Wpływ pH na efekt modulacji aktywności kanałów potasowych Kvl .3 przez jony cynku

Przy zastosowaniu techniki patch-clamp w konfiguracji whole-cell prowadzono badania nad wpływem zewnątrzkomórkowego pH na efekt modulacyjny wywierany na kanały Kvl.3 przez jony cynku. Stwierdzono, że obniżenie pH z 7.35 do 6.8 spowodowało znaczące przesunięcie napięciowej zależności aktywacji badanych kanałów w stronę dodatnich wartości potencjału błonowego oraz zmniejszenie szybkości ich aktywacji. Stwierdzono też, że obniżenie pH z 7.35 do 6.8 nie miało istotnego wpływu na przesunięcie napięciowej zależności aktywacji kanałów Kvl.3 w stronę dodatnich wartości potencjału błonowego, zmniejszenie amplitudy prądów potasowych oraz spowolnienie ich aktywacji zachodzące podczas aplikacji jonów cynku w stężeniu 100 цМ. Całkowite przesunięcie napięciowej zależności aktywacji, jak również spowolnienie szybkości aktywacji kanałów pod wpływem działania obydwu wyżej wspomnianych czynników było istotnie większe od zmian spowodowanych przez aplikację jonów cynku bez zmiany pH. Generalnie, otrzymane wyniki pokazały, że addytywne efekty modulacyjne wywierane na kanały Kvl.3 przez jony cynku i protony mogą zachodzić przy wartościach zewnątrzkomórkowego pH i przy stężeniach jonów cynku osiągalnych w warunkach fizjologicznych.Zadanie pt. „Digitalizacja i udostępnienie w Cyfrowym Repozytorium Uniwersytetu Łódzkiego kolekcji czasopism naukowych wydawanych przez Uniwersytet Łódzki” nr 885/P-DUN/2014 dofinansowane zostało ze środków MNiSW w ramach działalności upowszechniającej naukę

Editorial: Neuroplasticity and Extracellular Proteolysis

Neuroplasticity refers to the ability of the Central Nervous System (CNS) to alter its structure and function in response to a variety of physiological and pathological processes such as development, cognition, injury or neurological diseases. Since more than four decades, studies on synaptic plasticity in the context of memory and learning attracted a remarkable interest. Soon after first seminal works on synaptic plasticity were published, research in this field was extended by studies on non-synaptic as wells as structural plasticity towards a goal to understand cellular and molecular determinants of cognition. Over the past two decades, yet two additional crucial players in neuroplastic phenomena started to be intensely investigated – glial cells and the extracellular matrix (ECM). Growing awareness that glial cells, especially astrocytes, are important regulators of synaptic functions gave rise to a novel concept of a tri-partite synapse. Also, over the last two decades, a growing body of evidence has accumulated that the extracellular matrix (ECM) in the brain is strongly involved in regulation of neurons, in particular, in synaptic plasticity. Thus, a concept of tetra-partite synapse was put forward by some neuroscientists. The cross-talk between neuron-glia-ECM system involves enzymatic degradation of proteins or peptides and amino acids occurring in each of these brain constituents by means of a variety of proteases. Importantly, it has been realized that proteases such as serine proteases and matrix metalloproteinases, not only accompany “robust” phenomena such as cell division, or development or neurodegnerative conditions but may play a very subtle signaling functions, particularly important in memory acquisition. Indeed, the repertoire of substrates for these enzymes covers a wide variety of proteins known to play important role in the neuroplastic phenomena (e.g. BDNF, TNF-a, ephrin systems, various cell adhesion molecules, etc.). In result, the role of metalloproteinases and such serine proteases as tissue plasminogen activator (tPA), neuropsin or neurotrypsin in synaptic plasticity as well as in learning and memory has been particularly well demonstrated. It needs to be emphasized, however, that in spite of a remarkable progress in this field, several basic questions regarding molecular and cellular mechanisms remain unanswered. Potential involvement of so many important players (various proteases and their substrates in neurons, glia and in ECM) points to an enormous potential for plasticity phenomena but makes also studies into underlying mechanisms particularly difficult. In the proposed Research Topic we provide both review of the current state of the art and present some original reports on specific aspects of the role of proteolysis in neuroplasticity phenomena. The present ebook starts with extensive reviews describing involvement of proteolysis not only in synaptic plasticity but also in regulating endogenous excitability and structural changes at the network, cellular and subcellular levels. Cross-talk between neuroplasticity and proteolysis is also emphasized in the context of development and in relation to various pathologies. Whereas in the first part of the present ebook, the major focus is on metalloproteinases, the successive articles address the role of neuropsin and thrombin. The Research Topic is concluded with a series of articles describing the components of extracellular matrix and adhesion proteins and their elaboration by mechanisms dependent directly or indirectly on proteolysis. We do hope that the present ebook will further stimulate the interest in the fascinating investigations into neuroplasticity-proteolysis cross-talk

Wpływ ß-cyclodekstryny na kinetykę zmian konformacyjnych receptora GABAa w hodowanych neuronach hipokampalnych szczura

Cyklodekstryny (CD) są szeroko stosowanymi nanostrukturami, zawierającymi w swojej budowie elementy hydrofobowe i hydrofilowe, dzięki czemu m ogą silnie oddziaływać ze składnikami błon biologicznych. W prezentowanej pracy zbadany został wpływ ßCD na receptory GABAa w hodowanych neuronach hipokampalnych szczura. W tym celu zmierzono odpowiedzi prądowe na ultraszybkie aplikacje GABA. Analiza danych pomiarowych wykazała, że ßCD silnie wpływa na kinetykę zmian konformacyjnych receptora GABAa głównie poprzez modulację procesu desensytyzacji i wiązania agonisty. Niniejsze wyniki wskazują na to, że ßCD może silnie modulować białka błonowe, przez co nie powinna być uważana jako obojętny nośnik substancji hydrofobowych.Praca dofinansowana przez KBN grant nr PBZ-MIN-001/P05/28Zadanie pt. „Digitalizacja i udostępnienie w Cyfrowym Repozytorium Uniwersytetu Łódzkiego kolekcji czasopism naukowych wydawanych przez Uniwersytet Łódzki” nr 885/P-DUN/2014 dofinansowane zostało ze środków MNiSW w ramach działalności upowszechniającej naukę

Napięciowa zależność kinetyki prądów GABA ergicznych mierzonych przy różnych wartościach zewnątrzkomórkowego pH

Zmiany wartości napięcia błonowego i stężenia jonów wodorowych to jedne z najbardziej powszechnych czynników modulujących układy biologiczne, szczególnie komórki nerwowe. Wiele doniesień literaturowych wskazuje, że zarówno potencjał błonowy jak i zmiana stężenia jonów wodorowych wpływają na kinetykę prądów GABAergicznych, ale zagadnienie równoczesnej modulacji przez oba te czynniki nie zostało zbadane. W niniejszej pracy dokonaliśm y opisu wpływu napięcia błonowego i zewnątrzkomórkowego pH w zakresie od 6.0 do 8.0 na kinetykę receptora GABAa. Otrzymane wyniki wskazują na brak istotnego wpływu napięcia na kinetykę odpowiedzi prądowych mierzonych w kwaśnym pH, natom iast silna modulacja przez napięcie dotyczyła odpowiedzi prądowych rejestrowanych w pH=7.2 i 8.0.Praca dofinansowana przez Wellcome Trust International Senior Research Fellowship in Biomedical Science (Grant Nr 070231/Z/03/Z).Zadanie pt. „Digitalizacja i udostępnienie w Cyfrowym Repozytorium Uniwersytetu Łódzkiego kolekcji czasopism naukowych wydawanych przez Uniwersytet Łódzki” nr 885/P-DUN/2014 dofinansowane zostało ze środków MNiSW w ramach działalności upowszechniającej naukę

Impact of Synaptic Neurotransmitter Concentration Time Course on the Kinetics and Pharmacological Modulation of Inhibitory Synaptic Currents

The time course of synaptic currents is a crucial determinant of rapid signaling between neurons. Traditionally, the mechanisms underlying the shape of synaptic signals are classified as pre- and post-synaptic. Over the last two decades, an extensive body of evidence indicated that synaptic signals are critically shaped by the neurotransmitter time course which encompasses several phenomena including pre- and post-synaptic ones. The agonist transient depends on neurotransmitter release mechanisms, diffusion within the synaptic cleft, spill-over to the extra-synaptic space, uptake, and binding to post-synaptic receptors. Most estimates indicate that the neurotransmitter transient is very brief, lasting between one hundred up to several hundreds of microseconds, implying that post-synaptic activation is characterized by a high degree of non-equilibrium. Moreover, pharmacological studies provide evidence that the kinetics of agonist transient plays a crucial role in setting the susceptibility of synaptic currents to modulation by a variety of compounds of physiological or clinical relevance. More recently, the role of the neurotransmitter time course has been emphasized by studies carried out on brain slice models that revealed a striking, cell-dependent variability of synaptic agonist waveforms ranging from rapid pulses to slow volume transmission. In the present paper we review the advances on studies addressing the impact of synaptic neurotransmitter transient on kinetics and pharmacological modulation of synaptic currents at inhibitory synapses

Wpływ fłurazepamu i zewnątrzkomórkowego pH na amplitudę i kinetykę GABA ergicznych prądów synaptycznych w hodowanych neuronach z hipokampa szczura

Stężenie jonów wodorowych (pH) i benzodiazepiny (BDZ) są czynnikami modulującymi receptory GABAa. W szczególności, wartość pH środowiska zewnątrzkomórkowego może zmieniać się w zależności od stanu fizjologicznego lub patologicznego. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań wpływu flurazepamu (benzodiazepiny) przy różnych wartościach zewnątrzkomórkowego pH (z zakresu 5.5 - 7.2) na amplitudę miniaturowych GABA-ergicznych inhibujących prądów synaptycznych (mIPSCs). Stwierdzono, że obecność flurazepamu prowadzi do zwiększenia amplitudy mIPSCs, ale efekt ten zależy od pH i je st największy przy silnie kwaśnych wartościach. Wpływ flurazepamu na amplidudę mIPSC osiąga nasycenie przy stężeniu ok. I цМ dla wszystkich badanych wartości pH. Wyniki te wskazują na to, że modulacja Prądów GABAergicznych przez benzodiazepiny jest zależna od odczynu środowiska.Praca dofinansowana przez KBN grant nr PBZ-M1N-001/P05/28Zadanie pt. „Digitalizacja i udostępnienie w Cyfrowym Repozytorium Uniwersytetu Łódzkiego kolekcji czasopism naukowych wydawanych przez Uniwersytet Łódzki” nr 885/P-DUN/2014 dofinansowane zostało ze środków MNiSW w ramach działalności upowszechniającej naukę

Bidirectional plasticity of GABAergic tonic inhibition in hippocampal somatostatin- and parvalbumin-containing interneurons

GABAA receptors present in extrasynaptic areas mediate tonic inhibition in hippocampal neurons regulating the performance of neural networks. In this study, we investigated the effect of NMDA-induced plasticity on tonic inhibition in somatostatin- and parvalbumin-containing interneurons. Using pharmacological methods and transgenic mice (SST-Cre/PV-Cre x Ai14), we induced the plasticity of GABAergic transmission in somatostatin- and parvalbumin-containing interneurons by a brief (3 min) application of NMDA. In the whole-cell patch-clamp configuration, we measured tonic currents enhanced by specific agonists (etomidate or gaboxadol). Furthermore, in both the control and NMDA-treated groups, we examined to what extent these changes depend on the regulation of distinct subtypes of GABAA receptors. Tonic conductance in the somatostatin-containing (SST+) interneurons is enhanced after NMDA application, and the observed effect is associated with an increased content of α5-containing GABAARs. Both fast-spiking and non–fast-spiking parvalbumin-positive (PV+) cells showed a reduction of tonic inhibition after plasticity induction. This effect was accompanied in both PV+ interneuron types by a strongly reduced proportion of δ-subunit-containing GABAARs and a relatively small increase in currents mediated by α5-containing GABAARs. Both somatostatin- and parvalbumin-containing interneurons show cell type-dependent and opposite sign plasticity of tonic inhibition. The underlying mechanisms depend on the cell-specific balance of plastic changes in the contents of α5 and δ subunit-containing GABAARs

Declusterization of GABAA receptors affects the kinetic properties of GABAergic currents in cultured hippocampal neurons.

Speed and reliability of synaptic transmission are essential for information coding in neuronal networks and require the presence of clustered neurotransmitter receptors at the plasma membrane in precise apposition to presynaptic terminals. Receptor clusterization is the result of highly regulated processes involving functional and structural proteins. Among the structural elements, microtubules are known to play a crucial role in anchoring of gamma-aminobutyric acid, type A (GABA(A)) receptors. Here we show that microtubule depolymerization with nocodazole induces the declusterization of GABA(A) receptors and modifies the kinetic properties of GABAergic currents in cultured hippocampal neurons. In particular, this drug, applied either in the bath or via the patch pipette, induced the acceleration of the onset kinetics of miniature inhibitory postsynaptic currents (mIPSCs) without significantly affecting their frequency, thus suggesting a main postsynaptic site of action. After nocodazole treatment, current responses to ultrafast applications of GABA exhibited a faster rise time and an accelerated onset of desensitization. A quantitative analysis of GABA-evoked currents and model simulations suggest that declusterization affects the gating properties of GABA(A) receptors. In particular, a faster entry into the desensitized state of declustered GABA(A) receptors may account for the changes in the kinetic properties of mIPSCs after nocodazole treatment. Hence it appears that the clustered condition of GABA(A) receptors contributes in shaping GABAergic currents