Phospholipase C-linked receptors regulate the ATP-sensitive potassium channel by means of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate metabolism

In the COS7 cells transfected with cDNAs of the Kir6.2, SUR2A, and M1 muscarinic receptors, we activated the ATP-sensitive potassium (KATP) channel with a K+ channel opener and recorded the whole-cell KATP current. The KATP current was reversibly inhibited by the stimulation of the M1 receptor, which is linked to phospholipase C (PLC) by the Gq protein. The receptor-mediated inhibition was observed even when protein kinase C (PKC) was inhibited by H-7 or by chelating intracellular Ca2+ with 10 mM 1,2-bis(2-aminophenoxy)ethane-N,N,N′,N′-tetraacetate (BAPTA) included in the pipette solution. However, the receptor-mediated inhibition was blocked by U-73122, a PLC inhibitor. M1-receptor stimulation failed to inhibit the KATP current activated by the injection of exogenous phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) through the whole-cell patch pipette. The receptor-mediated inhibition became irreversible when the replenishment of PIP2 was blocked by wortmannin (an inhibitor of phosphatidylinositol kinases), or by including adenosine 5′-[β,γ–imido]triphosphate (AMPPNP, a nonhydrolyzable ATP analogue) in the pipette solution. In inside-out patch experiments, the ATP sensitivity of the KATP channel was significantly higher when the M1 receptor in the patch membrane was stimulated by acetylcholine. The stimulatory effect of pinacidil was also attenuated under this condition. We postulate that stimulation of PLC-linked receptors inhibited the KATP channel by increasing the ATP sensitivity, not through PKC activation, but most probably through changing PIP2 levels.

Elevation of intracellular calcium by muscarinic receptor activation induces a block of voltage-activated rat ether-à-go-go channels in a stably transfected cell line.

We have studied the properties of r-eag voltage-activated potassium channels in a stably transfected human embryonic kidney cell line. It was found that r-eag channels are rapidly and reversibly inhibited by a rise in intracellular calcium from 30 to 300 nM. The inhibition does not appear to depend on the activity of calcium-dependent kinases and phosphatases. The effect of calcium on r-eag channel activity was studied in inside-out membrane patches. Calcium inhibited r-eag channel activity with a mean IC50 of 67 nM. Activation of muscarinic receptors, generating calcium oscillations in the transfected cells, induced a synchronous inhibition of r-eag mediated outward currents. This shows that calcium can mediate r-eag current inhibition following muscarinic receptor activation. The data indicate that r-eag channels are calcium-inhibitable voltage-activated potassium channels.

Amyloid beta-peptide disrupts carbachol-induced muscarinic cholinergic signal transduction in cortical neurons.

Cholinergic pathways serve important functions in learning and memory processes, and deficits in cholinergic transmission occur in Alzheimer disease (AD). A subset of muscarinic cholinergic receptors are linked to G-proteins that activate phospholipase C, resulting in the liberation of inositol trisphosphate and Ca2+ release from intracellular stores. We now report that amyloid beta-peptide (Abeta), which forms plaques in the brain in AD, impairs muscarinic receptor activation of G proteins in cultured rat cortical neurons. Exposure of rodent fetal cortical neurons to Abeta25-35 and Abeta1-40 resulted in a concentration and time-dependent attenuation of carbachol-induced GTPase activity without affecting muscarinic receptor ligand binding parameters. Downstream events in the signal transduction cascade were similarly attenuated by Abeta. Carbachol-induced accumulation of inositol phosphates (IP, IP2, IP3, and IP4) was decreased and calcium imaging studies revealed that carbachol-induced release of calcium was severely impaired in neurons pretreated with Abeta. Muscarinic cholinergic signal transduction was disrupted with subtoxic levels of exposure to AP. The effects of Abeta on carbachol-induced GTPase activity and calcium release were attenuated by antioxidants, implicating free radicals in the mechanism whereby Abeta induced uncoupling of muscarinic receptors. These data demonstrate that Abeta disrupts muscarinic receptor coupling to G proteins that mediate induction of phosphoinositide accumulation and calcium release, findings that implicate Abeta in the impairment of cholinergic transmission that occurs in AD.

A heterotrimeric G protein complex couples the muscarinic m1 receptor to phospholipase C-beta.

We addressed the question as to which subtypes of G protein subunits mediate the activation of phospholipase C-beta by the muscarinic m1 receptor. We used the rat basophilic leukemia cell line RBL-2H3-hm1 stably transfected with the human muscarinic m1 receptor cDNA. We microinjected antisense oligonucleotides into the nuclei of the cells to inhibit selectively the expression of G protein subunits; 48 hr later muscarinic receptors were activated by carbachol, and the increase in free cytosolic calcium concentration ([Ca2+]i) was measured. Antisense oligonucleotides directed against the mRNA coding for alpha(q) and alpha11 subunits both suppressed the carbachol-induced increase in [Ca2+]i. In cells injected with antisense oligonucleotides directed against alpha(o1) and alpha14 subunits, the carbachol effect was unchanged. A corresponding reduction of Galpha(q), and Galpha11 proteins by 70-80% compared to uninjected cells was immunochemically detected 2 days after injection of a mixture of alpha(q) and alpha11 antisense oligonucleotides. Expression of Galpha(q) and Galpha11 completely recovered after 4 days. Cells injected with antisense oligonucleotides directed against the mRNAs encoding for beta1, beta4, and gamma4 subunits showed a suppression of the carbachol-induced increase in [Ca2+]i compared to uninjected cells measured at the same time from the same coverslip, whereas in cells injected with antisense oligonucleotides directed against the beta2, beta3, gamma1, gamma2, gamma3, gamma5, and gamma7 subunits, no suppression of carbachol effect was observed. In summary, the results from RBL-2H3-hm1 cells indicate that the m1 receptor utilizes a G protein complex composed of the subunits alpha(q), alpha11, beta1, beta4, and gamma4 to activate phospholipase C.

Muscarinic acetylcholine receptor down-regulation limits the extent of inhibition of cell cycle progression in Chinese hamster ovary cells.

Cellular desensitization is believed to be important for growth control but direct evidence is lacking. In the current study we compared effects of wild-type and down-regulation-resistant mutant m3 muscarinic receptors on Chinese hamster ovary (CHO-K1) cell desensitization, proliferation, and transformation. We found that down-regulation of m3 muscarinic acetylcholine receptors was the principal mechanism of desensitization of receptor-activated inositol phosphate phospholipid hydrolysis in these cells. Activation of wild-type and mutant receptors inhibited anchorage-independent growth as assayed by colony formation in agar. However, the potency for inhibition of anchorage-independent growth was greater for cells expressing the mutant receptor. Activation of either receptor also initially inhibited anchorage-dependent cell proliferation in randomly growing populations. Rates of DNA synthesis and cell division were profoundly reduced by carbachol in cells expressing either receptor at early time points. Analysis of cell cycle parameters indicated that cell cycle progression was inhibited at transitions from G1 to S and G2/M to G1 phases. However, mutant receptor effects on anchorage-dependent growth were sustained, whereas wild-type receptor effects were transient. Thus, receptor down-regulation restored cell cycle progression. In contrast, activation of either receptor blocked entry into the cell cycle from quiescence, and this response was not reduced by receptor down-regulation. Therefore, activation of m3 muscarinic acetylcholine receptors inhibited CHO cell anchorage-dependent and -independent growth. In anchored cells carbachol inhibited the cell cycle at three distinct points. Inhibitions at two of these points were eliminated by wild-type receptor down-regulation while the other was not. These results directly demonstrate that desensitization mechanisms can act as principal determinants of cellular growth responses.

Deletion of TRPC4 and TRPC6 in Mice Impairs Smooth Muscle Contraction and Intestinal Motility In Vivo.

BACKGROUND & AIMS: Downstream effects of muscarinic receptor stimulation in intestinal smooth muscle include contraction and intestinal transit. We thought to determine whether classic transient receptor potential (TRPC) channels integrate the intracellular signaling cascades evoked by the stimulated receptors and thereby contribute to the control of the membrane potential, Ca-influx, and cell responses. METHODS: We created trpc4-, trpc6-, and trpc4/trpc6-gene-deficient mice and analyzed them for intestinal smooth muscle function in vitro and in vivo. RESULTS: In intestinal smooth muscle cells TRPC4 forms a 55 pS cation channel and underlies more than 80% of the muscarinic receptor-induced cation current (mI(CAT)). The residual mI(CAT) depends on the expression of TRPC6, indicating that TRPC6 and TRPC4 determine mI(CAT) channel activity independent of other channel subunits. In TRPC4-deficient ileal myocytes the carbachol-induced membrane depolarizations are diminished greatly and the atropine-sensitive contraction elicited by acetylcholine release from excitatory motor neurons is reduced greatly. Additional deletion of TRPC6 aggravates these effects. Intestinal transit is slowed down in mice lacking TRPC4 and TRPC6. CONCLUSIONS: In intestinal smooth muscle cells TRPC4 and TRPC6 channels are gated by muscarinic receptors and are responsible for mI(CAT). They couple muscarinic receptors to depolarization of intestinal smooth muscle cells and voltage-activated Ca(2+)-influx and contraction, and thereby accelerate small intestinal motility in vivo.

Exercice physique et athérosclérose : quels sont les mécanismes physiologiques et moléculaires de l'exercice qui préviennent et protègent de l'athérosclérose? : approche chez un modèle expérimental d'athérosclérose : la souris génétiquement dépourvue en apolipoprotéine E (apoE-/-)

RESUME : L'athérosclérose, pathologie inflammatoire artérielle chronique, est à l'origine de la plupart des maladies cardiovasculaires qui constituent l'une des premières causes de morbidité et mortalité en France. Les études observationnelles et expérimentales montrent que l'exercice physique prévient la mortalité cardiovasculaire. Cependant, les mécanismes précisant les bénéfices cliniques de l'exercice sur l'athérosclérose sont encore largement inconnus. Le but général de ce travail a donc été d'explorer, en utilisant un modèle expérimental d'athérosclérose, la souris hypercholestérolémique génétiquement dépourvue en apolipoprotéine E (apoE-/-), les mécanismes athéroprotecteurs de l'exercice. La dysfonction endothéliale, généralement associée aux facteurs de risque cardiovasculaire, serait l'une des étapes précoces majeures de l'athérogenèse. Elle est caractérisée par une diminution de la biodisponibilité en monoxyde d'azote (NO) avec la perte de ses propriétés vasculo-protectrices, ce qui favorise un climat pro-athérogène (stress oxydatif, adhésion et infiltration des cellules inflammatoires dans la paroi artérielle...) conduisant à la formation de la plaque athéromateuse. L'objectif de notre premier travail a donc été d'explorer les effets de l'exercice d'une part, sur le développement des plaques athéromateuses et d'autre part, sur la fonction endothéliale de la souris apoE-/-. Nos résultats montrent que l'exercice réduit significativement l'extension de l'athérosclérose et prévient la dysfonction endothéliale. L'explication pharmacologique montre que l'exercice stimule la fonction endothéliale via, notamment, une plus grande sensibilité des récepteurs endothéliaux muscariniques, ce qui active les événements signalétiques cellulaires récepteurs-dépendants à l'origine d'une bioactivité accrue de NO. Les complications cliniques graves de l'athérosclérose sont induites par la rupture de la plaque instable provoquant la formation d'un thrombus occlusif et l'ischémie du territoire tissulaire en aval. L'objectif de notre deuxième travail a été d'examiner l'effet de l'exercice sur la qualité/stabilité de la plaque. Nos résultats indiquent que l'exercice de longue durée stabilise la plaque en augmentant le nombre de cellules musculaires lisses et en diminuant le nombre de macrophages intra-plaques. Nos résultats montrent aussi que la phosphorylation de la eNOS (NO Synthase endothéliale) Akt-dépendante n'est pas le mécanisme moléculaire majeur à l'origine de ce bénéfice. Enfin, dans notre troisième travail, nous avons investigué l'effet de l'exercice sur le développement de la plaque vulnérable. Nos résultats montrent, chez un modèle murin de plaque instable (modèle d'hypertension rénovasculaire à rénine et angiotensine II élevés) que l'exercice prévient l'apparition de la plaque vulnérable indépendamment d'un effet hémodynamique. Ce bénéfice serait associé à une diminution de l'expression vasculaire des récepteurs AT1 de l'Angiotensine II. Nos résultats justifient l'importance de l'exercice comme outil préventif des maladies cardiovasculaires. ABSTRACT : Atherosclerosis, a chronic inflammatory disease, is one of the main causes of morbidity and mortality in France. Observational and experimental data indicate that regular physical exercise has a positive impact on cardiovascular mortality. However, the mechanisms by which exercise exerts clinical benefits on atherosclerosis are still unknown. The general aim of this work was to elucidate the anti-atherosclerotic effects of exercise, using a mouse model of atherosclerosis: the apolipoprotein E-deficient mice (apoE-/- mice). Endothelial dysfunction, generally associated with cardiovascular risk factors, has been recognized to be a major and early step in atherogenesis. Endothelial dysfunction is characterized by Nitric Oxide (NO) biodisponibility reduction with loss of NO-mediated vasculoprotective actions. This leads to vascular effects such as increased oxidative stress and increased adhesion of inflammatory cells into arterial wall thus playing a role in atherosclerotic plaque development. Therefore, one of the objective of our study was to explore the effects of exercise on atherosclerotic plaque extension and on endothelial function in apoE-/- mice. Results show that exercise significantly reduces plaque progression and prevents endothelial dysfunction. Pharmacological explanation indicates that exercise stimulates endothelial function by increasing muscarinic receptors sensitivity which in turn activates intracellular signalling receptor-dependent events leading to increased NO bioactivity. The clinical manifestations of atherosclerosis are the consequences of unstable plaque rupture with thrombus formation leading to tissue ischemia. The second aim of our work was to determine the effect of exercise on plaque stability. We demonstrate that long-term exercise stabilizes atherosclerotic plaques as shown by decreased macrophage and increased Smooth Muscle Cells plaque content. Our results also suggest that the Akt-dependent eNOS phosphorylation pathway is not the primary molecular mechanism mediating these beneficial effects. Finally, we assessed a putative beneficial effect of exercise on vulnerable plaque development. In a mouse model of Angiotensine II (Ang II)-mediated vulnerable atherosclerotic plaques, we provide fist evidence that exercise prevents atherosclerosis progression and plaque vulnerability. The beneficial effect of swimming was associated with decreased aortic Ang II AT1 receptor expression independently from any hemodynamic change. These findings suggest clinical benefit of exercise in terms of cardiovascular event protection.

Differences in atrial fibrillation properties under vagal nerve stimulation versus atrial tachycardia remodeling

Fond : Le substrat de fibrillation auriculaire (FA) vagale et celui secondaire à remodelage par tachycardie auriculaire (RTA) partagent beaucoup des caractéristiques : période réfractaire efficace (PRE) réduite, hétérogénéité accrue de PRE et quelques mécanismes moléculaires communs. Cette étude a comparé les 2 substrats à une abréviation comparable de PRE. Méthodes : Chez chacun de 6 chiens de groupe de stimulation vagal (SV), les paramètres de stimulation cervicale bilatérale de nerves vagaux ont été ajustés pour produire la même PRE moyenne (calculé à 8 sites des oreillettes gauche et droite) avec 6 chiens de groupe de RTA assorti à sexe et poids. Des paramètres électrophysiologiques, la durée moyenne de la fibrillation auriculaire (DAF) et les fréquences dominantes (FD) locales ont étés calculés. Résultats : En dépit des PREs assorties (SV: 80±12msec contre RTA: 79±12msec) la DAF était plus longue (*), l’hétérogénéité de conduction était plus élevée (*), la FD était plus rapide (*) et la variabilité de FD plus grande (*) chez les chiens SV. Les zones de maximum FD qui reflètent les zones d’origine de FA étaient à côté de ganglions autonomes chez les chiens SV. Conclusions : Pour un PRE atriale comparable, la FA secondaire à SV est plus rapide et plus persistante que la FA avec un substrat de RTA. Ces résultats sont consistants avec des modèles de travail suggérant que l'hyperpolarisation SV-induite contribue de façon important à la stabilisation et à l'accélération des rotors qui maintiennent la FA. La similitude de la distribution de FD du groupe vagal avec la distribution des lésions d’ablation après cartographie des électrogrammes atriales fragmentés suggère des nouvelles techniques d’ablation. La distribution des FD entre le SV et le RTA fournit de nouvelles idées au sujet de possible rémodelage neuroreceptorial et indique des différences importantes entre ces substrats de FA superficiellement semblables.

Effet de la transmission cholinergique sur la cartographie fonctionnelle du cortex visuel du rongeur

La transmission cholinergique, et notamment muscarinique, joue un rôle déterminant dans le système nerveux central au niveau de la modulation de la plasticité neuronale. La libération d'ACh dans le cortex visuel est concomitante à la présentation de stimuli visuels. Par son action sur la transmission neuronale corticale, l'ACh module à long terme les réponses à de nouveaux stimuli sensoriels. Dans la présente étude, l'implication du système cholinergique au niveau du développement cortical et de la plasticité inductible chez l'adulte a été étudiée par les techniques d'imagerie optique des signaux intrinsèques et d'immunohistochimie chez le rongeur. Ces deux techniques de cartographie de l'activité corticale nous ont permis d'évaluer, d'une part, l'impact modulatoire de l'acétylcholine (ACh) et de ses récepteurs muscariniques (mAChRs, M1 à M5) sur l'organisation fonctionnelle du cortex visuel chez des souris déficitaires pour les mAChRs et, d'autre part, l'impact de la libération d'ACh lors d'un entraînement visuel, sur le nombre, la nature neurochimique et la localisation au niveau des couches corticales des neurones corticaux activés. L'implication du système cholinergique sur la cartographie du cortex visuel primaire a été étudiée sur les souris génétiquement modifiées délétères (knock out : KO) pour différentes combinaisons de sous-types de mAChRs. L'imagerie des signaux intrinsèques, basée sur les changements de réflectance corticale de la lumière survenant lors de la consommation d'oxygène par les neurones activés, a permis de déterminer, lors de stimulations visuelles, les différentes composantes des propriétés des neurones du cortex visuel. La taille des champs récepteurs des neurones est diminuée lors de l'absence du récepteur M1 ou de la combinaison M1/M3. Le champ visuel apparent est augmenté chez les souris M2/M4-KO mais diminué chez les M1-KO. La finesse des connectivités neuronales (évaluée par la mesure du scatter du signal) est réduite lors de l'absence des récepteurs M2/M4. Finalement, chez les animaux M1/M3-KO, une diminution de l'acuité visuelle est observée. L'effet à long-terme d'un entraînement visuel couplé à une stimulation des neurones cholinergiques sur la distribution et la nature des neurones immunoréactifs au c-Fos, c'est-à-dire les neurones activés, a été évalué. Puisque cette stimulation combinée est en mesure de produire des modifications comportementales, notamment au niveau de l'acuité visuelle, il devenait intéressant de s'attarder aux modifications neuroanatomiques et de déterminer quels éléments de l'équilibre excitateur/inhibiteur sont compromis chez ces animaux. Les résultats obtenus démontrent que les animaux ayant reçu une combinaison de l'entraînement cholinergique et visuel présentent une augmentation du marquage c-Fos comparativement aux animaux n'ayant reçu que la stimulation cholinergique. D'autre part, chez ces animaux, il est possible d'observer des modifications de l'équilibre excitateur/inhibiteur qui correspond au potentiel plastique de la région. En conclusion, ces études démontrent un rôle important du système cholinergique dans le développement, la maturation et la plasticité du système visuel cérébral.

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

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

L’altération des interactions neurone-glie à la jonction neuromusculaire de souris âgées

Durant le vieillissement, l’ensemble des fonctions de l’organisme se détériore, que ce soit aussi bien au niveau moteur que cognitif. Le vieillissement s’accompagne d’une diminution de la force, ainsi que de la masse musculaire. Des études récentes tendent à montrer que cette perte de masse musculaire que l’on appelle sarcopénie aurait pour origine un dérèglement de la jonction neuromusculaire. Les changements au niveau du présynaptique et du post synaptiques lors du vieillissement normal font l’objet de plusieurs études, mais les changements relatifs aux cellules de Schwann périsynaptique sont très peu connus. Le but de cette étude est donc d’analyser les modifications des interactions neurone-glie à la jonction neuromusculaire. Dans cette étude, nous montrons que certaines fonctions des cellules gliales de la synapse âgée sont déréglées, en particulier, le type de récepteurs activés par une stimulation nerveuse à haute fréquence. D’autre part, nos résultats montrent que les mécanismes responsables de l’augmentation de la transmission synaptique suite à cette stimulation nerveuse à haute fréquence sont altérés à la synapse âgée. Enfin, outre les modifications de la terminaison axonale et de la fibre musculaire, les cellules gliales montrent des signes de réorganisation structurelle propre à une synapse en réparation. Ces résultats montrent que le fonctionnement de la jonction neuromusculaire et a fortiori les interactions neurones-glie sont altérées lors du vieillissement normal.

Mechanism of acetylcholine-induced calcium signaling during neuronal differentiation of P19 embryonal carcinoma cells in vitro

Muscarinic (mAChRs) and nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are involved in various physiological processes, including neuronal development. We provide evidence for expression of functional nicotinic and muscarinic receptors during differentiation of P19 carcinoma embryonic cells, as an in vitro model of early neurogenesis. We have detected expression and activity alpha(2)-alpha(7), beta(2), beta(4) nAChR and M1-M5 mAChR subtypes during neuronal differentiation. Nicotinic alpha(3) and beta(2) mRNA transcription was induced by addition of retinoic acid to P19 cells. Gene expression Of alpha(2), alpha(4)-alpha(7), beta(4) nAChR subunits decreased during initial differentiation and increased again when P19 cells underwent final maturation. Receptor response in terms of nicotinic agonist-evoked Ca2+, flux was observed in embryonic and neuronal-differentiated cells. Muscarinic receptor response, merely present in undifferentiated P19 cells, increased during neuronal differentiation. The nAChR-induced elevation of intracellular calcium ([Ca2+](i)) response in undifferentiated cells was due to Ca2+ influx. In differentiated P19 neurons the nAChR-induced [Ca2+](i) response was reduced following pretreatment with ryanodine, while the mAChR-induced response was unaffected indicating the contribution of Ca2+ release from ryanodine-sensitive stores to nAChR- but not mAChR-mediated Ca2+ responses. The presence of functional nAChRs in embryonic cells suggests that these receptors are involved in triggering Ca2+ waves during initial neuronal differentiation. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Role of the medial septal area on pilocarpine-induced salivary secretion and water intake

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Enhanced airways responsiveness in rats depleted of sensory neuropeptides by neonatal capsaicin treatment

This study aimed to investigate the in vivo and in vitro reactivity of airway smooth muscle in rats depleted of sensory neuropeptides by treatment with capsaicin at neonatal stage. Wistar rats were neonatally injected with either capsaicin (50 mg/kg, s.c., 2nd day of life) or its vehicle (10% ethanol and 10% Tween 80, in 0.9% w/v NaCl solution) and used at adult ages (60-70 days later). Analysis of the lungs showed a higher number of infiltrating neutrophils, eosinophils and mononuclear cells into the peribronchiolar regions of capsaicin-pretreated rats compared to vehicle group. This was associated with a higher contraction index of bronchiolar wall in the capsaicin group. The in vitro tracheal reactivity in response to methacholine (full muscarinic agonist) and pilocarpine (partial muscarinic agonist) was also significantly higher in capsaicin-pretreated rats compared to vehicle group. In conclusion, the neuropeptide depletion by capsaicin neonatal treatment lead to marked contraction of the rat airways at adult age, suggesting a protective role for C fibers in the lungs. (C) 2003 Elsevier B.V. Ireland Ltd. All rights reserved.

Modulation of coronary flow and cardiomyocyte size by sensory fibers

Cardiac tissue is densely innervated by sensory neurons that an believed to play important modulatory roles in cardiac functions. In this study, pretreatment of neonate mts with capsaicin was performed. In adult rats, cardiomyocyte size and amount of fibrous tissue in left ventricles as well as in vitro coronary flow were evaluated, the chronotropic and inotropic responses to beta-adrenoceptor agonists (norepinephrine and isoproterenol), muscarinic agonists (carbachol and pilocarpine), and calcitonin gene-related peptide (CGRP) were also investigated with the use of the isolated right atria preparation. Capsaicin pretreatment significantly (P<0.05) reduced both basal coronary flow (18% reduction) and cardiomyocyte size (34% reduction) without affecting the amount of fibrous tissues in the left ventricles. The positive inotropic and chronotropic effects in response to norepinephrine in the isolated rat heart did not significantly differ between control and capsaicin-treated rats, Similarly, the positive chronotropic effects in response to norepinephrine, isoproterenol, and CGRP as well as the negative chronotropic responses to carbachol and pilocarpine in the isolated light atria were not affected by capsaicin pretreatment, Our data are consistent with the suggestion that reductions of both basal coronary flow and cardiomyocyte size seen in hearts from capsaicin-pretreated rats may be consequences of CGRP depletion. The cardiomyocyte size reduction produced by capsaicin treatment may be related to a modulatory role of CGRP as a growth factor.