Rôle de l'habenula dans le circuit neuronal de l'autostimulation intracérébrale

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Differential projections from the lateral habenula to the rostromedial tegmental nucleus and ventral tegmental area in the rat

The mesopontine rostromedial tegmental nucleus (RMTg) is a mostly ?-aminobutyric acid (GABA)ergic structure believed to be a node for signaling aversive events to dopamine (DA) neurons in the ventral tegmental area (VTA). The RMTg receives glutamatergic inputs from the lateral habenula (LHb) and sends substantial GABAergic projections to the VTA, which also receives direct projections from the LHb. To further specify the topography of LHb projections to the RMTg and VTA, small focal injections of the anterograde tracer Phaseolus vulgaris leucoagglutinin were aimed at different subdivisions of the LHb. The subnuclear origin of LHb inputs to the VTA and RMTg was then confirmed by injections of the retrograde tracer cholera toxin subunit b into the VTA or RMTg. Furthermore, we compared the topographic position of retrogradely labeled neurons in the RMTg resulting from VTA injections with that of anterogradely labeled axons emerging from the LHb. As revealed by anterograde and retrograde tracing, LHb projections were organized in a strikingly topographic manner, with inputs to the RMTg mostly arising from the lateral division of the LHb (LHbL), whereas inputs to the VTA mainly emerged from the medial division of the LHb (LHbM). In the RMTg, profusely branched LHb axons were found in close register with VTA projecting neurons and were frequently apposed to the latter. Overall, our findings demonstrate that LHb inputs to the RMTg and VTA arise from different divisions of the LHb and provide direct evidence for a disynaptic pathway that links the LHbL to the VTA via the RMTg. J. Comp. Neurol. 520:12781300, 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Antidepressant actions of lateral habenula deep brain stimulation differentially correlate with CaMKII/GSK3/AMPK signaling locally and in the infralimbic cortex

High frequency deep brain stimulation (DBS) of the lateral habenula (LHb) reduces symptoms of depression in severely treatment-resistant individuals. Despite the observed therapeutic effects, the molecular underpinnings of DBS are poorly understood. This study investigated the efficacy of high frequency LHb DBS (130Hz; 200μA; 90μs) in an animal model of tricyclic antidepressant resistance. Further, we reported DBS mediated changes in Ca(2+)/calmodulin-dependent protein kinase (CaMKIIα/β), glycogen synthase kinase 3 (GSK3α/β) and AMP-activated protein kinase (AMPK) both locally and in the infralimbic cortex (IL). Protein expressions were then correlated to immobility time during the forced swim test (FST). Antidepressant actions were quantified via FST. Treatment groups comprised of animals treated with adrenocorticotropic hormone alone (ACTH; 100μg/day, 14days, n=7), ACTH with active DBS (n=7), sham DBS (n=8), surgery only (n=8) or control (n=8). Active DBS significantly reduced immobility in ACTH-treated animals (p<0.05). For this group, western blot results demonstrated phosphorylation status of LHb CaMKIIα/β and GSK3α/β significantly correlated to immobility time in the FST. Concurrently, we observed phosphorylation status of CaMKIIα/β, GSK3α/β, and AMPK in the IL to be negatively correlated with antidepressant actions of DBS. These findings suggest that activity dependent phosphorylation of CaMKIIα/β, and GSK3α/β in the LHb together with the downregulation of CaMKIIα/β, GSK3α/β, and AMPK in the IL, contribute to the antidepressant actions of DBS.

Altered formalin-induced pain and Fos induction in the periaqueductal grey of preadolescent rats following neonatal LPS exposure

Animal and human studies have demonstrated that early pain experiences can produce alterations in the nociceptive systems later in life including increased sensitivity to mechanical, thermal, and chemical stimuli. However, less is known about the impact of neonatal immune challenge on future responses to noxious stimuli and the reactivity of neural substrates involved in analgesia. Here we demonstrate that rats exposed to Lipopolysaccharide (LPS; 0.05 mg/kg IP, Salmonella enteritidis) during postnatal day (PND) 3 and 5 displayed enhanced formalin-induced flinching but not licking following formalin injection at PND 22. This LPS-induced hyperalgesia was accompanied by distinct recruitment of supra-spinal regions involved in analgesia as indicated by significantly attenuated Fos-protein induction in the rostral dorsal periaqueductal grey (DPAG) as well as rostral and caudal axes of the ventrolateral PAG (VLPAG). Formalin injections were associated with increased Fos-protein labelling in lateral habenula (LHb) as compared to medial habenula (MHb), however the intensity of this labelling did not differ as a result of neonatal immune challenge. These data highlight the importance of neonatal immune priming in programming inflammatory pain sensitivity later in development and highlight the PAG as a possible mediator of this process

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.

Une lésion neurotoxique de l’habenula latérale amplifie la locomotion induite par un psychostimulant sans altérer la récompense

L’habenula, un noyau épithalamique, est située au centre de la voie dorsale diencéphalique. Cette voie relie les structures limbiques et les ganglions de la base aux cellules monoaminergiques du mésencéphale. En particulier, l’habenula latérale (HbL) projette directement aux cellules dopaminergiques et GABAergiques de l’aire tegmentale ventrale (ATV). L’ATV est le site d’origine de la voie mésolimbique dopaminergique, une voie impliquée de façon cruciale dans la manifestation des comportements dirigés. L’importance de cette projection habenulaire pour le comportement demeure encore méconnue. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’approfondir notre compréhension du rôle de régulation de l’HbL sur les comportements dépendants de la neurotransmission dopaminergique. MATÉRIEL ET MÉTHODES: Des rats adultes mâles Sprague-Dawley ont été anesthésiés avec de l’isofluorane et installés sur un appareil stéréotaxique. L’acide iboténique, une neurotoxine agoniste des récepteurs glutamatergiques, était infusée bilatéralement dans l’HbL (0,25 μg/0,25 μl/côté). Les rats du groupe contrôle recevaient des infusions NaCl 0,9%. Les rats de l’expérience d’autostimulation intracérébrale (ASIC) étaient aussi implantés d’une électrode monopolaire dans le mésencéphale postérieur. Un groupe de rats était testé pour leur réponse de locomotion à l’amphétamine (0; 0,5 ou 1 mg/kg, intrapéritonéal), dix jours suivant la lésion de l’HbL. La locomotion était mesurée dans des chambres d’activité, chacune équipée de deux faisceaux parallèles infrarouges. Le jour du test, les rats étaient pesés et placés dans la chambre d’activité puis leur activité locomotrice de base était mesurée pendant une heure. Les rats recevaient ensuite une dose d’amphétamine ou le véhicule (NaCl 0,9%) par voie intrapéritonéale et l’activité locomotrice était mesurée pendant deux heures supplémentaires. Un groupe de rats distinct a été utilisé dans l’expérience d’ASIC. Commençant sept jours suivant la lésion, les rats étaient entraînés à appuyer sur un levier afin de s’autoadministrer des stimulations électriques, au cours de sessions quotidiennes. Nous avons ensuite mesuré chacun des taux de réponses d’une série de stimulations aux fréquences décroissantes. À partir d’une courbe réponses-fréquences, le seuil de récompense était inféré par la fréquence de la stimulation nécessaire pour produire une réponse semi-maximale. Les seuils de récompense étaient stabilisés à un niveau similaire pour l’ensemble des rats. Enfin, l’effet sur la récompense de l’amphétamine était testé aux mêmes doses employées pour l’expérience de locomotion. RÉSULTATS: Une lésion neurotoxique de l’HbL n’a pas altéré les niveaux de base de l’activité locomotrice dans chaque groupe. Cependant, une telle lésion a potentialisé l’effet de locomotion de l’amphétamine (1 mg/kg) pendant la première heure suivant son administration, et une tendance similaire était observable pendant la seconde heure. À l’inverse, nous n’avons observé aucune interaction entre une lésion à l’HbL et l’effet amplificateur sur la récompense de l’amphétamine. CONCLUSION: Nos résultats révèlent une importante contribution fonctionnelle de l’HbL à la locomotion induite par l’activation de la voie mésolimbique dopaminergique avec une dose de 1 mg/kg d’amphétamine. À l’opposé, aucun effet sur la récompense n’a été observé. Ces résultats suggèrent que l’activation psychomotrice et l’amplifiation de la récompense produite par l’amphétamine dépendent de substrats dissociables, chacun étant différentiellement sensible à la modulation provenant de l’HbL.

L’amphétamine intra-habenulaire n’altère pas l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal

La contribution de la neurotransmission dopaminergique dans le noyau accumbens à l’effet de récompense induit par la stimulation électrique du cerveau a été l’objet de plusieurs années de recherche. Cependant, d’autres sites recevant des terminaisons dopaminergiques pourraient contribuer à moduler la récompense dans d’autres régions cérébrales. Parmi elles, on retrouve l’habenula qui reçoit des projections dopaminergiques de l’aire tegmentale ventrale. La contribution de cette voie au phénomène de récompense en général et à l’effet de recompense induit par l’autostimulation intracrânienne est peu connue. Le but de cette recherche était d’étudier la contribution de la dopamine mésohabenulaire à l’effet de recompense induit par la stimulation électrique du raphé dorsal. Des rats ont été implantés d’une bicanule dans l’Hb et d’une électrode dans le raphé dorsal. Le paradigme du déplacement de la courbe a été utilisé pour évaluer les changements dans l’effet de récompense à la suite de l’injection intra-habenulaire d’amphétamine (10-40 μg). À titre de contrôles positifs, des rats ont reçu l’amphétamine dans le core et dans le shell (1-20 μg) du noyau accumbens. Les injections d’amphétamine dans l’habenula n’ont pas changé l’effet de récompense induit par la stimulation électrique. Dans le noyau accumbens, les injections dans le shell et le core provoquent des augmentations dans l’effet de récompense comme il a déjà été démontré. Nos résultats suggèrent que la neurotransmission dopaminergique dans l’habenula latérale ne contribue pas significativement au circuit soutenant l’effet renforçant de la stimulation électrique du cerveau.

Projections anatomiques des bulbes olfactifs chez la lamproie

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Récepteur EphA7 : expression régionale dans le cerveau et localisation ultrastructurale dans l’hippocampe chez le rat et la souris adultes

Bourse de maîtrise du Groupe de recherche sur le système nerveux central GRSNC, (2009,2010) Bourse d’études supérieures du Canada Frederick Banting et Charles Best, IRSC Instituts de recherche en santé du Canada, (2011)

Localisation régionale et subcellulaire du récepteur EphA7 dans l'hippocampe et le cervelet du rat adulte

EphA7 est un membre de la famille des récepteurs à tyrosine kinase, Eph, qui assume plusieurs rôles durant le développement du système nerveux central. Par ailleurs, il continue d’être fortement exprimé dans le cerveau adulte, notamment dans les régions reconnues pour leur grande plasticité synaptique, telles que l’hippocampe et le cervelet. Par hybridation in situ, nous avons cartographié la distribution de l’ARNm d’EphA7 dans le cerveau de rats et souris adultes. Les couches pyramidales du CA1 et CA3 et granulaire du gyrus dentelé de la formation de l’hippocampe ont montré le plus fort marquage. Un niveau d’ARNm d’EphA7 plus modéré a été observé dans l’habenula, le striatum, l’amygdale, le cervelet et le cortex cingulaire, piriforme et entorhinal. Quant à la protéine détectée par immunohistochimie, elle était fortement exprimée dans le neuropile de l’hippocampe et la couche des cellules de Purkinje du cervelet. En microscopie électronique, dans toutes les couches de l’hippocampe et du cervelet examinées, des épines dendritiques, des dendrites, des axones non-myélinisés, des terminaisons axonales et quelquefois des prolongements astrocytaires constituaient les éléments immunopositifs. Comme on pouvait déjà le voir en microscopie photonique, les corps cellulaires des cellules pyramidales et granulaires de l’hippocampe ainsi que des cellules de Purkinje du cervelet montraient aussi du marquage, surtout intracellulaire. L’analyse quantitative a révélé la localisation préférentielle d’EphA7 dans des dendrites et épines dendritiques. La majorité des épines marquées formaient des synapses asymétriques (excitatrices) avec des terminaisons axonales non marquées. La double localisation préférentielle d’EphA7 dans les dendrites ainsi que les densités post-synaptiques des épines dendritiques est compatible avec l’hypothèse d’un rôle d’EphA7 dans le maintien ou la fonction de certaines synapses du SNC adulte.

Neuronal NOS Inhibitor and Conventional Antidepressant Drugs Attenuate Stress-induced Fos Expression in Overlapping Brain Regions

Recent evidence indicates that the administration of inhibitors of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) induces antidepressant-like effects in animal models such as the forced swimming test (FST). However, the neural circuits involved in these effects are not yet known. Therefore, this study investigated the expression of Fos protein, a marker of neuronal activity, in the brain of rats submitted to FST and treated with the preferential nNOS inhibitor, 7-nitroindazole (7-NI), or with classical antidepressant drugs (Venlafaxine and Fluoxetine). Male Wistar rats were submitted to a forced swimming pretest (PT) and, immediately after, started receiving a sequence of three ip injections (0, 5, and 23 h after PT) of Fluoxetine (10 mg/kg), Venlafaxine (10 mg/kg), 7-NI (30 mg/kg) or respective vehicles. One hour after the last drug injection the animals were submitted to the test session, when immobility time was recorded. After the FST they were sacrificed and had their brains removed and processed for Fos immunohistochemistry. Independent group of non-stressed animals received the same drug treatments, or no treatment (naive). 7-NI, Venlafaxine or Fluoxetine reduced immobility time in the FST, an antidepressant-like effect. None of the treatments induce significant changes in Fos expression per se. However, swimming stress induced significant increases in Fos expression in the following brain regions: medial prefrontal cortex, nucleus accumbens, locus coeruleus, raphe nuclei, striatum, hypothalamic nucleus, periaqueductal grey, amygdala, habenula, paraventricular nucleus of hypothalamus, and bed nucleus of stria terminalis. This effect was attenuated by 7-NI, Venlafaxine or Fluoxetine. These results show that 7-NI produces similar behavioral and neuronal activation effects to those of typical antidepressants, suggesting that these drugs share common neurobiological substrates.

Diencephalic asymmetries: morphological, immunohistochemical and ultrastructural analysis of habenular nuclei in elasmobranchs and teleosts

The habenular nuclei are diencephalic structures present in Vertebrates and they form, with the associated fiber systems, a part of the system that connects the telencephalon to the ventral mesencephalon (Concha M. L. and Wilson S. W., 2001). In representative species of almost all classes of Vertebrates the habenular nuclei are asymmetric, both in terms of size and of neuronal and neurochemical organization, although different types of asymmetry follow different evolutionary courses. Previous studies have analyzed the spread and diversity of the asymmetry in species for which data are not clear (Kemali M. et al., 1980). Notwithstanding that, it’s still not totally understood the evolution of the phenomenon, and the ontogenetic mechanisms that have led to the habenular asymmetry development are not clear (Smeets W.J. et al., 1983). For the present study 14 species of Elasmobranchs and 15 species of Teleostean have been used. Brains removed from the animals have been fixed using 4% paraformaldehyde in phosphate buffer; brains have been analyzed with different tecniques, and I used histological, immunohistochemical and ultrastructural analysis to describe this asymmetry. My results confirm data previously obtained studying other Elasmobranchs species, in which the left habenula is larger than the right one; the Teleostean show some slightly differences regarding the size of the habenular ganglia, in some species, in which the left habenular nucleus is larger than the right. In the course of studies, a correlation between the habits of life and the diencephalic asymmetry seems to emerge: among the Teleostean analyzed, the species with benthic life (like Lepidorhombus boscii, Platichthys flesus, Solea vulgaris) seem to possess a slight asymmetry, analogous to the one of the Elasmobranchs, while in the other species (like Liza aurata, Anguilla anguilla, Trisopterus minutus) the habenulae are symmetrical. However, various aspects of the neuroanatomical asymmetries of the epithalamus have not been deepened in order to obtain a complete picture of the evolution of this phenomenon, and new searches are needed to examine the species without clear asymmetry, in order to understand the spread and the diversity of the asymmetry among the habenulae between the Vertebrates.

The pre- and post-somatic segments of the human type I spiral ganglion neurons--structural and functional considerations related to cochlear implantation.

Human auditory nerve afferents consist of two separate systems; one is represented by the large type I cells innervating the inner hair cells and the other one by the small type II cells innervating the outer hair cells. Type I spiral ganglion neurons (SGNs) constitute 96% of the afferent nerve population and, in contrast to other mammals, their soma and pre- and post-somatic segments are unmyelinated. Type II nerve soma and fibers are unmyelinated. Histopathology and clinical experience imply that human SGNs can persist electrically excitable without dendrites, thus lacking connection to the organ of Corti. The biological background to this phenomenon remains elusive. We analyzed the pre- and post-somatic segments of the type I human SGNs using immunohistochemistry and transmission electron microscopy (TEM) in normal and pathological conditions. These segments were found surrounded by non-myelinated Schwann cells (NMSCs) showing strong intracellular expression of laminin-β2/collagen IV. These cells also bordered the perikaryal entry zone and disclosed surface rugosities outlined by a folded basement membrane (BM) expressing laminin-β2 and collagen IV. It is presumed that human large SGNs are demarcated by three cell categories: (a) myelinated Schwann cells, (b) NMSCs and (c) satellite glial cells (SGCs). Their BMs express laminin-β2/collagen IV and reaches the BM of the sensory epithelium at the habenula perforata. We speculate that the NMSCs protect SGNs from further degeneration following dendrite loss. It may give further explanation why SGNs can persist as electrically excitable monopolar cells even after long-time deafness, a blessing for the deaf treated with cochlear implantation.

Targeted deletion of the mouse POU domain gene Brn-3a causes selective loss of neurons in the brainstem and trigeminal ganglion, uncoordinated limb movement, and impaired suckling.

The Brn-3 subfamily of POU domain genes are expressed in sensory neurons and in select brainstem nuclei. Earlier work has shown that targeted deletion of the Brn-3b and Brn-3c genes produce, respectively, defects in the retina and in the inner ear. We show herein that targeted deletion of the Brn-3a gene results in defective suckling and in uncoordinated limb and trunk movements, leading to early postnatal death. Brn-3a (-/-) mice show a loss of neurons in the trigeminal ganglia, the medial habenula, the red nucleus, and the caudal region of the inferior olivary nucleus but not in the retina and dorsal root ganglia. In the trigeminal and dorsal root ganglia, but not in the retina, there is a marked decrease in the frequency of neurons expressing Brn-3b and Brn-3c, suggesting that Brn-3a positively regulates Brn-3b and Brn-3c expression in somatosensory neurons. Thus, Brn-3a exerts its major developmental effects in somatosensory neurons and in brainstem nuclei involved in motor control. The pheno-types of Brn-3a, Brn-3b, and Brn-3c mutant mice indicate that individual Brn-3 genes have evolved to control development in the auditory, visual, or somatosensory systems and that despite differences between these systems in transduction mechanisms, sensory organ structures, and central information processing, there may be fundamental homologies in the genetic regulatory events that control their development.