Effects of sciatic nerve transection on ultrastructure, NADPH-diaphorase reaction and serotonin-, tyrosine hydroxylase-, c-Fos-, glucose transporter 1- and 3-like immunoreactivities in frog dorsal root ganglion

Frogs have been used as an alternative model to study pain mechanisms. Since we did not find any reports on the effects of sciatic nerve transection (SNT) on the ultrastructure and pattern of metabolic substances in frog dorsal root ganglion (DRG) cells, in the present study, 18 adult male frogs (Rana catesbeiana) were divided into three experimental groups: naive (frogs not subjected to surgical manipulation), sham (frogs in which all surgical procedures to expose the sciatic nerve were used except transection of the nerve), and SNT (frogs in which the sciatic nerve was exposed and transected). After 3 days, the bilateral DRG of the sciatic nerve was collected and used for transmission electron microscopy. Immunohistochemistry was used to detect reactivity for glucose transporter (Glut) types 1 and 3, tyrosine hydroxylase, serotonin and c-Fos, as well as nicotinamide adenine dinucleotide phosphate diaphorase (NADPH-diaphorase). SNT induced more mitochondria with vacuolation in neurons, satellite glial cells (SGCs) with more cytoplasmic extensions emerging from cell bodies, as well as more ribosomes, rough endoplasmic reticulum, intermediate filaments and mitochondria. c-Fos immunoreactivity was found in neuronal nuclei. More neurons and SGCs surrounded by tyrosine hydroxylase-like immunoreactivity were found. No change occurred in serotonin- and Glut1- and Glut3-like immunoreactivity. NADPH-diaphorase occurred in more neurons and SGCs. No sign of SGC proliferation was observed. Since the changes of frog DRG in response to nerve injury are similar to those of mammals, frogs should be a valid experimental model for the study of the effects of SNT, a condition that still has many unanswered questions.

Ropinirole alters gene expression profiles in SH-SY5Y cells: a whole genome microarray study

Ropinirole (ROP) is a dopamine agonist that has been used as therapy for Parkinson's disease. In the present study, we aimed to detect whether gene expression was modulated by ROP in SH-SY5Y cells. SH-SY5Y cell lines were treated with 10 µM ROP for 2 h, after which total RNA was extracted for whole genome analysis. Gene expression profiling revealed that 113 genes were differentially expressed after ROP treatment compared with control cells. Further pathway analysis revealed modulation of the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) signaling pathway, with prominent upregulation of PIK3C2B. Moreover, batches of regulated genes, including PIK3C2B, were found to be located on chromosome 1. These findings were validated by quantitative RT-PCR and Western blot analysis. Our study, therefore, revealed that ROP altered gene expression in SH-SY5Y cells, and future investigation of PIK3C2B and other loci on chromosome 1 may provide long-term implications for identifying novel target genes of Parkinson's disease.

Eye disease and mobility limitations in older adults

Objectif: Évaluer les défis de la mobilité chez les personnes âgées atteintes de dégénérescence maculaire reliée à l’âge (DMLA), de glaucome ou de dystrophie cornéenne de Fuchs et les comparer avec les personnes âgées n’ayant pas de maladie oculaire. Devis: Étude transversale de population hospitalière Participants: 253 participants (61 avec la DMLA, 45 avec la dystrophie cornéenne de Fuchs, 79 avec le glaucome et 68 contrôles) Méthodes: Nous avons recruté les patients parmi ceux qui se font soigner dans les cliniques d’ophtalmologie de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (Montréal, Canada) de septembre 2009 à octobre 2010. Les patients atteints de la DMLA ou de la maladie de Fuchs ont une acuité visuelle inférieure à 20/40 dans les deux yeux, tandis que les patients avec du glaucome ont un champ visuel dans le pire oeil inférieur ou égal à -4dB. Les patients contrôles, qui ont été recrutés à partir des mêmes cliniques, ont une acuité visuelle et un champ visuel normaux. Nous avons colligé des données concernant la mobilité à partir des questionnaires (aire de mobilité et chutes) et des tests (test de l’équilibre monopodal, timed Up and Go (TUG) test). Pour mesurer la fonction visuelle nous avons mesuré l’acuité visuelle, la sensibilité au contraste et le champ visuel. Nous avons également révisé le dossier médical. Pour les analyses statistiques nous avons utilisé les régressions linéaire et logistique. Critères de jugement principaux: aire de mobilité, équilibre, test timed Up and Go, chutes Résultats: Les trois maladies oculaires ont été associées à des patrons différents de limitation de la mobilité. Les patients atteints de glaucome ont eu le type le plus sévère de restriction de mobilité; ils ont une aire de mobilité plus réduite, des scores plus bas au test TUG et ils sont plus enclins à avoir un équilibre faible et à faire plus de chutes que les contrôles (p < 0.05). De plus, comparativement aux contrôles, les patients ayant de la DMLA ou la dystrophie cornéenne de Fuchs ont eu une aire de mobilité réduite (p < 0.05). Les chutes n’ont pas été associées aux maladies oculaires dans cette étude. Conclusions: Nos résultats suggèrent que les maladies oculaires, et surtout le glaucome, limitent la mobilité chez les personnes âgées. De futures études sont nécessaires pour évaluer l’impact d’une mobilité restreinte chez cette population pour pouvoir envisager des interventions ciblées qui pourraient les aider à maintenir leur indépendance le plus longtemps possible.

Incorporating complex cells into neural networks for pattern classification

Dans le domaine des neurosciences computationnelles, l'hypothèse a été émise que le système visuel, depuis la rétine et jusqu'au cortex visuel primaire au moins, ajuste continuellement un modèle probabiliste avec des variables latentes, à son flux de perceptions. Ni le modèle exact, ni la méthode exacte utilisée pour l'ajustement ne sont connus, mais les algorithmes existants qui permettent l'ajustement de tels modèles ont besoin de faire une estimation conditionnelle des variables latentes. Cela nous peut nous aider à comprendre pourquoi le système visuel pourrait ajuster un tel modèle; si le modèle est approprié, ces estimé conditionnels peuvent aussi former une excellente représentation, qui permettent d'analyser le contenu sémantique des images perçues. Le travail présenté ici utilise la performance en classification d'images (discrimination entre des types d'objets communs) comme base pour comparer des modèles du système visuel, et des algorithmes pour ajuster ces modèles (vus comme des densités de probabilité) à des images. Cette thèse (a) montre que des modèles basés sur les cellules complexes de l'aire visuelle V1 généralisent mieux à partir d'exemples d'entraînement étiquetés que les réseaux de neurones conventionnels, dont les unités cachées sont plus semblables aux cellules simples de V1; (b) présente une nouvelle interprétation des modèles du système visuels basés sur des cellules complexes, comme distributions de probabilités, ainsi que de nouveaux algorithmes pour les ajuster à des données; et (c) montre que ces modèles forment des représentations qui sont meilleures pour la classification d'images, après avoir été entraînés comme des modèles de probabilités. Deux innovations techniques additionnelles, qui ont rendu ce travail possible, sont également décrites : un algorithme de recherche aléatoire pour sélectionner des hyper-paramètres, et un compilateur pour des expressions mathématiques matricielles, qui peut optimiser ces expressions pour processeur central (CPU) et graphique (GPU).

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.

Eye and Ear in Wordsworth's Poetry

Cette thèse de doctorat porte sur la phénoménologie visuelle et auditive dans la poésie du poète romantique Britannique William Wordsworth. Je soutiens que l’œil, bien qu’il soit usurpateur, joue un rôle fondateur dans le développement de la conscience chez ce poète. L’oreille, quant à elle, souvent présentée comme organe rédempteur, a aussi des imperfections. Ensemble, l’œil et l’oreille, dépassent leurs imperfections respectives et joignent leurs forces dans la construction du poème et, au- delà de cela, à la construction de la conscience du poète.

Leptin modulation of locomotor and emotional behaviors : the role of STAT3 signaling in dopamine neurons

La leptine circule en proportion de la masse graisseuse du corps et la transduction de son signal à travers la forme longue de son récepteur via un certain nombre de voies neurales , y compris MAPK, PI3-K ,AMPK et JAK2 - STAT3 . Il faut noter que STAT3 constitue une voie clée au récepteur de la leptine par laquelle la leptine module l'expression des gènes impliqués dans la régulation du bilan énergétique. La plupart des recherches ont porté sur la fonction du récepteur de la leptine au sein de l' hypothalamus, en particulier la fonction du récepteur de la leptine dans le noyau arqué. Toutefois, les récepteurs de la leptine sont également exprimés sur les neurones dopaminergiques de l'aire tégmentale ventrale et la leptine agit sur cette région du cerveau pour influencer la prise alimentaire, la motivation, la locomotion, l'anxiété et la transmission de la dopamine. De plus, la leptine active la STAT3 dans les dopaminergiques et GABAergiques populations neuronales. Bien que ces résultats contribuent à notre compréhension des multiples actions de la leptine dans le système nerveux central, il reste à résoudre les cellules et la signalisation du récepteur de la leptine qui sont responsables des effets neurocomportementaux de la leptine dans le mésencéphale. Visant à déterminer la contribution de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale, nous avons généré une lignée de souris knockout conditionnel dans lequel l'activation du gène de STAT3 sur son résidu tyrosine 705 ( Tyr 705 ) est absent spécifiquement dans les neurones dopaminergiques. Avec l'utilisation de ce modèle de souris génétique, nous avons évalué l'impact de l'ablation de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques sur un certain nombre de fonctions liées à la dopamine, y compris l'alimentation, la locomotion, les comportements liés à la récompense, l'émotion et la libération de dopamine dans le noyau accumbens. Fait intéressant, nous avons observé un dimorphisme sexuel dans le phénotype des souris STAT3DAT-KO. L'activation de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable de l'action de la leptine dans la réduction de la locomotion, récompense liée à l'activité physique, et de l'augmentation de la libération et de la disponibilité de la dopamine chez les souris mâles. Cependant, il ne module pas le comportement émotionnel. D'autre part, les souris femelles STAT3DAT-KO augmentent les niveaux d'anxiété et les niveaux plasmatiques de corticostérone, sans provoquer de changements de la dépression. Cependant, la perte d'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques ne module pas le comportement locomoteur chez les souris femelles. Notamment, les actions de la leptine dans le mésencéphale pour influencer le comportement alimentaire ne sont pas médiées par l'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques, considérant que les souris mâles et femelles ont un comportement alimentaire normal. Nos résultats démontrent que la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable des effets anxiolytiques de la leptine, et soutient l'hypothèse que la leptine communique l'état d'énergie du corps (i.e. la relation entre la dépense et les apports énergétiques) pour les régions mésolimbiques pour atténuer les effets de motivation et de récompense de plusieurs comportements qui servent à réhabiliter ou à épuiser les réserves d'énergie. En outre, ce travail souligne l'importance d'étudier la modulation de la signalisation de la leptine dans différente types de cellules, afin d'identifier les voies de signalisation et les mécanismes cellulaires impliqués dans les différentes fonctions neuro-comportementales de la leptine.

Age-related eye disease and cognitive function

Objectif: Évaluer la relation entre la fonction cognitive chez les personnes âgées atteintes de dégénérescence maculaire reliée à l’âge (DMLA), de glaucome ou de dystrophie cornéenne de Fuchs et les comparer avec les personnes âgées n’ayant pas de maladie oculaire. Devis: Étude transversale de population hospitalière. Participants: 420 participants (113 avec la DMLA, 66 avec la dystrophie cornéenne de Fuchs, 130 avec le glaucome et 111 témoins). Méthodes: Nous avons recruté les patients à partir de la clinique d’ophtalmologie de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (Montréal, Canada) de septembre 2009 à septembre 2013. Les patients atteints de la DMLA ou de la maladie de Fuchs ont une acuité visuelle inférieure à 20/40 dans les deux yeux, tandis que les patients avec du glaucome ont un champ visuel dans le pire œil inférieur ou égal à -4dB. Les patients contrôles, qui ont été recrutés à partir des mêmes cliniques, ont une acuité visuelle et un champ visuel normaux. Nous avons colligé des données concernant la fonction cognitive à partir du test Mini-Mental State Exam (MMSE)-version aveugle. Pour mesurer la fonction visuelle, nous avons mesuré l’acuité visuelle, la sensibilité au contraste et le champ visuel. Nous avons également révisé le dossier médical. Pour les analyses statistiques, nous avons utilisé la régression linéaire. Critère de jugement principal: MMSE-version aveugle. Résultats: Les trois maladies oculaires ont été associées à une limitation de la cognition. Le score de MMSE-version aveugle se situe de 0.7 à 0.8 unités plus basses par rapport au groupe contrôle. Comparativement aux contrôles, les patients avec maladies oculaires ont eu un score moyen diminué (P < 0.05). Le niveau d’éducation élevé est associé à une meilleure cognition (P < 0.001). Conclusions: Nos résultats suggèrent que les maladies oculaires sont associées à une diminution de la fonction cognitive chez les personnes âgées. De futures études sont nécessaires pour évaluer l’impact des maladies oculaires sur le déclin cognitif chez cette population pour pouvoir envisager des interventions ciblées qui pourraient les aider à maintenir leur indépendance le plus longtemps possible.

Le système endocannabinoïde dans la rétine du singe : expression, localisation et fonctions

Le cannabis produit de nombreux effets psychologiques et physiologiques sur le corps humain. Les molécules contenues dans cette plante, désignées comme « phytocannabinoïdes », activent un système endogène qu’on appelle le système endocannabinoïde (eCB). Les effets de la consommation de cannabis sur la vision ont déjà été décrits sans cependant de formulation sur les mécanismes sous-jacents. Ces résultats comportementaux suggèrent, malgré tout, la présence de ce système eCB dans le système visuel, et particulièrement dans la rétine. Cette thèse vise donc à caractériser l’expression, la localisation et le rôle du système eCB dans la rétine du singe vervet, une espèce animale ayant un système visuel semblable à celui de l’humain. Nous avons mis au point un protocole expérimental d’immunohistochimie décrit dans l’article apparaissant dans l’Annexe I que nous avons utilisé pour répondre à notre objectif principal. Dans une première série de quatre articles, nous avons ainsi caractérisé l’expression et la localisation de deux récepteurs eCBs reconnus, les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) et de type 2 (CB2R), et d’un 3e présumé récepteur aux cannabinoïdes, le récepteur GPR55. Dans l’article 1, nous avons démontré que CB1R et une enzyme clé de ce système, la fatty acid amide hydrolase (FAAH), sont exprimés dans les parties centrale et périphérique de la rétine, et abondamment présents dans la fovéa, une région où l’acuité visuelle est maximale. Dans l’article 2, nous avons localisé le CB2R dans des cellules gliales de la rétine : les cellules de Müller et nous avons proposé un modèle sur l’action de cette protéine dans la fonction rétinienne faisant appel à une cascade chimique impliquant les canaux potassiques. Dans l’article 3, nous avons observé le GPR55 exclusivement dans les bâtonnets qui sont responsables de la vision scotopique et nous avons soumis un deuxième modèle de fonctionnement de ce récepteur par le biais d'une modulation des canaux calciques et sodiques des bâtonnets. Vu que ces 3 récepteurs se retrouvent dans des cellules distinctes, nous avons suggéré leur rôle primordial dans l’analyse de l’information visuelle au niveau rétinien. Dans l’article 4, nous avons effectué une analyse comparative de l’expression du système eCB dans la rétine de souris, de toupayes (petits mammifères insectivores qui sont sont considérés comme l’étape intermédiaire entre les rongeurs et les primates) et de deux espèces de singe (le vervet et le rhésus). Ces résultats nous ont menés à présenter une hypothèse évolutionniste quant à l’apparition et à la fonction précise de ces récepteurs. Dans les articles subséquents, nous avons confirmé notre hypothèse sur le rôle spécifique de ces trois récepteurs par l’utilisation de l’électrorétinographie (ERG) après injection intravitréenne d’agonistes et d’antagonistes de ces récepteurs. Nous avons conclu sur leur influence indéniable dans le processus visuel rétinien chez le primate. Dans l’article 5, nous avons établi le protocole d’enregistrement ERG normalisé sur le singe vervet, et nous avons produit un atlas d’ondes ERG spécifique à cette espèce, selon les règles de l’International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV). Les patrons électrorétinographiques se sont avérés semblables à ceux de l’humain et ont confirmé la similarité entre ces deux espèces. Dans l’article 6, nous avons démontré que le blocage de CB1R ou CB2R entraine une modification de l’électrorétinogramme, tant au niveau photopique que scotopique, ce qui supporte l’implication de ces récepteurs dans la modulation des ondes de l’ERG. Finalement, dans l’article 7, nous avons confirmé le modèle neurochimique proposé dans l’article 3 pour expliquer le rôle fonctionnel de GPR55, en montrant que l’activation ou le blocage de ce récepteur, respectivement par un agoniste (lysophosphatidylglucoside, LPG) ou un antagoniste (CID16020046), entraine soit une augmentation ou une baisse significative de l’ERG scotopique seulement. Ces données, prises ensemble, démontrent que les récepteurs CB1R, CB2R et GPR55 sont exprimés dans des types cellulaires bien distincts de la rétine du singe et ont chacun un rôle spécifique. L’importance de notre travail se manifeste aussi par des applications cliniques en permettant le développement de cibles pharmacologiques potentielles dans le traitement des maladies de la rétine.

Enhanced dopamine D2 receptor function in hypothalamus and corpus striatum: their role in liver, plasma and in vitro hepatocyte ALDH regulation in ethahol treated rats

Dopamine D2 receptors are involved in ethanol self- administration behavior and also suggested to mediate the onset and offset of ethanol drinking. In the present study, we investigated dopamine (DA) content and Dopamine D2 (DA D2) receptors in the hypothalamus and corpus striatum of ethanol treated rats and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity in the liver and plasma of ethanol treated rats and in vitro hepatocyte cultures. Hypothalamic and corpus striatal DA content decreased significantly (P\0.05, P\0.001 respectively) and homovanillic acid/ dopamine (HVA/DA) ratio increased significantly (P\0.001) in ethanol treated rats when compared to control. Scatchard analysis of [3H] YM-09151-2 binding to DA D2 receptors in hypothalamus showed a significant increase (P\0.001) in Bmax without any change in Kd in ethanol treated rats compared to control. The Kd of DA D2 receptors significantly decreased (P\0.05) in the corpus striatum of ethanol treated rats when compared to control. DA D2 receptor affinity in the hypothalamus and corpus striatum of control and ethanol treated rats fitted to a single site model with unity as Hill slope value. The in vitro studies on hepatocyte cultures showed that 10-5 M and 10-7 M DA can reverse the increased ALDH activity in 10% ethanol treated cells to near control level. Sulpiride, an antagonist of DA D2, reversed the effect of dopamine on 10% ethanol induced ALDH activity in hepatocytes. Our results showed a decreased dopamine concentration with enhanced DA D2 receptors in the hypothalamus and corpus striatum of ethanol treated rats. Also, increased ALDH was observed in the plasma and liver of ethanol treated rats and in vitro hepatocyte cultures with 10% ethanol as a compensatory mechanism for increased aldehyde production due to increased dopamine metabolism. A decrease in dopamine concentration in major brain regions is coupled with an increase in ALDH activity in liver and plasma, which contributes to the tendency for alcoholism. Since the administration of 10-5 M and 10-7 M DA can reverse the increased ALDH activity in ethanol treated cells to near control level, this has therapeutic application to correct ethanol addicts from addiction due to allergic reaction observed in aldehyde accumulation.

View-based approaches to spatial representation in human vision

In an immersive virtual environment, observers fail to notice the expansion of a room around them and consequently make gross errors when comparing the size of objects. This result is difficult to explain if the visual system continuously generates a 3-D model of the scene based on known baseline information from interocular separation or proprioception as the observer walks. An alternative is that observers use view-based methods to guide their actions and to represent the spatial layout of the scene. In this case, they may have an expectation of the images they will receive but be insensitive to the rate at which images arrive as they walk. We describe the way in which the eye movement strategy of animals simplifies motion processing if their goal is to move towards a desired image and discuss dorsal and ventral stream processing of moving images in that context. Although many questions about view-based approaches to scene representation remain unanswered, the solutions are likely to be highly relevant to understanding biological 3-D vision.

Investigation of cooperativity in the binding of ligands to the D-2 dopamine receptor

The D 2 dopamine receptor exists as dimers or as higher-order oligomers, as determined from data from physical experiments. In this study, we sought evidence that this oligomerization leads to cooperativity by examining the binding of three radioligands ([H-3] nemonapride, [H-3] raclopride, and [H-3] spiperone) to D 2 dopamine receptors expressed in membranes of Sf9 cells. In saturation binding experiments, the three radioligands exhibited different B-max values, and the B-max values could be altered by the addition of sodium ions to assays. Despite labeling different numbers of sites, the different ligands were able to achieve full inhibition in competition experiments. Some ligand pairs also exhibited complex inhibition curves in these experiments. In radioligand dissociation experiments, the rate of dissociation of [H-3] nemonapride or [H-3] spiperone depended on the sodium ion concentration but was independent of the competing ligand. Although some of the data in this study are consistent with the behavior of a cooperative oligomeric receptor, not all of the data are in agreement with this model. It may, therefore, be necessary to consider more complex models for the behavior of this receptor.

Oligomers of D-2 dopamine receptors - Evidence from ligand binding

There is increasing evidence that G protein-coupled receptors form oligomers and that this might be important for their function. We have studied this phenomenon for the D-2 dopamine receptor and have shown-using a variety of biochemical and biophysical techniques-that this receptor forms dimers or higher-order oligomers. Using ligand-binding studies, we have also found evidence that this oligomer formation has functional relevance. Thus, for the receptor expressed in either CHO cells or Sf 9 insect cells, the binding properties of several radioligands (in saturation, competition, and dissociation assays) do not conform to those expected for a monomeric receptor with a single binding site. We propose that the receptors exist in oligomers with homotropic and heterotropic negatively cooperative interactions between ligands.

The influence of G protein subtype on agonist action at D-2 dopamine receptors

In previous studies, we have shown that agonists influence the ability of D-2 dopamine receptors to couple to G proteins and here we extend this work. The human D-2Short dopamine receptor and a natural polymorphism of this D-2Short(Ser(311)Cys), have been studied by co-expressing the receptors in insect cells with Gbeta(1)gamma(2) and either Galpha(o), Galpha(i1), Galpha(i2) or Galpha(i3) G protein subunits. These preparations have been used to study the G protein coupling profiles of the two receptors and the influence of agonists. Receptor/G protein coupling was analysed in dopamine/[H-3]spiperone competition binding experiments and through stimulation of [S-35]GTPgammaS binding. Although the Ser(311)Cys polymorphism itself had no appreciable effect on the G protein coupling specificity of the D-2 receptor, agonist stimulation of [S-35]GTPgammaS binding, revealed that both dopamine and (+)-3PPP showed a clear preference for Galpha(o) compared to the Galpha(i) subtypes, but quinpirole did not. These results indicate that agonists are able to stabilise different receptor conformations with different abilities to couple to G proteins. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mechanisms of agonist action at D-2 dopamine receptors

In this study, we investigated the biochemical mechanisms of agonist action at the G protein-coupled D-2 dopamine receptor expressed in Chinese hamster ovary cells. Stimulation of guanosine 5'-O-(3-[S-35]thio) triphosphate ([S-35]GTPgammaS) binding by full and partial agonists was determined at different concentrations of [S-35]GTPgammaS (0.1 and 10 nM) and in the presence of different concentrations of GDP. At both concentrations of [S-35]GTPgammaS, increasing GDP decreased the [S-35]GTPgammaS binding observed with maximally stimulating concentrations of agonist, with partial agonists exhibiting greater sensitivity to the effects of GDP than full agonists. The relative efficacy of partial agonists was greater at the lower GDP concentrations. Concentration-response experiments were performed for a range of agonists at the two [S-35]GTPgammaS concentrations and with different concentrations of GDP. At 0.1 nM [S-35]GTPgammaS, the potency of both full and partial agonists was dependent on the GDP concentration in the assays. At 10 nM [S-35]GTPgammaS, the potency of full agonists exhibited a greater dependence on the GDP concentration, whereas the potency of partial agonists was virtually independent of GDP. We concluded that at the lower [S-35]GTPgammaS concentration, the rate-determining step in G protein activation is the binding of [S-35]GTPgammaS to the G protein. At the higher [S-35]GTPgammaS concentration, for full agonists, [S-35]GTPgammaS binding remains the slowest step, whereas for partial agonists, another (GDP-independent) step, probably ternary complex breakdown, becomes rate-determining.