咪唑安定拮抗戊四氮对大鼠海马CAl区动作电位和突触传递的影响

观褰戊四氮对大鼠海马CAl区动作电位(action potential，AP)、兴奋性突触后电流(excitatory poBtsynapfic cu膈I吐，皿sc)的影响以厦眯唑安定的拮抗作用。方法断头法分离Wistar大鼠海马半脑，切片机切出 400脚厚度的海马脑片，奎细胞电流钳记录CAl区锥体神经元动作电位发放情况，全细胞电压钳记录电刺激 Sch踮如r侧支／联合鲆维诱发的CAl区锥体神经元EPSC的变化。结果戊四氮健动作电位发放频率增加．脚值降低；咪唑安定拮抗戊四氪的作用，使动作电值发放减少甚至消失，EPSC值上升互加八咪唑安定前的2．5倍左右。结论眯唑安定可以部分恢复大鼠海马cAl区戌四氮谤发的动作电位发放和E巧c的改变，从而产生抗癫痫作用。

Changing the responses of cortical neurons from sub- to suprathreshold using single spikes in vivo.

Action Potential (APs) patterns of sensory cortex neurons encode a variety of stimulus features, but how can a neuron change the feature to which it responds? Here, we show that in vivo a spike-timing-dependent plasticity (STDP) protocol-consisting of pairing a postsynaptic AP with visually driven presynaptic inputs-modifies a neurons' AP-response in a bidirectional way that depends on the relative AP-timing during pairing. Whereas postsynaptic APs repeatedly following presynaptic activation can convert subthreshold into suprathreshold responses, APs repeatedly preceding presynaptic activation reduce AP responses to visual stimulation. These changes were paralleled by restructuring of the neurons response to surround stimulus locations and membrane-potential time-course. Computational simulations could reproduce the observed subthreshold voltage changes only when presynaptic temporal jitter was included. Together this shows that STDP rules can modify output patterns of sensory neurons and the timing of single-APs plays a crucial role in sensory coding and plasticity.DOI:http://dx.doi.org/10.7554/eLife.00012.001.

Pharmacological evaluation of selective α2c-adrenergic agonists in experimental animal models of nasal congestion

Nasal congestion is one of the most troublesome symptoms of many upper airways diseases. We characterized the effect of selective α2c-adrenergic agonists in animal models of nasal congestion. In porcine mucosa tissue, compound A and compound B contracted nasal veins with only modest effects on arteries. In in vivo experiments, we examined the nasal decongestant dose-response characteristics, pharmacokinetic/pharmacodynamic relationship, duration of action, potential development of tolerance, and topical efficacy of α2c-adrenergic agonists. Acoustic rhinometry was used to determine nasal cavity dimensions following intranasal compound 48/80 (1%, 75 µl). In feline experiments, compound 48/80 decreased nasal cavity volume and minimum cross-sectional areas by 77% and 40%, respectively. Oral administration of compound A (0.1-3.0 mg/kg), compound B (0.3-5.0 mg/kg), and d-pseudoephedrine (0.3 and 1.0 mg/kg) produced dose-dependent decongestion. Unlike d-pseudoephedrine, compounds A and B did not alter systolic blood pressure. The plasma exposure of compound A to produce a robust decongestion (EC(80)) was 500 nM, which related well to the duration of action of approximately 4.0 hours. No tolerance to the decongestant effect of compound A (1.0 mg/kg p.o.) was observed. To study the topical efficacies of compounds A and B, the drugs were given topically 30 minutes after compound 48/80 (a therapeutic paradigm) where both agents reversed nasal congestion. Finally, nasal-decongestive activity was confirmed in the dog. We demonstrate that α2c-adrenergic agonists behave as nasal decongestants without cardiovascular actions in animal models of upper airway congestion.

Nedd4-2-dependent ubiquitylation and regulation of the cardiac potassium channel hERG1.

The voltage-gated cardiac potassium channel hERG1 (human ether-à-gogo-related gene 1) plays a key role in the repolarization phase of the cardiac action potential (AP). Mutations in its gene, KCNH2, can lead to defects in the biosynthesis and maturation of the channel, resulting in congenital long QT syndrome (LQTS). To identify the molecular mechanisms regulating the density of hERG1 channels at the plasma membrane, we investigated channel ubiquitylation by ubiquitin ligase Nedd4-2, a post-translational regulatory mechanism previously linked to other ion channels. We found that whole-cell hERG1 currents recorded in HEK293 cells were decreased upon neural precursor cell expressed developmentally down-regulated 4-2 (Nedd4-2) co-expression. The amount of hERG1 channels in total HEK293 lysates and at the cell surface, as assessed by Western blot and biotinylation assays, respectively, were concomitantly decreased. Nedd4-2 and hERG1 interact via a PY motif located in the C-terminus of hERG1. Finally, we determined that Nedd4-2 mediates ubiquitylation of hERG1 and that deletion of this motif affects Nedd4-2-dependent regulation. These results suggest that ubiquitylation of the hERG1 protein by Nedd4-2, and its subsequent down-regulation, could represent an important mechanism for modulation of the duration of the human cardiac action potential.

Base moléculaire et rôle du courant potassique transitoire I(A) des interneurones de l'hippocampe chez le rongeur

Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent la mémoire et l’apprentissage chez les mammifères sont incomplètement compris. Le rythme thêta de l’hippocampe constitue l’état « en ligne » de cette structure qui est cruciale pour la mémoire déclarative. Dans la région CA1 de l’hippocampe, les interneurones inhibiteurs LM/RAD démontrent des oscillations de potentiel membranaire (OPM) intrinsèques qui pourraient se révéler importantes pour la génération du rythme thêta. Des travaux préliminaires ont suggéré que le courant K+ I(A) pourrait être impliqué dans la génération de ces oscillations. Néanmoins, peu de choses sont connues au sujet de l’identité des sous-unités protéiques principales et auxiliaires qui soutiennent le courant I(A) ainsi que l’ampleur de la contribution fonctionnelle de ce courant K+ dans les interneurones. Ainsi, cette thèse de doctorat démontre que le courant I(A) soutient la génération des OPM dans les interneurones LM/RAD et que des protéines Kv4.3 forment des canaux qui contribuent à ce courant. De plus, elle approfondit les connaissances sur les mécanismes qui régissent les interactions entre les sous-unités principales de canaux Kv4.3 et les protéines accessoires KChIP1. Finalement, elle révèle que la protéine KChIP1 module le courant I(A)-Kv4.3 natif et la fréquence de décharge des potentiels d’action dans les interneurones. Nos travaux contribuent à l’avancement des connaissances dans le domaine de la modulation de l’excitabilité des interneurones inhibiteurs de l’hippocampe et permettent ainsi de mieux saisir les mécanismes qui soutiennent la fonction de l’hippocampe et possiblement la mémoire chez les mammifères.

The Effects of Pro-inflammatory Cytokines on the L-type Calcium Current in Mouse Ventricular Myocytes

L’inflammation: Une réponse adaptative du système immunitaire face à une insulte est aujourd’hui reconnue comme une composante essentielle à presque toutes les maladies infectieuses ou autres stimuli néfastes, tels les dommages tissulaires incluant l’infarctus du myocarde et l’insuffisance cardiaque. Dans le contexte des maladies cardiovasculaires, l’inflammation se caractérise principalement par une activation à long terme du système immunitaire, menant à une faible, mais chronique sécrétion de peptides modulateurs, appelés cytokines pro-inflammatoires. En effet, la littérature a montré à plusieurs reprises que les patients souffrant d’arythmies et de défaillance cardiaque présentent des taux élevés de cytokines pro-inflammatoires tels le facteur de nécrose tissulaire alpha (TNFα), l’interleukine 1β (IL-1β) et l’interleukine 6. De plus, ces patients souffrent souvent d’une baisse de la capacité contractile du myocarde. Le but de notre étude était donc de déterminer si un lien de cause à effet existe entre ces phénomènes et plus spécifiquement si le TNFα, l’IL-1β et l’IL-6 peuvent affecter les propriétés électriques et contractiles du cœur en modulant le courant Ca2+ de type L (ICaL) un courant ionique qui joue un rôle primordial au niveau de la phase plateau du potentiel d’action ainsi qu’au niveau du couplage excitation-contraction. Les possibles méchansimes par lesquels ces cytokines exercent leurs effets seront aussi explorés. Pour ce faire, des cardiomyocytes ventriculaires de souris nouveau-nées ont été mis en culture et traités 24 heures avec des concentrations pathophysiologiques (30 pg/mL) de TNFα, IL-1β ou IL-6. Des enregistrements de ICaL réalisés par la technique du patch-clamp en configuration cellule entière ont été obtenus par la suite et les résultats montrent que le TNFα n’affecte pas ICaL, même à des concentrations plus élevées (1 ng/mL). En revanche, l’IL-1β réduisait de près de 40% la densité d’ICaL. Afin d’examiner si le TNFα et l’IL-1β pouvaient avoir un effet synergique, les cardiomyocytes ont été traité avec un combinaison des deux cytokines. Toutefois aucun effet synergique sur ICaL n’a été constaté. En outre, l’IL-6 réduisait ICaL significativement, cependant la réduction de 20% était moindre que celle induite par IL-1β. Afin d’élucider les mécanismes sous-jacents à la réduction de ICaL après un traitement avec IL-1β, l’expression d’ARNm de CaV1.2, sous-unité α codante pour ICaL, a été mesurée par qPCR et les résultats obtenus montrent aucun changement du niveau d’expression. Plusieurs études ont montré que l’inflammation et le stress oxydatif vont de pair. En effet, l’imagerie confocale nous a permis de constater une augmentation accrue du stress oxydatif induit par IL-1β et malgré un traitement aux antioxydants, la diminution de ICaL n’a pas été prévenue. Cette étude montre qu’IL-1β et IL-6 réduisent ICaL de façon importante et ce indépendamment d’une régulation transcriptionelle ou du stress oxydatif. De nouvelles données préliminaires suggèrent que ICaL serait réduit suite à l’activation des protéines kinase C mais des études additionelles seront nécessaires afin d’étudier cette avenue. Nos résultats pourraient contribuer à expliquer les troubles du rythme et de contractilité observés chez les patients souffrant de défaillance cardiaque.

Études de type structure fonction des mutations causant l’ataxie épisodique de type I sur les canaux potassiques dépendants du voltage

Les ataxies épisodiques (EA) d’origine génétique sont un groupe de maladies possédant un phénotype et génotype hétérogènes, mais ont en commun la caractéristique d’un dysfonctionnement cérébelleux intermittent. Les EA de type 1 et 2 sont les plus largement reconnues des ataxies épisodiques autosomiques dominantes et sont causées par un dysfonctionnement des canaux ioniques voltage-dépendants dans les neurones. La présente étude se concentrera sur les mutations causant l'EA-1, retrouvées dans le senseur de voltage (VSD) de Kv1.1, un canal très proche de la famille des canaux Shaker. Nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques de six mutations différentes à la position F244 et partiellement celles des mutations T284 A/M, R297 K/Q/A/H, I320T, L375F, L399I et S412 C/I dans la séquence du Shaker grâce à la technique du ‘’cut open voltage clamp’’ (COVC). Les mutations de la position F244 situées sur le S1 du canal Shaker sont caractérisées par un décalement des courbes QV et GV vers des potentiels dépolarisants et modifient le couplage fonctionnel entre le domaine VSD et le pore. Un courant de fuite est observé durant la phase d'activation des courants transitoires et peut être éliminé par l'application du 4-AP (4-aminopyridine) ou la réinsertion de l'inactivation de type N mais pas par le TEA (tétraéthylamonium). Dans le but de mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables de la stabilisation d’un état intermédiaire, nous avons étudié séparément la neutralisation des trois premières charges positives du S4 (R1Q, R2Q et R3Q). Il en est ressorti l’existence d’une interaction entre R2 et F244. Une seconde interface entre S1 et le pore proche de la surface extracellulaire agissant comme un second point d'ancrage et responsable des courants de fuite a été mis en lumière. Les résultats suggèrent une anomalie du fonctionnement du VSD empêchant la repolarisation normale de la membrane des cellules nerveuses affectées à la suite d'un potentiel d'action.

Biopacemaker acceleration without increased synchronization by chronic exposure to phorbol myristate acetate

L'activité électrique du coeur est initiée par la génération spontanée de potentiels d'action venant des cellules pacemaker du noeud sinusal (SN). Toute dysfonction au niveau de cette région entraîne une instabilité électrique du coeur. La majorité des patients souffrant d'un noeud sinusal déficient nécessitent l'implantation chirurgicale d'un pacemaker électronique; cependant, les limitations de cette approche incitent à la recherche d'une alternative thérapeutique. La base moléculaire des courants ioniques jouant un rôle crucial dans l'activité du noeud sinusal sont de plus en plus connues. Une composante importante de l'activité des cellules pacemakers semble être le canal HCN, responsable du courant pacemaker If. Le facteur T-box 3 (Tbx3), un facteur de transcription conservé durant le processus de l'évolution, est nécessaire au développement du système de conduction cardiaque. De précédentes études ont démontré que dans différentes lignées cellulaires le Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) active l'expression du gène codant Tbx3 via des réactions en cascade partant de la protéine kinase C (PKC). L'objectif principal de cette étude est de tester si le PMA peut augmenter la fréquence et la synchronisation de l'activité spontanée du pacemaker biologique en culture. Plus précisément, nous avons étudié les effets de l'exposition chronique au PMA sur l'expression du facteur de transcription Tbx3, sur HCN4 et l'activité spontanée chez des monocouches de culture de myocytes ventriculaires de rats néonataux (MVRN). Nos résultats démontrent que le PMA augmente significativement le facteur transcription de Tbx3 et l'expression ARNm de HCN4, favorisant ainsi l'augmentation du rythme et de la stabilité de l'activité autonome. De plus, une diminution significative de la vitesse de conduction a été relevée et est attribuée à la diminution du couplage intercellulaire. La diminution de la vitesse de conduction pourrait expliquer l'effet négatif du PMA sur la synchronisation de l'activité autonome du pacemaker biologique. Ces résultats ont été confirmés par un modèle mathématique multicellulaire suggérant que des fréquences et résistances intercellulaires plus élevée pourraient induire une activité plus stable et moins synchrone. Cette étude amène de nouvelles connaissances très importantes destinées à la production d'un pacemaker biologique efficient et robuste.

G protein ss gamma subunits mediate presynaptic inhibition of transmitter release from rat superior cervical ganglion neurones in culture

The activation of presynaptic G protein-coupled receptors (GPCRs) is widely reported to inhibit transmitter release; however, the lack of accessibility of many presynaptic terminals has limited direct analysis of signalling mediators. We studied GPCR-mediated inhibition of fast cholinergic transmission between superior cervical ganglion neurones (SCGNs) in culture. The adrenoceptor agonist noradrenaline (NA) caused a dose-related reduction in evoked excitatory postsynaptic potentials (EPSPs). NA-induced EPSP decrease was accompanied by effects on the presynaptic action potential (AP), reducing AP duration and amplitude of the after-hyperpolarization (AHP), without affecting the pre- and postsynaptic membrane potential. All effects of NA were blocked by yohimbine and synaptic transmission was reduced by clonidine, consistent with an action at presynaptic alpha 2-adrenoceptors. NA-induced inhibition of transmission was sensitive to pre-incubation of SCGNs with pertussis toxin (PTX), implicating the involvement of G alpha(i)/(o)beta y subunits. Expression of G alpha transducin, an agent which sequesters G protein beta gamma (G beta y) subunits, in the presynaptic neurone caused a time-dependent attenuation of NA-induced inhibition. Injection of purified G beta gamma subunits into the presynaptic neurone inhibited transmission, and also reduced the AHP amplitude. Furthermore, NA-induced inhibition was occluded by pre-injection of G beta gamma subunits. The Ca2+ channel blocker Cd2+ mimicked NA effects on transmitter release. Cd2+, NA and G beta gamma subunits also inhibited somatic Ca2+ current. In contrast to effects on AP-evoked transmitter release, NA had no clear action on AP-independent EPSPs induced by hypertonic solutions. These results demonstrate that G beta gamma subunits functionally mediate inhibition of transmitter release by alpha 2-adrenoceptors and represent important regulators of synaptic transmission at mammalian presynaptic terminals.

The effects of paeonol on the electrophysiological properties of cardiac ventricular myocytes

Previous studies have shown that "Mudanpi", a Chinese herbal medicine, has a significant cardioprotective effect against myocardial ischaemia. Based on these findings we hypothesised that paeonol, the main component of Mudanpi, might have an effect on the cellular electrophysiology of cardiac ventricular myocytes. The effects of paeonol on the action potential and ion channels of cardiac ventricular myocytes were studied using the standard whole-cell configuration of the patch-clamp technique. Ventricular myocytes were isolated from the hearts of adult guinea-pig by enzymic dispersion. The myocytes were continuously perfused with various experimental solutions at room temperature and paeonol applied in the perfusate. Action potentials and membrane currents were recorded using both current and voltage clamp modes of the patch-clamp technique. Paeonol, at concentrations 160 mu M and 640 mu M, decreased the action potential upstroke phase, an action associated with the blockade of the voltage-gated, fast sodium channel. The effects of paeonol on both action potential and Na+ current were concentration dependent. Paeonol had a high affinity for inactivated sodium channels. Paeonol also shortened the action potential duration, in a manner not associated with the blockade of the calcium current, or the enhancement of potassium currents. These findings suggest that paeonol, and therefore Mudanpi, may possess antiarrhythmic activity, which may confer its cardioprotective effects. (c) 2006 Elsevier B.V All rights reserved.

Nitric oxide suppresses cerebral vasomotion by sGC-independent effects on ryanodine receptors and voltage-gated calcium channels

Background/Aims: In cerebral arteries, nitric oxide (NO) release plays a key role in suppressing vasomotion. Our aim was to establish the pathways affected by NO in rat middle cerebral arteries. Methods: In isolated segments of artery, isometric tension and simultaneous measurements of either smooth muscle membrane potential or intracellular [Ca 2+ ] ([Ca 2+ ] SMC ) changes were recorded. Results: In the absence of L -NAME, asynchronous propagating Ca 2+ waves were recorded that were sensitive to block with ryanodine, but not nifedipine. L -NAME stimulated pronounced vasomotion and synchronous Ca 2+ oscillations with close temporal coupling between membrane potential, tone and [Ca 2+ ] SMC . If nifedipine was applied together with L -NAME, [Ca 2+ ] SMC decreased and synchronous Ca 2+ oscillations were lost, but asynchronous propagating Ca 2+ waves persisted. Vasomotion was similarly evoked by either iberiotoxin, or by ryanodine, and to a lesser extent by ODQ. Exogenous application of NONOate stimulated endothelium-independent hyperpolarization and relaxation of either L -NAME-induced or spontaneous arterial tone. NO-evoked hyperpolarization involved activation of BK Ca channels via ryanodine receptors (RYRs), with little involvement of sGC. Further, in whole cell mode, NO inhibited current through L-type voltage-gated Ca 2+ channels (VGCC), which was independent of both voltage and sGC. Conclusion: NO exerts sGC-independent actions at RYRs and at VGCC, both of which normally suppress cerebral artery myogenic tone.

Thromboxane A2 inhibition of SKCa after NO synthase block in rat middle cerebral artery

NO/prostanoid independent, EDHF-mediated hyperpolarization and dilation in rat middle cerebral arteries is mediated solely by endothelial cell IK(Ca). However, when the NO-pathway is also active, both SK(Ca) and IK(Ca) contribute to EDHF responses. As the SK(Ca) component can be inhibited by stimulation of thromboxane A(2) (TxA(2)) TP receptors and NO has the potential ability to inhibit thromboxane synthesis, we investigated whether TxA(2) might explain loss of functional input from SK(Ca) during NOS inhibition in cerebral arteries. EXPERIMENTAL APPROACH: Rat middle cerebral arteries were mounted in a wire myograph. Endothelium-dependent responses to the PAR2 agonist, SLIGRL were assessed as simultaneous changes in smooth muscle membrane potential and tension. KEY RESULTS: Responses were obtained in the presence of L-NAME as appropriate. Inhibition of TP receptors with either ICI 192,605 or SQ 29,548, did not affect EDHF mediated hyperpolarization and relaxation, but in their presence neither TRAM-34 nor apamin (to block IK(Ca) and SK(Ca) respectively) individually affected the EDHF response. However, in combination they virtually abolished it. Similar effects were obtained in the presence of the thromboxane synthase inhibitor, furegrelate, which additionally revealed an iberiotoxin-sensitive residual EDHF hyperpolarization and relaxation in the combined presence of TRAM-34 and apamin. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS: In the rat middle cerebral artery, inhibition of NOS leads to a loss of the SK(Ca) component of EDHF responses. Either antagonism of TP receptors or block of thromboxane synthase restores an input through SK(Ca). These data indicate that NO normally enables SK(Ca) activity in rat middle cerebral arteries.

The SV2A ligand levetiracetam inhibits presynaptic Ca2+ channels via an intracellular pathway

Levetiracetam (LEV) is a prominent antiepileptic drug (AED) which binds to neuronal synaptic vesicle glycoprotein 2A (SV2A) protein and has reported effects on ion channels, but retains a poorly-defined mechanism of action. Here, we investigate inhibition of voltage-dependent Ca2+ (CaV) channels as a potential mechanism by which LEV imparts effects on neuronal activity. We used electrophysiological methods to investigate the effects of LEV on cholinergic synaptic transmission and CaV channel activity in superior cervical ganglion neurons (SCGNs). In parallel, we investigated effects of the LEV ‘inactive’ R-enantiomer, UCB L060. Thus, LEV, but not UCB L060 (each 100 μM), inhibited synaptic transmission between SCGNs in long-term culture in a time-dependent manner, significantly reducing excitatory postsynaptic potentials (EPSP) following ≥30 min application. In isolated SCGNs, LEV pretreatment (≥1 h), but not acute (5 min) application, significantly inhibited whole-cell IBa amplitude. In current clamp recordings, LEV reduced the amplitude of the afterhyperpolarizing potential (AHP) in a Ca2+-dependent manner, but also increased action potential (AP) latency in a Ca2+-independent manner, suggesting further mechanisms associated with reduced excitability. Intracellular LEV application (4-5 min) caused a rapid inhibition of IBa amplitude to an extent comparable to that seen following extracellular LEV pretreatment ( ≥ 1 h). Neither pretreatment nor intracellular application of UCB L060 produced any inhibitory effects on IBa amplitude. These results identify a stereospecific intracellular pathway by which LEV inhibits presynaptic CaV channels; resultant reductions in neuronal excitability are proposed to contribute to the anticonvulsant effects of LEV.

Statins and selective inhibition of Rho kinase protect small conductance calcium-activated potassium channel function (KCa2.3) in cerebral arteries

Background: In rat middle cerebral and mesenteric arteries the KCa2.3 component of endothelium-dependent hyperpolarization (EDH) is lost following stimulation of thromboxane (TP) receptors, an effect that may contribute to the endothelial dysfunction associated with cardiovascular disease. In cerebral arteries, KCa2.3 loss is associated with NO synthase inhibition, but is restored if TP receptors are blocked. The Rho/Rho kinase pathway is central for TP signalling and statins indirectly inhibit this pathway. The possibility that Rho kinase inhibition and statins sustain KCa2.3 hyperpolarization was investigated in rat middle cerebral arteries (MCA). Methods: MCAs were mounted in a wire myograph. The PAR2 agonist, SLIGRL was used to stimulate EDH responses, assessed by simultaneous measurement of smooth muscle membrane potential and tension. TP expression was assessed with rt-PCR and immunofluorescence. Results: Immunofluorescence detected TP in the endothelial cell layer of MCA. Vasoconstriction to the TP agonist, U46619 was reduced by Rho kinase inhibition. TP receptor stimulation lead to loss of KCa2.3 mediated hyperpolarization, an effect that was reversed by Rho kinase inhibitors or simvastatin. KCa2.3 activity was lost in L-NAME-treated arteries, but was restored by Rho kinase inhibition or statin treatment. The restorative effect of simvastatin was blocked after incubation with geranylgeranyl-pyrophosphate to circumvent loss of isoprenylation. Conclusions: Rho/Rho kinase signalling following TP stimulation and L-NAME regulates endothelial cell KCa2.3 function. The ability of statins to prevent isoprenylation and perhaps inhibit of Rho restores/protects the input of KCa2.3 to EDH in the MCA, and represents a beneficial pleiotropic effect of statin treatment.