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

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

Replacement of histidine in position 105 in the alpha(5) subunit by cysteine stimulates zolpidem sensitivity of alpha(5)beta(2)gamma(2) GABA(A) receptors

Zolpidem is a positive allosteric modulator of GABA(A) receptors with sensitivity to subunit composition. While it acts with high affinity and efficacy at GABA(A) receptors containing the alpha(1) subunit, it has a lower affinity to GABA(A) receptors containing alpha(2), alpha(3), or alpha(5) subunits and has a very weak efficacy at receptors containing the alpha(5) subunit. Here, we show that replacing histidine in position 105 in the alpha(5) subunit by cysteine strongly stimulates the effect of zolpidem in receptors containing the alpha(5) subunit. The side chain volume of the amino acid residue in this position does not correlate with the modulation by zolpidem. Interestingly, serine is not able to promote the potentiation by zolpidem. The homologous residues to alpha(5)H105 in alpha(1), alpha(2), and alpha(3) are well-known determinants of the action of classical benzodiazepines. Other studies have shown that replacement of these histidines alpha(1)H101, alpha(2)H101, and alpha(3)H126 by arginine, as naturally present in alpha(4) and alpha(6), leads to benzodiazepine insensitivity of these receptors. Thus, the nature of the amino acid residue in this position is not only crucial for the action of classical benzodiazepines but in alpha(5) containing receptors also for the action of zolpidem.

Sleep, metabolism and aging

Aging is a multidimensional process of physical, psychological, and social changes. Understanding how we sleep and how this dynamic process evolves across life span will help to identify normal developmental aspects of sleep over time and to create strategies to increase awareness of sleep disturbances and their early management. In normal sleepers from HypnoLaus cohort, we evaluated the effects of age and gender on both subjective and objective sleep measurements. Our results indicate that normal aging is not accompanied by sleep complaints, and when they exist suggest the presence of underlying comorbidities. Polysomnographic data revealed that slow wave sleep was more affected with age in men, and age affected differently NREM and REM spectral power densities. Both sleep structure and spectral analysis profiles may constitute standards to delineate pathological changes in sleep, both for aging women and men. Another important aspect in the management of sleep and its disorders is a detailed characterization of sleep-inducing medications. Gamma-hydroxybutyrate (GHB) is an inhibitory neurotransmitter derivative of GABA, but its mode of action and the range of effects are not well understood. Several properties, as growth hormone stimulation in humans and the development of weight loss in treated patients suggest an unexplored metabolic effect. In different experiments we assessed the effects of acute, short term and chronic GHB administration on central (cerebral cortex) and peripheral (liver) biochemical processes involved in the metabolism of the drug, as well as the effects of the drug on metabolism in C57BL/6J, GABAB knock-out and obese (ob/ob) mice. We showed that GHB treatment affects weight gain in C57BL/6J and GABAB knock-out mice. Metabolomic analysis indicated large central and peripheral metabolic changes induced by GHB with important relevance to its therapeutic use. -- Le vieillissement est un processus multidimensionnel accompagné par de multiples changements dans les domaines physique, psychologique et social. Comprendre comment nous dormons et comment ce processus dynamique évolue sur la durée de vie nous aidera à identifier les aspects normaux du développement du sommeil au fil du temps, et à créer des stratégies pour accroître la connaissance et compréhension des troubles du sommeil et leur prise en charge précoce. Chez les sujets normaux de la cohorte HypnoLaus nous avons évalué les effets de l'âge et du sexe sur les mesures subjectives et objectives du sommeil. Nos résultats indiquent que le vieillissement normal ne s'accompagne pas de troubles du sommeil, et quand ils existent ceux-ci suggèrent la présence de comorbidités sous-jacentes. Les données polysomnographiques ont révélé que le sommeil profond était plus affecté avec l'âge chez les hommes. De plus, nous avons montré comment l'âge modifie la composition spectrale du sommeil lent et paradoxal. La structure du sommeil et les profils d'analyse spectrale peuvent donc constituer des standards permettant de définir les changements pathologiques du sommeil chez les personnes âgées. Parmi les aspects importants de la gestion du sommeil et de ses troubles, la caractérisation détaillée des médicaments hypnotiques utilisés est essentielle. L'acide gamma-hydroxybutyrique (GHB) est un acide gras à courte chaîne dérivé du GABA, principal neurotransmetteur inhibiteur du cerveau, mais son mode d'action et tous ses effets sont toujours largement méconnus. Plusieurs propriétés, comme la stimulation de la sécrétion de l'hormone de croissance chez l'homme et le développement d'une perte de poids chez les patients traités suggèrent un effet métabolique inexploré. Dans différentes expériences, nous avons évalué les effets d'une exposition aiguë, à court terme et chronique de GHB sur les processus biochimiques centraux (cortex cérébral) et périphériques (foie) impliqués dans le métabolisme du médicament. Nous avons aussi évalué les effets du médicament sur le métabolisme des souris C57BL/6J, GABAB KO et obèses (ob/ob). Nos résultats ont montré que le GHB diminue le gain de poids chez les souris C57BL/6J et GABAB KO. L'analyse métabolomique a indiqué des changements importants induits par GHB au niveau central et périphérique, et ces effets sont importants pour son utilisation thérapeutique.

Intracellular accumulation of high levels of gamma-aminobutyrate by Listeria monocytogenes 10403S in response to low pH: uncoupling of gamma-aminobutyrate synthesis from efflux in a chemically defined medium

It is well established that the glutamate decarboxylase (GAD) system is central to the survival of Listeria monocytogenes at low pH, both in acidic foods and within the mammalian stomach. The accepted model proposes that under acidic conditions extracellular glutamate is transported into the cell in exchange for an intracellular gamma-aminobutyrate (GABA(i)). The glutamate is then decarboxylated to GABA(i), a reaction that consumes a proton, thereby helping to prevent acidification of the cytoplasm. In this study, we show that glutamate supplementation had no influence on either growth rate at pH 5.0 or survival at pH 2.5 when L. monocytogenes 10403S was grown in a chemically defined medium (DM). In response to acidification, cells grown in DM failed to efflux GABA, even when glutamate was added to the medium. In contrast, in brain heart infusion (BHI), the same strain produced significant extracellular GABA (GABA(e)) in response to acidification. In addition, high levels of GABA(i) (>80 mM) were found in the cytoplasm in response to low pH in both growth media. Medium-swap and medium-mixing experiments revealed that the GABA efflux apparatus was nonfunctional in DM, even when glutamate was present. It was also found that the GadT2D2 antiporter/decarboxylase system was transcribed poorly in DM-grown cultures while overexpression of gadD1T1 and gadD3 occurred in response to pH 3.5. Interestingly, BHI-grown cells did not respond with upregulation of any of the GAD system genes when challenged at pH 3.5. The accumulation of GABA(i) in cells grown in DM in the absence of extracellular glutamate indicates that intracellular glutamate is the source of the GABA(i). These results demonstrate that GABA production can be uncoupled from GABA efflux, a finding that alters the way we should view the operation of bacterial GAD systems.

Channel behavior in a gamma-aminobutyrate transporter.

Current produced by a gamma-aminobutyrate (GABA) transporter stably transfected into a mammalian cell line was observed in cell-attached and excised membrane patches. When GABA was absent, a fraction of the transporters produced cation-permeable channels. When GABA plus Na+ was on either side of the membrane, the majority of transporters produced a high-frequency current noise attributed to the movement of ions in an occluded pore.

Reduction of plasma alanine aminotransferase during vigabatrin treatment.

In 9 drug-resistant patients with partial seizures treated with vigabatrin, gamma-vinyl GABA (VGB), alanine aminotransaminase (ALAT) activity in plasma was significantly reduced. Comparison of in vitro with in vivo measurements led us to conclude that this reduction is mainly an in vivo phenomenon, perhaps due to cross-enzyme inhibition. The assessment of two biological variables linked with ALAT, glucose and alanine levels under fasting conditions, failed to show any significant metabolic alterations. VGB is an effective drug for partial epilepsy. Our observations do not suggest that reduced ALAT activity is of clinical concern.

Comparison of T1 relaxation times of the neurochemical profile in rat brain at 9.4 tesla and 14.1 tesla.

Knowledge of T(1) relaxation times can be important for accurate relative and absolute quantification of brain metabolites, for sensitivity optimizations, for characterizing molecular dynamics, and for studying changes induced by various pathological conditions. (1)H T(1) relaxation times of a series of brain metabolites, including J-coupled ones, were determined using a progressive saturation (PS) technique that was validated with an adiabatic inversion-recovery (IR) method. The (1)H T(1) relaxation times of 16 functional groups of the neurochemical profile were measured at 14.1T and 9.4T. Overall, the T(1) relaxation times found at 14.1T were, within the experimental error, identical to those at 9.4T. The T(1)s of some coupled spin resonances of the neurochemical profile were measured for the first time (e.g., those of gamma-aminobutyrate [GABA], aspartate [Asp], alanine [Ala], phosphoethanolamine [PE], glutathione [GSH], N-acetylaspartylglutamate [NAAG], and glutamine [Gln]). Our results suggest that T(1) does not increase substantially beyond 9.4T. Furthermore, the similarity of T(1) among the metabolites (approximately 1.5 s) suggests that T(1) relaxation time corrections for metabolite quantification are likely to be similar when using rapid pulsing conditions. We therefore conclude that the putative T(1) increase of metabolites has a minimal impact on sensitivity when increasing B(0) beyond 9.4T.

Plasticité intermodale chez le hamster énucléé à la naissance : Études de la distribution des interneurones CaBPir dans les cortex visuel et auditif primaires.

La période postnatale et l’expérience sensorielle sont critiques pour le développement du système visuel. Les interneurones inhibiteurs exprimant l’acide γ-aminobutyrique (GABA) jouent un rôle important dans le contrôle de l’activité neuronale, le raffinement et le traitement de l’information sensorielle qui parvient au cortex cérébral. Durant le développement, lorsque le cortex cérébral est très susceptible aux influences extrinsèques, le GABA agit dans la formation des périodes critiques de sensibilité ainsi que dans la plasticité dépendante de l’expérience. Ainsi, ce système inhibiteur servirait à ajuster le fonctionnement des aires sensorielles primaires selon les conditions spécifiques d’activité en provenance du milieu, des afférences corticales (thalamiques et autres) et de l’expérience sensorielle. Certaines études montrent que des différences dans la densité et la distribution de ces neurones inhibiteurs corticaux reflètent les caractéristiques fonctionnelles distinctes entre les différentes aires corticales. La Parvalbumine (PV), la Calretinine (CR) et la Calbindine (CB) sont des protéines chélatrices du calcium (calcium binding proteins ou CaBPs) localisées dans différentes sous-populations d’interneurones GABAergiques corticaux. Ces protéines tamponnent le calcium intracellulaire de sorte qu’elles peuvent moduler différemment plusieurs fonctions neuronales, notamment l’aspect temporel des potentiels d’action, la transmission synaptique et la potentialisation à long terme. Plusieurs études récentes montrent que les interneurones immunoréactifs (ir) aux CaBPs sont également très sensibles à l’expérience et à l’activité sensorielle durant le développement et chez l’adulte. Ainsi, ces neurones pourraient avoir un rôle crucial à jouer dans le phénomène de compensation ou de plasticité intermodale entre les cortex sensoriels primaires. Chez le hamster (Mesocricetus auratus), l’énucléation à la naissance fait en sorte que le cortex visuel primaire peut être recruté par les autres modalités sensorielles, telles que le toucher et l’audition. Suite à cette privation oculaire, il y a établissement de projections ectopiques permanentes entre les collicules inférieurs (CI) et le corps genouillé latéral (CGL). Ceci a pour effet d’acheminer l’information auditive vers le cortex visuel primaire (V1) durant le développement postnatal. À l’aide de ce modèle, l’objectif général de ce projet de thèse est d’étudier l’influence et le rôle de l’activité sensorielle sur la distribution et l’organisation des interneurones corticaux immunoréactifs aux CaBPs dans les aires sensorielles visuelle et auditive primaires du hamster adulte. Les changements dans l’expression des CaBPs ont été déterminés d’une manière quantitative en évaluant les profils de distribution laminaire de ces neurones révélés par immunohistochimie. Dans une première expérience, nous avons étudié la distribution laminaire des CaBPs dans les aires visuelle (V1) et auditive (A1) primaires chez le hamster normal adulte. Les neurones immunoréactifs à la PV et la CB, mais non à la CR, sont distribués différemment dans ces deux cortex primaires dédiés à une modalité sensorielle différente. Dans une deuxième étude, une comparaison a été effectuée entre des animaux contrôles et des hamsters énucléés à la naissance. Cette étude montre que le cortex visuel primaire de ces animaux adopte une chimioarchitecture en PV similaire à celle du cortex auditif. Nos recherches montrent donc qu’une suppression de l’activité visuelle à la naissance peut influencer l’expression des CaBPs dans l’aire V1 du hamster adulte. Ceci suggère également que le type d’activité des afférences en provenance d’autres modalités sensorielles peut moduler, en partie, une circuiterie corticale en CaBPs qui lui est propre dans le cortex hôte ou recruté. Ainsi, nos travaux appuient l’hypothèse selon laquelle il serait possible que certaines de ces sous-populations d’interneurones GABAergiques jouent un rôle crucial dans le phénomène de la plasticité intermodale.

Modulation du système glutamatergique pendant l’apprentissage moteur : une étude de spectroscopie par résonance magnétique fonctionnelle

La présente étude avait pour but d’explorer les modulations fonctionnelles putaminales du signal de spectroscopie par résonance magnétique (SRM) combiné du glutamate et de la glutamine (Glx), ainsi que de l’acide γ-aminobutyrique (GABA) en lien avec l’apprentissage d’une séquence motrice. Nous avons émis l’hypothèse que les concentrations de Glx seraient spécifiquement augmentées pendant et après la pratique d’une telle tâche, et ce comparativement à une condition d’exécution motrice simple conçue pour minimiser l’apprentissage. La tâche d’appuis séquentiels des doigts (« finger taping task ») utilisée est connue pour induire un apprentissage moteur évoluant en phases, avec une progression initialement rapide lors de la première session d’entraînement (phase rapide), puis lente lors de sessions subséquentes (phase lente). Cet apprentissage est également conçu comme dépendant de processus « on-line » (pendant la pratique) d’acquisition et « off-line » (entre les périodes de pratique) de consolidation de la trace mnésique de l’habilité motrice. Une grande quantité de données impliquent le système de neurotransmission glutamatergique, principalement par l’action de ses récepteurs N-Méthyl-D-aspartate (NMDAR) et métabotropiques (mGluR), dans une multitude de domaine de la mémoire. Quelques-unes de ces études suggèrent que cette relation s’applique aussi à des mémoires de type motrice ou dépendante du striatum. De plus, certains travaux chez l’animal montrent qu’une hausse des concentrations de glutamate et de glutamine peut être associée à l’acquisition et/ou consolidation d’une trace mnésique. Nos mesures de SRM à 3.0 Tesla, dont la qualité ne s’est avérée satisfaisante que pour le Glx, démontrent qu’une telle modulation des concentrations de Glx est effectivement détectable dans le putamen après la performance d’une tâche motrice. Elles ne nous permettent toutefois pas de dissocier cet effet putativement attribuable à la plasticité du putamen associée à l’apprentissage moteur de séquence, de celui de la simple activation neuronale causée par l’exécution motrice. L’interprétation de l’interaction non significative, montrant une plus grande modulation par la tâche motrice simple, mène cependant à l’hypothèse alternative que la plasticité glutamatergique détectée est potentiellement plus spécifique à la phase lente de l’apprentissage, suggérant qu’une seconde expérience ainsi orientée et utilisant une méthode de SRM plus sensible au Glx aurait donc de meilleures chances d’offrir des résultats concluants.

Two neighboring residues of loop A of the alpha1 subunit point towards the benzodiazepine binding site of GABAA receptors

Benzodiazepines are widely used drugs exerting sedative, anxiolytic, muscle relaxant, and anticonvulsant effects by acting through specific high affinity binding sites on some GABA(A) receptors. It is important to understand how these ligands are positioned in this binding site. We are especially interested here in the conformation of loop A of the alpha(1)beta(2)gamma(2) GABA(A) receptor containing a key residue for the interaction of benzodiazepines: alpha(1)H101. We describe a direct interaction of alpha(1)N102 with a diazepam- and an imidazobenzodiazepine-derivative. Our observations help to better understand the conformation of this region of the benzodiazepine pocket in GABA(A) receptor.

Covalent modification of GABAA receptor isoforms by a diazepam analogue provides evidence for a novel benzodiazepine binding site that prevents modulation by these drugs

Classical benzodiazepines, for example diazepam, interact with alpha(x)beta(2)gamma(2) GABA(A) receptors, x = 1, 2, 3, 5. Little is known about effects of alpha subunits on the structure of the binding pocket. We studied here the interaction of the covalently reacting diazepam analog 7-Isothiocyanato-5-phenyl-1,3-dihydro-2H-1,4-benzodiazepin-2-one (NCS compound) with alpha(1)H101Cbeta(2)gamma(2) and with receptors containing the homologous mutation, alpha(2)H101Cbeta(2)gamma(2), alpha(3)H126Cbeta(2)gamma(2) and alpha(5)H105Cbeta(2)gamma(2). This comparison was extended to alpha(6)R100Cbeta(2)gamma(2) receptors as this mutation conveys to these receptors high affinity towards classical benzodiazepines. The interaction was studied at the ligand binding level and at the functional level using electrophysiological techniques. Results indicate that the geometry of alpha(6)R100Cbeta(2)gamma(2) enables best interaction with NCS compound, followed by alpha(3)H126Cbeta(2)gamma(2), alpha(1)H101Cbeta(2)gamma(2) and alpha(2)H101Cbeta(2)gamma(2), while alpha(5)H105Cbeta(2)gamma(2) receptors show little interaction. Our results allow conclusions about the relative apposition of alpha(1)H101 and homologous positions in alpha(2), alpha(3), alpha(5) and alpha(6) with the position occupied by -Cl in diazepam. During this study we found evidence for the presence of a novel site for benzodiazepines that prevents modulation of GABA(A) receptors via the classical benzodiazepine site. The novel site potentially contributes to the high degree of safety to some of these drugs. Our results indicate that this site may be located at the alpha/beta subunit interface pseudo-symmetrically to the site for classical benzodiazepines located at the alpha/gamma interface.

THE EFFECT OF GABAMIMETICS ON NEUROTRANSMITTER RECEPTOR BINDING AND FUNCTION IN RAT BRAIN

Gamma-aminobutyric acid (GABA) is a major inhibitory neurotransmitter in the central nervous system and alterations in central GABAergic transmission may contribute to the symptoms of a number of neurological and psychiatric disorders. Because of this relationship, numerous laboratories are attempting to develop agents which will selectively enhance GABA neurotransmission in brain. Due to these efforts, several promising compounds have recently been discovered. Should these drugs prove to be clinically effective, they will be used to treat chronic neuropsychiatric disabilities and, therefore, will be administered for long periods of time. Accordingly, the present investigation was undertaken to determine the neurochemical consequences of chronic activation of brain GABA systems in order to better define the therapeutic potential and possible side-effect liability of GABAmimetic compounds.^ Chronic (15 day) administration to rats of low doses of amino-oxyacetic acid (AOAA, 10 mg/kg, once daily), isonicotinic acid hydrazide (20 mg/kg, b.i.d.), two non-specific inhibitors of GABA-T, the enzyme which catabolizes GABA in brain, or (gamma)-acetylenic GABA (10 mg/kg, b.i.d.) a catalytic inhibitor of this enzyme, resulted in a significant elevation of brain and CSF GABA content throughout the course of treatment. In addition, chronic administration of these drugs, as well as the direct acting GABA receptor agonists THIP (8 mg/kg, b.i.d.) or kojic amine (18 mg/kg, b.i.d.) resulted in a significant increase in dopamine receptor number and a significant decrease in GABA receptor number in the corpus striatum of treated animals as determined by standard in vitro receptor binding techniques. Changes in the GABA receptor were limited to the corpus striatum and occurred more rapidly than did alterations in the dopamine receptor. The finding that dopamine-mediated stereotypic behavior was enhanced in animals treated chronically with AOAA suggested that the receptor binding changes noted in vitro have some functional consequence in vitro.^ Coadministration of atropine (a muscarinic cholinergic receptor antagonist) blocked the GABA-T inhibitor-induced increase in striatal dopamine receptors but was without effect on receptor alterations seen following chronic administration of direct acting GABA receptor agonists. Atropine administration failed to influence the drug-induced decreases in striatal GABA receptors.^ Other findings included the discovery that synaptosomal high affinity ('3)H-choline uptake, an index of cholinergic neuronal activity, was significantly increased in the corpus striatum of animals treated acutely, but not chronically, with GABAmimetics.^ It is suggested that the dopamine receptor supersensitivity observed in the corpus striatum of animals following long-term treatment with GABAmimetics is a result of the chronic inhibition of the nigrostriatal dopamine system by these drugs. Changes in the GABA receptor, on the other hand, are more likely due to a homospecific regulation of these receptors. An hypothesis based on the different sites of action of GABA-T inhibitors vis-a-vis the direct acting GABA receptor agonists is proposed to account for the differential effect of atropine on the response to these drugs.^ The results of this investigation provide new insights into the functional interrelationships that exist in the basal ganglia and suggest that chronic treatment with GABAmimetics may produce extrapyramidal side-effects in man. In addition, the constellation of neurochemical changes observed following administration of these drugs may be a useful guide for determining the GABAmimetic properties of neuropharmacological agents. ^

STUDIES ON ENERGY METABOLISM IN THE HIPPOCAMPUS AFTER ISCHEMIA

The gerbil model of ischemia was used to determine the effect of carotid occlusion on energy metabolites in cellular layers of discrete regions of the hippocampus and dentate gyrus. Levels of glucose, glycogen, ATP and phosphocreatine (PCr) were unchanged after 1 minute of ischemia. However, 3 minutes of ischemia produced a dramatic decrease in net levels of all metabolites. No additional decrease was observed after 15 minutes of ischemia. Re-establishment of the blood flow for 5 minutes after a 15 minute ischemic episode returned all metabolites to pre-ischemia levels. Concentrations of glucose and glycogen were elevated in sham-operated animals as a function of the pentobarbital anesthetic employed. In other studies, elevated GABA levels (produced by inhibiting GABA-transaminase with (gamma)-vinyl-GABA (GVG)) were found to decrease the rate of utilization of the high-energy phosphate metabolites ATP and PCr in the mouse cortex. In addition, glucose and glycogen levels were increased. Thus, tonic inhibition by GABA produced decreased cellular activity. Additional experiments demonstrated the attenuation of ischemia-induced metabolite depletion in cellular layers of regions of the hippocampus, dentate gyrus and cortex after GVG administration. Under ether, 1 minute of bilateral carotid occlusion produced a dramatic decrease in metabolite levels. After GVG treatment, the decrease was blocked completely for glucose, glycogen and ATP, and partially for PCr. Therefore, GABA-transaminase inhibition produced increased levels of GABA which subsequently decreased cellular activity. The protection against ischemia may have been due to (a)decreased metabolic rate; the available energy stores were utilized at a slower rate, and (b)increased levels of energy substrates; additional supplies available to maintain viability. These data suggest that the functional state of neural tissue can determine the response to metabolic stress. ^

Mutant GABA(A) receptor gamma 2-subunit in childhood absence epilepsy and febrile seizures

Epilepsies affect at least 2% of the population at some time in life, and many forms have genetic determinants(1,2). We have found a mutation in a gene encoding a GABA, receptor subunit in a large family with epilepsy. The two main phenotypes were childhood absence epilepsy (CAE) and febrile seizures (FS), There is a recognized genetic: relationship between FS and CAE, yet the two syndromes have different ages of onset, and the physiology of absences and convulsions is distinct. This suggests the mutation has age-dependent effects on different neuronal networks that influence the expression of these clinically distinct, but genetically related, epilepsy phenotypes. We found that the mutation in GABRG2 (encoding the gamma2-subunit) abolished in vitro sensitivity to diazepam, raising the possibility that endozepines do in fact exist and have a physiological role in preventing seizures.

Truncation of the GABA(A)-receptor gamma 2 subunit in a family with generalized epilepsy with febrile seizures plus

Recent findings from studies of two families have shown that mutations in the GABA(A)-receptor gamma2 subunit are associated with generalized epilepsies and febrile seizures. Here we describe a family that has generalized epilepsy with febrile seizures plus (GEFS(+)), including an individual with severe myoclonic epilepsy of infancy, in whom a third GABA(A)-receptor gamma2-subunit mutation was found. This mutation lies in the intracellular loop between the third and fourth transmembrane domains of the GABA(A)-receptor gamma2 subunit and introduces a premature stop codon at Q351 in the mature protein. GABA sensitivity in Xenopus laevis oocytes expressing the mutant gamma2(Q351X) subunit is completely abolished, and fluorescent-microscopy studies have shown that receptors containing GFP-labeled gamma2(Q351X) protein are retained in the lumen of the endoplasmic reticulum. This finding reinforces the involvement of GABA(A) receptors in epilepsy.