Modulation de l’expression du transporteur vésiculaire du glutamate : implication dans la plasticité des neurones dopaminergiques

De nombreuses études ont établi que la majorité des neurones libèrent plus qu’une substance chimique. Il est bien connu que les neurones peuvent co-exprimer et co-libérer des neuropeptides en plus de leur neurotransmetteur, mais des évidences de la co-libération de deux petits neurotransmetteurs à action rapide se sont accumulées récemment. Des enregistrements électrophysiologiques ont aussi montré que des neurones sérotoninergiques et dopaminergiques isolés peuvent libérer du glutamate quand ils sont placés en culture. De plus, la présence de glutamate et de glutaminase a été détectée dans des neurones sérotoninergiques, dopaminergiques et noradrénergiques par immunomarquage sur des tranches de cerveau. Malheureusement, en considérant le rôle métabolique du glutamate, sa détection immunologique n’est pas suffisante pour assurer le phénotype glutamatergique d’un neurone. Récemment, la découverte de trois transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUT1-3) a grandement facilité l’identification des neurones glutamatergiques. Ces transporteurs sont nécessaires pour la libération de glutamate et constituent les premiers marqueurs morphologiques du phénotype glutamatergique. Il a été démontré que des neurones noradrénergiques expriment VGLUT2 et que des neurones sérotoninergiques expriment VGLUT3. Mais aucune évidence d’expression d’un des sous-types de VGLUT n’a été reportée pour les neurones dopaminergiques. Le but de notre travail était d’identifier quel sous-type de VGLUT est exprimé par les neurones dopaminergiques mésencéphaliques, et de déterminer si le phénotype glutamatergique de ces neurones peut être modulé dans des conditions particulières. Premièrement, nous avons utilisé des microcultures pour isoler les neurones dopaminergiques et des doubles marquages immunocytochimiques pour observer l’expression de VGLUT dans les neurones positifs pour la tyrosine hydroxylase (TH). Nous avons montré que la majorité (80%) des neurones TH+ isolés exprime spécifiquement VGLUT2. Cette expression est précoce au cours du développement in vitro et limitée aux projections axonales des neurones dopaminergiques. Toutefois, cette forte expression in vitro contraste avec la non-détection de ce transporteur dans les rats adultes in vivo. Nous avons décidé ensuite de regarder si l’expression de VGLUT2 pouvait être régulée pendant le développement cérébral de jeunes rats et sous des conditions traumatiques, par double hybridation in situ. Entre 14 et 16 jours embryonnaires, les marquages de VGLUT2 et de TH montraient une superposition significative qui n’était pas retrouvée à des stades ultérieurs. Dans le mésencéphale de jeunes rats postnataux, nous avons détecté l’ARNm de VGLUT2 dans environs 1-2% des neurones exprimant l’ARNm de TH dans la substance noire et l’aire tegmentaire ventrale (ATV). Pour explorer la régulation de l’expression de VGLUT2 dans des conditions traumatiques, nous avons utilisé la 6-hydroxydopamine (6-OHDA) pour léser les neurones dopaminergiques dans les jeunes rats. Dix jours après la chirurgie, nous avons trouvé que 27% des neurones dopaminergiques survivants dans l’ATV exprimaient l’ARNm de VGLUT2 dans les rats 6-OHDA. Finalement, nous avons observé la colocalisation de la protéine VGLUT2 dans les terminaisons TH positives par microscopie électronique. Dans les rats normaux, la protéine VGLUT2 est retrouvée dans 28% des terminaisons axonales TH dans le noyau accumbens. Dans les rats lésés à la 6-OHDA, nous avons observé une diminution considérable des terminaisons TH positives, et une augmentation dans la proportion (37%) des terminaisons dopaminergiques présentant du VGLUT2. Nos résultats suggèrent que le phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques est régulé au cours du développement, peut être réactivé dans des états pathologiques, et que ces neurones peuvent libérer du glutamate dans conditions spécifiques.

Données nouvelles sur l’innervation à dopamine du striatum et son co-phénotype glutamatergique

Une sous-population des neurones à dopamine (DA) du mésencéphale ventral du rat et de la souris étant connue pour exprimer l'ARN messager du transporteur vésiculaire 2 du glutamate (VGLUT2), nous avons eu recours à l'immunocytochimie en microscopie électronique, après simple ou double marquage de l'enzyme de synthèse tyrosine hydroxylase (TH) et de VGLUT2, pour déterminer la présence de l'une et/ou l'autre protéine dans les terminaisons (varicosités) axonales de ces neurones et caractériser leur morphologie ultrastructurale dans diverses conditions expérimentales. Dans un premier temps, des rats jeunes (P15) ou adultes (P90), ainsi que des rats des deux âges soumis à l'administration intraventriculaire cérébrale de la cytotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans les jours suivant la naissance, ont été examinés, afin d'étayer l'hypothèse d'un rôle de VGLUT2 au sein des neurones DA, au cours du développement normal ou pathologique de ces neurones. Chez le jeune rat, ces études ont montré: i) la présence de VGLUT2 dans une fraction importante des varicosités axonales TH immunoréactives du coeur du noyau accumbens ainsi que du néostriatum; ii) une augmentation de la proportion de ces terminaisons doublement marquées dans le noyau accumbens par suite de la lésion 6-OHDA néonatale; iii) le double marquage fréquent des varicosités axonales appartenant à l'innervation DA aberrante (néoinnervation), qui se développe dans la substance noire, par suite de la lésion 6-OHDA néonatale. Des différences significatives ont aussi été notées quant à la dimension des terminaisons axonales marquées pour la TH seulement, VGLUT2 seulement ou TH et VGLUT2. Enfin, à cet âge (P15), toutes les terminaisons doublement marquées sont apparues dotées d'une spécialisation membranaire synaptique, contrairement aux terminaisons marquées pour la TH ou pour VGLUT2 seulement. Dans un deuxième temps, nous avons voulu déterminer le devenir du double phénotype chez le rat adulte (P90) soumis ou non à la lésion 6-OHDA néonatale. Contrairement aux observations recueillies chez le jeune rat, nous avons alors constaté: i) l'absence complète de terminaisons doublement marquées dans le coeur du noyau accumbens et le néostriatum d'animaux intacts, de même que dans les restes de la substance noire des animaux 6-OHDA lésés; ii) une très forte baisse de leurnombre dans le coeur du noyau accumbens des animaux 6-OHDA lésés. Ces observations, suggérant une régression du double phénotype TH/VGLUT2 avec l'âge, sont venues renforcer l'hypothèse d'un rôle particulier d'une co-libération de glutamate par les neurones mésencéphaliques DA au cours du développement. Dans ces conditions, il est apparu des plus intéressants d'examiner l'innervation DA méso-striatale chez deux lignées de souris dont le gène Vglut2 avait été sélectivement invalidé dans les neurones DA du cerveau, ainsi que leurs témoins et des souris sauvages. D'autant que malgré l'utilisation croissante de la souris en neurobiologie, cette innervation DA n'avait jamais fait l'objet d’une caractérisation systématique en microscopie électronique. En raison de possibles différences entre le coeur et la coque du noyau accumbens, l'étude a donc porté sur les deux parties de ce noyau ainsi que le néostriatum et des souris jeunes (P15) et adultes (P70-90) de chaque lignée, préparées pour l'immunocytochimie de la TH, mais aussi pour le double marquage TH et VGLUT2, selon le protocole précédemment utilisé chez le rat. Les résultats ont surpris. Aux deux âges et quel que soit le génotype, les terminaisons axonales TH immunoréactives des trois régions sont apparues comparables quant à leur taille, leur contenu vésiculaire, le pourcentage contenant une mitochondrie et une très faible incidence synaptique (5% des varicosités, en moyenne). Ainsi, chez la souris, la régression du double phénotype pourrait être encore plus précoce que chez le rat, à moins que les deux protéines ne soient très tôt ségréguées dans des varicosités axonales distinctes des mêmes neurones DA. Ces données renforcent aussi l’hypothèse d’une transmission diffuse (volumique) et d’un niveau ambiant de DA comme élément déterminant du fonctionnement du système mésostriatal DA chez la souris comme chez le rat.

Étude du système dopaminergique pré- et postsynaptique : régulation de l'autorécepteur D2 par la neurotensine et formation des synapses excitatrices dans le striatum

La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson.

Étude comparative des projections des neurones dopaminergiques chez deux espèces animales.

Une des voies les plus étudiées dans le contrôle locomoteur est la voie dopaminergique ascendante, vu son importance dans les maladies qui touchent la locomotion, comme la maladie du Parkinson. La substance noire pars compacta (A9; SNc) et l’aire tegmentaire ventrale (A10; VTA) envoient des projections dopaminergiques (DA+) vers les ganglions de la base (GB) qui à leur tour projettent vers la région locomotrice mésencéphalique (RLM), une région de tronc cérébral qui contrôle la locomotion chez les vertébrés. Des terminaisons DA+ au niveau de la RLM ont récemment été découvertes chez le singe. Donc, il semblait intéressant de savoir d’où provenaient ces projections DA+ et si elles étaient maintenues de manière équivalente dans l’évolution des espèces animales. Nous nous sommes donc penchés sur deux espèces animales en particulier, la lamproie et le triton. Dans ce travail, nous avons observé une voie DA+ descendante du tubercule postérieur (PT; homologue à la substance noire pars compacta et à l’aire tegmentaire ventrale chez les mammifères) directement vers la RLM, sans passer par l’intermédiaire des GB. Cette voie DA+ descendante a été observée autant chez la lamproie que chez le triton, à la suite d’injections de marqueurs rétrogrades et de détection immunohistochimique de la tyrosine hydroxylase (TH) ou de la dopamine (DA). La voie DA+ descendante semble donc conservée au cours de l’évolution des espèces vertébrés, bien que l’importance relative de la voie ascendante DA+ semble augmenter au cours de l’évolution.

Développement d'une méthode de quantification des varicosités synaptiques et asynaptiques établies par les neurones dopaminergiques

Les neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire compacte (SNc) et de l’aire tegmentaire ventrale (ATV) développent des contacts de type synaptique et non synaptique. Malgré de nombreux travaux sur la synaptogénèse en général, aucune méthode autre que la microscopie électronique, n’a été développée pour quantifier les varicosités synaptiques et asynaptiques issues des neurones DA. L’objectif principal de ce projet était de développer une méthode d’analyse et de quantification des varicosités synaptiques et asynaptiques des neurones DA. L’hypothèse proposée est qu’il devait être possible de détecter la présence de synapses en visualisant la colocalisation d’une protéine présynaptique telle que synaptotagmine 1 (SYT1) avec un marqueur post-synaptique tel que la postsynaptic density protein 95 (PSD95). Pour ce faire, nous avons préparé des cultures primaires de neurones DA à l’aide d’une lignée de souris transgéniques exprimant la protéine fluorescente verte (GFP) sous le contrôle du promoteur de la tyrosine hydroxyalse (TH). Nous avons ensuite visualisé les terminaisons axonales à l'aide de marquages immunocytochimiques de protéines pré et post-synaptiques. L’analyse quantitative des images a été effectuée avec le logiciel de traitement d’image Image-J. Nos résultats montrent que, via l’association d’un marqueur présynaptique tel que SYT1 avec un marqueur postsynaptique tel que PSD95, seule une minorité des terminaisons établies par les neurones DA sont de type synaptique. En contraste, des neurones glutamatergiques du cortex, établissent une majorité de terminaisons associées à un marqueur postsynaptique. Nos résultats valident donc la mise en place d'une technique d'analyse permettant de quantifier la proportion de terminaisons synaptiques et asynaptiques établies par les neurones DA.

Dopamine Receptor Subtypes,IP3, cAMP and cGMP Functional Regulation in Parkinsonism Induced by Unilateral Infusion of Rotenone in Rats: Recovery with Bone Marrow Cells,Serotonin and GABA Supplementation

In the present study, the effects of 5-HT, GABA and Bone Marrow Cells infused intranigrally to substantia nigra individually and in combinations on unilateral rotenone infused Parkinsonism induced rats. Scatchard analysis of DA, DA D1 and D2 receptors in the corpus striatum, cerebral cortex, cerebellum, brain stem and hippocampus showed a significant increase in the Brain regions of rotenone infused rat compared to control. Real Time PCR amplification of DA D1, D2, Bax and ubiquitin carboxy-terminal hydrolase were up regulated in the brain regions of rotenone infused rats compared to control. Gene expression studies of -Synuclien, cGMP and Cyclic AMP response element-binding protein showed a significant down regulation in Rotenone infused rats compared to control. Behavioural studies were carried out to confirm the biochemical and molecular studies.Our study demonstrated that BMC administration alone cannot reverse the above said molecular changes occurring in PD rat. 5-HT and GABA acting through their specific receptors in combination with bone marrow cells play a crucial role in the functional recovery of PD rats. 5-HT, GABA and Bone marrow cells treated PD rats showed significant reversal to control in DA receptor binding and gene expression. 5-HT and GABA have co-mitogenic property. Proliferation and differentiation of cells re-establishing the connections in Parkinson's disease facilitates the functional recovery. Thus, it is evident that 5-HT and GABA along with BMC to rotenone infused rats renders protection against oxidative, related motor and cognitive deficits which makes them clinically significant for cellbased therapy. The BMC transformed to neurons when co-transplanted with 5-HT and GABA which was confirmed with PKH2GL and nestin. These newly formed neurons have functional significance in the therapeutic recovery of Parkinson’s disease.

Detección de mutaciones en el gen park2 en pacientes con enfermedad de Parkinson de inicio temprano en población colombiana

Introducción: La Enfermedad de Parkinson (EP) fue descrita por primera vez por James Parkinson en 1817, es el segundo desorden neurodegenerativo más frecuente después de la enfermedad de Alzheimer. Los síntomas aparecen por una deficiencia de dopamina causada por la degeneración y perdida de las neuronas dopaminérgicas en diversas regiones del cerebro, principalmente la sustancia nigra. Se sabe actualmente que existen factores genéticos involucrados en el desarrollo de la enfermedad, principalmente en la EP de inicio temprano. Uno de los genes, que según diversos reportes ha sido frecuentemente implicado con el desarrollo de la enfermedad es el gen PARK2 o PRKN que codifica para la proteína Parkina, una proteína de 465 aminoácidos. Se conoce que la proteína Parkina tiene función de ligasa de las proteínas ubiquitinadas; las mutaciones que se han podido identificar en Parkina llevan a la pérdida de su función, reduciendo su capacidad de regular la degradación de sustratos. Metodología: Se realizó un estudio observacional descriptivo de tipo cross sectional.Para ello se evaluaron 29 pacientes diagnosticados con EP de inicio temprano (anterior a los 40 años de edad) y de 21 individuos sanos que se utilizaron como control. Se tomó una muestra de sangre periférica a los pacientes y controles, y se procedió a realizar la extracción de DNA. Posteriormente se estandarizaron las condiciones para la técnica de PCR para la amplificación de los exones 3, 4, y 5 en cada individuo. Todos los productos amplificados se sometieron a secuenciación automática para evaluar posibles mutaciones y polimorfismos en la población de estudio.

Sulforaphane protects cortical neurons against 5-S-cysteinyl-dopamine-induced toxicity through the activation of ERK1/2, Nrf-2 and the upregulation of detoxification enzymes

The degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra has been linked to the formation of the endogenous neurotoxin 5-S-cysteinyl-dopamine. Sulforaphane (SFN), an isothiocyanate derived from the corresponding precursor glucosinolate found in cruciferous vegetables has been observed to exert a range of biological activities in various cell populations. In this study, we show that SFN protects primary cortical neurons against 5-S-cysteinyl-dopamine induced neuronal injury. Pre-treatment of cortical neurons with SFN (0.01-1 microM) resulted in protection against 5-S-cysteinyl-dopamine-induced neurotoxicity, which peaked at 100 nM. This protection was observed to be mediated by the ability of SFN to modulate the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 and the activation of Kelch-like ECH-associated protein 1/NF-E2-related factor-2 leading to the increased expression and activity of glutathione-S-transferase (M1, M3 and M5), glutathione reductase, thioredoxin reductase and NAD(P)H oxidoreductase 1. These data suggest that SFN stimulates the NF-E2-related factor-2 pathway of antioxidant gene expression in neurons and may protect against neuronal injury relevant to the aetiology of Parkinson's disease.

Caffeic acid, tyrosol and p-coumaric acid are potent inhibitors of 5-S-cysteinyl-dopamine induced neurotoxicity

Parkinson's disease is characterized by a progressive and selective loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Recent investigations have shown that conjugates such as the 5-S-cysteinyl-dopamine, possess strong neurotoxicity and may contribute to the underlying progression of the disease pathology. Although the neuroprotective actions of flavonoids are well reported, that of hydroxycinnamates and other phenolic acids is less established. We show that the hydroxycinnamates caffeic acid and p-coumaric acid, the hydroxyphenethyl alcohol, tyrosol, and a Champagne wine extract rich in these components protect neurons against injury induced by 5-S-cysteinyl-dopamine in vitro. The protection induced by these polyphenols was equal to or greater than that observed for the flavonoids, (+)-catechin, (-)-epicatechin and quercetin. For example, p-coumaric acid evoked significantly more protection at 1muM (64.0+/-3.1%) than both (-)-epicatechin (46.0+/-4.1%, p<0.05) and (+)-catechin (13.1+/-3.0%, p<0.001) at the same concentration. These data indicate that hydroxycinnamates, phenolic acids and phenolic alcohol are also capable of inducing neuroprotective effects to a similar extent to that seen with flavonoids.

Riluzole neuroprotection in a parkinson’s disease model involves suppression of reactive astrocytosis but not GLT-1 regulation

Background Riluzole is a neuroprotective drug used in the treatment of motor neurone disease. Recent evidence suggests that riluzole can up-regulate the expression and activity of the astrocyte glutamate transporter, GLT-1. Given that regulation of glutamate transport is predicted to be neuroprotective in Parkinson's disease, we tested the effect of riluzole in parkinsonian rats which had received a unilateral 6-hydroxydopamine injection into the median forebrain bundle. Results Rats were treated with intraperitoneal riluzole (4 mg/kg or 8 mg/kg), 1 hour before the lesion then once daily for seven days. Riluzole produced a modest but significant attenuation of dopamine neurone degeneration, assessed by suppression of amphetamine-induced rotations, preservation of tyrosine hydroxylase positive neuronal cell bodies in the substantia nigra pars compacta and attenuation of striatal tyrosine hydroxylase protein loss. Seven days after 6-hydroxydopamine lesion, reactive astrocytosis was observed in the striatum, as determined by increases in expression of glial fibrillary acidic protein, however the glutamate transporter, GLT-1, which is also expressed in astrocytes was not regulated by the lesion. Conclusions The results confirm that riluzole is a neuroprotective agent in a rodent model of parkinson’s disease. Riluzole administration did not regulate GLT-1 levels but significantly reduced GFAP levels, in the lesioned striatum. Riluzole suppression of reactive astrocytosis is an intriguing finding which might contribute to the neuroprotective effects of this drug.

Intrastriatal transplantation of adult human neural crest-derived stem cells improves functional outcome in parkinsonian rats

Parkinson's disease (PD) is considered the second most frequent and one of the most severe neurodegenerative diseases, with dysfunctions of the motor system and with nonmotor symptoms such as depression and dementia. Compensation for the progressive loss of dopaminergic (DA) neurons during PD using current pharmacological treatment strategies is limited and remains challenging. Pluripotent stem cell-based regenerative medicine may offer a promising therapeutic alternative, although the medical application of human embryonic tissue and pluripotent stem cells is still a matter of ethical and practical debate. Addressing these challenges, the present study investigated the potential of adult human neural crest-derived stem cells derived from the inferior turbinate (ITSCs) transplanted into a parkinsonian rat model. Emphasizing their capability to give rise to nervous tissue, ITSCs isolated from the adult human nose efficiently differentiated into functional mature neurons in vitro. Additional successful dopaminergic differentiation of ITSCs was subsequently followed by their transplantation into a unilaterally lesioned 6-hydroxydopamine rat PD model. Transplantation of predifferentiated or undifferentiated ITSCs led to robust restoration of rotational behavior, accompanied by significant recovery of DA neurons within the substantia nigra. ITSCs were further shown to migrate extensively in loose streams primarily toward the posterior direction as far as to the midbrain region, at which point they were able to differentiate into DA neurons within the locus ceruleus. We demonstrate, for the first time, that adult human ITSCs are capable of functionally recovering a PD rat model.

The neurotoxicity of 5-S-cysteinyldopamine is mediated by the early activation of ERK1/2 followed by the subsequent activation of ASK1/JNK1/2 pro-apoptotic signalling

Parkinson's disease is characterized by the progressive and selective loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. It has been postulated that endogenously formed CysDA (5-S-cysteinyldopamine) and its metabolites may be, in part, responsible for this selective neuronal loss, although the mechanisms by which they contribute to such neurotoxicity are not understood. Exposure of neurons in culture to CysDA caused cell injury, apparent 12-48 h post-exposure. A portion of the neuronal death induced by CysDA was preceded by a rapid uptake and intracellular oxidation of CysDA, leading to an acute and transient activation of ERK2 (extracellular-signal-regulated kinase 2) and caspase 8. The oxidation of CysDA also induced the activation of apoptosis signal-regulating kinase 1 via its de-phosphorylation at Ser967, the phosphorylation of JNK (c-Jun N-terminal kinase) and c-Jun (Ser73) as well as the activation of p38, caspase 3, caspase 8, caspase 7 and caspase 9. Concurrently, the inhibition of complex I by the dihydrobenzothiazine DHBT-1 [7-(2-aminoethyl)-3,4-dihydro-5-hydroxy-2H-1,4-benzothiazine-3-carboxylic acid], formed from the intracellular oxidation of CysDA, induces complex I inhibition and the subsequent release of cytochrome c which further potentiates pro-apoptotic mechanisms. Our data suggest a novel comprehensive mechanism for CysDA that may hold relevance for the selective neuronal loss observed in Parkinson's disease.

Eag 1, Eag 2 and Kcnn3 gene brain expression of isolated reared rats

The Eag1 and Eag2, voltage-dependent potassium channels, and the small-conductance calcium-activated potassium channel (Kcnn3) are highly expressed in limbic regions of the brain, where their function is still unknown. Eag1 co-localizes with tyrosine hydroxilase enzyme in the substantia nigra and ventral tegmental area. Kcnn3 deficiency leads to enhanced serotonergic and dopaminergic neurotransmission accompanied by distinct alterations in emotional behaviors. As exposure to stress is able to change the expression and function of several ion channels, suggesting that they might be involved in the consequences of stress, we aimed at investigating Eag 1, Eag2 and Kcnn3 mRNA expression in the brains of rats submitted to isolation rearing. As the long-lasting alterations in emotional and behavioral regulation after stress have been related to changes in serotonergic neurotransmission, expressions of serotonin Htr1a and Htr2a receptors in male Wistar rats` brain were also investigated. Rats were reared in isolation or in groups of five for nine weeks after weaning. Isolated and socially reared rats were tested for exploratory activity in the open field test for 5 min and brains were processed for reverse-transcription coupled to quantitative polymerase chain reaction (qRT-PCR). Isolated reared rats showed decreased exploratory activity in the open field. Compared to socially reared rats, isolated rats showed reduced Htr2a mRNA expression in the striatum and brainstem and reduced Eag2 mRNA expression in all examined regions except cerebellum. To our knowledge, this is the first work to show that isolation rearing can change Eag2 gene expression in the brain. The involvement of this channel in stress-related behaviors is discussed.

Hemiparkinsonian rats rotate toward the side with the weaker dopaminergic neurotransmission

Rats with unilateral lesion of the substantia nigra pars compacta (SNpc) have been used as a model of Parkinson`s disease. Depending on the lesion protocol and on the drug challenge, these rats rotate in opposite directions. The aim of the present study was to propose a model to explain how critical factors determine the direction of these turns. Unilateral lesion of the SNpc was induced with 6-hydroxydopamine (6-OHDA) or 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). Separate analysis showed that neither the type of neurotoxin nor the site of lesion along the nigrostriatal. pathway was able to predict the direction of the turns these rats made after they were challenged with apomorphine. However, the combination of these two factors determined the magnitude of the lesion estimated by tyrosine-hydroxylase immunohistochemistry and HPLC-ED measurement of striatal dopamine. Very small lesions did Dot cause turns, medium-size lesions caused ipsiversive turns, and large lesions caused contraversive turns. Large-size SNpc lesions resulted in an increased binding of [H-3] raclopride to D2 receptors, while medium-size lesions reduced the binding of [H-3]SCH-23390 D1 receptors in the ipsilateral striatum. These results are coherent with the model proposing that after challenged with a dopamine receptor agonist, unilaterally SNpc-lesioned rats rotate toward the side with the weaker activation of dopamine receptors. This activation is weaker on the lesioned side in animals with small SNpc lesions due to the loss of dopamine, but stronger in animals with large lesions due to dopamine receptor supersensitivity. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

The indirect amygdala-dorsal striatum pathway mediates conditioned freezing: Insights on emotional memory networks

The dorsal striatum (DS) is involved in various forms of learning and memory such as procedural learning, habit learning, reward-association and emotional learning. We have previously reported that bilateral DS lesions disrupt tone fear conditioning (TFC), but not contextual fear conditioning (CFC) [Ferreira TL, Moreira KM, Ikeda DC, Bueno OFA, Oliveira MGM (2003) Effects of dorsal striatum lesions in tone fear conditioning and contextual fear conditioning. Brain Res 987:17-24]. To further elucidate the participation of DS in emotional learning, in the present study, we investigated the effects of bilateral pretest (postraining) electrolytic DS lesions on TFC. Given the well-acknowledged role of the amygdala in emotional learning, we also examined a possible cooperation between DS and the amygdala in TFC, by using asymmetrical electrolytic lesions, consisting of a unilateral lesion of the central amygdaloid nucleus (CeA) combined to a contralateral DS lesion. The results show that pre-test bilateral DS lesions disrupt TFC responses, suggesting that DS plays a role in the expression of TFC. More importantly, rats with asymmetrical pre-training lesions were impaired in TFC, but not in CFC tasks. This result was confirmed with muscimol asymmetrical microinjections in DS and CeA, which reversibly inactivate these structures. On the other hand, similar pretest lesions as well as unilateral electrolytic lesions of CeA and DS in the same hemisphere did not affect TFC. Possible anatomical substrates underlying the observed effects are proposed. Overall, the present results underscore that other routes, aside from the well-established CeA projections to the periaqueductal gray, may contribute to the acquisition/consolidation of the freezing response associated to a TFC task. It is suggested that CeA may presumably influence DS processing via a synaptic relay on dopaminergic neurons of the substantia nigra compacta and retrorubral nucleus. The present observations are also in line with other studies showing that TFC and CFC responses are mediated by different anatomical networks. (C) 2008 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.