Ghrelin Stimulation of Growth Hormone-Releasing Hormone Neurons Is Direct in the Arcuate Nucleus

International audienceGhrelin targets the arcuate nucleus, from where growth hormone releasing hormone (GHRH) neurones trigger GH secretion. This hypothalamic nucleus also contains neuropeptide Y (NPY) neurons which play a master role in the effect of ghrelin on feeding. Interestingly, connections between NPY and GHRH neurons have been reported, leading to the hypothesis that the GH axis and the feeding circuits might be co-regulated by ghrelin.Here, we show that ghrelin stimulates the firing rate of identified GHRH neurons, in transgenic GHRH-GFP mice. This stimulation is prevented by growth hormone secretagogue receptor-1 antagonism as well as by U-73122, a phospholipase C inhibitor and by calcium channels blockers. The effect of ghrelin does not require synaptic transmission, as it is not antagonized by gamma-aminobutyric acid, glutamate and NPY receptor antagonists. In addition, this hypothalamic effect of ghrelin is independent of somatostatin, the inhibitor of the GH axis, since it is also found in somatostatin knockout mice. Indeed, ghrelin does not modify synaptic currents of GHRH neurons. However, ghrelin exerts a strong and direct depolarizing effect on GHRH neurons, which supports their increased firing rate. Thus, GHRH neurons are a specific target for ghrelin within the brain, and not activated secondary to altered activity in feeding circuits. These results support the view that ghrelin related therapeutic approaches could be directed separately towards GH deficiency or feeding disorders

Histamine H-3 Receptors Decrease Dopamine Release in the Ventral Striatum by Reducing the Activity of Striatal Cholinergic Interneurons

Histamine H-3 receptors are widely distributed Gi-coupled receptors whose activation reduces neuronal activity and inhibits release of numerous neurotransmitters. Although these receptors are abundantly expressed in the striatum, their modulatory role on activity-dependent dopamine release is not well understood. Here, we observed that histamine H-3 receptor activation indirectly diminishes dopamine overflow in the ventral striatum by reducing cholinergic interneuron activity. Acute brain slices from C57BL/6 or channelrhodopsin-2-transfected DAT-cre mice were obtained, and dopamine transients evoked either electrically or optogenetically were measured by fast-scan cyclic voltammetry. The H-3 agonist alpha-methylhistamine significantly reduced electrically-evoked dopamine overflow, an effect blocked by the nicotinic acetylcholine receptor antagonist dihydro-beta-erythroidine, suggesting involvement of cholinergic interneurons. None of the drug treatments targeting H-3 receptors affected optogenetically evoked dopamine overflow, indicating that direct H-3-modulation of dopaminergic axons is unlikely. Next, we used qPCR and confirmed the expression of histamine H-3 receptor mRNA in cholinergic interneurons, both in ventral and dorsal striatum. Activation of H-3 receptors by alpha-methylhistamine reduced spontaneous firing of cholinergic interneurons in the ventral, but not in the dorsal striatum. Resting membrane potential and number of spontaneous action potentials in ventral-striatal cholinergic interneurons were significantly reduced by alpha-methylhistamine. Acetylcholine release from isolated striatal synaptosomes, however, was not altered by alpha-methylhistamine. Together, these results indicate that histamine H-3 receptors are important modulators of dopamine release, specifically in the ventral striatum, and that they do so by decreasing the firing rate of cholinergic neurons and, consequently, reducing cholinergic tone on dopaminergic axons. (C) 2018 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.Peer reviewe

Défauts hypothalamiques après traumatisme crânien

Les travaux de cette thèse ont porté sur le contrôle des neurones à GHRH dans des conditions physiologiques et pathologiques. Le but étant de caractériser les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le fonctionnement ou dérégulations du réseau de neurones à GHRH. Ces neurones sont les principaux stimulateurs de la libération de l’hormone de croissance (GH). Nous avons d’abord montré que l’axe de la croissance et de l’appétit peuvent être régulés indépendamment au niveau de l’hypothamus. En effet, la ghréline, seule hormone produite par le tractus gastro-intestinal et connue pour stimuler la libération de GH en agissant principalement sur les neurones GHRH, stimule ces derniers de manière uniquement directe. Ces effets sont indépendants de ceux qu’elle exerce sur les neurones voisins à NPY, orexigéniques. De plus, la ghréline et les GHS (agonistes sélectifs du récepteur de la ghréline) ne changent pas le mode de décharge électrique des neurones à GHRH ni ne les synchronise. Enfin, ces effets ne présentent pas de dimorphisme sexuel. Dans un second temps, la somatostatine, principal inhibiteur de l’axe GH, induit un rythme d’activité électrique des neurones à GHRH médié par les récepteurs de sous-type SST1 et SST2. Ces effets sont donc temps-dépendants, et aussi sexuellement dimorphiques. Ils sont probablement impliqués dans la modulation de la pulsatilité ultradienne de la libération de GH. Enfin, après un traumatisme crânien, nous observons un déficit de la libération de GH qui apparaît tôt et est soutenu, comme ceux observés chez l’humain. Aucune inflammation ni changement histologique n’a été observe dans l’hypophyse. Cependant, l’inflammation, impliquant une réaction tanycytaire, microgliale, astrocytaire, est présente dans le noyau arqué et l’éminence médiane (EM), ou sont respectivement présents les corps cellulaires et terminaisons des neurones à GHRH. Ceci est lié à des changements morpho-fonctionnels de l’EM (augmentation perméabilité, rupture des barrières tanycytaires). Aucun changement n’a été observé dans le noyau périventriculaire, où sont localisés les neurones à somatostatine. Enfin, les propriétés électriques passives des neurones à GHRH ne sont pas modifiées. En conclusion, une dérégulation de leur activité au niveau des terminaisons nerveuses doit expliquer les défauts posttraumatiques de libération de GH.The works of this thesis were interested in the control of the hypothalamic GHRH neurons in physiological and pathological conditions. The goal was to clarify the molecular and cellular mechanisms involved in the control or impairments of GHR neuronal network functions. These neurons are the main stimulators of the GH release. We first showed that the hypothalamic growth axis could be regulated independently from the feeding network. Indeed, GHRH neurons are directly stimulated by ghrelin, which is the only hormone produced by the gastrointestinal tract known to stimulate the GH release through acting mainly on GHRH neurons. These effects are independent from its orexigenic effects exerted on the neighbourings NPY neurons. In addition, ghrelin and GHS (synthetic ghrelin receptor agonists) don’t change neither the firing rate of GHRH neurons, nor synchronize them. These effects are not gender-dependant; by contrast, Somatostatin, the major GH axis inhibitor, generates a sexual dimorphic and rhythmic inhibition of the GHRH neurons electrical activity mediated by its SST1 and SST2 receptors subtypes. These effects are so time-dependant direct and indirect effects and can probably be involved in the generation of the ultradian rhythm of the GH release. After a traumatic brain injury, we found an early and sustained deficiency of the GH release, like those observed in human. No pathological changes are visible in the pituitary gland. Inflammation occurs at the arcuate nucleus, and mainly at the median eminence levels; it involves a strong astrocyte reaction, tanycytes, and microglial and (or) infiltrated immune cells activations. These changes elicit morpho-functional impairments of the median eminence, permeability and leakage of the tanycyte barrier between the blood, CSF and Arc; at the opposite, nothing occur at the periventricular level, where are located SST neurons. Neither the number of GHRH neurons, neither their passive electrophysiological properties changed. Impairments of the activities of the GHRH nerve terminals, maybe associated to impairments of their regulated activity, must explain a GH deficiency

Défauts hypothalamiques après traumatisme crânien

Les travaux de cette thèse ont porté sur le contrôle des neurones à GHRH dans des conditions physiologiques et pathologiques. Le but étant de caractériser les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le fonctionnement ou dérégulations du réseau de neurones à GHRH. Ces neurones sont les principaux stimulateurs de la libération de l’hormone de croissance (GH). Nous avons d’abord montré que l’axe de la croissance et de l’appétit peuvent être régulés indépendamment au niveau de l’hypothamus. En effet, la ghréline, seule hormone produite par le tractus gastro-intestinal et connue pour stimuler la libération de GH en agissant principalement sur les neurones GHRH, stimule ces derniers de manière uniquement directe. Ces effets sont indépendants de ceux qu’elle exerce sur les neurones voisins à NPY, orexigéniques. De plus, la ghréline et les GHS (agonistes sélectifs du récepteur de la ghréline) ne changent pas le mode de décharge électrique des neurones à GHRH ni ne les synchronise. Enfin, ces effets ne présentent pas de dimorphisme sexuel. Dans un second temps, la somatostatine, principal inhibiteur de l’axe GH, induit un rythme d’activité électrique des neurones à GHRH médié par les récepteurs de sous-type SST1 et SST2. Ces effets sont donc temps-dépendants, et aussi sexuellement dimorphiques. Ils sont probablement impliqués dans la modulation de la pulsatilité ultradienne de la libération de GH. Enfin, après un traumatisme crânien, nous observons un déficit de la libération de GH qui apparaît tôt et est soutenu, comme ceux observés chez l’humain. Aucune inflammation ni changement histologique n’a été observe dans l’hypophyse. Cependant, l’inflammation, impliquant une réaction tanycytaire, microgliale, astrocytaire, est présente dans le noyau arqué et l’éminence médiane (EM), ou sont respectivement présents les corps cellulaires et terminaisons des neurones à GHRH. Ceci est lié à des changements morpho-fonctionnels de l’EM (augmentation perméabilité, rupture des barrières tanycytaires). Aucun changement n’a été observé dans le noyau périventriculaire, où sont localisés les neurones à somatostatine. Enfin, les propriétés électriques passives des neurones à GHRH ne sont pas modifiées. En conclusion, une dérégulation de leur activité au niveau des terminaisons nerveuses doit expliquer les défauts posttraumatiques de libération de GH.The works of this thesis were interested in the control of the hypothalamic GHRH neurons in physiological and pathological conditions. The goal was to clarify the molecular and cellular mechanisms involved in the control or impairments of GHR neuronal network functions. These neurons are the main stimulators of the GH release. We first showed that the hypothalamic growth axis could be regulated independently from the feeding network. Indeed, GHRH neurons are directly stimulated by ghrelin, which is the only hormone produced by the gastrointestinal tract known to stimulate the GH release through acting mainly on GHRH neurons. These effects are independent from its orexigenic effects exerted on the neighbourings NPY neurons. In addition, ghrelin and GHS (synthetic ghrelin receptor agonists) don’t change neither the firing rate of GHRH neurons, nor synchronize them. These effects are not gender-dependant; by contrast, Somatostatin, the major GH axis inhibitor, generates a sexual dimorphic and rhythmic inhibition of the GHRH neurons electrical activity mediated by its SST1 and SST2 receptors subtypes. These effects are so time-dependant direct and indirect effects and can probably be involved in the generation of the ultradian rhythm of the GH release. After a traumatic brain injury, we found an early and sustained deficiency of the GH release, like those observed in human. No pathological changes are visible in the pituitary gland. Inflammation occurs at the arcuate nucleus, and mainly at the median eminence levels; it involves a strong astrocyte reaction, tanycytes, and microglial and (or) infiltrated immune cells activations. These changes elicit morpho-functional impairments of the median eminence, permeability and leakage of the tanycyte barrier between the blood, CSF and Arc; at the opposite, nothing occur at the periventricular level, where are located SST neurons. Neither the number of GHRH neurons, neither their passive electrophysiological properties changed. Impairments of the activities of the GHRH nerve terminals, maybe associated to impairments of their regulated activity, must explain a GH deficiency