Role of transient receptor potential vanilloid 4 in rat joint inflammation

Objective To determine whether activation of transient receptor potential vanilloid 4 (TRPV-4) induces inflammation in the rat temporomandibular joint (TMJ), and to assess the effects of TRPV-4 agonists and proinflammatory mediators, such as a protease-activated receptor 2 (PAR-2) agonist, on TRPV-4 responses. Methods Four hours after intraarticular injection of carrageenan into the rat joints, expression of TRPV-4 and PAR-2 in trigeminal ganglion (TG) neurons and in the TMJs were evaluated by real-time reverse transcriptionpolymerase chain reaction and immunofluorescence, followed by confocal microscopy. The functionality of TRPV-4 and its sensitization by a PAR-2activating peptide (PAR-2AP) were analyzed by measuring the intracellular Ca2+ concentration in TMJ fibroblast-like synovial cells or TG neurons. Plasma extravasation, myeloperoxidase activity, and the head-withdrawal threshold (index of mechanical allodynia) were evaluated after intraarticular injection of selective TRPV-4 agonists, either injected alone or coinjected with PAR-2AP. Results In the rat TMJs, TRPV-4 and PAR-2 expression levels were up-regulated after the induction of inflammation. Two TRPV-4 agonists specifically activated calcium influx in TMJ fibroblast-like synovial cells or TG neurons. In vivo, the agonists triggered dose-dependent increases in plasma extravasation, myeloperoxidase activity, and mechanical allodynia. In synovial cells or TG neurons, pretreatment with PAR-2AP potentiated a TRPV-4 agonistinduced increase in [Ca2+]i. In addition, TRPV-4 agonistinduced inflammation was potentiated by PAR-2AP in vivo. Conclusion In this rat model, TRPV-4 is expressed and functional in TG neurons and synovial cells, and activation of TRPV-4 in vivo causes inflammation in the TMJ. Proinflammatory mediators, such as PAR-2 agonists, sensitize the activity of TRPV-4. These results identify TRPV-4 as an important signal of inflammation in the joint.

Arginine induces GH gene expression by activating NOS/NO signaling in rat isolated hemi-pituitaries

The amino acid arginine (Arg) is a recognized secretagogue of growth hormone (GH), and has been shown to induce GH gene expression. Arg is the natural precursor of nitric oxide (NO), which is known to mediate many of the effects of Arg, such as GH secretion. Arg was also shown to increase calcium influx in pituitary cells, which might contribute to its effects on GH secretion. Although the mechanisms involved in the effects of Arg on GH secretion are well established, little is known about them regarding the control of GH gene expression. We investigated whether the NO pathway and/or calcium are involved in the effects of Arg on GH gene expression in rat isolated pituitaries. To this end, pituitaries from approximately 170 male Wistar rats (~250 g) were removed, divided into two halves, pooled (three hemi-pituitaries) and incubated or not with Arg, as well as with different pharmacological agents. Arg (71 mM), the NO donor sodium nitroprusside (SNP, 1 and 0.1 mM) and a cyclic guanosine monophosphate (cGMP) analogue (8-Br-cGMP, 1 mM) increased GH mRNA expression 60 min later. The NO acceptor hemoglobin (0.3 µM) blunted the effect of SNP, and the combined treatment with Arg and L-NAME (a NO synthase (NOS) inhibitor, 55 mM) abolished the stimulatory effect of Arg on GH gene expression. The calcium channel inhibitor nifedipine (3 µM) also abolished Arg-induced GH gene expression. The present study shows that Arg directly induces GH gene expression in hemi-pituitaries isolated from rats, excluding interference from somatostatinergic neurons, which are supposed to be inhibited by Arg. Moreover, the data demonstrate that the NOS/NO signaling pathway and calcium mediate the Arg effects on GH gene expression.

Induktion und Signaltransduktion bei der Expression des Chemokins MCP-1 in Monozyten

Das Chemokin 'Monocyte Chemoattractant Protein-1' (MCP-1) spielt bei inflammatorischen Erkrankungen eine wesentliche Rolle. Verschiedene Zelltypen produzieren MCP-1. Es interessierte, welche Stimuli in Monozyten MCP-1 induzieren können und welche Signaltransduktionskaskaden daran beteiligt sind. Darüber hinaus sollte die Rolle einzelner Transkriptionsfaktoren und Promotorregionen des MCP-1-Gens untersucht werden.Komponenten Gram-positiver und -negativer Bakterien, Phorbolester und Substanzen, die die intrazelluläre Calciumkonzentration erhöhen, induzierten die MCP-1-Expression in einer humanen myelomonozytären Zellinie (THP-1) und in frisch isolierten Monozyten. Die mit Lipopolysaccharid (LPS)-induzierte MCP-1-Expression war stark von der MAPK/ERK-Kinase (MEK)-1/-2 und von I-kappaB Kinasen beziehungsweise NF-kappaB abhängig, dagegen scheinen Calcineurin, Calmodulinkinasen und die 'Mitogen-Activated Protein Kinase' p38 keine entscheidende Rolle zu spielen. Die Thapsigargin (TG)-induzierte MCP-1-Bildung durch Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration war zusätzlich von Calcineurin und Calmodulinkinasen abhängig. Als nukleäre Transkriptionsfaktoren wurden bei der LPS-Stimulation NF-kappaB sowie AP-1 und zusätzlich NF-ATc3 bei Stimulation durch TG nachgewiesen. Die Untersuchung des MCP-1-Promotors konnte eine Bindung von NF-kappaB- und AP-1-Mitglieder an eine bislang nicht untersuchte distale Region und eine AP-1-Bindung an eine proximale Region nachweisen. Die Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß die Aktivierung der MCP-1-Expression durch verschiedene Stimuli unter Beteiligung teilweise unterschiedlicher Signaltransduktionswege abläuft und sowohl eine proximale als auch eine distale Promotorregion des MCP-1-Gens daran beteiligt ist.

Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme an nozizeptiven Spinalganglienneuronen der Ratte

Die freien Endigungen von Spinalganglienneuronen sind für die Detektion schmerzhafter Reize verantwortlich. Dabei rufen thermische, chemische oder mechanische Reize Ionenströme über die Membran und dadurch Membranpotentialänderungen hervor. Diese noxisch induzierten Ströme sind in großem Ausmaß durch chemische Substanzen und andere Reize modulierbar. Der Ionenkanal TRPV1 ist für die Detektion zahlreicher chemischer Reize und zumindest eines Teils der noxischen Hitzereize verantwortlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige der Mechanismen geklärt, die zur schnellen Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme führen. Hierfür wurden akut dissoziierte Spinalganglienneurone der Ratte als Modell ihrer peripheren Endigung verwendet und mittels Ganzzellableitung in der patch-clamp-Technik untersucht. Die Verwendung von Trypsin während der Präparation von Spinalganglienneuronen hat keinen funktionellen Einfluss auf hitze- oder capsaicininduzierte Ströme, verbessert aber die Untersuchungsbedingungen für das patch-clamp-Verfahren. Bei 144 akut dissoziierten Spinalganglienneuronen wurden die Stromantworten auf drei im Abstand von 40 s durch Überspülen mit 45,3 bis 46,3°C heißer Extrazellularlösung applizierte einsekündige Hitzereize gemessen. Dabei ließen sich repetitiv reproduzierbare hitzeinduzierte Einwärtsströme von etwa 160 pA erzielen; es konnte keine Tachyphylaxie und nahezu keine Inaktivierung beobachtet werden. Direkt vor dem zweiten Hitzereiz wurden die Neurone für zwei Sekunden mit Extrazellularlösung überspült, die Kontrolllösung, 0,5 μM Capsaicin, 10 μM Natriumnitroprussid oder 10 μM YC-1 enthielt. Es fand sich kein Hinweis, dass Stickstoffmonoxid oder die Guanylatzyklase einen signifikanten Beitrag zur Sensibilisierung von hitzeinduzierten Strömen in Spinalganglienneuronen leisten, wobei ein durch den Versuchsaufbau bedingtes Auswaschen zytosolischer Faktoren, die für den Signalweg notwendig sind, nicht ausgeschlossen werden kann. Bei einer Konzentration von 0,5 μM löst Capsaicin für zwei Sekunden einen sehr kleinen Einwärtsstrom von etwa 33 pA aus und führt innerhalb von zwei Sekunden zu einer schnell reversiblen Sensibilisierung von hitzeinduzierten Einwärtsströmen in Spinalganglienneuronen (p<0,01). Das Ausmaß der Sensibilisierung ist proportional zur Größe des capsaicininduzierten Stromes (r=−0,7, p<0,001). Konstant halten der intrazellulären Calciumkonzentration mittels des Calciumchelators BAPTA verhindert die capsaicininduzierte Sensibilisierung hitzeinduzierter Ströme an Spinalganglienneuronen. Demzufolge beruht die capsaicininduzierte Sensibilisierung trotz der schnellen Kinetik nicht auf einer synergistischen Wirkung der beiden Agonisten Capsaicin und Hitze auf ihren gemeinsamen Rezeptor; vielmehr ist sie von einer Erhöhung der intrazellulären freien Calciumkonzentration abhängig. Funktionelle Änderungen der zellulären Funktion werden häufig durch Proteinkinasen vermittelt. Die zur Gruppe der MAP-Kinasen gehörende ERK (extracellular signal related kinase) wird bei Membrandepolarisation und Calciumeinstrom in die Zelle durch MEK (MAPK/extracellular signal related kinase kinase) aktiviert. Blockade der MEK/ERK-Kaskade durch den spezifischen MEK-Hemmstoff U0126 führt ebenfalls zu einer Aufhebung der Sensibilisierung der Hitzeantworten durch Capsaicin. Applikation von Capsaicin führt innerhalb von zwei Sekunden zu einer schnell reversiblen Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme an nozizeptiven Spinalganglienneuronen. Diese Sensibilisierung wird durch einen Calciumeinstrom in die Zelle und die dadurch eintretende Aktivierung von Proteinkinasen hervorgerufen. Die MEK/ERK-Kaskade ist ein sehr schnell (deutlich unter 2 s) aktivierbares intrazelluläres Signalsystem, welches bei der Regulation der Empfindlichkeit nozizeptiver Spinalganglienneurone eine entscheidende Rolle spielt; die schnelle Kinetik ist dabei nur durch eine membranständige oder zumindest membrannahe Lokalisation dieser Proteinkinasen erklärbar. Durch Applikation zehnsekündiger Hitzereize lässt sich ebenfalls eine Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme auslösen, die ebenso ausgeprägt ist, wie die Sensibilisierung durch 0,5 μM Capsaicin (p<0,005). Durch das immer größere Verständnis der Funktionsweise des nozizeptiven Systems ergeben sich ständig neue Ansätze für die Entwicklung neuer Analgetika. So könnte durch Modulation spezifischer intrazellulärer Proteinkinasen der Phosphorylierungszustand und damit die Aktivierbarkeit von Ionenkanälen, die der Transduktion noxischer Reize dienen, positiv beeinflusst werden. Neuere, noch spezifischere Inhibitoren der MEK können der Forschung und später auch der Therapie neue Möglichkeiten eröffnen.

Die funktionelle Rolle von LRP1 in der tPA-vermittelten Aktivierung von NMDA-Rezeptoren

Das Low Density Lipoprotein Receptor-related Protein 1 (LRP1) scheint neben seiner ursprünglichen Rolle als Lipoproteinrezeptor auch eine fundamentale Rolle bei der Einleitung von Signaltransduktionskaskaden im sich entwickelnden Gehirn zu spielen. Einer seiner Hauptliganden ist die Serinprotease Tissue-type Plasminogen Aktivator (tPA), welche NMDA-Rezeptor-abhängig MAP Kinasenaktivierung induzieren kann. In dieser Studie sollte daher untersucht werden, ob LRP1 und der NMDA Rezeptor in der tPA-vermittelten Signaltransduktion miteinander kooperieren. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl LRP1 als auch der NMDA Rezeptor an der tPA-induzierten Erk1/2 Phosphorylierung beteiligt sind, da dieser Effekt mit den spezifischen Inhibitoren RAP, MK-801 und DL-AP5 blockiert werden konnte. Eine weitere Bestätigung der LRP1-Spezifität zeigte sich durch shRNA knock-down Experimente. Calcium Imaging Experimente ergaben, dass die Applikation von tPA sowohl in primären, hippokampalen Neuronen als auch in der neuronalen Zelllinie HT22 zu einem robusten Einstrom von Calcium in die Zelle führte, welcher mit dem NMDA Rezeptor Inhibitor MK-801 und dem LRP1 Inhibitor RAP blockiert werden konnte. RNAi Experimente und Überexpressionsstudien bestätigten die Beteiligung von PSD-95 als intrazelluläres Adapterprotein, welches die beiden Rezeptoren miteinander verbindet. Als Bindungsstelle für PSD-95 konnte mit Hilfe von LRP1 knock-in Mausneuronen die distale NPxY(2) Domäne am LRP1 C-Terminus identifiziert werden. Diese Ergebnisse führten zu der Hypothese eines multimeren tPA-LRP1-NMDA Rezeptor Komplexes, der über die primäre Bindung von tPA an LRP1 aktiviert wird und anschließend das Signal an den NMDA Rezeptor weiterleitet. Somit weisen die Ergebnisse dieser Arbeit auf einen neuen, tPA-vermittelten Mechanismus zur Öffnung von Glutamatrezeptoren hin, der eine funktionelle Kooperation von dem Lipoproteinrezeptor LRP1 mit dem NMDA Rezeptor voraussetzt.

Die Rolle von GABA- und Glyzinrezeptoren während der radialen Migration kortikaler Neurone in der pränatalen Maus

Für die Entwicklung des zerebralen Kortex ist die radiale Migration von Neuronen von elementarer Bedeutung. Für diese radiale Migration sind extrazelluläre Signale, die mit den Neuronen interagieren und eine Umgestaltung des Zytoskeletts vermitteln, notwendig. Zu den extrazellulären Signalen gehört auch der Neurotransmitter GABA, der über Depolarisation der Neurone einen Ca2+-Einstrom vermittelt und dadurch die Modulation der Migration über Ca2+-abhängige Signalwege ermöglicht. Auch von Taurin ist bekannt, dass es die neuronale Migration beeinflusst. Frühere Studien zeigten, dass die Depolarisation von GABAA-Rezeptoren durch GABA zu einem Migrationsstop führt, wohingegen Picrotoxin-sensitive Rezeptoren die Migration von der Ventrikulären Zone in die Intermediäre Zone des pränatalen Kortex vermitteln. Obwohl zu den Picrotoxin-sensitiven Rezeptoren GABAA-, GABAC- und bestimmte Glyzinrezeptoren gehören, wurde die Rolle von GABAC- und Glyzinrezeptoren während der radialen Migration nie überprüft. Ziel dieser Dissertation war deshalb, den Einfluss von GABAC- und Glyzinrezeptoren auf die radiale Migration zu untersuchen. Unter Verwendung von Migrationsanalysen, Fluoreszenzmessungen, molekularbiologischen und histologischen Methoden wurde gezeigt, dass GABAC-Rezeptoren im unteren Bereiche des präfrontalen Kortex exprimiert werden, ihre Aktivierung durch GABA in der Intermediären Zone zu einer Depolarisation führt, dass GABAC-Rezeptoren die Migration fördern und dieser Effekt über den migrationsstoppenden Effekt der GABAA-Rezeptoren dominiert. Durch Aktivierung der Glyzinrezeptoren fördert Taurin die Migration.

Inhibierung des IL-17A vermittelten Blut-Hirnschrankenversagens in experimenteller Autoimmunenzephalomyelitis (EAE) und Mikrogliaaktivierung durch IL-17A

Experimentelle Autoimmunenzephalomyelitis (EAE) ist das Tiermodell für Multiple Sklerose (MS). Es ist bekannt, dass das proinflammatorische Zytokin IL-17A eine wichtige Rolle in MS und EAE spielt. Dieses wird hauptsächlich von einer Subpopulation der T-Helferzellen (Th17 Zellen) exprimiert. Es war bekannt, dass diese am Zusammenbruch der Blut-Hirnschranke (BHS) beteiligt sind. Der Integritätsverlust der BHS ist ein wichtiger und früher Aspekt in der Pathogenese von EAE und MS. Daraufhin können Immunzellen in das zentrale Nervensystem (ZNS) eindringen. Spezifische T-Zellen greifen das Myelin an und führen so zu einer Entzündungsreaktion, Demyelinisierung und axonalem Schaden. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass durch Hemmung des kontraktilen endothelialen Apparates das BHS Versagen vermindert werden kann und es dadurch zu einem milderen Verlauf der EAE Pathogenese kommt. Wird der Inhibitor der Myosinleichtkettenkinase ML-7 C57/bl6 Mäusen, bei denen EAE induziert wurde, intraperitoneal verabreicht, kommt es zu einem geringeren Phosphorylierungsgrad der leichten Kette des Myosins in Endothelzellen und folglich zu einem verringerten Schrankenversagen. Außerdem konnte ich zeigen, dass weniger reaktive Sauerstoffspezies (ROS) gebildet werden. Folglich kommt es zu einer geringeren Infiltration von Immunzellen aus der Peripherie in das ZNS. Somit werden weniger Zytokine und auch Matrixmetalloproteinasen (MMP) ausgeschüttet, wodurch die Entzündungsreaktion weniger stark ausgeprägt ist. Außerdem werden weniger Mikrogliazellen aktiviert. Ich habe den Zusammenhang zwischen Mikrogliazellaktivierung und IL-17A näher untersucht. Dieses proinflammatorische Zytokin aktiviert Mikrogliazellen auch in vitro. Durch IL-17A Stimulation kommt es zur vermehrten ROS Bildung. Folglich kommt es zu einer vermehrten Proliferation und Migration, sowie einer erhöhten Zytokinproduktion. Außerdem konnte ich zeigen, dass der N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptor an der Mikrogliaaktivierung beteiligt ist. Abhängig von IL-17A Stimulation kommt es zu einem Kalziumeinstrom über den NMDA-Rezeptor. Werden Inhibitoren des NMDA-Rezeptors eingesetzt, können IL-17A vermittelte Proliferation, Migration, Zytokin-und ROS-Produktion verhindert werden. Der NMDA-Rezeptor ist sehr gut in Neuronen erforscht, wohingegen bisher sehr wenig über seine Funktion in Gliazellen bekannt war. In dieser Arbeit ist es mir gelungen einen Zusammenhang zwischen IL-17A vermittelter Mikrogliaaktivierung und Kalziumeinstrom über den NMDA-Rezeptor herzustellen.

Signalling mechanisms affecting regulated neurotrophin secretion in hippocampal neurons

Die Neurotrophine aus Säugetiere BDNF und NT-3 sind von Neuronen sekretierte Wachstumsfaktoren. Ferner sind Neurotrophine in verschiedene Formen der aktivitätsabhängigen synaptische Plastizität involviert. Obwohl die Ausschüttung von Neurotrophine aus Synapsen beschrieben worden ist, sind die intrazellulären Signalkaskaden, die die synaptische Ausschüttung von Neurotrophine regulieren, bei weitem nicht verstanden. Deswegen ist die Analyse der Sekretion von Neurotrophine auf subzellulärer Ebene erforderlich, um die genaue Rolle von präsynaptische und postsynaptische NT-Sekretion in der synaptischen Plastizität aufzudecken. In der vorliegenden Arbeit wurden die Kulturen von dissoziierten hippocampalen Neuronen aus Ratten mit grün fluoreszierenden Protein-markierten Konstrukten von BDNF und NT-3 transfiziert und Neurotrophine-enthaltenden Vesikeln durch die Colokalisierung mit dem cotransfizierten postsynaptischen Marker PSD-95-DsRed an glutamatergen Synapsen identifiziert. Depolarisationsinduzierte Sekretion von BDNF und NT-3 wurde per Direktaufnahme am Fluoreszenzmikroskop beobachtet. Die unvermittelte postsynaptische Depolarisation mit erhöhtem Kalium, in Gegenwart von Inhibitoren der synaptischen Transmission, erlaubte die Untersuchung der Signalwege, die am postsynaptischen Sekretionsprozess der Neurotrophinvesikel beteiligt sind. Es konnte gezeigt werden, dass die depolarisationsinduzierte postsynaptische Ausschüttung der Neurotrophine durch Calcium-Einstrom ausgelöst wird, entweder über L-Typ-spannungsabhängige Calcium-Kanäle oder über NMDA-Rezeptoren. Eine anschließende Freisetzung von Calcium aus intrazellulären Speichern über Ryanodin-Rezeptoren ist für den Sekretionsprozess erforderlich. Die postsynaptische Neurotrophinausschüttung wird durch KN-62 und KN-93 gehemmt, was auf eine unmittelbare Abhängigkeit von aktiver alpha-Calcium-Calmodulin-abhängige Proteinkinase II (CaMKII) hinweist. Der Inhibitor der cAMP/Proteinkinase A (PKA), Rp-cAMP-S, sowie der NO-Donor, SNP, minderten die Neurotrophinausschüttung. Hingegen blieben die Erhöhung des intrazellulären cAMP und der NO-Synthase-Inhibitor L-NMMA ohne Wirkung. Mit dem Trk-Inhibitor K252a konnte gezeigt werden, dass autokrine Neurotrophin-induzierte Neurotrophinausschüttung nicht an der synaptischen Freisetzung der Neurotrophine beiträgt und, dass BDNF seine eigene postsynaptische Sekretion nicht auslöst. Freisetzungsexperimente mit dem Fluoreszenz-Quencher Bromphenolblau konnten den Nachweis erbringen, dass asynchrone und anhaltende Fusionsporenöffnung von Neurotrophinvesikeln während der Sekretion stattfindet. Wegen der im Vergleich zum komplexen Sekretionsprozess schnellen Fusionsporenöffnung, scheint die Freisetzungsgeschwindigkeit von Neurotrophine durch ihre Diffusion aus dem Vesikel begrenzt. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse eine starke Abhängigkeit der aktivitätsabhängigen postsynaptischen Neurotrophinausschüttung vom Calcium-Einstrom, von der Freisetzung von Calcium aus internen Speichern, von der Aktivierung der CaMKII und einem intakten Funktion der PKA, während der Trk-Signalweg, die Aktivierung von Natrium-Kanäle und NO-Signale nicht erforderlich sind.

Heavy metal cations permeate the TRPV6 epithelial cation channel

TRPV6 belongs to the vanilloid family of the transient receptor potential channel (TRP) superfamily. This calcium-selective channel is highly expressed in the duodenum and the placenta, being responsible for calcium absorption in the body and fetus. Previous observations have suggested that TRPV6 is not only permeable to calcium but also to other divalent cations in epithelial tissues. In this study, we tested whether TRPV6 is indeed also permeable to cations such as zinc and cadmium. We found that the basal intracellular calcium concentration was higher in HEK293 cells transfected with hTRPV6 than in non-transfected cells, and that this difference almost disappeared in nominally calcium-free solution. Live cell imaging experiments with Fura-2 and NewPort Green DCF showed that overexpression of human TRPV6 increased the permeability for Ca(2+), Ba(2+), Sr(2+), Mn(2+), Zn(2+), Cd(2+), and interestingly also for La(3+) and Gd(3+). These results were confirmed using the patch clamp technique. (45)Ca uptake experiments showed that cadmium, lanthanum and gadolinium were also highly efficient inhibitors of TRPV6-mediated calcium influx at higher micromolar concentrations. Our results suggest that TRPV6 is not only involved in calcium transport but also in the transport of other divalent cations, including heavy metal ions, which may have toxicological implications.

Evaluating statistical methods used to estimate the number of postsynaptic receptors.

Calcium levels in spines play a significant role in determining the sign and magnitude of synaptic plasticity. The magnitude of calcium influx into spines is highly dependent on influx through N-methyl D-aspartate (NMDA) receptors, and therefore depends on the number of postsynaptic NMDA receptors in each spine. We have calculated previously how the number of postsynaptic NMDA receptors determines the mean and variance of calcium transients in the postsynaptic density, and how this alters the shape of plasticity curves. However, the number of postsynaptic NMDA receptors in the postsynaptic density is not well known. Anatomical methods for estimating the number of NMDA receptors produce estimates that are very different than those produced by physiological techniques. The physiological techniques are based on the statistics of synaptic transmission and it is difficult to experimentally estimate their precision. In this paper we use stochastic simulations in order to test the validity of a physiological estimation technique based on failure analysis. We find that the method is likely to underestimate the number of postsynaptic NMDA receptors, explain the source of the error, and re-derive a more precise estimation technique. We also show that the original failure analysis as well as our improved formulas are not robust to small estimation errors in key parameters.

Dystrophic cardiomyopathy: role of TRPV2 channels in stretch-induced cell damage

Aims Duchenne muscular dystrophy (DMD), a degenerative pathology of skeletal muscle, also induces cardiac failure and arrhythmias due to a mutation leading to the lack of the protein dystrophin. In cardiac cells, the subsarcolemmal localization of dystrophin is thought to protect the membrane from mechanical stress. The absence of dystrophin results in an elevated stress-induced Ca2+ influx due to the inadequate functioning of several proteins, such as stretch-activated channels (SACs). Our aim was to investigate whether transient receptor potential vanilloid channels type 2 (TRPV2) form subunits of the dysregulated SACs in cardiac dystrophy. Methods and results We defined the role of TRPV2 channels in the abnormal Ca2+ influx of cardiomyocytes isolated from dystrophic mdx mice, an established animal model for DMD. In dystrophic cells, western blotting showed that TRPV2 was two-fold overexpressed. While normally localized intracellularly, in myocytes from mdx mice TRPV2 channels were translocated to the sarcolemma and were prominent along the T-tubules, as indicated by immunocytochemistry. Membrane localization was confirmed by biotinylation assays. Furthermore, in mdx myocytes pharmacological modulators suggested an abnormal activity of TRPV2, which has a unique pharmacological profile among TRP channels. Confocal imaging showed that these compounds protected the cells from stress-induced abnormal Ca2+ signals. The involvement of TRPV2 in these signals was confirmed by specific pore-blocking antibodies and by small-interfering RNA ablation of TRPV2. Conclusion Together, these results establish the involvement of TRPV2 in a stretch-activated calcium influx pathway in dystrophic cardiomyopathy, contributing to the defective cellular Ca2+ handling in this disease.

Mechanisms underlying kainate receptor-mediated disinhibition in the hippocampus

Kainate (KA) receptor activation depresses stimulus-evoked γ-aminobutyric acid (GABA-mediated) synaptic transmission onto CA1 pyramidal cells of the hippocampus and simultaneously increases the frequency of spontaneous GABA release through an increase in interneuronal spiking. To determine whether these two effects are independent, we examined the mechanism by which KA receptor activation depresses the stimulus-evoked, inhibitory postsynaptic current (IPSC). Bath application of the α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole proprionic acid (AMPA)/KA receptor agonist KA in the presence of the AMPA receptor antagonist GYKI 53655 caused a large increase in spontaneous GABA release and a coincident depression of the evoked IPSC. The depressant action on the evoked IPSC was reduced, but not abolished, by the GABAB receptor antagonist SCH 50911, suggesting that the KA-induced increase in spontaneous GABA release depresses the evoked IPSC through activation of presynaptic GABAB receptors. KA had no resolvable effect on the potassium-induced increase in miniature IPSC frequency, suggesting that KA does not act through a direct effect on the release machinery or presynaptic calcium influx. KA caused a decrease in pyramidal cell input resistance, which was reduced by GABAA receptor antagonists. KA also caused a reduction in the size of responses to iontophoretically applied GABA, which was indistinguishable from the SCH 50911-resistant, residual depression of the evoked IPSC. These results suggest that KA receptor activation depresses the evoked IPSC indirectly by increasing interneuronal spiking and GABA release, leading to activation of presynaptic GABAB receptors, which depress GABA release, and postsynaptic GABAA receptors, which increase passive shunting.

Impaired CD19 expression and signaling, enhanced antibody response to type II T independent antigen and reduction of B-1 cells in CD81-deficient mice

The tetraspanin CD81 is ubiquitously expressed and associated with CD19 on B lymphocytes and with CD4 and CD8 on T lymphocytes. Analysis of mice with disrupted CD81 gene reveals normal T cells but a distinct abnormality in B cells consisting of decreased expression of CD19 and severe reduction in peritoneal B-1 cells. CD81-deficient B cells responded normally to surface IgM crosslinking, but had severely impaired calcium influx following CD19 engagement. CD81-deficient mice had increased serum IgM and IgA and an exaggerated antibody response to the type II T independent antigen TNP-Ficoll. These results suggest that CD81 is important for CD19 signaling and B cell function.

Evidence for a voltage-dependent enhancement of neurotransmitter release mediated via the synaptic protein interaction site of N-type Ca2+ channels

Secretion of neurotransmitters is initiated by voltage-gated calcium influx through presynaptic, voltage-gated N-type calcium channels. These channels interact with the SNARE proteins, which are core components of the exocytosis process, via the synaptic protein interaction (synprint) site in the intracellular loop connecting domains II and III of their α1B subunit. Interruption of this interaction by competing synprint peptides inhibits fast, synchronous transmitter release. Here we identify a voltage-dependent, but calcium-independent, enhancement of transmitter release that is elicited by trains of action potentials in the presence of a hyperosmotic extracellular concentration of sucrose. This enhancement of transmitter release requires interaction of SNARE proteins with the synprint site. Our results provide evidence for a voltage-dependent signal that is transmitted by protein–protein interactions from the N-type calcium channel to the SNARE proteins and enhances neurotransmitter release by altering SNARE protein function.

The AMPA receptor subunit GluR-B in its Q/R site-unedited form is not essential for brain development and function

Calcium permeability of l-α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionate receptors (AMPARs) in excitatory neurons of the mammalian brain is prevented by coassembly of the GluR-B subunit, which carries an arginine (R) residue at a critical site of the channel pore. The codon for this arginine is created by site-selective adenosine deamination of an exonic glutamine (Q) codon at the pre-mRNA level. Thus, central neurons can potentially control the calcium permeability of AMPARs by the level of GluR-B gene expression as well as by the extent of Q/R-site editing, which in postnatal brain, positions the R codon into >99% of GluR-B mRNA. To study whether the small amount of unedited GluR-B is of functional relevance, we have generated mice carrying GluR-B alleles with an exonic arginine codon. We report that these mutants manifest no obvious deficiencies, indicating that AMPAR-mediated calcium influx into central neurons can be solely regulated by the levels of Q/R site-edited GluR-B relative to other AMPAR subunits. Notably, a targeted GluR-B gene mutant with 30% reduced GluR-B levels had 2-fold higher AMPAR-mediated calcium permeability in hippocampal pyramidal cells with no sign of cytotoxicity. This constitutes proof in vivo that elevated calcium influx through AMPARs need not generate pathophysiological consequences.