Facilitation of 5-HT(2A/2C)-mediated neurotransmission in the ventromedial hypothalamic nucleus decreases anxiety in the elevated T-maze

Previous evidence has shown that facilitation of GABA/benzodiazepine-mediated neurotransmission in the ventromedial hypothalamus (VMH) inhibits both escape and inhibitory avoidance responses generated in the elevated T-maze test of anxiety (ETM). These defensive behaviors have been associated with panic and generalized anxiety, respectively. Aside from GABA/benzodiazepine receptors, the VMH also contains a significant number of serotonin (5-HT) receptors, including 1A, 2A and 2C subtypes. The purpose of the present study was to investigate the effect of the activation of 5-HT(1A) and 5-HT(2A/2C) receptors in the VMH on defensive behavioral responses in rats submitted to the ETM. For that, male Wistar rats were treated intra-VMH with the 5-HT(1A) agonist 8-OH-DPAT, with the 5-HT(2A/2C) agonist DOI, with the 5-HT(2C) selective agonist MK-212, or with the 5-HT(2A/2C) antagonist ketanserin and 10 min after were submitted to the ETM. Results showed that both DOI and MK-212 significantly decreased avoidance measurements, an anxiolytic-like effect, without altering escape. 8-OH-DPAT and ketanserin were without effect, although the last drug attenuated the effects of DOI. None of the drugs altered locomotor activity in an open field. These results suggest that 5-HT(2A/2C) receptors of the VMH are involved in the regulation of inhibitory avoidance and might be of relevance to the physiopathology of generalized anxiety. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

5-HT2C receptor regulation of defensive responses in the rat dorsal periaqueductal gray

Activation of 5-HT2C receptors in limbic structures such as the amygdala and hippocampus increases anxiety. Indirect evidence obtained with non-selective 5-HT2C-interacting drugs suggests that the same may occur in the dPAG, a brainstem region consistently implicated in the genesis/regulation of panic attacks. In this study we used more selective agonists and antagonists to unveil the role played by dPAG 5-HT2C receptors in the regulation of anxiety- and panic-related defensive behaviors. Our results showed that intra-dPAG microinjection of the endogenous agonist 5-HT (20 nmol) or the 5-HT2C receptor agonists MK-212 (1 and 10 nmol) and RO-600175 (40 nmol) significantly increased inhibitory avoidance acquisition in rats tested in the elevated T-maze, suggesting an anxiogenic effect. 5-HT, but not the two 5-HT2C receptor agonists, inhibited escape performance. In the elevated T-maze, inhibitory avoidance and escape responses have been related to generalized anxiety and panic attacks, respectively. The behavioral effects caused by 5-HT and MK-212 were fully blocked by previous local microinjection of the 5-HT2C receptor antagonist SB-242084. Intra-dPAG injection of MK-212 also failed to affect escape expression in another test relating this behavior to panic, the electrical stimulation of the dPAG. Overall, the results indicate that 5-HT2C receptors in the dPAG are preferentially involved in the regulation of defensive behaviors related to anxiety, but not panic. This finding extends to the dPAG the prominent role that has been attributed to 5-HT2C receptors in anxiety generation. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Lack of CB1 receptor activity impairs serotonergic negative feedback

Serotonergic and endocannabinoid systems are important substrates for the control of emotional behavior and growing evidence show an involvement in the pathophysiology of mood disorders. In the present study, the absence of the activity of the CB1 cannabinoid receptor impaired serotonergic negative feedback in mice. Thus, in vivo microdialysis experiments revealed increased basal 5-HT extracellular levels and attenuated fluoxetine-induced increase of 5-HT extracellular levels in the prefrontal cortex of CB1 knockout compared to wild-type mice. These observations could be related to the significant reduction in the 5-HT transporter binding site density detected in frontal cortex and hippocampus of CB1 knockout mice. The lack of CB1 receptor also altered some 5-HT receptors related to the 5-HT feedback. Extracellular recordings in the dorsal raphe nucleus revealed that the genetic and pharmacological blockade of CB1 receptor induced a 5-HT1A autoreceptor functional desensitization. In situ hybridization studies showed a reduction in the expression of the 5-HT2C receptor within several brain areas related to the control of the emotional responses, such as the dorsal raphe nucleus, the nucleus accumbens and the paraventricular nucleus of the hypothalamus, whereas an overexpression was observed in the CA3 area of the ventral hippocampus. These results reveal that the lack of CB1 receptor induces a facilitation of the activity of serotonergic neurons in the dorsal raphe nucleus by altering different components of the 5-HT feedback as well as an increase in 5-HT extracellular levels in the prefrontal cortex in mice.

An index of 5-HT synthesis changes during early antidepressant treatment: α-[11C]methyl-l-tryptophan PET study

The antidepressant selective serotonin transporter inhibitors (SSRIs) are clinically active after a delay of several weeks. Indeed, the rapid increase of serotonin (5-HT) caused by SSRIs, stimulates the 5-HT1A autoreceptors, which exert a negative feedback on the 5-HT neurotransmission. Only when autoreceptors are desensitized, can SSRIs exert their therapeutic activity. The 5-HT1A receptor antagonist pindolol has been used to accelerate the clinical effects of antidepressant by preventing the negative feedback. Using the a-[11C]methyl-L-tryptophan/positron emission tomography (PET), the goal of the present double-blind, randomized study was to compare the changes in a-[11C]methyl-L-tryptophan trapping, an index of serotonin synthesis, in patients suffering from unipolar depression treated with the SSRI citalopram (20 mg/day) plus placebo versus patients treated with citalopram plus pindol (7.5 mg/day). PET and Hamilton depression rating scale (HDRS-17) were performed at baseline, and after 10 and 24 days of antidepressant treatment. Results show that the combination citalopram plus pindol, compared to citalopram alone shows a more rapid and greater increase of an index of 5-HT synthesis in prefrontal cortex (BA 9). This research is the first human PET study demonstrating that, after 24 days, the combination SSRIs plus pindolol produces a greater increase of the metabolism of serotonin in the prefrontal cortex, an area associated to depressive symptoms.

Evaluation of molecular, cellular and behavioral consequences of serotonin 1A receptor deletion

In 1998, three different research groups simultaneously reported increased anxiety-related behavior in tests of conflict in their serotonin 1a (5-HT1a) receptor knockout (KO) line with male mice being more severely affected by 5-HT1a receptor deletion than female KO. Similarly, in the hippocampus, we observed increased dendritic complexity in the stratum radiatum of CA1 pyramidal neurons in male but not in female 5-HT1a receptor KO mice. These observations prompted us to investigate gender- dependent differences of 5-HT1a receptor deletion in hippocampal-related behavioral tasks. Testing our mice in anxiety-related paradigms, we reproduced the original studies showing increased anxiety- related behavior in male 5-HT1a receptor KO mice when compared to male WT mice, but no difference between female 5-HT1a receptor KO and WT mice. Similarly, male 5-HT1a receptor KO mice were impaired in association of aversive stimuli fear conditioning paradigms. We argue that increased dendritic complexity and increased synaptic strength of CA3-CA1 synapses in the stratum radiatum impaired proper signal propagation attributed to overactivation of CA1 pyramidal neurons leading to impaired fear memory of male 5-HT1a receptor KO mice. Similar mechanisms in the ventral hippocampus are likely to have contributed to gender-dependent differences in anxiety-related behavior in our and the original studies from 1998. In this study, we started to shed light on the 5-HT1a receptor downstream signaling pathways involved in dendritogenesis of pyramidal neurons during early postnatal development. We could show that NR2B-containing NMDA receptor during development acts downstream of 5-HT1a receptor and is responsible for increased amount of branching in male 5-HT1a receptor KO mice. Conversely, protein and NR2B mRNA expression was increased in 5-HT1a receptor KO mice at P15. Although the exact signaling cascade of 5-HT1a receptor regulating NR2B-containing NMDA receptor has not been determined, CaMKII is a potential downstream effector to influence transportation and removal of NR2B-containing NMDA receptors to and from the synapse. In contrast, Erk1/2 likely acts downstream of NR2B-containing NMDA receptors and was shown to be sufficient to regulate dendritic branching. Moreover, increased NR2B-containing NMDA receptor mediated cell death via excitotoxicity during development and is likely to be involved in reduced survival of adult born neurons in the hippocampus of 5-HT1a receptor KO male. The convergence of 5-HT1a receptor signaling onto NR2B-containing NMDA receptor signaling enables estrogen to interfere with its downstream pathway via G-protein coupled estrogen receptor 1 activation resulting in normalization of branching and behavior in female 5-HT1a receptor mice. In conclusion, our data strongly suggests a hormone- regulated mechanism that by converging on NR2B-containing NMDA receptor signaling is able to normalize morphology of pyramidal neurons and behavior of female 5-HT1a receptor KO mice. Our findings provide a possible explanation for gender-dependent differences in the occurrence of mental disorders with 5-HT1a receptor abnormalities as a strong predisposing factor. -- En 1998, trois équipes de recherche ont décrit un comportement de type anxieux dans des tests de conflit pour leur souris transgéniques avec une délétion du gène pour le récepteur 5-HT1a de la sérotonine. De plus, les trois groupes rapportent un phénotype plus sévère pour le comportement anxieux chez les souris transgéniques mâles que femelles. Dans l'hippocampe, la région avec la densité de récepteur 5-HT1a la plus élevée dans le télencéphale, nous avons observé dans le stratum radiatum une complexité accrue des arborisations dendritiques des neurones pyramidaux du secteur CA1 chez les souris transgénique mâles mais pas chez les femelles. Cette observation nous a encouragés à initier cette étude sur les différences en fonction du genre utilisant les tests comportementaux en rapport avec les fonctions de l'hippocampe chez les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a.Testant nos souris avec des paradigmes associés à l'anxiété, nous avons reproduit les données originales montrant que les souris transgéniques mâles ont un phénotype plus sévère que les souris mâles sauvages, mais qu'aucune différence n'est observée entre les femelles sauvages et transgéniques. De même, les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a sont handicapées dans les tests de conditionnement au stress avec des stimuli aversifs. Nous faisons l'hypothèse que l'augmentation de la complexité de l'arborisation dendritique et l'augmentation de la force du signal synaptique entres les régions CA3 et CA1 de l'hippocampe dans le stratum radiatum perturbe la propagation du signal nerveux qui conduit à l'hyperactivation des neurones du secteur CA1. Ceci conduit à une mémoire de stress altérée chez les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Un mécanisme similaire dans l'hippocampe ventral contribue probablement aux différences en fonction du genre dans les tests pour le comportement de type anxieux qui ont été rapportés dans les études originales de 1998. Les mesures de protéine et de mRNA ont mis en évidence une augmentation de l'expression du récepteur NMDA contenant la sous- unité NR2B dans les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a à P15. Dans les cultures organotypiques d'hippocampe, nous avons commencé à disséquer les messagers secondaires à l'activation du récepteur 5-HT1a qui sont impliqués dans la régulation de la croissance dendritique des neurones pyramidaux pendant la période postnatale précoce. Nous avons démontré que les récepteurs NR2B sont en aval de l'activation du récepteur 5-HT1a et qu'ils sont impliqués dans l'accroissement du nombre de dendrites chez la souris mâle déficiente pour le récepteur 5-HT1a. Bien que la cascade de signalisation du récepteur 5-HT1a pour réguler les récepteurs NMDA contenant le NR2B ne soit pas établie, CaMKII est identifié comme un effecteur potentiel pour altérer le transport du récepteur NMDA à la synapse. D'autre part, Erk1/2 est probablement un messager en aval du NR2B du récepteur NMDA, et a été documenté comme suffisant pour réguler l'arborisation dendritique. L'augmentation de NR2B à la synapse des souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a peut conduire à une augmentation de l'excitotoxicité dans les cellules. Nous avons observé une augmentation chez la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a de la mort cellulaire dans des tranches d'hippocampe stimulées, ce qui peut être en relation avec la réduction de la survie des neurones générés dans l'hippocampe de la souris mâle transgénique adulte par rapport à la souris mâle sauvage. De plus, la convergence de la signalisation du récepteur 5-HT1a sur la signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet à l'oestrogène d'interférer avec sa voie de signalisation du récepteur de l'oestrogène couplé à une protéine G (GPER-1), ceci permettant à l'oestrogène de réduire la taille de l'arborisation des neurones pyramidaux de CA1 chez la femelle de la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a. En conclusion, nos observations suggèrent fortement qu'un mécanisme hormonal convergeant sur la voie de signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet la normalisation de l'exubérance des dendrites des neurones CA1 de l'hippocampe et du comportement des souris femelles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Ceci donne une explication possible pour la différence en fonction du genre dans l'apparition de troubles mentaux avec les variations du récepteur 5-HT1a comme facteur de prédisposition important.

Effect of the intracerebroventricular administration of GR 113808, a selective 5-HT4 antagonist, on water intake during hyperosmolarity and hypovolemia

We demonstrate here that acute third ventricle injections of GR 113808, a highly selective 5-HT4 antagonist, decrease water intake induced by a previous salt load while potentiating drinking elicited by hypovolemia induced by previous subcutaneous administration of polyethylene glycol in male Wistar rats (200 ± 20 g). At the dose of 160 nmol/rat, third ventricle injections of GR 113808 induced a significant reduction of water intake in salt-loaded animals after 120 min as compared to salt-loaded animals receiving third ventricle injections of saline (salt load + GR = 3.44 ± 0.41 ml, N = 12; salt load + saline = 5.74 ± 0.40 ml, N = 9). At the dose of 80 nmol/rat, GR 113808 significantly enhanced water intake in hypovolemic animals after 120 min as compared to hypovolemic animals receiving third ventricle injections of saline (hypovol + GR = 4.01 ± 0.27 ml, N = 8; hypovol + saline = 2.41 ± 0.23 ml, N = 12). We suggest that central 5-HT4 receptors may exert a positive drive on water intake due to hyperosmolarity and a negative input on drinking provoked by hypovolemia.

Maternal aggression in Wistar rats: effect of 5-HT2A/2C receptor agonist and antagonist microinjected into the dorsal periaqueductal gray matter and medial septum

The objective of the present study was to assess the role of the 5-HT2A/2C receptor at two specific brain sites, i.e., the dorsal periaqueductal gray matter (DPAG) and the medial septal (MS) area, in maternal aggressive behavior after the microinjection of either a 5-HT2A/2C receptor agonist or antagonist. Female Wistar rats were microinjected on the 7th postpartum day with the selective agonist alpha-methyl-5-hydroxytryptamine maleate (5-HT2A/2C) or the antagonist 5-HT2A/2C, ketanserin. The agonist was injected into the DPAG at 0.2 (N = 9), 0.5 (N = 10), and 1.0 µg/0.2 µl (N = 9), and the antagonist was injected at 1.0 µg/0.2 µl (N = 9). The agonist was injected into the medial septal area (MS) at 0.2 (N = 9), 0.5 (N = 7), and 1.0 µg/0.2 µl (N = 6) and the antagonist was injected at 1.0 µg/0.2 µl (N = 5). For the control, saline was injected into the DPAG (N = 7) and the MS (N = 12). Both areas are related to aggressive behavior and contain a high density of 5-HT receptors. Non-aggressive behaviors such as horizontal locomotion (walking) and social investigation and aggressive behaviors such as lateral threat (aggressive posture), attacks (frontal and lateral), and biting the intruder were analyzed when a male intruder was placed into the female resident's cage. For each brain area studied, the frequency of the behaviors was compared among the various treatments by analysis of variance. The results showed a decrease in maternal aggressive behavior (number of bites directed at the intruder) after microinjection of the agonist at 0.2 and 1.0 µg/0.2 µl (1.6 ± 0.7 and 0.9 ± 0.3) into the DPAG compared to the saline group (5.5 ± 1.1). There was no dose-response relationship with the agonist. The present findings suggest that the 5-HT2A/2C receptor agonist has an inhibitory effect on maternal aggressive behavior when microinjected into the DPAG and no effect when microinjected into the MS. Ketanserin (1.0 µg/0.2 µl) decreased locomotion when microinjected into the DPAG and MS, but did not affect aggressive behavior. We interpret these findings as evidence for a specific role of 5-HT2A/2C receptors in the DPAG in the inhibition of female aggressive behavior, dissociated from those on motor activity.

Effect of 5-HT1B receptor agonists injected into the prefrontal cortex on maternal aggression in rats

Serotonin (5-HT1B) receptors play an essential role in the inhibition of aggressive behavior in rodents. CP-94,253, a 5-HT1B receptor agonist, can reduce aggression in male mice when administered directly into the ventro-orbitofrontal (VO) prefrontal cortex (PFC). The objective of the current study was to assess the effects of two selective 5-HT1B receptor agonists (CP-94,253 and CP-93,129), microinjected into the VO PFC, on maternal aggressive behavior after social instigation in rats. CP-94,253 (0.56 µg/0.2 µL, N = 8, and 1.0 µg/0.2 µL, N = 8) or CP-93,129 (1.0 µg/0.2 µL, N = 9) was microinjected into the VO PFC of Wistar rats on the 9th day postpartum and 15 min thereafter the aggressive behavior by the resident female against a male intruder was recorded for 10 min. The frequency and duration of aggressive and non-aggressive behaviors were analyzed using ANOVA and post hoc tests. CP-93,129 significantly decreased maternal aggression. The frequency of lateral attacks, bites and pinnings was reduced compared to control, while the non-aggressive behaviors and maternal care were largely unaffected by this treatment. CP-94,253 had no significant effects on aggressive or non-aggressive behaviors when microinjected into the same area of female rats. CP-93,129, a specific 5-HT1B receptor agonist, administered into the VO PFC reduced maternal aggressive behavior, while the CP-94,253 agonist did not significantly affect this behavior after social instigation in female rats. We conclude that only the 5-HT1B receptor agonist CP-93,129 administered into the VO PFC decreased aggression in female rats postpartum after social instigation.

Serotonin regulates osteoblast proliferation and function in vitro

The monoamine serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT), a well-known neurotransmitter, also has important functions outside the central nervous system. The objective of this study was to investigate the role of 5-HT in the proliferation, differentiation, and function of osteoblasts in vitro. We treated rat primary calvarial osteoblasts with various concentrations of 5-HT (1 nM to 10 µM) and assessed the rate of osteoblast proliferation, expression levels of osteoblast-specific proteins and genes, and the ability to form mineralized nodules. Next, we detected which 5-HT receptor subtypes were expressed in rat osteoblasts at different stages of osteoblast differentiation. We found that 5-HT could inhibit osteoblast proliferation, differentiation, and mineralization at low concentrations, but this inhibitory effect was mitigated at relatively high concentrations. Six of the 5-HT receptor subtypes (5-HT1A, 5-HT1B, 5-HT1D, 5-HT2A, 5-HT2B, and 5-HT2C) were found to exist in rat osteoblasts. Of these, 5-HT2A and 5-HT1Breceptors had the highest expression levels, at both early and late stages of differentiation. Our results indicated that 5-HT can regulate osteoblast proliferation and function in vitro.

Substance P, récepteurs NK1 et neurones à sérotonine : relations anatomiques et fonctionnelles dans le noyau raphe dorsalis

Nous avons étudié les relations anatomiques entre les systèmes de neurotransmission à substance P (SP) et à sérotonine (5-hydroxytryptamine, 5-HT) dans le noyau du raphé dorsal (NRD) du rongeur, afin de mieux comprendre les interactions entre ces systèmes durant la régulation de l’humeur. Le NRD reçoit une innervation SP provenant de l’habenula, et le blocage pharmacologique des récepteurs neurokinine-1 (rNK1) de la SP aurait des effets antidépresseurs. Chez le rongeur, le traitement par les antagonistes des rNK1 s’accompagne d’une désensibilisation des autorécepteurs 5-HT1A de la 5-HT et d’une hausse de l’activité des neurones 5-HT dans le NRD, suggérant des interactions locales entre ces deux systèmes. Dans un premier temps, nous avons démontré par doubles marquages immunocytochimiques en microscopies optique, confocale et électronique, la présence du rNK1 dans une sous-population de neurones 5-HT du NRD caudal. Lors de l’analyse en microscopie électronique, nous avons pu constater que les rNK1 étaient principalement cytoplasmiques dans les neurones 5-HT et membranaires sur les neurones non 5-HT du noyau. Grâce à d’autres doubles marquages, nous avons aussi pu identifier les neurones non-5-HT porteurs de rNK1 comme étant GABAergiques. Nous avons ensuite combiné l’immunomarquage de la SP avec celui du rNK1, dans le but d’examiner les relations entre les terminaisons (varicosités *) axonales SP et les neurones 5-HT (pourvus de rNK1 cytoplasmiques du NRD caudal. En simple marquage de la SP, nous avons pu estimer à 41% la fréquence avec laquelle les terminaisons SP font synapse. Dans le matériel doublement marqué pour la SP et son récepteur, les terminaisons SP ont été fréquemment retrouvées en contact direct ou à proximité des dendrites munies de rNK1 cytoplasmiques, mais toujours éloignées des dendrites à rNK1 membranaires. Pour tester l’hypothèse d’une internalisation soutenue des rNK1 par la SP dans les neurones 5-HT, nous avons ensuite examiné la localisation subcellulaire du récepteur chez le rat traité avec un antagoniste du rNK1, le RP67580. La densité du marquage des rNK1 a été mesurée dans le cytoplasme et sur la membrane des deux types de dendrites (5-HT: rNK1 cytoplasmiques; non 5-HT: rNK1 membranaires). Une heure après une injection unique de l’antagoniste, la distribution du rNK1 est apparue inchangée dans les deux types de neurones (5-HT et non 5-HT). Par contre, après un traitement quotidien de 7 ou 21 jours avec l’antagoniste, nous avons mesuré une augmentation significative des densités cytoplasmique et membranaire du rNK1 dans les neurones 5-HT, sans aucun changement dans les neurones non 5-HT. Ces traitements ont aussi augmenté l’expression du gène rNK1 dans le NRD. Enfin, nous avons mesuré une hausse de la densité membranaire du rNK1 dans les neurones 5-HT, sans hausse de densité cytoplasmique, par suite d’une lésion bilatérale de l’habenula. Ces résultats confortent l’hypothèse d’une activation et d’une internalisation soutenues des rNK1 par la SP dans les neurones 5-HT du NRD caudal. Ils suggèrent aussi que le trafic des rNK1 dans les neurones 5-HT du NRD représente un mécanisme cellulaire en contrôle de l’activation du système 5-HT par les afférences SP en provenance de l’habenula.

Comparaison des mécanismes de régulation des isoformes a et b des récepteurs 5-HT4

Les actions thérapeutiques des antidépresseurs, disponibles actuellement, requièrent plusieurs semaines de traitement. Ce délai est dû aux adaptations des sites pré et post-synaptiques qui, respectivement, augmentent la disponibilité synaptique des monoamines sérotonine et noradrénaline (5-HT et NA), et entraînent les changements neuroplastiques modifiant la fonction neuronales dans les régions limbiques. Il a été récemment observé, chez un modèle animal de dépression, que l’agoniste RS67333 des récepteurs sérotoninergiques de type 5-HT4 produisait des changements comportementaux, électrophysiologiques, cellulaires et biochimiques, tel qu’observé chez les antidépresseurs. Ces changements apparaissent seulement après 3 jours de traitement tandis que les antidépresseurs nécessitent souvent plusieurs semaines. De plus, l’activation des récepteurs 5-HT4 ne générait pas de tolérance, et cela pendant 21 jours de traitement. Seulement, les propriétés de signalisation et de régulation de ces récepteurs sont très loin d’êtres établies. Nous avons alors voulu mieux caractériser ces deux aspects de leur fonction, en se concentrant d’avantage sur les isoformes a et b, fortement exprimés dans le système limbique. Pour cela, nous avons voulu évaluer d’abord leur capacité de production d’AMPc dans un système hétérologue. Les essais d’accumulation d’AMPc démontrent que les deux isoformes sont capables de moduler positivement et négativement des niveaux d’AMPc en présence de 5-HT. Par contre, la stimulation au RS67333 induit seulement une augmentation du niveau d’AMPc dans les deux cas. Ensemble, ces observations indiquent que les deux isoformes sont capables de coupler à l’adénylate cyclase à travers les protéines Gαs et Gαi. La quantification des récepteurs internalisés a montré que l’isoforme b internalisait plus efficacement que l’isoforme a suite à l’incubation à la 5-HT (61 ± 3 % pour le b vs 40 ± 2 % pour le a). Les protéines kinases PKA et PKC n’étaient pas impliquées dans cette différence, toutefois, la PKC a été trouvée essentielle à l’internalisation des deux isoformes. L’internalisation de l’isoforme b par 5-HT n’a pas été affecté par la surexpression de forme inactive de GRK2 (GRK2- K220R) et a été partiellement inhibé par un mutant négative de la β-arrestine (βarr(319-418)), tandis que l’internalisation de l’isoforme a a été bloquée par les deux. Ces observations indiquent que les mécanismes d’internalisation des deux isoformes du récepteur 5-HT4 les plus abondants dans le système nerveux central sont distincts. Des comportements spécifiques à chaque isoforme ont aussi été constatés au niveau de la régulation fonctionnelle suite à l’exposition au RS67333, qui désensibilise seulement l’isoforme b. D’après nos observations, nous avons conclu que les isoformes a et b diffèrent dans leur propriétés de signalisation et de régulation. L’incapacité du RS67333 à désensibiliser l’isoforme a fournit un substrat moléculaire pour les effets antidépressifs prolongés de cet agoniste dans les études pré-cliniques.

Les récepteurs 5-HT4b adoptent différentes conformations ligand-spécifique ayant des propriétés de signalisation et de régulation distinctes

Les antidépresseurs actuels sont très similaires au niveau de leur mécanisme d’action et sont plus ou moins efficaces. Un des problèmes majeurs est leur long temps de latence à fournir une action thérapeutique dû aux adaptations des sites pré et post synaptiques. Dans un modèle animal, nous avons récemment découvert que l’agoniste RS67333 des récepteurs 5-HT4 était en mesure de produire en trois jours les mêmes effets antidépresseurs qui normalement prennent de deux à trois semaines à apparaître avec les antidépresseurs actuellement disponibles. De plus, nous avons constaté que les effets antidépresseurs de cet agoniste possédaient une résistance à la tolérance. Il y a d’autres agonistes du même récepteur, tel que le prucalopride qui ne produit pas d’effets antidépresseurs comme RS67333. Étant donné que l’efficacité du Prucalopride à stimuler les 5-HT4Rs est similaire sinon plus grande que celle de RS67333, nous avons énoncé l’hypothèse que le récepteur 5-HT4 pourrait adopter différentes conformations actives suite à son activation par différents agonistes. Nous avons ainsi décidé d’explorer les principales réponses fonctionnelles des récepteurs 5-HT4B en observant leurs propriétés de régulation et de signalisation. Nous avons montré que l’isoforme B du récepteur 5-HT4, étant hautement exprimé dans le système limbique, détient une signalisation et une régulation différentes dépendant du ligand activateur. Nos résultats indiquent que chacun des agonistes testés (5-HT, RS67333, ML10302, Zacopride, Prucalopride) modulent distinctivement la production d’AMPc et l’internalisation du récepteur. Les résultats nous ont clairement permis de déterminer que les agonistes possèdent une efficacité et ou puissance différentes les uns par rapport aux autres. De plus, l’ordre d’efficacité des agonistes à moduler la voie de l’AMPc était (Prucalopride > Zacopride = ML10302 = 5-HT > RS67333) et est différente de leur ordre d’efficacité à induire la régulation du récepteur par internalisation (5-HT > Zacopride > Prucalopride > ML10302 = RS67333). Ainsi, nous avons montré que les 5-HT4Rs adoptent des conformations qui sont ligand-spécifiques. Cela implique que la sélectivité fonctionnelle serait un facteur important à considérer dans les mécanismes d’action antidépresseur des agonistes de ce récepteur.

Increased 5-HT2C Receptor Binding in the Brain Stem And Cerebral Cortex During Liver Regeneration And Hepatic Neoplasia In Rats

In the present study, serotonin 2C (5-HT2c) receptor binding parameters in the brainstem and cerebral cortex were investigated during liver generation after partial hepatectomy (PH) and N-nitrosodiethylamine (NDEA) induced hepatic neoplasia in male Wistar rats. The serotonin content increased significantly (p<0.01) in the cerebral cortex after PH and in NDEA induced hepatic neoplasia. Brain stem serotonin content increased significantly (p<0.05) after PH and (p<0.001) in NDEA induced hepatic neoplasia. The number and affinity of the 5-HT2c receptors in the crude synaptic membrane preparations of the brain stem showed a significant (p<0.001) increase after PH and in NDEA induced hepatic neoplasia. The number and affinity of 5-HT2c receptors increased significantly (p<0.001) in NDEA induced hepatic neoplasia in the crude synaptic membrane preparations of the cerebral cortex. There was a significant (p<0.01) increase in plasma norepinephrine in PH and (p<0.001) in NDEA induced hepatic neoplasia, indicating sympathetic stimulation. Thus, our results suggest that during active hepatocyte proliferation 5-HT2c receptor in the brain stem and cerebral cortex are up-regulated which in turn induce hepatocyte proliferation mediated through sympathetic stimulation.

Enhancement of [m-methoxy 3H]MDL100907 binding to 5HT 2A receptors in cerebral cortex and brain stem of streptozotocin induced diabetic rats

5-Hydroxytryptamine2A (5-HT2A) receptor kinetics was studied in cerebral cortex and brain stem of streptozotocin (STZ) induced diabetic rats. Scatchard analysis with [3H] (±) 2,3dimethoxyphenyl-l-[2-(4-piperidine)-methanol] ([3H]MDL100907) in cerebral cortex showed no significant change in maximal binding (Bmax) in diabetic rats compared to controls. Dissociation constant (K) of diabetic rats showed a significant decrease (p < 0.05) in cerebral cortex, which was reversed to normal by insulin treatment. Competition studies of [3H]MDL100907 binding in cerebral cortex with ketanserin showed the appearance of an additional low affinity site for 5-HT2A receptors in diabetic state, which was reversed to control pattern by insulin treatment. In brain stem, scatchard analysis showed a significant increase (p < 0.05) in Bmax accompanied by a significant increase (p < 0.05) in Kd. Competition analysis in brain stem also showed a shift in affinity towards a low affinity State for 5-HT2A receptors. All these parameters were reversed to control level by insulin treatment. These results show that in cerebral cortex there is an increase in affinity of 5-HT2A receptors without any change in its number and in the case of brain stem there is an increase in number of 5HT2A receptors accompanied by a decrease in its affinity during diabetes. Thus, from the results we suggest that the increase in affinity of 5-HT2A receptors in cerebral cortex and upregulation of 5-HT2A receptors in brain stem may lead to altered neuronal function in diabetes.

Effects of the 5-HT(1A) agonist (+/-)-8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin (8-OH-DPAT) on cocaine choice in cynomolgus monkeys

Drugs that alter brain serotonin (5-HT) function can modulate the behavioral effects of cocaine, but the underlying receptor mechanisms are poorly understood. The present study examined the effects of the selective 5-HT1A receptor agonist (+/-)-8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin (8-OH-DPAT, 0.01-0.1 mg/kg, i.v.) on cocaine self-administration in the context of a choice procedure. Five adult male cynomolgus monkeys self-administered cocaine (saline, 0.003-0.03 mg/kg per injection) under a concurrent fixed-ratio 50 schedule of food (1-g banana-flavored pellets) and cocaine presentation. Allocation of responses to the cocaine-associated lever (cocaine choice) increased in a dose-related manner from < or =20% of total responses when saline or 0.003 mg/kg per injection cocaine was the alternative to food to > or =75% when 0.03 mg/kg per injection cocaine was available. In four of five monkeys, when choice was between a low cocaine dose and food, 0.01 mg/kg 8-OH-DPAT increased injection-lever responding. At cocaine doses which occasioned > or =75% cocaine choice, 8-OH-DPAT did not alter response allocation. In the fifth monkey, 8-OH-DPAT only decreased injection-lever responding. When choice was between saline and food, 8-OH-DPAT did not reliably shift responding to the injection lever, except at doses that disrupted operant performance. These results suggest that a 5-HT1A receptor agonist can increase the reinforcing strength of a low cocaine dose relative to a concurrently available non-drug reinforcer.