Effects of Antiepileptic Drugs on GABA Responses and on Reduction of GABA Responses by PTZ and DMCM on Mouse Neurons in Cell Culture

The mechanisms of action of antiepileptic drugs effective against generalized absence seizures (antiabsence AEDs) remain uncertain. Antiabsence AEDs are generally effective against seizures induced in experimental animals by pentylenÉtÉtrazol (PTZ) and methyl-6,7-dimethoxy-4-ethyl-Β-carboline-3-carboxylate (DMCM), drugs which reduce GABAergic inhibition. Thus, antiabsence AEDs have been suggested to enhance GABAergic inhibition. We studied the effects of several AEDs on GABA responses recorded from mouse spinal cord neurons grown in primary dissociated cell culture. Four antiabsence AEDs were included: ethosuximide (ESM), dimethadione (DMO), sodium valproate (VPA), and diazepam (DZP). Two experimental AEDs, CGS 9896 and ZK 91296, with anticonvulsant action against PTZ- or DMCM-induced seizures were also included. Possible effects of the antiabsence and experimental AEDS on PTZ- and DMCM-induced inhibition of GABA responses were also evaluated. PTZ and DMCM revers-ibly reduced GABA responses in a concentration-dependent manner. PTZ complÉtÉly inhibited GABA responses at 10 mM (IC 50 of 1.1 mM), whereas DMCM-induced inhibition of GABA responses reached a plateau level of 39% of control values at 1 p.M (IC 50 of 33 nM). ESM (1,200 ΜM), DMO (6 mM), VPA (200 u.M), CGS 9896 (2 ΜM), and ZK 98% (2 Μ M ) did not alter GABA responses. DZP enhanced GABA responses in a concentration-dependent manner. The inhibition of GABA responses produced by PTZ 1 mM was unaltered by ESM (600 Μ M ), DMO (6 mM), CGS 9896 (1 Μ M), or ZK 9896 (1 ΜM)- Coapplication of VPA (200 ΜM) and PTZ (1 mM) slightly enhanced the PTZ effect. DZP (> 10 nM), however, reversed the PTZ-induced reduction of GABA responses. The DMCM (250 nM) inhibition of GABA-responses was unaltered by ESM (600 Μ.M), DMO (2 mM), or VPA (200 ΜM). CGS 9896 (2 Μ M ) and ZK 91296 (2 ΜM), however, antagonized the DMCM effect. DZP (> 10 nM) significantly reversed the DMCM-induced inhibition of GABA responses. The lack of effect of VPA, ESM, and DMO on postsynaptic GABA responses suggests that direct enhancement of postsynaptic GABA action is not a common mechanism of action of antiabsence AEDs. The AEDs DZP, CGS 98%, and ZK 912% all reversed DMCM, but not PTZ, reduction of GABA responses, suggesting that these AEDs blocked DMCM seizures by acting at benzodiazepine receptors. However, since only DZP enhanced GABA responses, it is unclear how CGS 98% and ZK 912% blocked PTZ seizures. Key Words: Anticonvulsants–GABA–Neuron culture–Cell culture–Spinal cord neurons–Convulsants. RESUMEN Los mecanismos de accidn de las medicaciones antiepilÉpticas eficaces contra los ataques generalizados de ausencia (AEDs antiausencia) permanecen inciertos. Los AEDs antiausencia son, generalmente, eficaces contra ataques experimentales inducidos por el pentilentetrazol (PTZ) y el metil-6,7-dimetoxy-4-etil-Pcarbolina-3-carboxilato (DMCM) en animates, medicaciones que reducen la inhibiciÓn GABAÉrgica. Hemos estudiado los efectos de varios AEDs sobre respuestas-GABA registradas en las neuronas de la mÉdula espinal de ratones que habian crecido en cultivos de cÉlulas primarieas disociadas. Cuatro AEDs antiausencia fueron incluidos: etoxusimida (ESM), dimetadiona (DMO), valproato sÓdico (VPA) y diazepan (DZP). TambtÉn se incluyeron dos AEDs experimentales, CGS 9896 y ZK 912%, con acciÓn anticonvulsiva contra los ataques inducidos por PTZ o DMCM. TambiÓn se valoraron los posibles efectos de los AEDs antiausencia y experimentales sobre el PTZ y la inhibiciÓn de las respuestas-GABA inducidas por el DMCM. El PTZ y el DMCM redujeron las respuestas-GABA de modo reversible y dependiendo de sus concentraciones. El PTZ inhibiÓ cmpleta-mente las respuestas-GABA a 10 mM (IC 50 de 1.1 mM) mientras que la inhibitiÓn de las respuestas GABA inducida por el DMCM alcanzÓ un nivel estable del 39% de los valores control con 1 Μ. M (IC 50 de 33 mM). La ESM (1200 Μ.M), la DMO (6 mM), el VPA (200 Μ M ), el CGS 98% (2 Μ M) y el ZK 98% (2 Μ M) no alteraron las respuestas-GABA. El DZP aumentÓ las respuestas GABA de una manera concentraciÓn-dependiente. La inhibition de las respuestas-GABA producidas por el PTZ (1 mM), no se altero con las ESM (600 Μ M), la DMO (6 mM), el CGS 98% (1 Μ M) o el ZK 98% (1 Μ .M). La co-aplicacion de VPA (200 Μ M) y el PTZ (1 mM) aument6 ligeramente los efectos del PTZ. Sin embargo el DZP (10 nM) revirtiÓ significativamente la inhibition de las respuestas GABA inducidas por el DMCM. La falta de efectos de CPA, ESM y DMO sobre las respuestas GABA post-sinÁpticas sugiere que el incremento de la acciÓn GABA post-sinÁptica no es un mecanismo comÚn de actuatiÓn de las AEDs antiausencia. Todas las AEDs DZP, CGS 98% y ZK 912% revirtieron la reduction de las respuestas GABA producidas por el DMCM pero no las inducidas por el PTZ lo que sugiere que estos AEDs bloquean los ataques DMCM actuando sobre los receptores de la benzodiazepina. Sin embargo, puesto que el incremento de las respuestas GABA sÓlÓ se produce por el DZP, permanece todavia sin aclarar el por quÉ el CGS 98% y el ZK 912% bloquean los ataques producidos por el PTZ. ZUSAMMENFASSUNG Der Wirkmechansimus von Antiepileptika gegen generalisierte Absencen ist unklar. Antiabsencemittel sind generell wirkungs-voll gegen PTZ- und Methyl-6,7-Dimethoxy-4-Äthyl-P-Carbolin-Β-Carboxylat (DMCM) induzierte tierexperimentelle AnfÄlle, also von Medikamenten, die die GABA-erge Inhibition reduzieren. Es wurde vermutet, daß Antiabsencemittel die GABA-erge Inhibition verstÄrken. Wir untersuchten die Wirkung von verschiedenen Antiepileptika auf GABA-Antworten in spinalen MÄuseneuronen, die in Zellkulturen gew-achsen waren. Es wurden 4 Absencemittel untersucht: Ethosux-imid (ESM), Dimethadion (DMD), Sodium Valproat (VPA) und Diazepam (DZP). ZusÄtzlich wurden 2 experimentelle Antiepileptika, CGS 98% und ZK 912%, die gegen PTZ0 oder DMCM-induzierte AnfÄlle wirkungsvoll sind, eingeschlossen. Mogliche Wirkungen der Antiabsence- und experimentellen Antiepileptika auf PTZ- und DMCM-induzierte Hemmung der GABA-Antworten wurden ebenfalls ausgewertet. PTZ und DMCM zeigten eine konzentrationsabhÄngige reversible Reduktion der GABA-Antworten. PTZ zeigte eine komplette Hemmung der GABA-Antworten bei 10 mM (IC 50 1,1 mM), DMCM-Hemmung der GABA-Antworten zeigte ein Plateau von 39% der Kontroll-werte bei 1 uJtf (ICJO von 33 mAfl. ESM (1200 uJtf), DMD (6 mM), VPA (200 Μ M), CGS 98% (2 Μ M) und ZK 98% (2 Μ M) anderten nicht die GABA-Antworten. DZP verstarkte die GABA-Antworten konzentrationsabhangig. Die durch PTZ (1 mM) hervorgerufene Hemmung der GABA-Antworten war bei ESM (600 Μ M), DMD (6 mM), CGS 98% (1 mAO und ZK 3836 (1 mM) unverÄndert. ZusÄtliche Anwendung von VPA (200 mM) und PTZ (1 mM) verstÄrkten geringfÜgig den PTZ-Effekt. DZP (10 nM) kehrte die durch PTZ hervorgerufene Reduktion der GABA-Antworten um. Die durch DMCM (250 nM) hervorgerufene Hemmung der GABA-Antworten war durch ESM (600 Μ .M), DMD (2 mM) und VPA (200 Μ M ) unbeeinflusst. CGS 98% (2 Μ M) und ZK 912% (2 Μ M ) antagonisierten die DMCM-Wirkung. DZP (>10 nM) kehrte die durch DMCM-induzierte Hemmung der GABA-Antworten um. Das Fehlen einer Wirkung von VPA. ESM und DMD auf die postsynaptischen GABA-Antworten legen nahe, daß eine direkte VerstÄrkung der postsynaptischen GABA-Aktion kein gemeinsamer Mechanis-mus der Antiabsencemittel darstellt. Die Antiepileptika DZP, CGS 98% und ZK 912% kehrten die DMCM-Wirkung auf die GABA-Antworten um, jedoch nicht die von PTZ, was vermuten lapt, daß diese Antiepileptika die DMCM-AnfÄlle Über die Wirkung an den Benzodiazipin-Rezeptoren verhinderte. Da jedoch nur DZP GABA-Antworten verstarkte, ist unklar, in welcher Weise CGS 98% und ZK 912% die PTZ-AnfaUe ver-hinderten.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/65188/1/j.1528-1157.1989.tb05275.x.pd

Population based models of cortical drug response: insights from anaesthesia

A great explanatory gap lies between the molecular pharmacology of psychoactive agents and the neurophysiological changes they induce, as recorded by neuroimaging modalities. Causally relating the cellular actions of psychoactive compounds to their influence on population activity is experimentally challenging. Recent developments in the dynamical modelling of neural tissue have attempted to span this explanatory gap between microscopic targets and their macroscopic neurophysiological effects via a range of biologically plausible dynamical models of cortical tissue. Such theoretical models allow exploration of neural dynamics, in particular their modification by drug action. The ability to theoretically bridge scales is due to a biologically plausible averaging of cortical tissue properties. In the resulting macroscopic neural field, individual neurons need not be explicitly represented (as in neural networks). The following paper aims to provide a non-technical introduction to the mean field population modelling of drug action and its recent successes in modelling anaesthesia