GABAergic control of arteriolar diameter in the rat retina

Purpose: To investigate the role of γ-aminobutryic acid (GABA) in the regulation of arteriolar diameter in the rat retina.

Methods.: The actions of GABA on arteriolar diameter were examined using ex vivo retinal whole-mount preparations and isolated vessel segments. In most experiments, arterioles were partially preconstricted with endothelin (Et)-1. The expression levels of GABAA and GABAB receptors on isolated rat retinal Müller cells were assessed by immunohistochemistry.

Results.: GABA (0.1–1 mM) evoked vasodilation or vasoconstriction of arterioles in whole-mount preparations. No such effects were observed with isolated vessel segments. In whole mount samples, the GABAA receptor agonist muscimol caused vasomotor responses in only a small proportion of vessels. In contrast, arteriolar responses to the GABAB receptor agonists baclofen and SKF97541 more closely resembled those observed with GABA. No responses were seen with the GABAC receptor agonist 5-methylimidazoleacetic acid. GABA-induced vasodilator responses were, for the most part, repeatable in the presence of the GABAA receptor antagonist bicuculline. These responses, however, were completely blocked in the presence of the GABAB receptor inhibitor 2-hydroxysaclofen. Strong immunolabeling for both GABAA and GABAB receptors was detected in isolated Müller cells. In the absence of Et-1–induced preconstriction, most vessels were unresponsive to bicuculline or 2-hydroxysaclofen.

Conclusions.: GABA exerts complex effects on arteriolar diameter in the rat retina. These actions appear largely dependent upon the activation of GABAB receptors in the retinal neuropile, possibly those located on perivascular Müller cells. Despite these findings, endogenous GABA appears to contribute little to the regulation of basal arteriolar diameter in the rat retina.

Synaptic dysfunction in early encephalopathies : from genes to function

Tese de doutoramento, Medicina (Neurologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

Localization and regulation by GABA of anion transporter present in pollen grain protoplasts and tube of Arabidopsis thaliana

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia do Desenvolvimento), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015

Finding genetic elements that head to the autistic phenotype

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mécanismes de régulation du trafic et de l’activité du récepteur GABAB

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique.

Le GABA comme marqueur de récupération suite à une commotion cérébrale dans le sport ?

L’association démontrée récemment entre les commotions cérébrales dans le sport et le développement possible de maladies neurodégénératives a suggéré la possibilité que des altérations persistantes soient présentes dans le cerveau de l’athlète commotionné. En fait, des altérations neurophysiologiques ont récemment été révélées au sein du cortex moteur primaire (M1) d’athlètes ayant un historique de commotions via la stimulation magnétique transcrânienne (SMT). Plus précisément, la période silencieuse corticale (PSC), une mesure d’inhibition liée aux récepteurs GABAB, était anormalement élevée, et cette hyper-inhibition était présente jusqu’à 30 ans post-commotion. La PSC, et possiblement le GABA, pourraient donc s’avérer des marqueurs objectifs des effets persistants de la commotion cérébrale. Toutefois, aucune étude à ce jour n’a directement évalué les niveaux de GABA chez l’athlète commotionné. Ainsi, les études cliniques et méthodologiques composant le présent ouvrage comportent deux objectifs principaux: (1) déterminer si l’inhibition excessive (GABA et PSC) est un marqueur des effets persistants de la commotion cérébrale; (2) déterminer s’il est possible de moduler l’inhibition intracorticale de façon non-invasive dans l’optique de développer de futurs avenues de traitements. L’article 1 révèle une préservation des systèmes sensorimoteurs, somatosensoriels et de l’inhibition liée au GABAA chez un groupe d’athlètes universitaires asymptomatiques ayant subi de multiples commotions cérébrales en comparaison avec des athlètes sans historique connu de commotion cérébrale. Cependant, une atteinte spécifique des mesures liées au système inhibiteur associé aux récepteurs GABAB est révélée chez les athlètes commotionnés en moyenne 24 mois post-commotion. Dans l’article 2, aucune atteinte des mesures SMT liées au système inhibiteur n’est révélée en moyenne 41 mois après la dernière commotion cérébrale chez un groupe d’athlètes asymptomatiques ayant subi 1 à 5 commotions cérébrales. Bien qu’aucune différence entre les groupes n’est obtenue quant aux concentrations de GABA et de glutamate dans M1 via la spectroscopie par résonance magnétique (SRM), des corrélations différentielles suggèrent la présence d’un déséquilibre métabolique entre le GABA et le glutamate chez les athlètes commotionnés. L’article 3 a démontré, chez des individus en bonne santé, un lien entre la PSC et la transmission glutamatergique, ainsi que le GABA et le glutamate. Ces résultats suggèrent que la PSC ne reflète pas directement les concentrations du GABA mesurées par la SRM, mais qu’un lien étroit entre la GABA et le glutamate est présent. L’article 4 a démontré la possibilité de moduler la PSC avec la stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SÉTcd) anodale chez des individus en santé, suggérant l’existence d’un potentiel thérapeutique lié à l’utilisation de cette technique. L’article 5 a illustré un protocole d’évaluation des effets métaboliques de la SÉTcd bilatérale. Dans l’article 6, aucune modulation des systèmes GABAergiques révélées par la SMT et la SRM n’est obtenue suite à l’utilisation de ce protocole auprès d’individus en santé. Cet article révèle également que la SÉTcd anodale n’engendre pas de modulation significative du GABA et du glutamate. En somme, les études incluent dans le présent ouvrage ont permis d’approfondir les connaissances sur les effets neurophysiologiques et métaboliques des commotions cérébrales, mais également sur le mécanisme d’action des diverses méthodologies utilisées.

Implication de Syngap1 dans la transmission GABAergique et la plasticité synaptique

La déficience intellectuelle affecte de 1 à 3% de la population mondiale, ce qui en fait le trouble cognitif le plus commun de l’enfance. Notre groupe à découvert que des mutations dans le gène SYNGAP1 sont une cause fréquente de déficience intellectuelle non-syndromique, qui compte pour 1-3% de l’ensemble des cas. À titre d’exemple, le syndrome du X fragile, qui est la cause monogénique la plus fréquente de déficience intellectuelle, compte pour environ 2% des cas. Plusieurs patients affectés au niveau de SYNGAP1 présentent également des symptômes de l’autisme et d’une forme d’épilepsie. Notre groupe a également montré que SYNGAP1 cause la déficience intellectuelle par un mécanisme d’haploinsuffisance. SYNGAP1 code pour une protéine exprimée exclusivement dans le cerveau qui interagit avec la sous-unité GluN2B des récepteurs glutamatergique de type NMDA (NMDAR). SYNGAP1 possède une activité activatrice de Ras-GTPase qui régule négativement Ras au niveau des synapses excitatrices. Les souris hétérozygotes pour Syngap1 (souris Syngap1+/-) présentent des anomalies de comportement et des déficits cognitifs, ce qui en fait un bon modèle d’étude. Plusieurs études rapportent que l’haploinsuffisance de Syngap1 affecte le développement cérébral en perturbant l’activité et la plasticité des neurones excitateurs. Le déséquilibre excitation/inhibition est une théorie émergente de l’origine de la déficience intellectuelle et de l’autisme. Cependant, plusieurs groupes y compris le nôtre ont rapporté que Syngap1 est également exprimé dans au moins une sous-population d’interneurones GABAergiques. Notre hypothèse était donc que l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones contribuerait en partie aux déficits cognitifs et au déséquilibre d’excitation/inhibition observés chez les souris Syngap1+/-. Pour tester cette hypothèse, nous avons généré un modèle de souris transgéniques dont l’expression de Syngap1 a été diminuée uniquement dans les interneurones dérivés des éminences ganglionnaires médianes qui expriment le facteur de transcription Nkx2.1 (souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1). Nous avons observé une diminution des courants postsynaptiques inhibiteurs miniatures (mIPSCs) au niveau des cellules pyramidales des couches 2/3 du cortex somatosensoriel primaire (S1) et dans le CA1 de l’hippocampe des souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1. Ces résultats supportent donc l’hypothèse selon laquelle la perte de Syngap1 dans les interneurones contribue au déséquilibre d’excitation/inhibition. De manière intéressante, nous avons également observé que les courants postsynaptiques excitateurs miniatures (mEPSCs) étaient augmentés dans le cortex S1, mais diminués dans le CA1 de l’hippocampe. Par la suite, nous avons testé si les mécanismes de plasticité synaptique qui sous-tendraient l’apprentissage étaient affectés par l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones. Nous avons pu montrer que la potentialisation à long terme (LTP) NMDAR-dépendante était diminuée chez les souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1, sans que la dépression à long terme (LTD) NMDAR-dépendante soit affectée. Nous avons également montré que l’application d’un bloqueur des récepteurs GABAA renversait en partie le déficit de LTP rapporté chez les souris Syngap1+/-, suggérant qu’un déficit de désinhibition serait présent chez ces souris. L’ensemble de ces résultats supporte un rôle de Syngap1 dans les interneurones qui contribue aux déficits observés chez les souris affectées par l’haploinsuffisance de Syngap1.

Hypothalamic GABA receptor functional regulation and liver cell proliferation

GABAergic alterations in hypothalamus during compensatory hyperplasia after partial hepatectomy (PH), lead nitrate (LN) induced direct hyperplasia and N-nitrosodiethylamine (NDEA) induced neoplasia in liver were investigated. Serum GABA levels were increased in all 3 experimental groups compared with the control. GABA content decreased in hypothalamus of PH and NDEA treated rats, while it increased in LN treated rats. GABAA receptor number and affinity in hypothalamic membrane preparations of rats showed a significant decrease in PH and NDEA treated rats, while in LN treated rats the affinity increased without any change in the receptor number. The GABAB receptor number increased in PH and NDEA treated rats, while it decreased in LN treated rats. The affinity of the receptor also increased in NDEA treated rats. Plasma NE levels showed significant increase in PH and NDEA rats compared with the control while it decreased in LN treated rats. The results of the present study suggests that liver cell proliferation is influencing the hypothalamic GABAergic neurotransmission and these changes regulate the hepatic proliferation through the sympathetic stimulation.

Enhancement Of High Affinity Y-Aminobutyric Acid Receptor Binding In Cerebellum Of Pyridoxine-Deficient Rat

The high-affinity of [3H]y-aminobutyric acid (GABA) to GABAA receptors and [3H]baclofen to GABAB receptors were studied in the cerebellum of pyridoxine-deficient rats and compared to pyridoxine-supplemented controls. There was a significant increase in the maximal binding ( Bmax) of both GABAA and GABAB receptors with no significant difference in their binding affinities (Kd). The changes observed suggest a supersensitivity of GABAA and GABAB receptors which seems to correlate negatively with the concentration of GABA in the cerebellum of pyridoxine-deficient rats.

Gaba Receptor Gene Expression during Rat Liver Cell Proliferation and Its Function in Hepatocyte Cultures

The present thesis is an attempt to understand the role of GABA, GABAA and GABAB receptors in the regulation of liver cell proliferation using in vivo and in vitro models. The work also focuses on the brain GABAergic changes associated with normal and neoplastic cell growth in liver and to delineate its regulatory function. The investigation of mechanisms involving mitogenic models without cell necrosis may contribute our knowledge about both on cell growth, carcinogenesis, liver pathology and treatment. Objectives of the present study are, to induce controlled liver cell proliferation by partial hepatectomy and lead nitrate administration and uncontrolled cell proliferation by N-nitrosodiethylamine treatment in male Wistar rats, the changes in the content of GABA, GABAA,GABAB in various rat brain regions. To study the GABAA and GABAB receptor changes in brain stem, hypothalamus, cerebellum and cerebral cortex during the active cortex during the period of active DNA synthesis in liver of different experimental groups. The changes in GABAA and GABAB receptor function of the brain stem, hypothalamus and cerebellum play an important role sympathetic regulation of cell proliferation and neoplastic growth in liver. The decrease in GABA content in brain stem, hypothalamus and cerebellum during regeneration and neoplasia in liver. The time course of brain GABAergic changes was closely correlated with that of heptic DNA synthesis. The functional significance of these changes was further explored by studying the changes in GABAA and GABAB receptors in brain.

A molecular and cellular analysis of the circadian system of the cockroach Rhyparobia (Leucophaea) maderae

Circadiane Schrittmacher koordinieren die täglichen Rhythmen in Physiologie und Verhalten in lebenden Organismen. Die Madeira Schabe Rhyparobia maderae (Synonym: Leucophaea maderae) ist ein gut etabliertes Modell, um die neuronalen Mechanismen der circadianen Rhythmen bei Insekten zu studieren. Die akzessorische Medulla (AME) in den optischen Loben des Gehirns wurde als das circadiane Schrittmacherzentrum der Madeira Schabe identifiziert, das circadiane Rhythmen in der Laufaktivität steuert. Über die Neurotransmitter der Eingangswege in das circadiane System der Madeira Schabe ist noch nicht viel bekannt. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, mögliche Eingangssignale in die innere Uhr der Madeira Schabe zu bestimmen. An primären Zellkulturen von AME-Neuronen wurden Calcium-Imaging Experimente durchgeführt, um die Neurotransmitter-abhängigen Veränderungen in der intrazellulären Calcium-Konzentration zu messen. Darüber hinaus wurde die Signalkaskade des Neuropeptids Pigment Dispersing Factor (PDF), dem wichtigsten Kopplungsfaktor in circadianen Schrittmachern von Insekten, in Calcium-Imaging und Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) Experimenten untersucht. Acetylcholin (ACh) erhöht die intrazelluläre Calcium-Konzentration in der Mehrzahl der circadianen Schrittmacherneurone der Madeiraschabe. Applikation von GABA, Serotonin und Octopamin erhöhten oder reduzierten die intrazelluläre Calcium-Konzentration in den AME-Neuronen, während Histamin und Glutamat die intrazelluläre Calcium-Konzentration ausschließlich reduzierten. Pharmakologische Experimente zeigten, dass die AME-Neurone ACh über ionotrope nikotinische ACh-Rezeptoren detektierten, während GABA über ionotrope GABAA-Rezeptoren und metabotrope GABAB-Rezeptoren detektiert wurde. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die circadiane Aktivität der Schabe durch verschiedene Eingänge, einschließlich ACh, GABA, Glutamat, Histamin, Octopamin und Serotonin, moduliert wird. Bei den FRET Studien wurde ein Proteinkinase A (PKA)-basierter FRET Sensor zur Detektion von cyclischem AMP (cAMP) verwendet. Es wurde gezeigt, dass PDF über Adenylylcyclase-abhängige und -unabhängige Signalwege wirken kann. Zusätzlich wurden Laufrad-Assays durchgeführt, um Phasenverschiebungen im Rhythmus der circadianen Laufaktivität zu detektieren, nachdem der Neurotransmitter Histamin zu verschiedenen circadianen Zeiten injiziert wurde. Histamin-Injektionen durch die Komplexaugen der Schabe ergaben eine biphasische Phasenantwortkurve (phase response curve) mit Phasenverzögerungen in der Laufaktivität am späten subjektiven Tag und am Beginn der subjektiven Nacht und Phasenbeschleunigungen in der späten subjektiven Nacht. Schließlich wurde eine extrazelluläre Ableittechnik an lebenden Schaben etabliert, die gleichzeitige Langzeit-Ableitungen von der AME, des Komplexauges (Elektroretinogramm = ERG), und der Beinmuskulatur (Elektromyogramm = EMG) für mehrere Tage ermöglichte. Diese Methode bietet einen Ausgangspunkt für weitere elektrophysiologische Untersuchungen des circadianen Systems der Schabe, in denen Substanzen (z.B. Neurotransmitter und Neuropeptide) analysiert werden können, die einen Einfluss auf den circadianen Rhythmus in der Laufaktivität haben

Efectos del consumo de cigarrillo en la presentación y severidad de la dismenorrea

Introducción: La dismenorrea se presenta como una patología cada vez más frecuente en mujeres de 16-30 años. Dentro de los factores asociados a su presentación, el consumo de tabaco ha revelado resultados contradictorios. El objetivo del presente estudio es explorar la asociación entre el consumo de cigarrillo y la presentación de dismenorrea, y determinar si los trastornos del ánimo y la depresión, alteran dicha asociación. Materiales y métodos: Se realizó un estudio de prevalencia analítica en mujeres de la Universidad del Rosario matriculadas en pregrado durante el primer semestre de 2013, para determinar la asociación entre el consumo de tabaco y la presentación de dismenorrea. En el estudio se tuvieron en cuenta variables tradicionalmente relacionadas con dismenorrea, incluyendo las variables ansiedad y depresión como potenciales variables de confusión. Los registros fueron analizados en el programa Estadístico IBM SPSS Statistics Versión 20.0. Resultados: Se realizaron 538 cuestionarios en total. La edad promedio fue 19.92±2.0 años. La prevalencia de dismenorrea se estimó en 89.3%, la prevalencia de tabaquismo 11.7%. No se encontró una asociación entre dismenorrea y tabaquismo (OR 3.197; IC95% 0.694-14.724). Dentro de las variables analizadas, la depresión y la ansiedad constituyen factores de riesgo independientes para la presentación de dismenorrea con una asociación estadísticamente significativa p=0.026 y p=0.024 respectivamente. El análisis multivariado encuentra como factor determinante en la presentación de dismenorrea, la interacción de depresión y ansiedad controlando por las variables tradicionales p<0.0001. Sin embargo, esta asociación se pierde cuando se analiza en la categoría de dismenorrea severa y gana relevancia el uso de métodos de anticoncepción diferentes a los hormonales, mientras que el hecho de haber iniciado la vida sexual presenta una tendencia limítrofe de riesgo. Conclusiones: No se puede demostrar que el tabaco es un factor asociado a la presentación de dismenorrea. Los trastornos del ánimo y la ansiedad constituyen factores determinantes a la presentación de dismenorrea independientemente de la presencia de otros concomitantes. Las variables de asociación se modifican cuando la variable dependiente se categoriza en su estado más severo. Se necesitan estudios más amplios y detallados para establecer dicha asociación.

Investigation of the effects of the novel anticonvulsant compound carisbamate(RWJ-333369) on rat piriform cortical neurones in vitro

Background and purpose: Carisbamate is being developed for adjuvant treatment of partial onset epilepsy. Carisbamate produces anticonvulsant effects in primary generalized, complex partial and absence-type seizure models, and exhibits neuroprotective and antiepileptogenic properties in rodent epilepsy models. Phase IIb clinical trials of carisbamate demonstrated efficacy against partial onset seizures; however, its mechanisms of action remain unknown. Here, we report the effects of carisbamate on membrane properties, evoked and spontaneous synaptic transmission and induced epileptiform discharges in layer II-III neurones in piriform cortical brain slices. Experimental approach: Effects of carisbamate were investigated in rat piriform cortical neurones by using intracellular electrophysiological recordings. Key results: Carisbamate (50–400 mmol·L-1) reversibly decreased amplitude, duration and rise-time of evoked action potentials and inhibited repetitive firing, consistent with use-dependent Na+ channel block; 150–400 mmol·L-1 carisbamate reduced neuronal input resistance, without altering membrane potential. After microelectrode intracellular Cl- loading, carisbamate depolarized cells, an effect reversed by picrotoxin. Carisbamate (100–400 mmol·L-1) also selectively depressed lateral olfactory tract-afferent evoked excitatory synaptic transmission (opposed by picrotoxin), consistent with activation of a presynaptic Cl conductance. Lidocaine (40–320 mmol·L-1) mimicked carisbamate, implying similar modes of action. Carisbamate (300–600 mmol·L-1) had no effect on spontaneous GABAA miniature inhibitory postsynaptic currents and at lower concentrations (50–200 mmol·L-1) inhibited Mg2+-free or 4-aminopyridine-induced seizure-like discharges. Conclusions and implications: Carisbamate blocked evoked action potentials use-dependently, consistent with a primary action on Na+ channels and increased Cl- conductances presynaptically and, under certain conditions, postsynaptically to selectively depress excitatory neurotransmission in piriform cortical layer Ia-afferent terminals.

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.

Ketamine, propofol, and the EEG: A neural field analysis of HCN1-mediated interactions

Ketamine and propofol are two well-known, powerful anesthetic agents, yet at first sight this appears to be their only commonality. Ketamine is a dissociative anesthetic agent, whose main mechanism of action is considered to be N-methyl-D-aspartate (NMDA) antagonism; whereas propofol is a general anesthetic agent, which is assumed to primarily potentiate currents gated by γ-aminobutyric acid type A (GABAA) receptors. However, several experimental observations suggest a closer relationship. First, the effect of ketamine on the electroencephalogram (EEG) is markedly changed in the presence of propofol: on its own ketamine increases θ (4–8 Hz) and decreases α (8–13 Hz) oscillations, whereas ketamine induces a significant shift to beta band frequencies (13–30 Hz) in the presence of propofol. Second, both ketamine and propofol cause inhibition of the inward pacemaker current Ih, by binding to the corresponding hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated potassium channel 1 (HCN1) subunit. The resulting effect is a hyperpolarization of the neuron’s resting membrane potential. Third, the ability of both ketamine and propofol to induce hypnosis is reduced in HCN1-knockout mice. Here we show that one can theoretically understand the observed spectral changes of the EEG based on HCN1-mediated hyperpolarizations alone, without involving the supposed main mechanisms of action of these drugs through NMDA and GABAA, respectively. On the basis of our successful EEG model we conclude that ketamine and propofol should be antagonistic to each other in their interaction at HCN1 subunits. Such a prediction is in accord with the results of clinical experiment in which it is found that ketamine and propofol interact in an infra-additive manner with respect to the endpoints of hypnosis and immobility.