Synergism between basic Asp49 and Lys49 phospholipase A2 myotoxins of viperid snake venom in vitro and in vivo

artículo (arbitrado) -- Universidad de Costa Rica, Instituto de investigaciones Clodomiro Picado. 2014Two subtypes of phospholipases A2 (PLA2s) with the ability to induce myonecrosis, ‘Asp49’ and ‘Lys49’ myotoxins, often coexist in viperid snake venoms. Since the latter lack catalytic activity, two different mechanisms are involved in their myotoxicity. A synergism between Asp49 and Lys49 myotoxins from Bothrops asper was previously observed in vitro, enhancing Ca2+ entry and cell death when acting together upon C2C12 myotubes. These observations are extended for the first time in vivo, by demonstrating a clear enhancement of myonecrosis by the combined action of these two toxins in mice. In addition, novel aspects of their synergism were revealed using myotubes. Proportions of Asp49 myotoxin as low as 0.1% of the Lys49 myotoxin are sufficient to enhance cytotoxicity of the latter, but not the opposite. Sublytic amounts of Asp49 myotoxin also enhanced cytotoxicity of a synthetic peptide encompassing the toxic region of Lys49 myotoxin. Asp49 myotoxin rendered myotubes more susceptible to osmotic lysis, whereas Lys49 myotoxin did not. In contrast to myotoxic Asp49 PLA2, an acidic non-toxic PLA2 from the same venom did not markedly synergize with Lys49 myotoxin, revealing a functional difference between basic and acidic PLA2 enzymes. It is suggested that Asp49 myotoxins synergize with Lys49 myotoxins by virtue of their PLA2 activity. In addition to the membrane-destabilizing effect of this activity, Asp49 myotoxins may generate anionic patches of hydrolytic reaction products, facilitating electrostatic interactions with Lys49 myotoxins. These data provide new evidence for the evolutionary adaptive value of the two subtypes of PLA2 myotoxins acting synergistically in viperid venoms.Funding support by the Graduate Studies Program, Universidad de Costa Rica; International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology, Italy (CRP/COS13-01); and Vicerrectoria de Investigacion, Universidad de Costa Rica (741-B4-100).UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias de la Salud::Instituto Clodomiro Picado (ICP

Structural synaptic plasticity in the hippocampus induced by spatial experience and its implications in information processing

Introduction: Long-lasting memory formation requires that groups of neurons processing new information develop the ability to reproduce the patterns of neural activity acquired by experience. Development: Changes in synaptic efficiency let neurons organise to form ensembles that repeat certain activity patterns again and again. Among other changes in synaptic plasticity, structural modifications tend to be long-lasting which suggests that they underlie long-term memory. There is a large body of evidence supporting that experience promotes changes in the synaptic structure, particularly in the hippocampus. Conclusion: Structural changes to the hippocampus may be functionally implicated in stabilising acquired memories and encoding new information. Resumen: Introducción: Para formar memorias perdurables, es necesario que los grupos de neuronas encargados de procesar la información que adquirimos desarrollen la capacidad de reproducir los patrones de actividad que se forman a través de la experiencia. Desarrollo: Los cambios en la eficiencia sináptica permiten que las neuronas se organicen en «ensambles» y reproduzcan una y otra vez estos patrones de actividad. Entre los cambios en la eficiencia sináptica están las modificaciones en la estructura, las cuales tienden a perdurar por mucho tiempo y por ello se les vincula con la memoria a largo plazo. En la literatura existe amplia evidencia de que la experiencia promueve modificaciones en la estructura sináptica, particularmente en regiones como el hipocampo. Conclusión: Las implicaciones funcionales de estos cambios en el hipocampo incluyen un posible papel en la estabilización de los recuerdos adquiridos y en la codificación de nueva información. Keywords: Synaptic plasticity, Hippocampus, Spatial experience, Long-term memory, Neuronal ensembles, Mossy fibres, Palabras clave: Plasticidad sináptica, Hipocampo, Experiencia espacial, Memoria a largo plazo, Ensambles neuronales, Fibras musgosa

Plasticidad sináptica estructural en el hipocampo inducida por la experiencia espacial y sus implicaciones en el procesamiento de información

Resumen: Introducción: Para formar memorias perdurables, es necesario que los grupos de neuronas encargados de procesar la información que adquirimos desarrollen la capacidad de reproducir los patrones de actividad que se forman a través de la experiencia. Desarrollo: Los cambios en la eficiencia sináptica permiten que las neuronas se organicen en «ensambles» y reproduzcan una y otra vez estos patrones de actividad. Entre los cambios en la eficiencia sináptica están las modificaciones en la estructura, las cuales tienden a perdurar por mucho tiempo y por ello se les vincula con la memoria a largo plazo. En la literatura existe amplia evidencia de que la experiencia promueve modificaciones en la estructura sináptica, particularmente en regiones como el hipocampo. Conclusión: Las implicaciones funcionales de estos cambios en el hipocampo incluyen un posible papel en la estabilización de los recuerdos adquiridos y en la codificación de nueva información. Abstract: Introduction: Long-lasting memory formation requires that groups of neurons processing new information develop the ability to reproduce the patterns of neural activity acquired by experience. Development: Changes in synaptic efficiency let neurons organise to form ensembles that repeat certain activity patterns again and again. Among other changes in synaptic plasticity, structural modifications tend to be long-lasting which suggests that they underlie long-term memory. There is a large body of evidence supporting that experience promotes changes in the synaptic structure, particularly in the hippocampus. Conclusion: Structural changes to the hippocampus may be functionally implicated in stabilising acquired memories and encoding new information. Palabras clave: Plasticidad sináptica, Hipocampo, Experiencia espacial, Memoria a largo plazo, Ensambles neuronales, Fibras musgosas, Keywords: Synaptic plasticity, Hippocampus, Spatial experience, Long-term memory, Neuronal ensembles, Mossy fibre

Morphological analysis of the hippocampal region associated with an innate behaviour task in the transgenic mouse model (3xTg-AD) for Alzheimer disease

Introduction: Different animal models for Alzheimer disease (AD) have been designed to support the hypothesis that the neurodegeneration (loss of neurons and synapses with reactive gliosis) associated with Aβ and tau deposition in these models is similar to that in the human brain. These alterations produce functional changes beginning with decreased ability to carry out daily and social life activities, memory loss, and neuropsychiatric disorders in general. Neuronal alteration plays an important role in early stages of the disease, especially in the CA1 area of hippocampus in both human and animal models. Methods: Two groups (WT and 3xTg-AD) of 11-month-old female mice were used in a behavioural analysis (nest building) and a morphometric analysis of the CA1 region of the dorsal hippocampus. Results: The 3xTg-AD mice showed a 50% reduction in nest quality associated with a significant increase in damaged neurons in the CA1 hippocampal area (26% ± 6%, P < .05) compared to the WT group. Conclusions: The decreased ability to carry out activities of daily living (humans) or nest building (3xTg-AD mice) is related to the neuronal alterations observed in AD. These alterations are controlled by the hippocampus. Post-mortem analyses of the human hippocampus, and the CA1 region in 3xTg-AD mice, show that these areas are associated with alterations in the deposition of Aβ and tau proteins, which start accumulating in the early stages of AD. Resumen: Introducción: Se han diseñado diferentes modelos animales de la enfermedad de Alzheimer (EA) para apoyar la hipótesis de que la neurodegeneración (pérdida de neuronas, sinapsis y gliosis reactiva) asociada al depósito de Aβ y tau en estos animales es similar a la del cerebro humano. Estas alteraciones producen cambios funcionales que se inician con el deterioro en la habilidad para realizar actividades de la vida cotidiana, pérdida de la memoria y, en general, trastorno neuropsiquiátrico. La alteración neuronal desempeña un papel importante en las etapas tempranas de la enfermedad, especialmente en el área CA1 del hipocampo de animales y humanos. Métodos: Se utilizaron ratones WT y 3xTg-AD hembras de 11 meses de edad, para el análisis conductual (construcción del nido) e histológico en la región CA1 del hipocampo dorsal. Resultados: Los ratones 3xTg-AD mostraron deficiencia del 50% en la calidad de construcción del nido asociado a un aumento del 26 ± 6% (p < 0,05) de neuronas dañadas en comparación con el grupo WT. Conclusiones: El deterioro de la capacidad para llevar a cabo las actividades de la vida diaria (en el hombre) y la construcción del nido (en el ratón 3xTg-AD) están relacionados con las alteraciones en los circuitos nerviosos observados en la EA. Estas alteraciones son controladas por el hipocampo que en el análisis post mortem (en el humano), así como en la región CA1 (en el modelo de ratón 3xTg-AD) se han relacionado con alteraciones en el depósito de las proteínas Aß y tau que comienzan a acumularse al inicio de la EA. Keywords: Alzheimer disease, Transgenic mouse, Hippocampus, CA1 area, Neuron, Morphology, Palabras clave: Enfermedad de Alzheimer, Ratón transgénico, Hipocampo, Área CA1, Neurona, Morfologí

Análisis morfológico de la región del hipocampo asociado a una tarea conductual innata en el modelo de ratón transgénico (3xTg-AD) para la enfermedad de Alzheimer

Resumen: Introducción: Se han diseñado diferentes modelos animales de la enfermedad de Alzheimer (EA) para apoyar la hipótesis de que la neurodegeneración (pérdida de neuronas, sinapsis y gliosis reactiva) asociada al depósito de Aβ y tau en estos animales es similar a la del cerebro humano. Estas alteraciones producen cambios funcionales que se inician con el deterioro en la habilidad para realizar actividades de la vida cotidiana, pérdida de la memoria y, en general, trastorno neuropsiquiátrico. La alteración neuronal desempeña un papel importante en las etapas tempranas de la enfermedad, especialmente en el área CA1 del hipocampo de animales y humanos. Métodos: Se utilizaron ratones WT y 3xTg-AD hembras de 11 meses de edad, para el análisis conductual (construcción del nido) e histológico en la región CA1 del hipocampo dorsal. Resultados: Los ratones 3xTg-AD mostraron deficiencia del 50% en la calidad de construcción del nido asociado a un aumento del 26 ± 6% (p < 0,05) de neuronas dañadas en comparación con el grupo WT. Conclusiones: El deterioro de la capacidad para llevar a cabo las actividades de la vida diaria (en el hombre) y la construcción del nido (en el ratón 3xTg-AD) están relacionados con las alteraciones en los circuitos nerviosos observados en la EA. Estas alteraciones son controladas por el hipocampo que en el análisis post mortem (en el humano), así como en la región CA1 (en el modelo de ratón 3xTg-AD) se han relacionado con alteraciones en el depósito de las proteínas Aß y tau que comienzan a acumularse al inicio de la EA. Abstract: Introduction: Different animal models for Alzheimer disease (AD) have been designed to support the hypothesis that the neurodegeneration (loss of neurons and synapses with reactive gliosis) associated with Aβ and tau deposition in these models is similar to that in the human brain. These alterations produce functional changes beginning with decreased ability to carry out daily and social life activities, memory loss, and neuropsychiatric disorders in general. Neuronal alteration plays an important role in early stages of the disease, especially in the CA1 area of hippocampus in both human and animal models. Methods: Two groups (WT and 3xTg-AD) of 11-month-old female mice were used in a behavioural analysis (nest building) and a morphometric analysis of the CA1 region of the dorsal hippocampus. Results: The 3xTg-AD mice showed a 50% reduction in nest quality associated with a significant increase in damaged neurons in the CA1 hippocampal area (26% ± 6%, P < .05) compared to the WT group. Conclusions: The decreased ability to carry out activities of daily living (humans) or nest building (3xTg-AD mice) is related to the neuronal alterations observed in AD. These alterations are controlled by the hippocampus. Post-mortem analyses of the human hippocampus, and the CA1 region in 3xTg-AD mice, show that these areas are associated with alterations in the deposition of Aβ and tau proteins, which start accumulating in the early stages of AD. Palabras clave: Enfermedad de Alzheimer, Ratón transgénico, Hipocampo, Área CA1, Neurona, Morfología, Keywords: Alzheimer disease, Transgenic mouse, Hippocampus, CA1 area, Neuron, Morpholog

Marcaje colinérgico en la corteza cerebral y el hipocampo en algunas especies animales y su relación con la enfermedad de Alzheimer

Resumen: Introducción: El sistema colinérgico incluye neuronas localizadas en el cerebro basal anterior y sus axones largos proyectan a la corteza cerebral e hipocampo. Este sistema modula la función cognitiva. En la enfermedad de Alzheimer (EA) y en el proceso de envejecimiento la disfunción colinérgica hay una asociación entre el deterioro cognitivo y el daño progresivo de las fibras colinérgicas, lo que conduce al postulado de la hipótesis colinérgica. Desarrollo: En la EA se producen alteraciones en la expresión y en la actividad de la colina acetiltransferasa (ChAT) y la acetilcolinesterasa (AChE), enzimas específicas relacionadas con la función del SC. Ambas proteínas juegan un papel importante en la transmisión colinérgica mostrando variaciones en la corteza cerebral y en el hipocampo, tanto por el envejecimiento, como por la EA. En ambas estructuras, los desórdenes demenciales están asociados a la destrucción severa y desorganización de las proyecciones colinérgicas que se encuentran afectadas. Para el estudio de este sistema se han usado marcadores específicos como los anticuerpos contra ChAT y AChE que han sido empleados en las técnicas de inmuhistoquímica de luz y microscopia electrónica en algunas especies animales. Conclusiones: En este trabajo se hace una revisión de los principales estudios inmunomorfológicos de la corteza cerebral e hipocampo de varias especies animales con énfasis en el SC y su relación con la EA. Abstract: Introduction: The cholinergic system includes neurons located in the basal forebrain and their long axons that reach the cerebral cortex and the hippocampus. This system modulates cognitive function. In Alzheimer's disease (AD) and ageing, cognitive impairment is associated with progressive damage to cholinergic fibres, which leads us to the cholinergic hypothesis for AD. Development: The AD produces alterations in the expression and activity of acetyltransferase (ChAT) and acetyl cholinesterase (AChE), enzymes specifically related to cholinergic system function. Both proteins play a role in cholinergic transmission, which is altered in both the cerebral cortex and the hippocampus due to ageing and AD. Dementia disorders are associated with the severe destruction and disorganisation of the cholinergic projections extending to both structures. Specific markers, such as anti-ChAT and anti-AChE antibodies, have been used in light immunohistochemistry and electron microscopy assays to study this system in adult members of certain animal species. Conclusions: This paper reviews the main immunomorphological studies of the cerebral cortex and hippocampus in some animal species with particular emphasis on the cholinergic system and its relationship with the AD. Palabras clave: Inervación colinérgica, Colina acetiltransferasa, Acetilcolinesterasa, Corteza cerebral, Hipocampo, Enfermedad de Alzheimer, Keywords: Cholinergic innervation, Choline acetyltransferase, Acetyl cholinesterase, Cerebral cortex, Hippocampus, Alzheimer's diseas

Effect of tibolone on dendritic spine density in the rat hippocampus

Introduction: Oestrogen deficiency produces oxidative stress (OS) and changes in hippocampal neurons and also reduces the density of dendritic spines (DS). These alterations affect the plastic response of the hippocampus. Oestrogen replacement therapy reverses these effects, but it remains to be seen whether the same changes are produced by tibolone (TB). The aim of this study was to test the neuroprotective effects of long-term oral TB treatment and its ability to reverse DS pruning in pyramidal neurons (PN) of hippocampal area CA1. Methods: Young Sprague-Dawley rats were distributed in 3 groups: a control group in proestrus (Pro) and two ovariectomised groups (Ovx), of which one was provided with a daily TB dose (1 mg/kg), OvxTB and the other with vehicle (OvxV), for 40 days in both cases. We analysed lipid peroxidation and DS density in 3 segments of apical dendrites from PNs in hippocampal area CA1. Results: TB did not reduce lipid peroxidation but it did reverse the spine pruning in CA1 pyramidal neurons of the hippocampus which had been caused by ovariectomy. Conclusions: Oestrogen replacement therapy for ovariectomy-induced oestrogen deficiency has a protective effect on synaptic plasticity in the hippocampus. Resumen: Introducción: El hipoestrogenismo produce estrés oxidativo (EO) y cambios en las neuronas del hipocampo (H) y reduce la densidad de las espinas dendríticas (ED). Estas alteraciones repercuten en la respuesta plástica del H. La terapia de sustitución intraperitoneal con estrógenos revierte estos efectos, pero no se sabe si ocurre lo mismo con la tibolona (TB). El objetivo fue comprobar los efectos neuroprotectivos de la TB administrada por vía oral a largo plazo y su capacidad para revertir la poda de ED de las neuronas piramidales (NP) del CA1 del H. Métodos: Ratas Sprague-Dawley jóvenes: distribuidas en 3 grupos: control en proestro (Pro) y 2 grupos ovariectomizados (Ovx), uno suplementado con dosis diaria de TB (1 mg/kg), OvxTB, y otro con vehículo (OvxV), por 40 días. Se analizaron la peroxidación de lípidos y la densidad de las ED en 3 segmentos de la dendrita apical de las NP del CA1 del H. Resultados: La TB no redujo la peroxidación de lípidos en el H, pero recuperó la poda de espinas en las NP del CA1 del H, producida por la ovariectomía. Conclusiones: La terapia de sustitución estrogénica en el hipoestrogenismo por ovariectomía tiene un efecto protector. Keywords: Oestrogen deficiency, Tibolone, Hippocampus, Area CA1, Morphology, Dendritic spines, Palabras clave: Hipoestrogenismo, Tibolona, Hipocampo, Área CA1, Morfología, Espinas dendrítica

Efecto de la tibolona en la densidad de las espinas dendríticas en el hipocampo de la rata

Resumen: Introducción: El hipoestrogenismo produce estrés oxidativo (EO) y cambios en las neuronas del hipocampo (H) y reduce la densidad de las espinas dendríticas (ED). Estas alteraciones repercuten en la respuesta plástica del H. La terapia de sustitución intraperitoneal con estrógenos revierte estos efectos, pero no se sabe si ocurre lo mismo con la tibolona (TB). El objetivo fue comprobar los efectos neuroprotectivos de la TB administrada por vía oral a largo plazo y su capacidad para revertir la poda de ED de las neuronas piramidales (NP) del CA1 del H. Métodos: Ratas Sprague Dawley jóvenes: distribuidas en 3 grupos: control en proestro (Pro) y 2 grupos ovariectomizados (Ovx), uno suplementado con dosis diaria de TB (1 mg/kg), OvxTB, y otro con vehículo (OvxV), por 40 días. Se analizaron la peroxidación de lípidos y la densidad de las ED en 3 segmentos de la dendrita apical de las NP del CA1 del H. Resultados: La TB no redujo la peroxidación de lípidos en el H, pero recuperó la poda de espinas en las NP del CA1 del H, producida por la ovariectomía. Conclusiones: La terapia de sustitución estrogénica en el hipoestrogenismo por ovariectomía tiene un efecto protector. Abstract: Introduction: Oestrogen deficiency produces oxidative stress (OS) and changes in hippocampal neurons and also reduces the density of dendritic spines (DS). These alterations affect the plastic response of the hippocampus. Oestrogen replacement therapy reverses these effects, but it remains to be seen whether the same changes are produced by tibolone (TB). The aim of this study was to test the neuroprotective effects of long-term oral TB treatment and its ability to reverse DS pruning in pyramidal neurons (PN) of hippocampal area CA1. Methods: Young Sprague Dawley rats were distributed in 3 groups: a control group in proestrus (Pro) and two ovariectomised groups (Ovx), of which one was provided with a daily TB dose (1 mg/kg), OvxTB and the other with vehicle (OvxV), for 40 days in both cases. We analysed lipid peroxidation and DS density in 3 segments of apical dendrites from PNs in hippocampal area CA1. Results: TB did not reduce lipid peroxidation but it did reverse the spine pruning in CA1 pyramidal neurons of the hippocampus which had been caused by ovariectomy. Conclusions: Oestrogen replacement therapy for ovariectomy-induced oestrogen deficiency has a protective effect on synaptic plasticity in the hippocampus. Palabras clave: Hipoestrogenismo, Tibolona, Hipocampo, Área CA1, Morfología, Espinas dendríticas, Keywords: Estrogen deficiency, Tibolone, Hippocampus, Area CA1, Morphology, Dendritic spine