三七总皂苷对海马CA1区长时程增强效应的影响

三七总皂苷(Panax notoginseng saponins,PNS)是从传统中药三七的根中提取的主要有效成分,具有改善血液循环、耐缺氧、改善记忆力、抗衰老等多方面的生理活性.本研究采用"盲法"全细胞膜片钳技术观察PNS对大鼠海马CA1区锥体神经元长时程增强效应(LTP)的影响,以分析其增强学习记忆功能的神经电生理机制.以断头法分离Wistar大鼠(3～4 周)海马半脑,用切片机切出400 μm厚度的海马脑片,以全细胞电压钳制方式记录CA1区锥体细胞的兴奋性突触后电流(EPSCs),给予高频刺激HFS(100 Hz)诱导LTP,分析PNS对大鼠海马CA1区EPSCs和LTP的影响.结果表明,PNS(0.1～0.4 g·L-1)能显著抑制EPSCs(P＜0.05),且对海马CA1区LTP无易化作用;但PNS(0.04～0.05 g·L-1)不影响CA1区的EPSCs基础突触传递(P＞0.05),却可以增强HFS诱发的LTP(P＜0.05).上述结果提示,PNS(0.04～0.05 g·L-1)能易化海马CA1区锥体神经元的长时程增强效应,该作用应是其增进学习记忆力的神经电生理机制.

三七总皂苷对大鼠海马CA1区突触传递的作用及机制

下载PDF阅读器目的 研究三七总皂苷(Panax notoginseng saponins,PNS)对大鼠海马脑片CA1区锥体神经元兴奋性和抑制性突触传递的作用.方法 断头法分离3～4周雄性Wistar大鼠海马半脑,用切片机切出400μm厚度的海马脑片,对CA1区锥体细胞采用"盲法"全细胞膜片钳技术记录,分别检测和分析PNS(0.05～0.4 g/L)对刺激CA1传人纤维引出的兴奋性突触后电流(EPSCs)和抑制性突触后电流(IPSCs)的影响,继而以脉冲间隔为50 ms的配对刺激代替单刺激,通过EPSC2/EPSC1(P2/P1)值的变化观察PNS对双脉冲易化(paired-pulse facilitation,PPF)的影响.结果 0.1～0.4 g/L PNS显著抑制EPSCs(P＜0.05),且PNS在抑制P1、P2的同时明显升高P2/P1值(P＜0.05),加强了双脉冲易化,但PNS对IPSCs无显著影响(P＞0.05).结论 PNS 显著减小大鼠海马CA1区锥体神经元的EPSCs而不影响IPSCs,说明PNS不是通过强化抑制性中间神经元的功能间接地抑制兴奋性神经元,而是对兴奋性突触传递直接产生抑制;PNS明显升高P2/p1值,说明 PNS是通过突触前机制抑制CA1区兴奋性突触传递.

三七总皂苷对大鼠海马CA1区兴奋性突触活动的影响

目的:研究三七总皂苷(Panax notoginseng saponins,PNS)对海马脑片CA1区锥体神经元兴奋性突触活动的作用和机理。方法:采用"盲法"全细胞膜片钳技术,记录PNS(0.05~0.4 g/L)对3~4周雄性wistar大鼠海马脑片(400μm)CA1区兴奋性突触后电流(excitatory post synaptic currents,EPSCs)和自发的微小兴奋性突触后电流(miniature excitatory post synapticcurrents,mEPSCs)幅度及频率的影响。结果:0.1~0.4 g/L PNS显著抑制海马脑片CA1区EPSCs(P<0.05);0.05~0.4 g/LPNS可明显增加CA1区锥体神经元自发mEPSCs的产生频率,但并不影响mEPSCs的幅度。结论:PNS可作用于突触前位点对海马神经元兴奋性突触活动产生调节作用,PNS增加mEPSCs频率的作用可能与促进突触前膜nAChR的激动有关,这可能是其调节海马神经元的兴奋性进而发挥益智作用的机制之一;PNS对EPSCs和mEPSCs的不同作用说明PNS是选择性抑制膜去极化所诱发的递质释放过程,PN...

Identification des canaux TRPC impliqués dans la potentialisation à long terme des interneurones de la région CA1 de l'hippocampe chez le rat

Le réseau neuronal de l’hippocampe joue un rôle central dans la mémoire en modifiant de façon durable l’efficacité de ses synapses. Dans les interneurones de la couche oriens/alveus (O/A), l’induction de la potentialisation à long terme (PLT) requiert les courants postsynaptiques excitateurs évoqués par les récepteurs métabotropes du glutamate de sous-type 1a (CPSEmGluR1a) et l’entrée subséquente de Ca2+ via des canaux de la famille des transient receptor potential (TRP). Le but de ce projet était d’identifier les canaux TRP responsables des CPSEmGluR1a et d’explorer les mécanismes moléculaires régulant leur ouverture. Nous avons déterminé par des enregistrements électrophysiologiques que les CPSEmGluR1a étaient spécifiques aux interneurones O/A et qu’ils étaient indépendants de la phospholipase C. Nous avons ensuite examiné l’expression des TRPC et leur interaction avec mGluR1a par les techniques de RT-PCR, d’immunofluorescence et de co-immunoprécipitation. Nos résultats montrent que TRPC1 et mGluR1a s’associent dans l’hippocampe et que ces deux protéines sont présentes dans les dendrites des interneurones O/A. En revanche, TRPC4 ne semble s’associer à mGluR1a qu’en système recombinant et leur colocalisation paraît limitée au corps cellulaire. Finalement, nous avons procédé à des enregistrements d’interneurones dans lesquels l’expression des TRPC a été sélectivement supprimée par la transfection d’ARN interférant et avons ainsi démontré que TRPC1, mais non TRPC4, est une sous-unité obligatoire du canal responsable des CPSEmGluR1a. Ces travaux ont permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires à la base de la transmission synaptique des interneurones O/A et de mettre en évidence un rôle potentiel de TRPC1 dans la PLT.

Plasticité synaptique dans l’aire tegmentaire ventrale : implication des endocannabinoïdes

Le système dopaminergique (DA) méso-corticolimbique du cerveau, qui prend son origine dans l'aire tegmentaire ventrale (ATV), est fortement impliqué dans les comportements motivés et la toxicomanie. Les drogues d'abus activent ce système et y induisent une plasticité synaptique de longue durée. Les neurones DA de l'ATV reçoivent sur leur arborisation dendritique une grande densité de terminaisons glutamatergiques. Les drogues d'abus induisent une potentialisation à long terme (PLT) de ces contacts glutamatergiques. La PLT est une augmentation prolongée de la transmission synaptique, qui semble sous-tendre la mémoire et l'apprentissage. Les endocannabinoïdes (ECs) sont des neurotransmetteurs qui agissent de façon rétrograde sur des récepteurs présynaptiques (CB1) pour diminuer la libération des neurotransmetteurs comme le glutamate. Les neurones libèrent les ECs à partir de leur compartiment somatodendritique suite à une stimulation des afférences et la dépolarisation membranaire qui s’ensuit. La neurotensine (NT) est un neuropeptide retrouvé de façon abondante dans le système DA du cerveau. Il a été découvert que la NT peut induire la libération des ECs dans le striatum. En faisant appel à une combinaison d’approches immunohistochimique, électrophysiologique et pharmacologique chez la souris, nous avons confirmé dans la première étude de cette thèse la présence des récepteurs CB1 sur les terminaisons glutamatergiques des neurones DA de l'ATV, et avons montré que leur activation induit une diminution de la libération de glutamate. Par ailleurs, nous avons montré que des trains de stimulation peuvent induire la libération des ECs. Nous avons découvert qu'en présence d'un antagoniste des récepteurs CB1, il y a facilitation de l’induction de la PLT. Cette observation suggère que les ECs ont un effet inhibiteur sur l’induction de la PLT, plutôt que sur son expression. Nous avons déterminé que le 2-arachidonoylglycerol (2-AG) est l’EC qui est principalement responsable de cette action inhibitrice. Finalement, la PLT induite en présence d’un antagoniste CB1 est aussi dépendante d'une activation des récepteurs NMDA du glutamate. Les travaux réalisés dans la deuxième étude de cette thèse ont montré que la NT est présente dans une sous-population de terminaisons axonales glutamatergiques dans l’ATV. Une application exogène de NT induit une diminution prolongée de l'amplitude des courants postsynaptiques excitateurs (CPSEs). Cette diminution est bloquée en présence d'un antagoniste non-sélectif des récepteurs à la NT, ainsi qu'en présence d'un antagoniste sélectif pour le récepteur de NT de type 1 (NTS1). Confirmant l’implication d’une production d’ECs, la baisse des CPSEs par la NT a été bloquée en présence d’un antagoniste des récepteurs CB1 ou d’un bloqueur de la synthèse de 2-AG. La chélation du calcium intracellulaire n'empêchait pas l’effet inhibiteur de la NT sur les CPSEs, cependant, l'inhibition des protéines G ou de la phospholipase C a complètement bloqué la dépression synaptique induite par la NT. Par ailleurs, nos travaux ont montré que la nature prolongée de la dépression synaptique induite par la NT exogène s’explique par une libération soutenue des ECs, et non pas à une activation prolongée des NTR. Finalement, notre observation qu’un antagoniste des récepteurs de la NT ne facilite pas l’induction de la PLT, comme le fait un antagoniste du récepteur CB1, suggère que la stimulation répétitive des afférences glutamatergiques nécessaire à l’induction de la PLT n’induit pas de libération des ECs via la libération de NT, nous permettant ainsi de conclure que la sécrétion de NT n'agit pas dans ces conditions comme un facteur de régulation négative de la PLT.

Neurotensinergic modulation of glutamatergic neurotransmission in VTA neurons.

L’aire tegmentaire ventrale (VTA) contient une forte densité de terminaisons neurotensinergiques ainsi que des récepteurs à la surface des neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques. Le VTA a été impliqué dans des maladies comme la schizophrénie, les psychoses et l’abus de substance. Les drogues d’abus sont connues pour induire le phénomène de sensibilisation - un processus de facilitation par lequel l’exposition à un stimulus produit une réponse augmentée lors de l’exposition subséquente au même stimulus. La sensibilisation se développe dans le VTA et implique mécanismes dopaminergiques et glutamatergiques. Il a été montré que les antagonistes neurotensinergiques bloquaient le développement de la sensibilisation et certains mécanismes de récompense et ces effets pourraient être médiés indirectement par une modulation de la neurotransmission glutamatergique. Cependant, on connaît peu les mécanismes de modulation de la transmission glutamatergique par la neurotensine (NT) dans le VTA. Le but de la présente thèse était d’étudier la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique du patch clamp dans la cellule entière dans des tranches horizontales du VTA pour étudier les effets de différents agonistes et antagonistes neurotensinergiques. Les neurones ont été identifié comme Ih+ (présumés dopaminergiques) ou Ih- (présumés non-dopaminergiques) selon qu’ils exprimaient ou non un courant cationique activé par l’hyperpolarisation (Ih). Des techniques d’immunocytochimie ont été utilisées pour marquer les neurones et vérifier leur localisation dans le VTA. Dans une première étude nous avons trouvé que la neurotensine indigène (NT1-13) ou son fragment C-terminal, NT8-13, induisait une augmentation comparable des courants postsynaptiques excitateurs glutamatergiques (CPSEs) dans les neurones Ih+ ou Ih- du VTA. L'augmentation induite dans les neurones Ih+ par la NT8-13 a été bloquée par le SR48692, un antagoniste des récepteurs NTS1, et par le SR142948A, un antagoniste des récepteurs NTS1 et NTS2, suggérant que l'augmentation était médiée par l’activation des récepteurs NTS1. Dans les neurones Ih- l'augmentation n’a été bloquée que par le SR142948A indiquant une implication des récepteurs NTS2. Dans une deuxième étude, nous avons testé les effets de la D-Tyr[11]NT (un analogue neurotensinergique ayant différentes affinités de liaison pour les sous-types de récepteurs neurotensinergiques) sur les CPSEs glutamatergiques dans les neurones Ih+ et Ih- en parallèle avec une série d’expériences comportementales utilisant un paradigme de préférence de place conditionnée (PPC) menée dans le laboratoire de Pierre-Paul Rompré. Nous avons constaté que la D-Tyr[11]NT induisaient une inhibition dépendante de la dose dans les neurones Ih+ médiée par l'activation de récepteurs NTS2. En revanche, la D-Tyr[11]NT a produit une augmentation des CPSEs glutamatergiques médiée par des récepteurs NTS1 dans les neurones Ih-. Les résultats des expériences comportementales ont montré que des microinjections bilatérales de D-Tyr[11]NT dans le VTA induisait une PPC bloquée uniquement par la co-injection de SR142948A et SR48692, indiquant un rôle pour les deux types de récepteurs, NTS1 et NTS2. Cette étude nous a permis de conclure que i) la D-Tyr[11]NT agit dans le VTA via des récepteurs NTS1 et NTS2 pour induire un effet de récompense et ii) que cet effet est dû, au moins en partie, à une augmentation de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones non-dopaminergiques (Ih-). Dans une troisième étude nous nous sommes intéressés aux effets de la D-Tyr[11]NT sur les réponses isolées médiées par les récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA) et acide α-amino-3- hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA) dans les neurones du VTA. Nous avons constaté que dans les neurones Ih+ l’amplitude des CPSEs NMDA et AMPA étaient atténuées de la même manière par la D-Tyr[11] NT. Cette modulation des réponses était médiée par les récepteurs NTS1 et NTS2. Au contraire, dans les neurones Ih-, l’amplitude des réponses NMDA et AMPA étaient augmentées en présence de D-Tyr[11]NT et ces effets dépendaient de l’activation des récepteurs NTS1 localisés sur les terminaisons glutamatergiques. Ces résultats fournissent une preuve supplémentaire que le NT exerce une modulation bidirectionnelle sur la neurotransmission glutamatergique dans les neurones du VTA et met en évidence un nouveau type de modulation peptidergique des neurones non-dopaminergiques qui pourrait être impliqué dans la sensibilisation. En conclusion, la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA se fait en sens opposé soit, respectivement, par une inhibition ou par une excitation. De plus, ces effets sont médiés par différents types de récepteurs neurotensinergiques. En outre, nos études mettent en évidence une modulation peptidergique de la neurotransmission glutamatergique dans le VTA qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de lutte contre la toxicomanie.

Chronic Intermittent Hypoxia Depresses Afferent Neurotransmission in NTS Neurons by a Reduction in the Number of Active Synapses

Long-term synaptic plasticity has been recently described in brainstem areas associated to visceral afferent sensory integration. Chronic intermittent hypoxia (CIH), an animal model for studying obstructive sleep apnea in humans, depresses the afferent neurotransmission in nucleus tractus solitarii (NTS) neurons, which affect respiratory and autonomic regulation. Here we identified the synaptic mechanisms of CIH-induced depression of the afferent neurotransmission in NTS neurons in juvenile rats. We verified that CIH reduced the amplitude of both NMDA and non-NMDA glutamatergic excitatory currents (eEPSCs) evoked by tractus solitarii stimulation (TS-eEPSC) of second-order neurons in the NTS. No changes were observed in release probability, evidenced by absence of any CIH-elicited effects on short-term depression and failures in EPSCs evoked in low calcium. CIH also produced no changes in TS-eEPSC quantal size, since the amplitudes of both low calcium-evoked EPSCs and asynchronous TS-eEPSCs (evoked in the presence of Sr2+) were unchanged. Using single TS afferent fiber stimulation in slices from control and CIH rats we clearly show that CIH reduced the quantal content of the TS-eEPSCs without affecting the quantal size or release probability, suggesting a reduction in the number of active synapses as the mechanism of CIH induced TS-eEPSC depression. In accordance with this concept, the input-output relationship of stimulus intensity and TS-eEPSC amplitude shows an early saturation in CIH animals. These findings open new perspectives for a better understanding of the mechanisms underlying the synaptic plasticity in the brainstem sensory neurons under challenges such as those produced by CIH in experimental and pathological conditions.

Cellular mechanisms of burst firing-mediated long-term depression in rat neocortical pyramidal cells

During wakefulness and sleep, neurons in the neocortex emit action potentials tonically or in rhythmic bursts, respectively. However, the role of synchronized discharge patterns is largely unknown. We have recently shown that pairings of excitatory postsynaptic potentials (EPSPs) and action potential bursts or single spikes lead to long-term depression (burst-LTD) or long-term potentiation, respectively. In this study, we elucidate the cellular mechanisms of burst-LTD and characterize its functional properties. Whole-cell patch-clamp recordings were obtained from layer V pyramidal cells in somatosensory cortex of juvenile rats in vitro and composite EPSPs and EPSCs were evoked extracellularly in layers II/III. Repetitive burst-pairings led to a long-lasting depression of EPSPs and EPSCs that was blocked by inhibitors of metabotropic glutamate group 1 receptors, phospholipase C, protein kinase C (PKC) and calcium release from the endoplasmic reticulum, and that required an intact machinery for endocytosis. Thus, burst-LTD is induced via a Ca2+- and phosphatidylinositol-dependent activation of PKC and expressed through phosphorylation-triggered endocytosis of AMPA receptors. Functionally, burst-LTD is inversely related to EPSP size and bursts dominate single spikes in determining the sign of synaptic plasticity. Thus burst-firing constitutes a signal by which coincident synaptic inputs are proportionally downsized. Overall, our data thus suggest a mechanism by which synaptic weights can be reconfigured during non-rapid eye movement sleep.

Glutamate iontophoresis induces long-term potentiation in the absence of evoked presynaptic activity

$\rm\underline{L}$ong-$\rm\underline{t}$erm $\rm\underline{p}$otentiation (LTP) is a candidate cellular mechanism underlying mammalian learning and memory. Protocols that induce LTP typically involve afferent stimulation. The experiments described in this dissertation tested the hypothesis that LTP induction does not require presynaptic activity. The significance of this hypothesis is underscored by results suggesting that LTP expression may involve activity-dependent presynaptic changes. An induction protocol using glutamate iontophoresis was developed that reliably induces LTP in hippocampal slices without afferent stimulation (ionto-LTP). Ionto-LTP is induced when excitatory postsynaptic potentials are completely blocked with adenosine and $\rm\underline{t}$etrodo$\rm\underline{t}$o$\rm\underline{x}$in (TTX). These results suggest constraints on the involvement of presynaptic mechanisms and putative retrograde messengers in LTP induction and expression; namely, these processes must function without many forms of activity-dependent presynaptic processes.^ In testing the role of pre-and postsynaptic mechanisms in LTP expression whole-cell recordings were used to examine the frequency and amplitude of $\rm\underline{s}$pontaneous $\rm\underline{e}$xcitatory $\rm\underline{p}$o$\rm\underline{s}$ynaptic $\rm\underline{c}$urrents (sEPSCs) in CA1 pyramidal neurons. sEPSCs where comprised of an equal mixture of TTX insensitive miniature EPSCs and sEPSCs that appeared to result from spontaneous action potentials (i.e., TTX sensitive EPSCs). The detection of all sEPSCs was virtually eliminated by CNQX, suggesting that sEPSCs were glutamate mediated synaptic events. Changes in the amplitude and frequency sEPSCs were examined during the expression of ionto-LTP to obtain new information about the cellular location of mechanisms involved in synaptic plasticity. The findings of this dissertation show that ionto-LTP expression results from increased sEPSC amplitude in the absence of lasting increases in sEPSC frequency. Potentiation of sEPSC amplitude without changes in sEPSC frequency has been previously interpreted to be due to postsynaptic mechanisms. Although this interpretation is supported by findings from peripheral synapses, its application to the central nervous system is unclear. Therefore, alternative mechanisms are also considered in this dissertation. Models based on increased release probability for action potential dependent transmitter release appear insufficient to explain our results. The most straightforward interpretation of the results in this dissertation is that LTP induced by glutamate iontophoresis on dendrites of CA1 pyramidal neurons is mediated by postsynaptic mechanisms. ^

Rhythmic synaptic activity induced by mechanical injury of rat CA3 hippocampal area.

Mechanical injury of the CNS frequently results from accidents but also occurs in the course of neurosurgical interventions. A great variety of anatomical and physiological changes have been described to evolve after a brain trauma yet only little is known about processes that occur during a trauma. In the present study, I obtained whole-cell patch clamp recordings from pyramidal cells in hippocampal slice cultures while mechanically lesioning the CA3 area. Electrophysiological analysis revealed that traumatic injury massively increased excitatory and inhibitory synaptic activity in the entire CA3 region. Cutting the CA3 region induced highly rhythmic excitatory postsynaptic currents (EPSCs) that reached frequencies of around 70 Hz. Blocking voltage-dependent sodium channels with tetrodotoxin prevented the increase in synaptic activity and injury-induced neurotransmitter release in CA3 remote from the lesion site. With fast synaptic transmission blocked only neurons in the immediate vicinity of a lesion depolarized and fired action potentials upon mechanical damage. I hence suggest that mechanical injury damages the membrane and induces action potential firing in only a small population of neurons. This activity is then propagated throughout the undamaged CA3 network inducing highly rhythmic discharges. Thus mechanical brain injury initiates immediate functional changes that exceed the lesion site.

Nitric oxide-related species inhibit evoked neurotransmission but enhance spontaneous miniature synaptic currents in central neuronal cultures

Nitric oxide (NO·) does not react significantly with thiol groups under physiological conditions, whereas a variety of endogenous NO donor molecules facilitate rapid transfer to thiol of nitrosonium ion (NO+, with one less electron than NO·). Here, nitrosonium donors are shown to decrease the efficacy of evoked neurotransmission while increasing the frequency of spontaneous miniature excitatory postsynaptic currents (mEPSCs). In contrast, pure NO· donors have little effect (displaying at most only a slight increase) on the amplitude of evoked EPSCs and frequency of spontaneous mEPSCs in our preparations. These findings may help explain heretofore paradoxical observations that the NO moiety can either increase, decrease, or have no net effect on synaptic activity in various preparations.

Differences in quantal amplitude reflect GluR4- subunit number at corticothalamic synapses on two populations of thalamic neurons

Low-frequency thalamocortical oscillations that underlie drowsiness and slow-wave sleep depend on rhythmic inhibition of relay cells by neurons in the reticular nucleus (RTN) under the influence of corticothalamic fibers that branch to innervate RTN neurons and relay neurons. To generate oscillations, input to RTN predictably should be stronger so disynaptic inhibition of relay cells overcomes direct corticothalamic excitation. Amplitudes of excitatory postsynaptic conductances (EPSCs) evoked in RTN neurons by minimal stimulation of corticothalamic fibers were 2.4 times larger than in relay neurons, and quantal size of RTN EPSCs was 2.6 times greater. GluR4-receptor subunits labeled at corticothalamic synapses on RTN neurons outnumbered those on relay cells by 3.7 times, providing a basis for differences in synaptic strength.

Quantal release at a neuronal nicotinic synapse from rat adrenal gland.

The neuronal nicotinic synapse in tissue slices of the adrenal medulla was studied with whole-cell patch-clamp. Excitatory postsynaptic currents (EPSCs) were evoked by local field stimulation or occurred spontaneously especially when external [K+] was increased. EPSCs were carried by channels sharing biophysical and pharmacological properties of neuronal-type nicotinic receptors (nAChRs). A single-channel conductance (gamma) of 43-45 pS was found from nonstationary variance analysis of EPSCs. Spontaneous EPSCs were tetrodotoxin-insensitive and Ca(2+)-dependent and occurred in burst-like clusters. Quantal analysis of spontaneous EPSCs gave a quantal size of 20 pA and amplitude histograms were well described by binomial models with low values of quantal content, consistent with a small number of spontaneously active release sites. However, rare large amplitude EPSCs suggest that the total number of sites is higher and that extrajunctional receptors are involved. Our estimates of quantal content and size at the chromaffin cell neuronal nicotinic synapse may be useful in characterizing central neuronal-type nicotinic receptor-mediated cholinergic synaptic transmission.

Opposite actions of nitric oxide on cholinergic synapses: which pathways?

Nitric oxide (NO) produced opposite effects on acetylcholine (ACh) release in identified neuroneuronal Aplysia synapses depending on the excitatory or the inhibitory nature of the synapse. Extracellular application of the NO donor, SIN-1, depressed the inhibitory postsynaptic currents (IPSCs) and enhanced the excitatory postsynaptic currents (EPSCs) evoked by presynaptic action potentials (1/60 Hz). Application of a membrane-permeant cGMP analog mimicked the effect of SIN-1 suggesting the participation of guanylate cyclase in the NO pathway. The guanylate cyclase inhibitor, methylene blue, blocked the NO-induced enhancement of EPSCs but only reduced the inhibition of IPSCs indicating that an additional mechanism participates to the depression of synaptic transmission by NO. Using nicotinamide, an inhibitor of ADP-ribosylation, we found that the NO-induced depression of ACh release on the inhibitory synapse also involves ADP-ribosylation mechanism(s). Furthermore, application of SIN-1 paired with cGMP-dependent protein kinase (cGMP-PK) inhibitors showed that cGMP-PK could play a role in the potentiating but not in the depressing effect of NO on ACh release. Increasing the frequency of stimulation of the presynaptic neuron from 1/60 Hz to 0.25 or 1 Hz potentiated the EPSCs and reduced the IPSCs. In these conditions, the potentiating effect of NO on the excitatory synapse was reduced, whereas its depressing effect on the inhibitory synapse was unaffected. Moreover the frequency-dependent enhancement of ACh release in the excitatory synapse was greatly reduced by the inhibition of NO synthase. Our results indicate that NO may be involved in different ways of modulation of synaptic transmission depending on the type of the synapse including synaptic plasticity.

Latent N-methyl-D-aspartate receptors in the recurrent excitatory pathway between hippocampal CA1 pyramidal neurons: Ca(2+)-dependent activation by blocking A1 adenosine receptors.

When performed at increased external [Ca2+]/[Mg2+] ratio (2.5 mM/0.5 mM), temporary block of A1 adenosine receptors in hippocampus [by 8-cyclopentyltheophylline (CPT)] leads to a dramatic and irreversible change in the excitatory postsynaptic current (EPSC) evoked by Schaffer collateral/commissural (SCC) stimulation and recorded by in situ patch clamp in CA1 pyramidal neurons. The duration of the EPSC becomes stimulus dependent, increasing with increase in stimulus strength. The later occurring component of the EPSC is carried through N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor-operated channels but disappears under either the NMDA antagonist 2-amino-5-phosphonovaleric acid (APV) or the non-NMDA antagonist 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX). These findings indicate that the late component of the SCC-evoked EPSC is polysynaptic: predominantly non-NMDA receptor-mediated SCC inputs excite CA1 neurons that recurrently excite each other by predominantly NDMA receptor-mediated synapses. These recurrent connections are normally silent but become active after CPT treatment, leading to enhancement of the late component of the EPSC. The activity of these connections is maintained for at least 2 hr after CPT removal. When all functional NMDA receptors are blocked by dizocilpine maleate (MK-801), subsequent application of CPT leads to a partial reappearance of NMDA receptor-mediated EPSCs evoked by SCC stimulation, indicating that latent NMDA receptors are recruited. Altogether, these findings indicate the existence of a powerful system of NMDA receptor-mediated synaptic contacts in SCC input to hippocampal CA1 pyramidal neurons and probably also in reciprocal connections between these neurons, which in the usual preparation are kept latent by activity of A1 receptors.