Oxygen/Glucose deprivation induces a reduction in synaptic AMPA receptors on hippocampal CA3 neurons mediated by mGluR1 and adenosine A3 receptors

Hippocampal CA1 pyramidal neurons are highly sensitive to ischemic damage, whereas neighboring CA3 pyramidal neurons are less susceptible. It is proposed that switching of AMPA receptor (AMPAR) subunits on CA1 neurons during an in vitro model of ischemia, oxygen/glucose deprivation (OGD), leads to an enhanced permeability of AMPARs to Ca2+, resulting in delayed cell death. However, it is unclear whether the same mechanisms exist in CA3 neurons and whether this underlies the differential sensitivity to ischemia. Here, we investigated the consequences of OGD for AMPAR function in CA3 neurons using electrophysiological recordings in rat hippocampal slices. Following a 15 min OGD protocol, a substantial depression of AMPAR-mediated synaptic transmission was observed at CA3 associational/commissural and mossy fiber synapses but not CA1 Schaffer collateral synapses. The depression of synaptic transmission following OGD was prevented by metabotropic glutamate receptor 1 (mGluR1) or A3 receptor antagonists, indicating a role for both glutamate and adenosine release. Inhibition of PLC, PKC, or chelation of intracellular Ca2+ also prevented the depression of synaptic transmission. Inclusion of peptides to interrupt the interaction between GluA2 and PICK1 or dynamin and amphiphysin prevented the depression of transmission, suggesting a dynamin and PICK1-dependent internalization of AMPARs after OGD. We also show that a reduction in surface and total AMPAR protein levels after OGD was prevented by mGluR1 or A3 receptor antagonists, indicating that AMPARs are degraded following internalization. Thus, we describe a novel mechanism for the removal of AMPARs in CA3 pyramidal neurons following OGD that has the potential to reduce excitotoxicity and promote neuroprotection

Identification of neuronal alterations induced by Shank3 mutations using iPS cells from Phelan-McDermid Patients' Fibroblasts

A família de proteínas Shank é o principal conjunto de proteinas de suporte e está localizada na densidade pós-sináptica das sinapses excitatórias. Existem 3 genes na família Shank, Shank1, Shank2 e Shank3 e são caracterizados por múltiplos domínios repetidos de anquirina próximo ao N-terminal seguido pelos domínios Src homologo 3 e PDZ, uma região longa rica em prolina e um domínio de motivo α estéril próximo ao C-terminal. Shank proteínas conectam duas subunidades de receptors glutamatérgicos, recetores NMDA e recetores metabotrópicos de glutamato do tipo-I (mGluRs). O domínio PDZ da Shank conecta-se ao C-terminal do GKAP e este, liga-se, ao complexo recetor PSD-95-NMDA. Por outro lado, a proteína Homer interage com o domínio rico em prolina para confirmar a associação entre a proteína Shank com o mGluR tipo-I. A proteína específica em estudo, Shank3, é haploinsuficiente em pacientes com sindrome Phelan-McDermid devido à deleções no braço comprido do cromossoma 22 levando à danos intelectuais, ausência ou atraso no discurso, comportamentos semelhantes ao autismo, hipotonia e características dismórficas. Neste trabalho, investigamos o papel da Shank3 na função sináptica para compreender a relação entre alterações nesta proteína e as características neurológicas presente em Pacientes com síndrome Phelan-McDermid. Foram utilizados dois modelos diferentes, ratinhos knockout Shank3 e hiPSC de pacientes com PMS. Ratinhos geneticamente modificados são ferramentas uteis no estudo de genes e na compreensão dos mecanismos que experiências in vitro não são capazes de reproduzir, mas de maneira a compreender melhor as patologias humanas, decidimos trabalhar também com células humanas. Os fibroblastos dos pacientes com síndrome Phelan-McDermid fora reprogramados em hiPS cells, diferenciados em neurónios e comparados com os neurónios obtidos a partir de doadores saudavéis e da mesma idade. A reprogramação em iPSC foi realizada por infecção de lentivirus com quatro genes de reprogramação OCT4, c-MYC, SOX2 e KFL4 para posteriormente serem diferenciados em neurónios, com cada passo sendo positivamente confirmado através de marcadores neuronais. Através dos neurónios diferenciados, analisamos a expressão de proteínas sinápticas. Pacientes com haploinsuficiencia na proteína Shank3 apresentam níveis elevados de proteína mGluR5 e decrescidos de proteína Homer sugerindo que a haploinsuficiencia leva a desregulação do complexo mGluR5-Homer-Shank3 conduzindo também, a defeitos na maturação sináptica. Assim, a expressão da proteína mGluR5 está alterada nos pacientes com PMS podendo estar relacionada com defeitos encontrados na diferenciação neuronal e maturação sináptica observados nos neurónios de pacientes. Conclusivamente, iPS cells representam um modelo fundamental no estudo da proteína Shank3 e a sua influência no sindrome de Phelan-McDermid.

Rôle des récepteurs glutamatergiques dans l'activité épileptiforme des interneurones inhibiteurs de l'hippocampe

Les patients atteints d'épilepsie du lobe temporal (TLE) ainsi que les rats injectés à l'acide kaïnique (KA) exhibent des patrons pathophysiologiques similaires de crises, de sclérose de l'hippocampe et de perte de certains types neuronaux. Parmi les cellules atteintes dans le modèle KA du TLE on retrouve certains interneurones inhibiteurs du CA1. En effet, certains interneurones des couches oriens et alveus (O/A-IN) meurent suite à une injection de KA chez le rat, contrairement aux interneurones à la bordure des couches radiatum et lacunosum/moleculare (R/LM-IN) de la même région. Bien que cette perte soit empêchée par des antagonistes des récepteurs glutamatergiques métabotropes de groupe I (mGluR1/5), la cause de cette perte sélective des O/A-INs reste à être précisée. Au cours des travaux de cette thèse, nous avons effectué des enregistrements de patch-clamp en configuration cellule-entière en modes courant- et voltage-imposé couplés à l'imagerie calcique pour étudier les causes de la vulnérabilité sélective des O/A-INs dans ce modèle. Dans un premier temps, nous avons évalué les effets d'une application aiguë de KA sur les propriétés membranaires et calciques pour voir s'il y avait des différences entre les O/A-INs et R/LM-INs qui pourraient expliquer la vulnérabilité. Nos résultats montrent que les dépolarisations et variations de résistance d'entrée ainsi que les augmentations de calcium intracellulaire, dépendantes principalement des récepteurs -amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxasole propionic acid (AMPA), sont similaires entre les deux types d'interneurones suite à des applications aigües de KA. Ceci indique que l'effet aigu du KA sur les interneurones ne serait pas la cause de la vulnérabilité des O/A-INs. Dans un second temps nous avons comparé l'implication des sous-types de récepteurs mGluR1 et 5 dans l'activité épileptiforme des deux types d'interneurones évoquée dans un modèle de tranche désinhibée. Dans ce cas, nos données montrent un rôle important des mGluR1 et 5 activés synaptiquement lors des décharges épileptiformes et ce, de manière spécifique aux O/A-INs. Les courants synaptiques sous-tendant ces décharges impliquent des récepteurs ionotropes et métabotropes du glutamate. En présence d'antagonistes des récepteurs ionotropes glutamatergiques, les courants synaptiques sont biphasiques et formés de composantes rapide et lente. Les récepteurs mGluR1 et 5 sont différemment impliqués dans ces composantes: les mGluR5 étant impliqués dans les composantes rapide et lente, et les mGluR1 que dans la composante lente. Ces résultats indiquent que les mGluR1 et 5 contribuent différemment à l'activité épileptiforme, et spécifiquement dans les O/A-INs, et pourraient donc être impliqués dans la vulnérabilité sélective de ces interneurones dans le modèle KA.

Caractérisation des complexes ribonucléoprotéiques de Staufen1 et Staufen2

Dans la cellule, chaque ARNm se doit d’être régulé finement au niveau transcriptionnel, bien entendu, mais également au niveau de sa traduction, de sa dégradation ainsi que de sa localisation intracellulaire, et ce, afin de permettre l’expression de chaque produit protéique au moment et à l’endroit précis où son action est requise. Lorsqu’un mécanisme physiologique est mis de l’avant dans la cellule, il arrive souvent que plusieurs ARNm se doivent d’être régulés simultanément. L’un des moyens permettant d’orchestrer un tel processus est de réguler l’action d’une protéine commune associée à chacun de ces ARNm, via un mécanisme post-traductionnel par exemple. Ainsi l’expression d’un groupe précis d’ARNm peut être régulée finement dans le temps et dans l’espace selon les facteurs protéiques auxquels il est associé. Dans l’optique d’étudier certains de ces complexes ribonucléoprotéiques (mRNP), nous nous sommes intéressés aux isoformes et paralogues de Staufen, une protéine à domaine de liaison à l’ARN double-brin (dsRBD) impliquée dans de nombreux aspects de la régulation post-transcriptionnelle, tels la dégradation, la traduction ou encore la localisation d’ARNm. Chez la drosophile, un seul gène Staufen est exprimé alors que chez les mammifères, il existe deux paralogues de la protéine, soit Stau1 et Stau2, tous deux possédant divers isoformes produits suite à l’épissage alternatif de leur gène. Stau1 et Stau2 sont identiques à 50%. Les deux isoformes de Stau2, Stau259 et Stau262 ne diffèrent qu’en leur extrémité N-terminale. En effet, alors que Stau259 arbore un dsRBD1 tronqué, celui de Stau262 est complet. Ces observations introduisent une problématique très intéressante à laquelle nous nous sommes attaqué : ces différentes protéines, quoique très semblables, font-elles partie de complexes ribonucléoprotéiques distincts ayant des fonctions propres à chacun ou, au contraire, vu cette similarité de séquence, travaillent-elles de concert au sein des mêmes complexes ribonucléoprotéiques? Afin d’adresser cette question, nous avons entrepris d’isoler, à partir de cellules HEK293T, les différents complexes de Stau1 et Stau2 par la technique d’immunoprécipitation. Nous avons isolé les ARNm associés à chaque protéine, les avons identifiés grâce aux micropuces d’ADN et avons confirmé nos résultats par RT-PCR. Malgré la présence d’une population commune d’ARNm associée à Stau1 et Stau2, la majorité des transcrits identifiés furent spécifiques à chaque orthologue. Cependant, nous avons remarqué que les diverses populations d’ARNm participaient aux mêmes mécanismes de régulation, ce qui suggère que ces deux protéines possèdent des rôles complémentaires dans la mise en œuvre de divers phénomènes cellulaires. Au contraire, les transcrits associés à Stau259 et Stau262 sont davantage similaires, indiquant que celles-ci auraient des fonctions plutôt semblables. Ces résultats sont très intéressants, car pour la première fois, nous avons identifié des populations d’ARNm associées aux isoformes Stau155, Stau259 et Stau262. De plus, nous les avons analysées en parallèle afin d’en faire ressortir les populations spécifiques à chacune de ces protéines. Ensuite, connaissant l’importance de Stau2 dans le transport dendritique d’ARNm, nous avons cherché à caractériser les complexes ribonucléoprotéiques neuronaux associés à celle-ci. Dans un premier temps et à l’aide de la technique d’immunoprécipitation, nous avons identifié une population d’ARNm neuronaux associés à Stau2. Plus de 1700 ARNm montraient une présence d’au moins huit fois supérieure dans le précipité obtenu avec l’anticorps anti-Stau2 par rapport à celui obtenu avec le sérum pré-immun. Ces ARNm codent pour des protéines impliquées dans des processus de modifications post-traductionnelles, de traduction, de transport intracellulaire et de métabolisme de l’ARN. De façon intéressante, cette population d’ARNm isolée du cerveau de rat est relativement différente de celle caractérisée des cellules humaines HEK293T. Ceci suggère que la spécificité d’association Stau2-ARNm peut diffèrer d’un tissu à un autre. Dans un deuxième temps, nous avons isolé les protéines présentes dans les complexes ribonucléoprotéiques obtenus de cerveaux de rat et les avons identifiées par analyse en spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons identifié au sein des particules de Stau2 des protéines liant l’ARN (PABPC1, hnRNPH1, YB1, hsc70), des protéines du cytosquelette (α- et β-tubuline), de même que la protéine peu caractérisée RUFY3. En poussant davantage la caractérisation, nous avons établi que YB1 et PABPC1 étaient associées à Stau2 grâce à la présence de l’ARN, alors que la protéine hsc70, au contraire, interagissait directement avec celle-ci. Enfin, cette dernière association semble être modulable par l’action de l’ATP. Ce résultat offre de nombreuses possibilités quant à la régulation de la fonction de Stau2 et/ou de son mRNP. Entre autres, cette étude suggère un mécanisme de régulation de la traduction au sein de ces particules. Pour faire suite à la caractérisation des mRNP de Stau, nous avons voulu déterminer au niveau neurophysiologique l’importance de ceux-ci. Comme l’étude de Stau2 avait déjà été entreprise préalablement par un autre laboratoire, nous avons décidé de concentrer notre étude sur le rôle de Stau1. Ainsi, nous avons démontré que celle-ci était nécessaire à la mise en place d’une forme de plasticité synaptique à long terme, la forme tardive de potentialisation à long terme ou L-LTP, dépendante de la transcription et de l’activité des récepteurs NMDA. La transmission de base, de même que la faculté de ces épines à faire de la E-LTP, la forme précoce de potentialisation à long terme, et la dépression à long terme ou LTD sont conservées. Ceci indique que les épines conservent la capacité d’être modulées. Ainsi, l’inhibition de la L-LTP, suite à la sous-expression de Stau1, n’est pas simplement due à la perte d’éléments fonctionnels, mais réside plutôt dans l’incapacité de ceux-ci à induire les changements synaptiques spécifiquement nécessaires à la mise en place de la L-LTP. De plus, au niveau synaptique, la sous-expression de Stau1 réduit à la fois l’amplitude et la fréquence des mEPSC. Ces résultats concordent avec l’observation que la sous-expression de Stau1 augmente significativement la proportion d’épines allongées et filopodales, des épines formant des synapses dites silencieuses. Par le fait même, elle diminue le nombre d’épines fonctionnelles, de forme dite normale. Ainsi, nous avons été en mesure de démontrer que l’absence, au niveau neuronal, de la protéine Stau1 induisait un déficit probable dans la localisation et/ou la traduction d’ARNm responsable de la restructuration de l’épine et de facteurs nécessaires à la mise en place de la L-LTP. En conclusion, nous avons participé à lever le voile sur la composition et l’importance des complexes ribonucléoprotéiques de Stau1 et Stau2. Nous avons identifié des populations distinctes et communes d’ARNm associées aux différents isoformes de Stau, à partir des mRNP présents au sein des cellules HEK293. De plus, nous avons réussi à mettre à l’avant plan certaines composantes des mRNP neuronaux de Stau2, dont un partenaire protéique direct, hsc70, partenaire dont l’association est modulable par l’action de l’ATP, ainsi qu’une population neuronale de transcrits d’ARNm. Enfin, nous avons mis en lumière l’importance de Stau1 dans la morphologie des épines dendritiques ainsi que dans le phénomène de la plasticité synaptique.

Rôle de la plasticité synaptique des interneurones somatostatinergiques dans l’apprentissage et la mémoire dépendants de l’hippocampe

La plasticité synaptique activité-dépendante forme la base physiologique de l’apprentissage et de la mémoire dépendants de l’hippocampe. Le rôle joué par les différents sous-types d’interneurones dans l’apprentissage et la mémoire hippocampiques reste inconnu, mais repose probablement sur des mécanismes de la plasticité spécifique aux synapses de certains sous-types d’interneurones. Les synapses excitatrices établies sur les interneurones de l’oriens-alveus dans l’aire CA1 exhibent une forme persistante de potentialisation à long terme induite par la stimulation chimique des récepteurs métabotropiques du glutamate de type 1 (mGluR1) [mGluR1-mediated chemical late long-term potentiation (cL-LTPmGluR1)]. Le présent projet de recherche avait pour objectifs d’identifier les sous-types d’interneurones de l’oriens-alveus exprimant la cL-LTPmGluR1 et d’examiner les mécanismes d’induction et d’expression de celle-ci. Nous avons déterminé que la stimulation répétée des mGluR1 induit de la cL-LTPmGluR1 aux synapses excitatrices établies sur le sous-type d’interneurones exprimant le peptide somatostatine (SOM-INs). Des enregistrements électrophysiologiques couplés à des inhibiteurs pharmacologiques et à un knock-out fonctionnel de mammalian target of rapamycin complexe 1 (mTORC1) ont montré que l’induction de la cL-LTPmGluR1 (qui consiste en trois applications de l’agoniste des mGluR1/5, le (S)-3,5-dihydroxyphénylglycine (DHPG) en présence de l’antagoniste des récepteurs métabotropiques du glutamate de type 5 (mGluR5), le 2-méthyl-6-(phényléthynyl)-pyridine (MPEP)) des SOM-INs requiert les voies de signalisation des mGluR1, de extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) et de mTORC1. L’ensemble de nos résultats montre qu’une forme persistante de plasticité synaptique sous-tendue par mTORC1 est induite par la stimulation répétée des mGluR1 dans les interneurones hippocampiques exprimant le peptide somatostatine. La connaissance des mécanismes sous-tendant la cL-LTPmGluR1, couplée à l’utilisation de modèles animal in vivo, rendront maintenant possible le blocage de la cL-LTPmGluR1 dans les SOM-INs et l’examen de son rôle dans l’apprentissage et la mémoire dépendants de l’hippocampe.

Metabotropic glutamate receptors transduce signals for neurite outgrowth after binding of the prion protein to laminin gamma 1 chain

The prion protein (PrP(C)) is highly expressed in the nervous system, and its abnormal conformer is associated with prion diseases. PrP(C) is anchored to cell membranes by glycosylphosphatidylinositol, and transmembrane proteins are likely required for PrP(C)-mediated intracellular signaling. Binding of laminin (Ln) to PrP(C) modulates neuronal plasticity and memory. We addressed signaling pathways triggered by PrP(C)-Ln interaction in order to identify transmembrane proteins involved in the transduction of PrP(C)-Ln signals. The Ln gamma 1-chain peptide, which contains the Ln binding site for PrP(C), induced neuritogenesis through activation of phospholipase C (PLC), Ca(2+) mobilization from intracellular stores, and protein kinase C and extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2) activation in primary cultures of neurons from wild-type, but not PrP(C)-null mice. Phage display, coimmunoprecipitation, and colocalization experiments showed that group I metabotropic glutamate receptors (mGluR1/5) associate with PrP(C). Expression of either mGluR1 or mGluR5 in HEK293 cells reconstituted the signaling pathways mediated by PrP(C)-Ln gamma 1 peptide interaction. Specific inhibitors of these receptors impaired PrP(C)-Ln gamma 1 peptide-induced signaling and neuritogenesis. These data show that group I mGluRs are involved in the transduction of cellular signals triggered by PrP(C)-Ln, and they support the notion that PrP(C) participates in the assembly of multiprotein complexes with physiological functions on neurons.-Beraldo, F. H., Arantes, C. P., Santos, T. G., Machado, C. F., Roffe, M., Hajj, G. N., Lee, K. S., Magalhaes, A. C., Caetano, F. A., Mancini, G. L., Lopes, M. H., Americo, T. A., Magdesian, M. H., Ferguson, S. S. G., Linden, R., Prado, M. A. M., Martins, V. R. Metabotropic glutamate receptors trans-duce signals for neurite outgrowth after binding of the prion protein to laminin gamma 1 chain. FASEB J. 25, 265-279 (2011). www.fasebj.org

Expressão de genes relacionados a cálcio e glutamato no hipocampo de pacientes com epilepsia do lobo temporal

A epilepsia do lobo temporal (ELT) é a principal forma de epilepsia, e a principal lesão desenvolvida por pacientes com ELT é a esclerose mesial temporal (EMT) apresentando perda neuronal, gliose e atrofia da região do hipocampo. Os íons cálcio são fundamentais para o funcionamento de inúmeras vias metabólicas em todos os níveis fisiológicos e desempenham papel fundamental nas respostas de despolarização neuronal. Foi comprovado que a ativação tanto de receptores ionotrópicos quanto metabotrópicos de glutamato promove o influxo anormal de Ca2+ para o meio intracelular, potencializando o efeito de excitação associado à EMT. O cálcio atua tanto como mensageiro celular secundário, quanto primário através da interação com um receptor específico na superfície celular, o Receptor Sensor de Cálcio (CASR). O CASR é expresso em diversas regiões do cérebro, incluindo o hipocampo, no entanto são desconhecidas muitas das possíveis funções desempenhadas por este receptor no cérebro. Ele pertence à família de receptores acoplados a proteína-G, e exibe homologia significativa com os receptores metabotrópicos de glutamato (mGluRs). Ademais, os mGluRs regulam a expressão da família de proteínas ligantes de cálcio neuronal, da qual faz parte a proteína VILIP-1, associada especificamente com o fenômeno da plasticidade sináptica no cérebro. O objetivo deste projeto foi determinar a expressão das proteínas CASR, mGluR1 e VILIP-1 em tecidos de hipocampo de pacientes com epilepsia do lobo temporal comparando com a expressão de tecidos de indivíduos normais. Os três genes encontraram-se subexpressos nos tecidos de pacientes com ELT, sendo que os tecidos dos pacientes, em grau crônico da doença, justificam tais graus de expressão. Sugere-se uma possível interação entre CASR e mGluR1 e...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

The functional role of ascending nociceptive control in defensive behavior

Ascending nociceptive control is a novel spino-striato-rostral ventral medulla pain modulation pathway that mediates heterosegmental pain-induced analgesia, i.e., noxious stimulus-induced antinociception. In this study, we used the dorsal immobility response in rats as a model of the defensive responses. We demonstrated that the activation of ascending nociceptive control by peripheral noxious stimulation and spinal AMPA and mGluR1 receptor blockade significantly potentiated the duration of the dorsal immobility response in rats via an opioid-dependent mechanism in the nucleus accumbens. These results demonstrated the functional role of ascending nociceptive control in the modulation of defensive responses and spinal glutamatergic receptors in the dorsal immobility response. The immobility response is an antipredator behavior that reflects the underlying state of fear, and ascending nociceptive control may modulate fear. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Quantitative Untersuchungen zur mRNA-Expression verschiedener Neurotransmitterrezeptoren im Verlauf der neuronalen Entwicklung der Zellinie PCC7-Mz1

Die murine embryonale Karzinomazellinie PCC7-Mz1 stellt ein Modell neuronaler Entwicklung dar, da nach RA-Gabe eine Differenzierung in neuronale, gliale und fibroblastoide Phänotypen erfolgt. Um die Expression von Neurotransmitterrezeptoren während der neuronalen Entwicklung zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit eine quantitative Analyse der Expression verschiedener Neurotransmitterrezeptoren im Verlauf der RA-induzierten Differenzierung der PCC7-Mz1 Zellen durchgeführt. Zu diesem Zweck wurde eine kompetitive RT-PCR eingesetzt. Als Kompetitor wurde ein synthetisches Gen ( SG) konstruiert, das sich aus den Antisense- und Sense-Primersequenzen zur spezifischen Amplifikation des Dopaminrezeptors D2, des Serotoninrezeptors 5HT3, der GABAA-Untereinheiten ß1 und ß3, der metabotropen Glutamatrezeptoren mGluR1 und mGluR5, der 5 NMDA-Rezeptoruntereinheiten 1,2a,2b,2c und 2d, der Markerproteine Synaptophysin und GFAP, und der Untereinheiten a3, a4 und a7 des nikotinischen Acetylcholinrezeptors zusammensetzt. Mit diesem SG erfolgten die Quantifizierungen der Rezeptor-mRNA im Sättigungsbereich der PCR. Die erhaltenen Transkriptmengen wurden auf ein Neuron bezogen, wodurch eine Korrelation zur neuronalen Entwicklung erfolgen konnte.

Involvement of unique leucine-zipper motif of PSD-Zip45 (Homer 1c/vesl-1L) in group 1 metabotropic glutamate receptor clustering

Several scaffold proteins for neurotransmitter receptors have been identified as candidates for receptor targeting. However, the molecular mechanism underlying such receptor clustering and targeting to postsynaptic specializations remains unknown. PSD-Zip45 (also named Homer 1c/vesl-1L) consists of the NH2 terminus containing the enabled/VASP homology 1 domain and the COOH terminus containing the leucine zipper. Here, we demonstrate immunohistochemically that metabotropic glutamate receptor 1α (mGluR1α) and PSD-Zip45/Homer 1c are colocalized to synapses in the cerebellar molecular layer but not in the hippocampus. In cultured hippocampal neurons, PSD-Zip45/Homer1c and N-methyl-d-aspartate receptors are preferentially colocalized to dendritic spines. Cotransfection of mGluR1α or mGluR5 and PSD-Zip45/Homer 1c into COS-7 cells results in mGluR clustering induced by PSD-Zip45/Homer 1c. An in vitro multimerization assay shows that the extreme COOH-terminal leucine zipper is involved in self-multimerization of PSD-Zip45/Homer 1c. A clustering assay of mGluRs in COS-7 cells also reveals a critical role of this leucine-zipper motif of PSD-Zip45/Homer 1c in mGluR clustering. These results suggest that the leucine zipper of subsynaptic scaffold protein is a candidate motif involved in neurotransmitter receptor clustering at the central synapse.

Fragile X mental retardation protein is translated near synapses in response to neurotransmitter activation

Local translation of proteins in distal dendrites is thought to support synaptic structural plasticity. We have previously shown that metabotropic glutamate receptor (mGluR1) stimulation initiates a phosphorylation cascade, triggering rapid association of some mRNAs with translation machinery near synapses, and leading to protein synthesis. To determine the identity of these mRNAs, a cDNA library produced from distal nerve processes was used to screen synaptic polyribosome-associated mRNA. We identified mRNA for the fragile X mental retardation protein (FMRP) in these processes by use of synaptic subcellular fractions, termed synaptoneurosomes. We found that this mRNA associates with translational complexes in synaptoneurosomes within 1–2 min after mGluR1 stimulation of this preparation, and we observed increased expression of FMRP after mGluR1 stimulation. In addition, we found that FMRP is associated with polyribosomal complexes in these fractions. In vivo, we observed FMRP immunoreactivity in spines, dendrites, and somata of the developing rat brain, but not in nuclei or axons. We suggest that rapid production of FMRP near synapses in response to activation may be important for normal maturation of synaptic connections.

Altered brain neurotransmitter receptors in transgenic mice expressing a portion of an abnormal human Huntington disease gene

Loss of neurotransmitter receptors, especially glutamate and dopamine receptors, is one of the pathologic hallmarks of brains of patients with Huntington disease (HD). Transgenic mice that express exon 1 of an abnormal human HD gene (line R6/2) develop neurologic symptoms at 9–11 weeks of age through an unknown mechanism. Analysis of glutamate receptors (GluRs) in symptomatic 12-week-old R6/2 mice revealed decreases compared with age-matched littermate controls in the type 1 metabotropic GluR (mGluR1), mGluR2, mGluR3, but not the mGluR5 subtype of G protein-linked mGluR, as determined by [3H]glutamate receptor binding, protein immunoblotting, and in situ hybridization. Ionotropic α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid and kainate receptors were also decreased, while N-methyl-d-aspartic acid receptors were not different compared with controls. Other neurotransmitter receptors known to be affected in HD were also decreased in R6/2 mice, including dopamine and muscarinic cholinergic, but not γ-aminobutyric acid receptors. D1-like and D2-like dopamine receptor binding was drastically reduced to one-third of control in the brains of 8- and 12-week-old R6/2 mice. In situ hybridization indicated that mGluR and D1 dopamine receptor mRNA were altered as early as 4 weeks of age, long prior to the onset of clinical symptoms. Thus, altered expression of neurotransmitter receptors precedes clinical symptoms in R6/2 mice and may contribute to subsequent pathology.

Palmitoylation of the GluR6 kainate receptor.

The G-protein-coupled metabotropic glutamate receptor mGluR1 alpha and the ionotropic glutamate receptor GluR6 were examined for posttranslational palmitoylation. Recombinant receptors were expressed in baculovirus-infected insect cells or in human embryonic kidney cells and were metabolically labeled with [3H]palmitic acid. The metabotropic mGluR1 alpha receptor was not labeled whereas the GluR6 kainate receptor was labeled after incubation with [3H]palmitate. The [3H]palmitate labeling of GluR6 was eliminated by treatment with hydroxylamine, indicating that the labeling was due to palmitoylation at a cysteine residue via a thioester bond. Site-directed mutagenesis was used to demonstrate that palmitoylation of GluR6 occurs at two cysteine residues, C827 and C840, located in the carboxyl-terminal domain of the molecule. A comparison of the electrophysiological properties of the wild-type and unpalmitoylated mutant receptor (C827A, C840A) showed that the kainate-gated currents produced by the unpalmitoylated mutant receptor were indistinguishable from those of the wild-type GluR6. The unpalmitoylated mutant was a better substrate for protein kinase C than the wild-type GluR6 receptor. These data indicate that palmitoylation may not modulate kainate channel function directly but instead affect function indirectly by regulating the phosphorylation state of the receptor.

Effects of Endothelin 3 on the Tumor-Angiogenic Response in a Novel Melanoma Mouse Model

Skin cancer is the most common form of cancer in the United States. Melanoma is a particular type of skin cancer, which arises from the malignant transformation of melanocytes and generally exhibits a high propensity to metastasize. Melanoma progression is dependent on angiogenesis to deliver the oxygen and nutrients required to maintain the altered metabolism of rapidly proliferating tumorigenic cells. Recent studies have implicated the growth factor Endothelin 3 (Edn3) in melanoma progression and metastasis. The aim of this study was to examine the role that Edn3 plays in the angiogenesis of melanocytic lesions. For this purpose, Dct-Grm1 transgenic mice, which spontaneously acquire melanocytic lesions through the aberrant expression of the metabotropic glutamate receptor 1 (mGluR1), were crossed with K5-Edn3 transgenic mice that overexpress Edn3. Tumors in the Dct-Grm1/K5-Edn3 experimental population were examined and compared to the control Dct-Grm1 population using immuno-fluorescent staining targeted against the vascular endothelial cell marker CD31. Proteomic arrays were also used and identified changes in the expression of specific angiogenic factors. CD31 antibody staining results revealed an increased vascular density in Dct-Grm1/K5-Edn3 tumors compared with tumors from the Dct-Grm1 controls. Analysis of the relative expression of angiogenic proteins showed an upregulation of various vascular factors in tumors from the Dct-Grm1/K5-Edn3 population, including VEGF-B, MMP-8, MMP-9, and Angiogenin. These results suggest that endothelin signaling promotes angiogenesis in melanocytic lesions. Targeting the factors upregulated by Edn3 signaling may prove effective in hindering melanoma progression.

Contribution relative des sous-types 1 et 5 des récepteurs métabotropes du glutamate dans la potentialisation à long terme des interneurones hippocampiques chez la souris

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.