Alteraciones en la neurotransmisión glutamatérgica durante el desarrollo de la encefalomielitis autoinmune experimental

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2015.La encefalomielitis autoinmune experimental (EAE) es un modelo animal que reproduce la mayoría de las características clínicas y patológicas de la enfermedad humana esclerosis múltiple (EM). Ambas son patologías inflamatorias, desmielinizantes y neurodegenerativas del sistema nervioso central que se asocian a deterioro motriz, sensorial y cognitivo. En EM, la atrofia en materia gris se relaciona con la aparición de discapacidad cognitiva y contribuye a la progresión clínica. En particular, el daño y la disfunción en ciertas áreas de la corteza frontal han sido correlacionados con el desarrollo de fatiga cognitiva, uno de los síntomas más comunes e incapacitantes en los pacientes con EM. Sin embargo, las bases moleculares de estos cambios aún son desconocidas. Valiéndonos de las similitudes existentes entre la EAEy la EM, en esta tesis se analizaron cambios funcionales, bioquímicos y morfológicos en terminales presinápticos purificados (sinaptosomas) de corteza en animales con EAEaguda. En sinaptosomas aislados de la región frontal de la corteza, los cuales se componen en un ~80% de terminales glutamatérgicas, se encontró disminuida la liberación del neurotransmisor excitatorio glutamato, tanto en la cantidad total liberada como en la velocidad de liberación. Este defecto apareció concomitantemente con los signos clínicos clásicos de EAE, y se revirtió rápidamente cuando los animales comenzaron a recuperarse de la patología. Análisis bioquímicos de los sinaptosomas del grupo EAE revelaron la presencia de alteraciones en la maquinaria molecular presináptica y en su respuesta al estímulo despolarizante, lo cual se vio acompañado de una fosforilación y redistribución subcelular anormal de sinapsina 1. Estos cambios se asociaron a una reducción en el número de vesículas sinápticas que se movilizan hacia la zona activa ante estimulación, sin cambios en la morfología de los sinaptosomas, según se observó mediante microscopía electrónica. Este trabajo es el primero en describir en detalle mecanismos moleculares de disfunción neuronal en la corteza frontal durante el desarrollo de la EAE. Estos mecanismos podrían ser responsables también de las alteraciones observadas en pacientes con EM y podrían contribuir al deterioro cognitivo.Chanaday Ricagni, Natalí Lujan. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.Roth, German Alfredo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina.Degano, Alicia Laura. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.Pérez, Mariela Fernanda. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Farmacología. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Farmacología Experimental de Córdoba; Argentina.Rivero, Virginia Elena. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Bioquímica Clínica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; Argentina.Adamo, Ana María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Química y Fisicoquímica Biológicas Prof. Alejandro C. Paladini; Argentina

The Synaptic Vesicle Cycle Revisited:New Insights into the Modes and Mechanisms

© The Author(s), 2019. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Journal of Neuroscience 39(42), (2019): 8209-8216, doi:10.1523/JNEUROSCI.1158-19.2019.Neurotransmission is sustained by endocytosis and refilling of synaptic vesicles (SVs) locally within the presynapse. Until recently, a consensus formed that after exocytosis, SVs are recovered by either fusion pore closure (kiss-and-run) or clathrin-mediated endocytosis directly from the plasma membrane. However, recent data have revealed that SV formation is more complex than previously envisaged. For example, two additional recycling pathways have been discovered, ultrafast endocytosis and activity-dependent bulk endocytosis, in which SVs are regenerated from the internalized membrane and synaptic endosomes. Furthermore, these diverse modes of endocytosis appear to influence both the molecular composition and subsequent physiological role of individual SVs. In addition, previously unknown complexity in SV refilling and reclustering has been revealed. This review presents a modern view of the SV life cycle and discusses how neuronal subtype, physiological temperature, and individual activity patterns can recruit different endocytic modes to generate new SVs and sculpt subsequent presynaptic performance.This work was supported by: Schram-Stiftung T287/25457 and Deutsche Forschungsgemeinschaft (Emmy Noether Young Investigator Award MI-1702/1 to I.M.); the Wellcome Trust (204954/Z/16/Z to M.A.C.); the National Science Foundation (1727260 to S.W.), the National Institutes of Health (NINDS DP2 NS111133 and R01 NS105810 to S.W.); the McKnight Foundation (S.W.); the Sloan Foundation (S.W.); and the National Institutes of Health (NINDS/NIA R01 NS078165 to J.R.M. and NIMH R01 MH066198 to Dr. Ege Kavalali, which supports N.L.C.). We thank Dragomir Milovanovic for helpful comments on this manuscript.2020-04-1

How do you recognize and reconstitute a synaptic vesicle after fusion? [version 1; referees: 3 approved]

Synaptic vesicle recycling is essential for sustained and reliable neurotransmission. A key component of synaptic vesicle recycling is the synaptic vesicle biogenesis process that is observed in synapses and that maintains the molecular identity of synaptic vesicles. However, the mechanisms by which synaptic vesicles are retrieved and reconstituted after fusion remain unclear. The complex molecular composition of synaptic vesicles renders their rapid biogenesis a daunting task. Therefore, in this context, kiss-and-run type transient fusion of synaptic vesicles with the plasma membrane without loss of their membrane composition and molecular identity remains a viable hypothesis that can account for the fidelity of the synaptic vesicle cycle. In this article, we discuss the biological implications of this problem as well as its possible molecular solutions

Microglia and astrocyte activation in the frontal cortex of rats with experimental autoimmune encephalomyelitis

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a widely used animal model for the human disease multiple sclerosis (MS), a demyelinating and neurodegenerative pathology of the central nervous system. Both diseases share physiopathological and clinical characteristics, mainly associated with a neuroinflammatory process that leads to a set of motor, sensory, and cognitive symptoms. In MS, gray matter atrophy is related to the emergence of cognitive deficits and contributes to clinical progression. In particular, injury and dysfunction in certain areas of the frontal cortex (FrCx) have been related to the development of cognitive impairments with high incidence, like central fatigue and executive dysfunction. In the present work we show the presence of region-specific microglia and astrocyte activation in the FrCx, during the first hours of acute EAE onset. It is accompanied by the production of the pro-inflammatory cytokines IL-6 and TNF-α, in the absence of detectable leukocyte infiltration. These findings expand previous studies showing presynaptic neural dysfunction occurring at the FrCx and might contribute to the understanding of the mechanisms involved in the genesis and prevalence of common MS symptoms.Fil: Chanaday Ricagni, Natalí Luján. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Roth, German Alfredo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentin

GABAergic agonists modulate the glutamate release from frontal cortex synaptosomes of rats with experimental autoimmune encephalomyelitis

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a model that mimics many of the clinical and pathological features of multiple sclerosis. We have previously found a significant reduction in the GABAergic regulation of glutamate release from synaptosomes of EAE rats during the acute stage of the disease. In order to deepen into the possible metabolic pathways responsible for this alteration, in this work we evaluate the direct effect of different GABAergic agonists on the glutamate release and synapsin I phosphorylation in synaptosomes from the frontal cortex of control and EAE animals. The results show that all tested GABA agonists negatively modulate control synaptosomes, downregulating glutamate release and synapsin I phosphorylation on P-site 3, while synaptosomes from EAE group are less responsive to GABAergic agonists, with no change in their sensitivity to allosteric modulators. GABA and the GABA receptor agonists Muscimol (GABAA agonist) and Baclofen (GABAB agonist) caused a decrease in glutamate release paralleled by a similar reduction in synapsin I phosphorylation. In the case of the benzodiazepines Diazepam and Clonazepam (GABAA allosteric agonists) there was a higher effect on synapsin I phosphorylation than in glutamate release. These results indicate that the extent of GABAergic modulation of presynaptic terminals depends on the type of agonist employed and this regulation is altered in the frontal cortex during the acute phase of EAE.Fil: Fernández Hurst, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Chanaday Ricagni, Natalí Luján. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Roth, German Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentin

Interneuronal exchange and functional integration of synaptobrevin via extracellular vesicles

Recent studies have investigated the composition and functional effects of extracellular vesicles (EVs) secreted by a variety of cell types. However, the mechanisms underlying the impact of these vesicles on neurotransmission remain unclear. Here, we isolated EVs secreted by rat and mouse hippocampal neurons and found that they contain synaptic-vesicle-associated proteins, in particular the vesicular SNARE (soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor [NSF]-attachment protein receptor) synaptobrevin (also called VAMP). Using a combination of electrophysiology and live-fluorescence imaging, we demonstrate that this extracellular pool of synaptobrevins can rapidly integrate into the synaptic vesicle cycle of host neurons via a CD81-dependent process and selectively augment inhibitory neurotransmission as well as specifically rescue neurotransmission in synapses deficient in synaptobrevin. These findings uncover a novel means of interneuronal communication and functional coupling via exchange of vesicular SNAREs.Fil: Vilcaes, Aldo Alejandro. Vanderbilt University; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Chanaday Ricagni, Natalí Luján. Vanderbilt University; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Kavalali, Ege. Vanderbilt University; Estados Unido

Glutamate Release Machinery Is Altered in the Frontal Cortex of Rats with Experimental Autoimmune Encephalomyelitis

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is an animal model that mimics many of the clinical and pathological features of the human disease multiple sclerosis (MS). Both are inflammatory demyelinating and neurodegenerative pathologies of the central nervous system associated with motor, sensory, and cognitive deficits. In MS, gray matter atrophy is related to the emergence of cognitive deficits and contributes to clinical progression. In particular, prefrontal cortex injury and dysfunction have been correlated to the development of fatigue, one of the most common and disabling symptoms in MS. However, the molecular bases of these changes remain unknown. Taking advantage of EAE similitude, we herein analyze functional and morphological changes in isolated cortical presynaptic terminals (synaptosomes) from an acute rat model. We found impaired glutamate release in the frontal cortex from EAE rats. This defect appeared along with the onset of the disease, reversing when clinical signs were no more evident. Biochemical analysis of EAE synaptosomes revealed alterations in the presynaptic release machinery and in the response to depolarization, which was accompanied by abnormal synapsin I phosphorylation and dispersion. These changes were associated with reduced synaptic vesicle mobility, with no alterations in synaptosomal morphology as evidenced by electron microscopy. The present are the first pieces of evidence unraveling the molecular mechanisms of frontal cortex neuronal dysfunction in EAE and, possibly, MS.Fil: Chanaday Ricagni, Natalí Luján. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones En Química Biológica de Córdoba (p); Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Quimica Biológica; ArgentinaFil: Vilcaes, Aldo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones En Química Biológica de Córdoba (p); Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Quimica Biológica; ArgentinaFil: de Paul, Ana Lucia. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Cordoba. Instituto de Investigaciones En Ciencias de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Cordoba. Facultad de Medicina. Centro de Microscopia Electronica; ArgentinaFil: Torres, Alicia Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Cordoba. Instituto de Investigaciones En Ciencias de la Salud; Argentina. Universidad Nacional de Cordoba. Facultad de Medicina. Centro de Microscopia Electronica; ArgentinaFil: Degano, Alicia Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones En Química Biológica de Córdoba (p); Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Quimica Biológica; ArgentinaFil: Roth, German Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones En Química Biológica de Córdoba (p); Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Quimica Biológica; Argentin

Inhibitory role of diazepam on autoimmune inflammation in rats with experimental autoimmune encephalomyelitis

Glutamate and GABA are the main excitatory and inhibitory neurotransmitters in the CNS, and both may be involved in the neuronal dysfunction in neurodegenerative conditions. We have recently found that glutamate release was decreased in isolated synaptosomes from the rat cerebral cortex during the development of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the animal model of multiple sclerosis. In contrast to control animals where GABA induced a decrease in the evoked glutamate release, which was abolished by picrotoxin (a GABA(A) antagonist), synaptosomes from EAE rats showed a loss in the inhibition of the glutamate release mediated by GABA with a concomitant diminution of the flunitrazepam-sensitive GABA(A) receptor density. We have presently further evaluated the relevance of the GABAergic system in EAE by treating rats challenged for the disease with the GABA agonist diazepam. Administration of diazepam during 6 days starting at day 6 or 11 after EAE active induction led to a marked decrease of the disease incidence and histological signs associated with the disease. Cellular reactivity and antibody responses against the encephalitogenic myelin basic protein were also diminished. Beyond the effects of diazepam on the autoimmune, inflammatory response, we report also a positive effect on neurotransmission. Treatment with diazepam inhibited the previously described reduction in glutamate release in the frontal cortex synaptosomes from EAE animals. These data suggest that an endogenous inhibitory GABAergic system within the immune system is involved in the diazepam effect on EAE and indicate that increasing GABAergic activity potently ameliorates EAE.Fil: Bibolini, Mario Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Chanaday Ricagni, Natalí Luján. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Baez, Natalia Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Degano, Alicia Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Monferran, Clara Graciela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Roth, German Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentin