Ionotropic glutamatergic receptors in the rostral medullary raphe modulate hypoxia and hypercapnia-induced hyperpnea

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ionotropic but not metabotropic glutamatergic receptors in the locus coeruleus modulate the hypercapnic ventilatory response in unanaesthetized rats

Aim: Central chemoreceptors are important to detect changes of CO2/H+, and the Locus coeruleus (LC) is one of the many putative central chemoreceptor sites. Here, we studied the contribution of LC glutamatergic receptors on ventilatory, cardiovascular and thermal responses to hypercapnia. Methods: To this end, we determined pulmonary ventilation (VE), body temperatures (Tb), mean arterial pressure (MAP) and heart rate (HR) of male Wistar rats before and after unilateral microinjection of kynurenic acid (KY, an ionotropic glutamate receptor antagonist, 10 nmol/0.1 μL) or α-methyl-4-carboxyphenylglycine (MCPG, a metabotropic glutamate receptor antagonist, 10 nmol/0.1 μL) into the LC, followed by 60 min of air breathing or hypercapnia exposure (7% CO2). Results: Ventilatory response to hypercapnia was higher in animals treated with KY intra-LC (1918.7 ± 275.4) compared with the control group (1057.8 ± 213.9, P < 0.01). However, the MCPG treatment within the LC had no effect on the hypercapnia-induced hyperpnea. The cardiovascular and thermal controls were not affected by hypercapnia or by the injection of KY and MCPG in the LC. Conclusion: These data suggest that glutamate acting on ionotropic, but not metabotropic, receptors in the LC exerts an inhibitory modulation of hypercapnia-induced hyperpnea. © 2013 Scandinavian Physiological Society.

Glutamatergic Nmda And Ampa Receptors Functional Regulation In Streptozotocin Induced Diabetic Rats: Effect Of Vitamin D3 And Curcumin Supplementation

The present study was designed to investigate the protective effect of curcumin and vitamin D3 in the functional regulation of glutamatergic NMDA and AMPA receptors in streptozotocin (STZ) induced diabetic rats. Alterations in glutamatergic neurotransmission in the brain were evaluated by analyzing the glutamate content, glutamate receptors - NMDA and AMPA receptors binding parameters and gene expression, GAD and GLAST gene expression. Immunohistochemistry studies using confocal microscope were carried out to confirm receptor density and gene expression results of NMDA and AMPA receptors. The role of glutamatergic receptors in pancreas was studied using the following parameters; glutamate content, GLAST expression, glutamate receptors - NMDA and AMPA receptor binding and gene expression. Increasing evidence in both experimental and clinical studies suggests that oxidative stress plays a major role in the pathogenesis of diabetes. In the present study SOD assay and GPx gene expression were done to evaluate the activity of antioxidant enzymes in the brain regions and pancreas. NeuroD1 and Pdx1 gene expression were performed in pancreas of experimental rats to evaluate pancreatic islet survival. Gene expression profiles of caspase 8, Bax, and Akt in brain regions and pancreas were studied to understand the possible mechanism behind curcumin and vitamin D3 mediated neuroprotection and islet survival. Gene expression studies of vitamin D3 receptor localisation in the pancreas was done to understand the mechanism of vitamin D3 in insulin secretion. Curcumin and vitamin D3 mediated insulin secretion via Ca2+ release were studied using confocal microscope.

Contribution of excitatory amino acid receptors of the retrotrapezoid nucleus to the sympathetic chemoreflex in rats

In the present study, we evaluated the role of glutamatergic mechanisms in the retrotrapezoid nucleus (RTN) in changes of splanchnic sympathetic nerve discharge (sSND) and phrenic nerve discharge (PND) elicited by central and peripheral chemoreceptor activation. Mean arterial pressure (MAP), sSND and PND were recorded in urethane-anaesthetized, vagotomized, sino-aortic denervated and artificially ventilated male Wistar rats. Hypercapnia (10% CO(2)) increased MAP by 32 +/- 4 mmHg, sSND by 104 +/- 4% and PND amplitude by 101 +/- 5%. Responses to hypercapnia were reduced after bilateral injection of the NMDA receptor antagonist D,L-2-amino-5-phosphonovalerate (AP-5; 100mm in 50 nl) in the RTN (MAP increased by 16 +/- 3 mmHg, sSNDby 82 +/- 3% and PND amplitudeby 63 +/- 7%). Bilateral injection of the non-NMDA receptor antagonist 6,7-dinitro-quinoxaline-2,3-dione(DNQX; 100 mm in 50 nl) and the metabotropic receptor antagonist (+/-)-alpha-methyl-4-carboxyphenylglycine (MCPG; 100mm in 50 nl) in the RTN did not affect sympathoexcitatory responses induced by hypercapnia. Injection of DNQX reduced hypercapnia-induced phrenic activation, whereas MCPG did not. In animals with intact carotid chemoreceptors, bilateral injections of AP-5 and DNQX in the RTN reduced increases in MAP, sSND and PND amplitude produced by intravenous injection of NaCN (50 mu g kg(-1)). Injection of MCPG in the RTN did not change responses produced by NaCN. These data indicate that RTN ionotropic glutamatergic receptors are involved in the sympathetic and respiratory responses produced by central and peripheral chemoreceptor activation.

The reinstatement of amphetamine-induced place preference is long-lasting and related to decreased expression of AMPA receptors in the nucleus accumbens

A great deal of effort has been devoted to elucidating the psychopharmacology underlying addiction and relapse. Long-term neuroadaptations in glutamate transmission seem to be of great relevance for relapse to stimulant abuse. In this study, we investigated amphetamine-induced conditioned place preference during adolescence and the reinstatement of the conditioned behavior following a priming injection of the drug 1 day (adolescence), 30 days (early adulthood) and 60 days (adulthood) after the extinction test. The nucleus accumbens was dissected immediately after the reinstatement test to examine alterations in GluR1 and NR1 subunits of glutamatergic receptors. Our results showed that a priming injection of amphetamine was able to reinstate the CPP 1 and 30 days after extinction. However, it failed to reinstate the conditioned response after 60 days. GluR1 levels were decreased on days 1 and 30 but not on day 60 while NR1 levels were unaltered in the reinstatement test. Using a relapse model we found that reinstatement of amphetamine-induced conditioning place preference during adolescence is long lasting and persists through early adulthood. Decreased levels of GluR1 in the nucleus accumbens might be related to the reinstatement of amphetamine-induced conditioning place preference. (C) 2008 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

GLUTAMATERGIC MECHANISMS OF THE DORSAL PERIAQUEDUCTAL GRAY MATTER MODULATE THE EXPRESSION OF CONDITIONED FREEZING AND FEAR-POTENTIATED STARTLE

It is well known that excitatory amino acids induce unconditioned fear responses when locally injected into the dorsal periaqueductal gray matter (dPAG). However, there are only few studies about the involvement of excitatory amino acids mediation in dPAG in the expression of conditioned fear. The present series of experiments evaluates the participation of AMPA/Kainate and NMDA glutamatergic receptors of dPAG in the expression of conditioned fear, assessed by the fear-potentiated startle (FPS) and conditioned freezing responses. Wistar rats were subjected to fear conditioning to light. Twenty-four hours later, they received intra-dPAG injections of kainic acid or NMDA (AMPA/Kainate and NMDA agonists) and 1,2,3,4-Tetrahydro-6-nitro-2, 3-dioxo-benzo[f]quinoxaline-7-sulfonamide disodium salt hydrate (NBQX) or D(-)-2-Amino-7-phosphonoheptanoic acid (APT) (AMPA/Kainate and NMDA antagonists) and were submitted to the FPS test. Conditioned freezing response was simultaneously measured. Effects of drug treatment on motor activity were evaluated in the open-field test. Intra-dPAG injections of glutamatergic agonists enhanced conditioned freezing and promoted pro-aversive effects in the FPS. Lower doses of the agonists had no effect or enhanced FPS whereas higher doses disrupted FPS, indicating a non-monotonic relationship between fear and FPS. The antagonist NBQX had no significant effects while AP7 decreased conditioned freezing but did not affect FPS. Both antagonists reduced the effects of the agonists. The obtained results cannot be attributed to motor deficits. The results suggest an important role of the AMPA/Kainate and NMDA mechanisms of the dPAG in the expression of conditioned freezing and FPS. (C) 2012 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Neurotransmitter signaling in the pathophysiology of microglia

Erratun publicado en Frontiers in Cellular Neuroscience 7 : (2013) // Article ID 107

Papel do bloqueio dos receptores NMDA e da ativação dos receptores GABAA na manifestação dos déficits neurocomportamentais decorrentes da exposição ao etanol durante o período equivalente ao terceiro trimestre de gestação

A exposição gestacional ao etanol produz um amplo espectro de defeitos neurocomportamentais que podem persistir ao longo da vida. Dentre os distúrbios mais comumente observados estão o transtorno do déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) e os déficits de aprendizado e memória. Apesar da grande quantidade de estudos, os mecanismos envolvidos com a manifestação destes transtornos permanecem pouco conhecidos. Estudos em roedores vêm demonstrando que o período equivalente ao terceiro trimestre de gestação é critico para o aparecimento destas alterações comportamentais. Durante este período, que é caracterizado por intensa sinaptogênese, a neurotoxicidade do etanol vem sendo atribuída ao bloqueio dos receptores glutamatérgicos do tipo N-metil-D-aspartato (NMDA) e hiperativação dos receptores do ácido gama-aminobutírico do subtipo A (GABAA). Tendo em vista que ao longo do desenvolvimento estes receptores diferem em relação a função e distribuição espaço-temporal, neste estudo avaliamos a contribuição relativa do bloqueio dos receptores NMDA e hiperativação dos receptores GABAA durante o período equivalente ao terceiro trimestre de gestação para a manifestação da hiperatividade locomotora e para os distúrbios de aprendizado e memória de camundongos pré-púberes. Para tanto, este estudo foi realizado em duas etapas. Na primeira, investigamos os efeitos da exposição isolada ao bloqueador NMDA MK801 (MK) e ao agonista GABAA muscimol (MU). Para tanto, em dias alternados do segundo dia pós-natal (PN2) a PN8, os animais receberam uma injeção intraperitoneal de Salina (SAL), MK nas doses de 0,1, 0,3 ou 0,5 mg/kg ou de MU nas doses de 0,1 0,3 ou 0,5 mg/kg. Na segunda etapa investigamos os efeitos da administração simultânea de MK (0,1mg/kg) e MU (doses 0,02, 0,1 ou 0,5 mg/kg). Em PN25, a atividade locomotora foi automaticamente avaliada por 15 min no teste de campo aberto. Em PN31 e PN32, o aprendizado e memória foi avaliado no teste da esquiva passiva inibitória. Em relação aos resultados da exposição isolada a cada uma das drogas, apenas o tratamento com MK promoveu um aumento dose dependente na atividade locomotora. No teste da esquiva passiva inibitória, os animais expostos as maiores doses de MK e MU apresentaram déficits de aprendizado e memória. Em relação aos resultados da exposição combinada de MK e MU, não foram observadas diferenças significativas entre os grupos na atividade locomotora. Na esquiva passiva inibitória, a administração simultânea de MK e MU, em doses que administradas isoladamente não tiveram efeito, promoveu prejuízos de aprendizado e memória. Nossos resultados sugerem que, enquanto a hiperatividade locomotora está associada apenas com o bloqueio dos receptores NMDA, os déficits de aprendizado e memória podem ser produto de uma ação sinergista do etanol nos dois receptores.

Mécanismes de plasticité synaptique dans l’amygdale lors de la réactivation de la mémoire de peur auditive chez le rat : interaction dynamique des récepteurs NMDA et AMPA

La plasticité synaptique est une propriété indispensable à l’acquisition de la mémoire chez toutes les espèces étudiées, des invertébrés aux primates. La formation d’une mémoire débute par une phase de plasticité qui inclut une restructuration synaptique ; ensuite elle se poursuit par la consolidation de ces modifications, contribuant à la mémoire à long terme. Certaines mémoires redeviennent malléables lorsqu’elles sont rappelées. La trace mnésique entre alors dans une nouvelle de phase de plasticité, au cours de laquelle certaines composantes de la mémoire peuvent être mises à jour, puis reconsolidées. L’objectif de la présente thèse est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sont activés lors du rappel d’une mémoire. Nous avons utilisé un modèle de conditionnement Pavlovien, combiné à l’administration d’agents pharmacologiques et à l’analyse quantitative de marqueurs de plasticité synaptique, afin d’étudier la dynamique de la mémoire de peur auditive chez des rats Sprague Dawley. La circuiterie neuronale et les mécanismes associatifs impliqués dans la neurobiologie de cette mémoire sont bien caractérisés, en particulier le rôle des récepteurs glutamatergiques de type NMDA et AMPA dans la plasticité synaptique et la consolidation. Nos résultats démontrent que le retour de la trace mnésique à un état de labilité nécessite l’activation des récepteurs NMDA dans l’amygdale baso-latérale à l’instant même du rappel, alors que les récepteurs AMPA sont requis pour l’expression comportementale de la réponse de peur conditionnée. D’autre part, les résultats identifient le rappel comme une phase bien plus dynamique que présumée, et suggèrent que l’expression de la peur conditionnée mette en jeu la régulation du trafic des récepteurs AMPA par les récepteurs NMDA. Le présent travail espère contribuer à la compréhension de la neurobiologie fondamentale de la mémoire. De plus, il propose une intégration des résultats aux modèles animaux d’étude des troubles psychologiques conséquents aux mémoires traumatiques chez l’humain, tels que les phobies et les syndromes de stress post-traumatiques.

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.

Implication de Syngap1 dans la transmission GABAergique et la plasticité synaptique

La déficience intellectuelle affecte de 1 à 3% de la population mondiale, ce qui en fait le trouble cognitif le plus commun de l’enfance. Notre groupe à découvert que des mutations dans le gène SYNGAP1 sont une cause fréquente de déficience intellectuelle non-syndromique, qui compte pour 1-3% de l’ensemble des cas. À titre d’exemple, le syndrome du X fragile, qui est la cause monogénique la plus fréquente de déficience intellectuelle, compte pour environ 2% des cas. Plusieurs patients affectés au niveau de SYNGAP1 présentent également des symptômes de l’autisme et d’une forme d’épilepsie. Notre groupe a également montré que SYNGAP1 cause la déficience intellectuelle par un mécanisme d’haploinsuffisance. SYNGAP1 code pour une protéine exprimée exclusivement dans le cerveau qui interagit avec la sous-unité GluN2B des récepteurs glutamatergique de type NMDA (NMDAR). SYNGAP1 possède une activité activatrice de Ras-GTPase qui régule négativement Ras au niveau des synapses excitatrices. Les souris hétérozygotes pour Syngap1 (souris Syngap1+/-) présentent des anomalies de comportement et des déficits cognitifs, ce qui en fait un bon modèle d’étude. Plusieurs études rapportent que l’haploinsuffisance de Syngap1 affecte le développement cérébral en perturbant l’activité et la plasticité des neurones excitateurs. Le déséquilibre excitation/inhibition est une théorie émergente de l’origine de la déficience intellectuelle et de l’autisme. Cependant, plusieurs groupes y compris le nôtre ont rapporté que Syngap1 est également exprimé dans au moins une sous-population d’interneurones GABAergiques. Notre hypothèse était donc que l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones contribuerait en partie aux déficits cognitifs et au déséquilibre d’excitation/inhibition observés chez les souris Syngap1+/-. Pour tester cette hypothèse, nous avons généré un modèle de souris transgéniques dont l’expression de Syngap1 a été diminuée uniquement dans les interneurones dérivés des éminences ganglionnaires médianes qui expriment le facteur de transcription Nkx2.1 (souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1). Nous avons observé une diminution des courants postsynaptiques inhibiteurs miniatures (mIPSCs) au niveau des cellules pyramidales des couches 2/3 du cortex somatosensoriel primaire (S1) et dans le CA1 de l’hippocampe des souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1. Ces résultats supportent donc l’hypothèse selon laquelle la perte de Syngap1 dans les interneurones contribue au déséquilibre d’excitation/inhibition. De manière intéressante, nous avons également observé que les courants postsynaptiques excitateurs miniatures (mEPSCs) étaient augmentés dans le cortex S1, mais diminués dans le CA1 de l’hippocampe. Par la suite, nous avons testé si les mécanismes de plasticité synaptique qui sous-tendraient l’apprentissage étaient affectés par l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones. Nous avons pu montrer que la potentialisation à long terme (LTP) NMDAR-dépendante était diminuée chez les souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1, sans que la dépression à long terme (LTD) NMDAR-dépendante soit affectée. Nous avons également montré que l’application d’un bloqueur des récepteurs GABAA renversait en partie le déficit de LTP rapporté chez les souris Syngap1+/-, suggérant qu’un déficit de désinhibition serait présent chez ces souris. L’ensemble de ces résultats supporte un rôle de Syngap1 dans les interneurones qui contribue aux déficits observés chez les souris affectées par l’haploinsuffisance de Syngap1.

O óxido nítrico (NO) no controle neural da pressão arterial: Modulação da transmissão glutamatérgica no NTS

The neuromodulatory effect of nitric oxide (NO) on glutamatergic transmission within the NTS related to cardiovascular regulation has been widely investigated. Activation of glutamatergic receptors in the NTS stimulates the production and release of NO and other nitrosyl substances with neurotransmitter/neuromodulator properties. The presence of NOS, including the protein nNOS and its mRNA in vagal afferent terminals in the NTS and nodose ganglion cells suggest that NO can act on glutamatergic transmission. We previously reported that iontophoresis of L-NAME on NTS neurons receiving vagal afferent inputs significantly decreased the number of action potentials evoked by iontophoretic application of AMPA. In addition, iontophoresis of the NO donor papaNONOate enhanced spontaneous discharge and the number of action potentials elicited by AMPA, suggesting that NO could be facilitating AMPA-mediated neuronal transmission within the NTS. Furthermore, the changes in renal sympathetic discharge during activation of baroreceptors and cardiopulmonary receptors involve activation of AMPA and NMDA receptors in the NTS and these responses are attenuated by microinjection of L-NAME in the NTS of conscious and anesthetized rats. Cardiovascular responses elicited by application of NO in the NTS are closely similar to those obtained after activation of vagal afferent inputs, and L-glutamate is the main neurotransmitter of vagal afferent fibers. In this review we discuss the possible neuromodulatory mechanisms of central produced/released NO on glutamatergic transmission within the NTS.

Mecanismos prosencefálicos envolvidos na ingestão de sódio e água induzida pela ativação gabaérgica do núcleo parabraquial lateral

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Short-term sustained hypoxia induces changes in the coupling of sympathetic and respiratory activities in rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)