Role of γ1 Laminin and Its KDI Peptide in the Central Nervous System

Since the 1980 s, laminin-1 has been linked to regeneration of the central nervous system (CNS) and promotion of neuronal migration and axon guidance during CNS development. In this thesis, we clarify the role of γ1 laminin and its KDI tripeptide in development of human embryonic spinal cord, in regeneration of adult rat spinal cord injury (SCI), in kainic acid-induced neuronal death, and in the spinal cord tissue of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). We demonstrated that γ1 laminin together with α1, β1, and β3 laminins localize at the floor plate region in human embryonic spinal cord. This localization of γ1 laminin is in spatial and temporal correlation with development of the spinal cord and indicates that γ1 laminin may participate in commissural axon guidance during the embryonic development of the human CNS. With in vitro studies using the Matrigel culture system, we demonstrated that the KDI tripeptide of γ1 laminin provides a chemotrophic guidance cue for neurites of the human embryonic dorsal spinal cord, verifying the functional ability of γ1 laminin to guide commissural axons. Results from our experimental SCI model demonstrate that the KDI tripeptide enhanced functional recovery and promoted neurite outgrowth across the mechanically injured area in the adult rat spinal cord. Furthermore, our findings indicate that the KDI tripeptide as a non-competitive inhibitor of the ionotropic glutamate receptors can provide when administered in adequate concentrations an effective method to protect neurons against glutamate-induced excitotoxic cell death. Human postmortem samples were used to study motor neuron disease, ALS (IV), and the study revealed that in human ALS spinal cord, γ1 laminin was selectively over-expressed by reactive astrocytes, and that this over-expression may correlate with disease severity. The multiple ways by which γ1 laminin and its KDI tripeptide provide neurotrophic protection and enhance neuronal viability suggest that the over-expression of γ1 laminin may be a glial attempt to provide protection for neurons against ALS pathology. The KDI tripeptide is effective therapeutically thus far in animal models only. However, because KDI containing γ1 laminin exists naturally in the human CNS, KDI therapies are unlikely to be toxic or allergenic. Results from our animal models are encouraging, with no toxic side-effects detected even at high concentrations, but the ultimate confirmation can be achieved only after clinical trials. More research is still needed until the KDI tripeptide is refined into a clinically applicable method to treat various neurological disorders.

Tonically Active Kainate Receptors (tKARs) : A Novel Mechanism Regulating Neuronal Function in the Brain

Fast excitatory transmission between neurons in the central nervous system is mainly mediated by L-glutamate acting on ligand gated (ionotropic) receptors. These are further categorized according to their pharmacological properties to AMPA (2-amino-3-(5-methyl-3-oxo-1,2- oxazol-4-yl)propanoic acid), NMDA (N-Methyl-D-aspartic acid) and kainate (KAR) subclasses. In the rat and the mouse hippocampus, development of glutamatergic transmission is most dynamic during the first postnatal weeks. This coincides with the declining developmental expression of the GluK1 subunit-containing KARs. However, the function of KARs during early development of the brain is poorly understood. The present study reveals novel types of tonically active KARs (hereafter referred to as tKARs) which play a central role in functional development of the hippocampal CA3-CA1 network. The study shows for the first time how concomitant pre- and postsynaptic KAR function contributes to development of CA3-CA1 circuitry by regulating transmitter release and interneuron excitability. Moreover, the tKAR-dependent regulation of transmitter release provides a novel mechanism for silencing and unsilencing early synapses and thus shaping the early synaptic connectivity. The role of GluK1-containing KARs was studied in area CA3 of the neonatal hippocampus. The data demonstrate that presynaptic KARs in excitatory synapses to both pyramidal cells and interneurons are tonically activated by ambient glutamate and that they regulate glutamate release differentially, depending on target cell type. At synapses to pyramidal cells these tKARs inhibit glutamate release in a G-protein dependent manner but in contrast, at synapses to interneurons, tKARs facilitate glutamate release. On the network level these mechanisms act together upregulating activity of GABAergic microcircuits and promoting endogenous hippocampal network oscillations. By virtue of this, tKARs are likely to have an instrumental role in the functional development of the hippocampal circuitry. The next step was to investigate the role of GluK1 -containing receptors in the regulation of interneuron excitability. The spontaneous firing of interneurons in the CA3 stratum lucidum is markedly decreased during development. The shift involves tKARs that inhibit medium-duration afterhyperpolarization (mAHP) in these neurons during the first postnatal week. This promotes burst spiking of interneurons and thereby increases GABAergic activity in the network synergistically with the tKAR-mediated facilitation of their excitatory drive. During development the amplitude of evoked medium afterhyperpolarizing current (ImAHP) is dramatically increased due to decoupling tKAR activation and ImAHP modulation. These changes take place at the same time when the endogeneous network oscillations disappear. These tKAR-driven mechanisms in the CA3 area regulate both GABAergic and glutamatergic transmission and thus gate the feedforward excitatory drive to the area CA1. Here presynaptic tKARs to CA1 pyramidal cells suppress glutamate release and enable strong facilitation in response to high-frequency input. Therefore, CA1 synapses are finely tuned to high-frequency transmission; an activity pattern that is common in neonatal CA3-CA1 circuitry both in vivo and in vitro. The tKAR-regulated release probability acts as a novel presynaptic silencing mechanism that can be unsilenced in response to Hebbian activity. The present results shed new light on the mechanisms modulating the early network activity that paves the way for oscillations lying behind cognitive tasks such as learning and memory. Kainate receptor antagonists are already being developed for therapeutic use for instance against pain and migraine. Because of these modulatory actions, tKARs also represent an attractive candidate for therapeutic treatment of developmentally related complications such as learning disabilities.

A Model of Ischemia-Induced Neuroblast Activation in the Adult Subventricular Zone

12 p.

Intracellular Ca2+ release through ryanodine receptors contributes to AMPA receptor-mediated mitochondrial dysfunction and ER stress in oligodendrocytes

Overactivation of ionotropic glutamate receptors in oligodendrocytes induces cytosolic Ca2+ overload and excitotoxic death, a process that contributes to demyelination and multiple sclerosis. Excitotoxic insults cause well-characterized mitochondrial alterations and endoplasmic reticulum (ER) dysfunction, which is not fully understood. In this study, we analyzed the contribution of ER-Ca2+ release through ryanodine receptors (RyRs) and inositol triphosphate receptors (IP(3)Rs) to excitotoxicity in oligodendrocytes in vitro. First, we observed that oligodendrocytes express all previously characterized RyRs and IP(3)Rs. Blockade of Ca2+-induced Ca2+ release by TMB-8 following alpha-amino-3-hydroxyl-5-methyl-4-isoxazole-propionate (AMPA) receptor-mediated insults attenuated both oligodendrocyte death and cytosolic Ca2+ overload. In turn, RyR inhibition by ryanodine reduced as well the Ca2+ overload whereas IP3R inhibition was ineffective. Furthermore, AMPA-triggered mitochondrial membrane depolarization, oxidative stress and activation of caspase-3, which in all instances was diminished by RyR inhibition. In addition, we observed that AMPA induced an ER stress response as revealed by alpha subunit of the eukaryotic initiation factor 2 alpha phosphorylation, overexpression of GRP chaperones and RyR-dependent cleavage of caspase-12. Finally, attenuating ER stress with salubrinal protected oligodendrocytes from AMPA excitotoxicity. Together, these results show that Ca2+ release through RyRs contributes to cytosolic Ca2+ overload, mitochondrial dysfunction, ER stress and cell death following AMPA receptor-mediated excitotoxicity in oligodendrocytes. Cell Death and Disease (2010) 1, e54; doi:10.1038/cddis.2010.31; published online 15 July 2010

Immunomodulatory effects of domoic acid differ between In vivo and In vitro exposure in mice

The immunotoxic potential of domoic acid (DA), a well-characterized neurotoxin, has not been fully investigated. Phagocytosis and lymphocyte proliferation were evaluated following in vitro and in vivo exposure to assay direct vs indirect effects. Mice were injected intraperitoneally with a single dose of DA (2.5 µg/g b.w.) and sampled after 12, 24, or 48 hr. In a separate experiment, leukocytes and splenocytes were exposed in vitro to 0, 1, 10, or 100 µM DA. In vivo exposure resulted in a significant increase in monocyte phagocytosis (12-hr), a significant decrease in neutrophil phagocytosis (24-hr), a significant decrease in monocyte phagocytosis (48-hr), and a significant reduction in T-cell mitogen-induced lymphocyte proliferation (24-hr). In vitro exposure significantly reduced neutrophil and monocyte phagocytosis at 1 µM. B- and T-cell mitogen-induced lymphocyte proliferation were both significantly increased at 1 and 10 µM, and significantly decreased at 100 µM. Differences between in vitro and in vivo results suggest that DA may exert its immunotoxic effects both directly and indirectly. Modulation of cytosolic calcium suggests that DA exerts its effects through ionotropic glutamate subtype surface receptors at least on monocytes. This study is the first to identify DA as an immunotoxic chemical in a mammalian species.

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.

Développement d’une matrice prébiotique pour l’encapsulation des probiotiques bactériocinogènes, destinée à l’alimentation animale - de la physicochimie à la biopharmacie

L’antibiorésistance est un problème de santé publique majeur, causé principalement par l’usage abusif d’antibiotiques dans les élevages. Les probiotiques sont une alternative potentielle aux antibiotiques. Cependant, acheminer ces microorganismes vivants et fonctionnels jusqu’au côlon est un grand défi, à cause du pH et des sels biliaires à affronter lors du passage gastro-intestinal. L’objectif de ce travail était de développer une matrice prébiotique capable de maintenir la survie et l’activité des probiotiques pendant le transit gastro-intestinal et de permettre leur libération dans le côlon. Pour atteindre cet objectif, cinq types de matrices sphériques (A, AI5, AI10, AI15, AI20) à base d’inuline (0 %, 5 %, 10 %, 15 % et 20 %) et d’alginate (2 %) ont été préparés par la méthode d’extrusion/gélification ionotropique. Trois souches probiotiques ont été utilisées au cours du développement des billes : Pediococcus acidilactici UL5 (UL5), Lactobacillus reuteri (LR) et Lactobacillus salivarius (LS). Dans un premier temps, toutes les formulations ont été caractérisées d’un point de vue physicochimique et microbiologique. Ces analyses ont permis de révéler une distribution homogène de l’inuline et de l’alginate au sein des matrices et ont démontré que la viabilité et la capacité antimicrobienne des souches utilisées n’étaient pas affectées par l’encapsulation. À la lumière de ces résultats, trois formulations A, AI5 et AI20 ont été sélectionnées pour la suite de l’étude. Dans un deuxième temps, la mucoadhésion et le comportement des billes A, AI5 et AI20 ont été étudiés dans les parties supérieures du tractus gastro-intestinal. Ces études ont démontré que la présence de l’inuline améliore les propriétés mucoadhésives des billes. Elles ont également établi que seule la formulation AI5 résiste jusqu’à la fin de la digestion. Ce comportement est expliqué en partie par l’interaction alginate-inuline décelée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Cette interaction était stable pour les billes AI5 au pH 6,8 mais instable pour la formulation AI20. Enfin, le comportement et la dynamique bactérienne de la formulation AI5 dans les milieux coliques fermenté et non fermenté ont été étudiés. Cette étude a révélé que les billes AI5 se dégradent et libèrent la totalité des bactéries après environ 4 heures d’incubation dans le milieu fermenté. Cette dégradation est due aux enzymes très abondantes dans ce milieu. En conclusion, la formulation AI5 s’est avérée être un très bon véhicule pour protéger les bactéries dans les parties supérieures du tube digestif et favoriser leur libération dans le côlon. Elle pourrait donc, être utilisée pour une application en alimentation animale.

Rôle des récepteurs glutamatergiques dans l'activité épileptiforme des interneurones inhibiteurs de l'hippocampe

Les patients atteints d'épilepsie du lobe temporal (TLE) ainsi que les rats injectés à l'acide kaïnique (KA) exhibent des patrons pathophysiologiques similaires de crises, de sclérose de l'hippocampe et de perte de certains types neuronaux. Parmi les cellules atteintes dans le modèle KA du TLE on retrouve certains interneurones inhibiteurs du CA1. En effet, certains interneurones des couches oriens et alveus (O/A-IN) meurent suite à une injection de KA chez le rat, contrairement aux interneurones à la bordure des couches radiatum et lacunosum/moleculare (R/LM-IN) de la même région. Bien que cette perte soit empêchée par des antagonistes des récepteurs glutamatergiques métabotropes de groupe I (mGluR1/5), la cause de cette perte sélective des O/A-INs reste à être précisée. Au cours des travaux de cette thèse, nous avons effectué des enregistrements de patch-clamp en configuration cellule-entière en modes courant- et voltage-imposé couplés à l'imagerie calcique pour étudier les causes de la vulnérabilité sélective des O/A-INs dans ce modèle. Dans un premier temps, nous avons évalué les effets d'une application aiguë de KA sur les propriétés membranaires et calciques pour voir s'il y avait des différences entre les O/A-INs et R/LM-INs qui pourraient expliquer la vulnérabilité. Nos résultats montrent que les dépolarisations et variations de résistance d'entrée ainsi que les augmentations de calcium intracellulaire, dépendantes principalement des récepteurs -amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxasole propionic acid (AMPA), sont similaires entre les deux types d'interneurones suite à des applications aigües de KA. Ceci indique que l'effet aigu du KA sur les interneurones ne serait pas la cause de la vulnérabilité des O/A-INs. Dans un second temps nous avons comparé l'implication des sous-types de récepteurs mGluR1 et 5 dans l'activité épileptiforme des deux types d'interneurones évoquée dans un modèle de tranche désinhibée. Dans ce cas, nos données montrent un rôle important des mGluR1 et 5 activés synaptiquement lors des décharges épileptiformes et ce, de manière spécifique aux O/A-INs. Les courants synaptiques sous-tendant ces décharges impliquent des récepteurs ionotropes et métabotropes du glutamate. En présence d'antagonistes des récepteurs ionotropes glutamatergiques, les courants synaptiques sont biphasiques et formés de composantes rapide et lente. Les récepteurs mGluR1 et 5 sont différemment impliqués dans ces composantes: les mGluR5 étant impliqués dans les composantes rapide et lente, et les mGluR1 que dans la composante lente. Ces résultats indiquent que les mGluR1 et 5 contribuent différemment à l'activité épileptiforme, et spécifiquement dans les O/A-INs, et pourraient donc être impliqués dans la vulnérabilité sélective de ces interneurones dans le modèle KA.

Étude de l'oligomérisation et de la fonction de canaux ioniques par spectroscopie de fluorescence et fluorométrie en voltage imposé

La fonction des canaux ioniques est finement régulée par des changements structuraux de sites clés contrôlant l’ouverture du pore. Ces modulations structurales découlent de l’interaction du canal avec l’environnement local, puisque certains domaines peuvent être suffisamment sensibles à des propriétés physico-chimiques spécifiques. Les mouvements engendrés dans la structure sont notamment perceptibles fonctionnellement lorsque le canal ouvre un passage à certains ions, générant ainsi un courant ionique mesurable selon le potentiel électrochimique. Une description détaillée de ces relations structure-fonction est cependant difficile à obtenir à partir de mesures sur des ensembles de canaux identiques, puisque les fluctuations et les distributions de différentes propriétés individuelles demeurent cachées dans une moyenne. Pour distinguer ces propriétés, des mesures à l’échelle de la molécule unique sont nécessaires. Le but principal de la présente thèse est d’étudier la structure et les mécanismes moléculaires de canaux ioniques par mesures de spectroscopie de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. Les études sont particulièrement dirigées vers le développement de nouvelles méthodes ou leur amélioration. Une classe de toxine formeuse de pores a servi de premier modèle d’étude. La fluorescence à l’échelle de la molécule unique a aussi été utilisée pour l’étude d’un récepteur glutamate, d’un récepteur à la glycine et d’un canal potassique procaryote. Le premier volet porte sur l’étude de la stœchiométrie par mesures de photoblanchiment en temps résolu. Cette méthode permet de déterminer directement le nombre de monomères fluorescents dans un complexe isolé par le décompte des sauts discrets de fluorescence suivant les événements de photoblanchiment. Nous présentons ici la première description, à notre connaissance, de l’assemblage dynamique d’une protéine membranaire dans un environnement lipidique. La toxine monomérique purifiée Cry1Aa s’assemble à d’autres monomères selon la concentration et sature en conformation tétramérique. Un programme automatique est ensuite développé pour déterminer la stœchiométrie de protéines membranaires fusionnées à GFP et exprimées à la surface de cellules mammifères. Bien que ce système d’expression soit approprié pour l’étude de protéines d’origine mammifère, le bruit de fluorescence y est particulièrement important et augmente significativement le risque d’erreur dans le décompte manuel des monomères fluorescents. La méthode présentée permet une analyse rapide et automatique basée sur des critères fixes. L’algorithme chargé d’effectuer le décompte des monomères fluorescents a été optimisé à partir de simulations et ajuste ses paramètres de détection automatiquement selon la trace de fluorescence. La composition de deux canaux ioniques a été vérifiée avec succès par ce programme. Finalement, la fluorescence à l’échelle de la molécule unique est mesurée conjointement au courant ionique de canaux potassiques KcsA avec un système de fluorométrie en voltage imposé. Ces enregistrements combinés permettent de décrire la fonction de canaux ioniques simultanément à leur position et densité alors qu’ils diffusent dans une membrane lipidique dont la composition est choisie. Nous avons observé le regroupement de canaux KcsA pour différentes compositions lipidiques. Ce regroupement ne paraît pas être causé par des interactions protéine-protéine, mais plutôt par des microdomaines induits par la forme des canaux reconstitués dans la membrane. Il semble que des canaux regroupés puissent ensuite devenir couplés, se traduisant en ouvertures et fermetures simultanées où les niveaux de conductance sont un multiple de la conductance « normale » d’un canal isolé. De plus, contrairement à ce qui est actuellement suggéré, KcsA ne requiert pas de phospholipide chargé négativement pour sa fonction. Plusieurs mesures indiquent plutôt que des lipides de forme conique dans la phase cristalline liquide sont suffisants pour permettre l’ouverture de canaux KcsA isolés. Des canaux regroupés peuvent quant à eux surmonter la barrière d’énergie pour s’ouvrir de manière coopérative dans des lipides non chargés de forme cylindrique.

Physiological analysis of central and peripheral insect circadian pacemaker neurons

Alle bisher untersuchten Lebewesen besitzen (circadiane) innere Uhren, die eine endogene Perioden-länge von ungefähr 24 Stunden generieren. Eine innere Uhr kann über Zeitgeber mit der Umwelt synchronisiert werden und ermöglicht dem Organismus, rhythmische Umweltveränderungen vorweg zu nehmen. Neben einem zentralen Schrittmacher, der Physiologie und Verhalten des Organismus steuert, gibt es in unterschiedlichen Organen auch periphere Uhren, die die zeitlichen Abläufe in der spezifischen Funktion dieser Organe steuern. In dieser Arbeit sollten zentrale und periphere Schrittmacherneurone von Insekten physiologisch untersucht und verglichen werden. Die Neurone der akzessorischen Medulla (AME) von Rhyparobia maderae dienten als Modellsystem für zentrale Schrittmacher, während olfaktorische Rezeptorneurone (ORNs) von Manduca sexta als Modellsystem für periphere Schrittmacher dienten. Die zentralen Schrittmacherneurone wurden in extrazellulären Ableitungen an der isolierten AME (Netzwerkebene) und in Patch-Clamp Experimenten an primären AME Zellkulturen (Einzelzellebene) untersucht. Auf Netzwerkebene zeigten sich zwei charakteristische Aktivitätsmuster: regelmäßige Aktivität und Wechsel zwischen hoher und niedriger Aktivität (Oszillationen). Es wurde gezeigt, dass Glutamat ein Neurotransmitter der weitverbreiteten inhibitorischen Synapsen der AME ist, und dass in geringem Maße auch exzitatorische Synapsen vorkommen. Das Neuropeptid pigment-dispersing factor (PDF), das von nur wenigen AME Neuronen exprimiert wird und ein wichtiger Kopplungsfaktor im circadianen System ist, führte zu Hemmungen, Aktivierungen oder Oszillationen. Die Effekte waren transient oder langanhaltend und wurden wahrscheinlich durch den sekundären Botenstoff cAMP vermittelt. Ein Zielmolekül von cAMP war vermutlich exchange protein directly activated by cAMP (EPAC). Auf Einzelzellebene wurde gezeigt, dass die meisten AME Neurone depolarisiert waren und deshalb nicht feuerten. Die Analyse von Strom-Spannungs-Kennlinien und pharmakologische Experimente ergaben, dass unterschiedliche Ionenkanäle vorhanden waren (Ca2+, Cl-, K+, Na+ Kanäle sowie nicht-spezifische Kationenkanäle). Starke, bei hohen Spannungen aktivierende Ca2+ Ströme (ICa) könnten eine wichtige Rolle bei Ca2+-abhängiger Neurotransmitter-Ausschüttung, Oszillationen, und Aktionspotentialen spielen. PDF hemmte unterschiedliche Ströme (ICa, IK und INa) und aktivierte nicht-spezifische Kationenströme (Ih). Es wurde angenommen, dass simultane PDF-abhängige Hyper- und Depolarisationen rhythmische Membranpotential-Oszillationen verursachen. Dieser Mechanismus könnte eine Rolle bei PDF-abhängigen Synchronisationen spielen. Die Analyse peripherer Schrittmacherneurone konzentrierte sich auf die Charakterisierung des olfaktorischen Corezeptors von M. sexta (MsexORCO). In anderen Insekten ist ORCO für die Membran-Insertion von olfaktorischen Rezeptoren (ORs) erforderlich. ORCO bildet Komplexe mit den ORs, die in heterologen Expressionssystemen als Ionenkanäle fungieren und Duft-Antworten vermitteln. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass MsexORCO in pheromonsensitiven ORNs in vivo nicht als Teil eines ionotropen Rezeptors sondern als Schrittmacherkanal fungiert, der unterschwellige Membranpotential-Oszillationen generiert. MsexORCO wurde mit vermeintlichen Pheromonrezeptoren in human embryonic kidney (HEK 293) Zellen coexprimiert. Immuncytochemie und Ca2+ Imaging Experimente zeigten sehr schwache Expressionsraten. Trotzdem war es möglich zu zeigen, dass MsexORCO wahrscheinlich ein spontan-aktiver, Ca2+-permeabler Ionenkanal ist, der durch den ORCO-Agonisten VUAA1 und cyclische Nucleotide aktiviert wird. Außerdem wiesen die Experimente darauf hin, dass MsexOR-1 offensichtlich der Bombykal-Rezeptor ist. Eine weitere Charakterisierung von MsexORCO in primären M. sexta ORN Zellkulturen konnte nicht vollendet werden, weil die ORNs nicht signifikant auf ORCO-Agonisten oder -Antagonisten reagierten.

Modelo integrador para las rutas de señalización diferencial del receptor ionotrópico de glutamato activado por el N-metil-D-aspartato

El receptor ionotrópico de glutamato activado por N-metil-D-aspartato (iGluR-NMDA) es un complejo macromolecular heteromultimérico constituido por entre 3 y 5 subunidades de tres diferentes tipos, a saber: NR1, NR2A-D y NR3A y B. Se ha demostrado su participación activa en prácticamente todos los procesos fisiológicos, patológicos e intermediarios de efectos farmacológicos que ocurren en las células de tejidos excitables, inclusive se ha reportado su presencia en otros tejidos no excitables. En el sistema nervioso central (SNC) participa en los procesos de aprendizaje, memoria, plasticidad, diferenciación, migración de la célula neural y apoptosis. Además, en los eventos de índole farmacológica se ha demostrado su intervención en excitotoxicidad, drogadicción y alcoholismo. Surge entonces la pregunta de cómo un mismo complejo macromolecular puede participar en tantos y tan diversos procesos. La revisión de literatura en la que se demuestra la interacción del iGluR-NMDA con proteínas de señalización, soporte, adaptadoras, moduladoras, de adhesión celular, de citoesqueleto y enzimas reporta un conjunto de más de 160 moléculas que participan en las cascadas que generan las señales a diferentes niveles de interacción y con diferentes sustratos. En este artículo se presenta un modelo predictivo estructural y funcional que permite distinguir, por lo menos, tres rutas diferenciadas de señalización.

Ischaemia differentially regulates GABAB receptor subunits in organotypic hippocampal slice cultures

Reduced synaptic inhibition due to dysfunction of ionotropic GABAA receptors has been proposed as one factor in cerebral ischaemia-induced excitotoxic cell death. However, the participation of the inhibitory metabotropic GABAB receptors in these pathological processes has not been extensively investigated. We used oxygen–glucose deprivation (OGD) and NMDA-induced excitotoxicity as models to investigate whether ischaemia-like challenges alter the protein levels of GABAB1 and GABAB2 receptor subunits in rat organotypic hippocampal slice cultures. Twenty-four hours after the insult both OGD and NMDA produced a marked decrease in the total levels of GABAB2 (75%), while there was no significant change in the levels of GABAB1 after OGD, but an increase after NMDA treatment (100%). The GABAB receptor agonist baclofen (100 μM) was neuroprotective following OGD or NMDA treatment if added before or during the insult. GABAB receptors comprise heterodimers of GABAB1 and GABAB2 subunits and our results suggest that the separate subunits are independently regulated in response to extreme neuronal stress. However, because GABAB2 is required for functional surface expression, down-regulation of this subunit removes an important inhibitory feedback mechanism under pathological conditions.

Isoform specificity for oestrogen receptor and thyroid hormone receptor genes and their interactions on the NR2D gene promoter

Oestrogens are critical for the display of lordosis behaviour and, in recent years, have also been shown to be involved in synaptic plasticity. In the brain, the regulation of ionotropic glutamate receptors has consequences for excitatory neurotransmission. Oestrogen regulation of the N-methyl-d-aspartate receptor subunit 2D (NR2D) has generated considerable interest as a possible molecular mechanism by which synaptic plasticity can be modulated. Since more than one isoform of the oestrogen receptor (ER) exists in mammals, it is possible that oestrogen regulation via the ERalpha and ERbeta isoforms on the NR2D oestrogen response element (ERE) is not equivalent. In the kidney fibroblast (CV1) cell line, we show that in response to 17beta-oestradiol, only ERalpha, not ERbeta, could upregulate transcription from the ERE which is in the 3' untranslated region of the NR2D gene. When this ERE is in the 5' position, neither ERalpha nor ERbeta showed transactivation capacity. Thyroid hormone receptor (TR) modulation of ER mediated induction has been shown for other ER target genes, such as the preproenkephalin and oxytocin receptor genes. Since the various TR isoforms exhibit distinct roles, we hypothesized that TR modulation of ER induction may also be isoform specific. This is indeed the case. The TRalpha1 isoform stimulated ERalpha mediated induction from the 3'-ERE whereas the TRbeta1 isoform inhibited this induction. This study shows that isoforms of both the ER and TR have different transactivation properties. Such flexible regulation and crosstalk by nuclear receptor isoforms leads to different transcriptional outcomes and the combinatorial logic may aid neuroendocrine integration.

Increased Expression of GluR2-flip in the Hippocampus of the Wistar Audiogenic Rat Strain After Acute and Kindled Seizures

The Wistar Audiogenic Rat (WAR) is an epileptic-prone strain developed by genetic selection from a Wistar progenitor based on the pattern of behavioral response to sound stimulation. Chronic acoustic stimulation protocols of WARs (audiogenic kindling) generate limbic epileptogenesis, confirmed by ictal semiology, amygdale, and hippocampal EEG, accompanied by hippocampal and amygdala cell loss, as well as neurogenesis in the dentate gyrus (DG). In an effort to identify genes involved in molecular mechanisms underlying epileptic process, we used suppression-subtractive hybridization to construct normalized cDNA library enriched for transcripts expressed in the hippocampus of WARs. The most represented gene among the 133 clones sequenced was the ionotropic glutamate receptor subunit II (GluR2), a member of the a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazoleopropionic acid (AMPA) receptor. Although semiquantitative RT-PCR analysis shows that the hippocampal levels of the GluR2 subunits do not differ between naive WARs and their Wistar counterparts, we observed that the expression of the transcript encoding the splice-variant GluR2-flip is increased in the hippocampus of WARs submitted to both acute and kindled audiogenic seizures. Moreover, using in situ hybridization, we verified upregulation of GluR2-flip mainly in the CA1 region, among the hippocampal subfields of audiogenic kindled WARs. Our findings on differential upregulation of GluR2-flip isoform in the hippocampus of WARs displaying audiogenic seizures is original and agree with and extend previous immunohistochemical for GluR2 data obtained in the Chinese P77PMC audiogenic rat strain, reinforcing the association of limbic AMPA alterations with epileptic seizures. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Pharmacological properties of purinergic receptors and their effects on proliferation and induction of neuronal differentiation of P19 embryonal carcinoma cells

We have used P19 embryonal carcinoma cells as in vitro model for early neurogenesis to study ionotropic P2X and metabotropic P2Y receptor-induced Ca2+ transients and their participation in induction of proliferation and differentiation. In embryonic P19 cells, P2Y(1), P2Y(2) and P2X(4) receptors or P2X-heteromultimers with similar P2X4 pharmacology were responsible for ATP and ATP analogue-induced Ca2+ transients. In neuronal-differentiated cells, P2Y(2), P2Y(6), P2X(2) and possibly P2X(2)/P2X(6) heteromeric receptors were the major mediators of the elevations in intracellular free calcium concentration [Ca2+](i). We have collected evidence for the involvement of metabotropic purinergic receptors in proliferation induction of undifferentiated and neural progenitor cells by using a BrdU-incorporation assay. ATP-, UTP-, ADP-, 2-MeS-ATP- and ADP-beta S-induced proliferation in P19 cells was mediated by P2Y, and P2Y2 receptors as judged from pharmacological profiles of receptor responses. ATP-provoked acceleration of neuronal differentiation, determined by analysis of nestin and neuron-specific enolase gene and protein expression, also resulted from P2Y, and P2Y2 receptor activation. Proliferation- and differentiation-induction involved the activation of inositol-trisphosphate sensitive intracellular Ca2+ stores. (C) 2008 ISDN. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.