity, suggesting that this post-translational modified conopeptide may have evolved for prey capture. (c) 2006 Published by Elsevier B.V. on behalf of the Federation of European Biochemical Societies.