Riluzole treatment modulates KCC2 and EAAT-2 receptor expression and Ca2+ accumulation following ventral root avulsion injury

Avulsion injury results in motoneuron death due to the increased excitotoxicity developing in the affected spinal segments. This study focused on possible short and long term molecular and receptor expression alterations which are thought to be linked to the excitotoxic events in the ventral horn with or without the anti-excitotoxic riluzole treatment. In our experimental model the left lumbar 4 and 5 (L4, 5) ventral roots of the spinal cord were avulsed. Treated animals received riluzole for 2 weeks. Riluzole is a compound that acts to block voltageactivated Na+ and Ca2+ channels. In control animals the L4, 5 ventral roots were avulsed without riluzole treatment. Expression of astrocytic EAAT-2 and that of KCC2 in motoneurons on the affected side of the L4 spinal segment were detected after the injury by confocal and dSTORM imaging, intracellular Ca2+ levels in motoneurons were quantified by electron microscopy. The KCC2 labeling in the lateral and ventrolateral parts of the L4 ventral horn was weaker compared with the medial part of L4 ventral horn in both groups. Riluzole treatment dramatically enhanced motoneuron survival but was not able to prevent the down-regulation of KCC2 expression in injured motoneurons. In contrast, riluzole successfully obviated the increase of intracellular calcium level and the decrease of EAAT-2 expression in astrocytes compared with untreated injured animals. We conclude that KCC2 may not be an essential component for survival of injured motoneurons and riluzole is able to modulate the intracellular level of calcium and expression of EAAT-2

Plasticités développementale et post-lésionnelle des co-transporteurs cation-chlorure KCC2 et NKCC1 dans la moelle épinière

Le GABA et la glycine, principaux neurotransmetteurs inhibiteurs de la moelle épinière adulte, jouent un rôle clé dans la plasticité neuronale. Ils peuvent être excitateurs selon la concentration en chlorure du neurone cible. Celle-ci est principalement régulée par les co-transporteurs, KCC2, spécifique des neurones et NKCC1, ubiquitaire. Ces protéines font respectivement sortir et entrer les ions chlorure. Au cours du développement, l’expression de KCC2 augmente alors que celle de NKCC1 diminue, au moment où l’effet des potentiels post-synaptiques inhibiteurs sur le potentiel de membrane des neurones passe d’une dépolarisation à une hyperpolarisation. Une lésion médullaire à P0 bloque cette augmentation développementale. Cela est corrélé à une perte de fonction de KCC2, laquelle est restaurée après traitement avec un agoniste des récepteurs 5-HT2, indiquant que les voies descendantes issues du tronc cérébral, en particulier sérotoninergique, sont essentielles à la maturation du système inhibiteur. Une lésion chez l’adulte, induit une diminution de l’expression KCC2, en particulier à la surface des motoneurones et de ce fait, de la force de l’inhibition post-synaptique. Le BDNF est impliqué dans cette diminution mais son effet s’inverse 15 jours après la lésion, permettant le réacheminement de KCC2 à la surface des cellules. La phosphorylation des tyrosines et sérines serait impliquée dans l’adressage et la stabilisation de KCC2 dans la membrane plasmique alors que celle des thréonines jouerait un rôle dans son activation fonctionnelle. Ces résultats indiquent que KCC2 est une cible de choix pour restaurer l’inhibition neuronale dans la moelle épinière après traumatisme.Le GABA et la glycine, principaux neurotransmetteurs inhibiteurs de la moelle épinière adulte, jouent un rôle clé dans la plasticité neuronale. Ils peuvent être excitateurs selon la concentration en chlorure du neurone cible. Celle-ci est principalement régulée par les co-transporteurs, KCC2, spécifique des neurones et NKCC1, ubiquitaire. Ces protéines font respectivement sortir et entrer les ions chlorure. Au cours du développement, l’expression de KCC2 augmente alors que celle de NKCC1 diminue, au moment où l’effet des potentiels post-synaptiques inhibiteurs sur le potentiel de membrane des neurones passe d’une dépolarisation à une hyperpolarisation. Une lésion médullaire à P0 bloque cette augmentation développementale. Cela est corrélé à une perte de fonction de KCC2, laquelle est restaurée après traitement avec un agoniste des récepteurs 5-HT2, indiquant que les voies descendantes issues du tronc cérébral, en particulier sérotoninergique, sont essentielles à la maturation du système inhibiteur. Une lésion chez l’adulte, induit une diminution de l’expression KCC2, en particulier à la surface des motoneurones et de ce fait, de la force de l’inhibition post-synaptique. Le BDNF est impliqué dans cette diminution mais son effet s’inverse 15 jours après la lésion, permettant le réacheminement de KCC2 à la surface des cellules. La phosphorylation des tyrosines et sérines serait impliquée dans l’adressage et la stabilisation de KCC2 dans la membrane plasmique alors que celle des thréonines jouerait un rôle dans son activation fonctionnelle. Ces résultats indiquent que KCC2 est une cible de choix pour restaurer l’inhibition neuronale dans la moelle épinière après traumatisme

Differential effects of spinal cord transection on glycinergic and GABAergic synaptic signaling in sub-lesional lumbar motoneurons

International audienceThis review takes stock on the impact of complete spinal cord transection (SCT) on the plasticity of inhibitory synaptic transmission on sub-lesional lumbar motoneurons (MNs), differentiating between studies in neonate and adult rats.After neonatal SCT, normal maturational up-regulation of glycine receptors was observed. On the other hand, the developmental downregulation of the GABAA receptors, as well as the up-regulation of the co-transporter KCC2 were prevented, but not the normal decrease of NKCC1.In adult SCT rats, glycinergic synaptic transmission, which is the major contributor to spinal MNs inhibition in adulthood, had normal control levels 2 months post-injury. On the other hand, the GABAergic transmission was altered through an up-regulation of the pre-signaling levels and a down-regulation in the density of post synaptic receptors. KCC2 membrane expression was down-regulated at all post-injury times tested (24h to 4 months), thereby depolarizing the Cl− equilibrium potential and reducing the strength of postsynaptic inhibition.The preservation of glycinergic pre- and post signaling is probably a key factor in the success of locomotor rehabilitation programs in adult SCT rats. However, these data highlight the need to develop strategies to restore KCC2 levels in lumbar MNs, to stabilize the excitation/inhibition balance, which is essential to the effective control of skeletal muscle activity

Plasticités développementale et post-lésionnelle des co-transporteurs cation-chlorure KCC2 et NKCC1 dans la moelle épinière

Le GABA et la glycine, principaux neurotransmetteurs inhibiteurs de la moelle épinière adulte, jouent un rôle clé dans la plasticité neuronale. Ils peuvent être excitateurs selon la concentration en chlorure du neurone cible. Celle-ci est principalement régulée par les co-transporteurs, KCC2, spécifique des neurones et NKCC1, ubiquitaire. Ces protéines font respectivement sortir et entrer les ions chlorure. Au cours du développement, l expression de KCC2 augmente alors que celle de NKCC1 diminue, au moment où l effet des potentiels post-synaptiques inhibiteurs sur le potentiel de membrane des neurones passe d une dépolarisation à une hyperpolarisation. Une lésion médullaire à P0 bloque cette augmentation développementale. Cela est corrélé à une perte de fonction de KCC2, laquelle est restaurée après traitement avec un agoniste des récepteurs 5-HT2, indiquant que les voies descendantes issues du tronc cérébral, en particulier sérotoninergique, sont essentielles à la maturation du système inhibiteur. Une lésion chez l adulte, induit une diminution de l expression KCC2, en particulier à la surface des motoneurones et de ce fait, de la force de l inhibition post-synaptique. Le BDNF est impliqué dans cette diminution mais son effet s inverse 15 jours après la lésion, permettant le réacheminement de KCC2 à la surface des cellules. La phosphorylation des tyrosines et sérines serait impliquée dans l adressage et la stabilisation de KCC2 dans la membrane plasmique alors que celle des thréonines jouerait un rôle dans son activation fonctionnelle. Ces résultats indiquent que KCC2 est une cible de choix pour restaurer l inhibition neuronale dans la moelle épinière après traumatisme.Le GABA et la glycine, principaux neurotransmetteurs inhibiteurs de la moelle épinière adulte, jouent un rôle clé dans la plasticité neuronale. Ils peuvent être excitateurs selon la concentration en chlorure du neurone cible. Celle-ci est principalement régulée par les co-transporteurs, KCC2, spécifique des neurones et NKCC1, ubiquitaire. Ces protéines font respectivement sortir et entrer les ions chlorure. Au cours du développement, l expression de KCC2 augmente alors que celle de NKCC1 diminue, au moment où l effet des potentiels post-synaptiques inhibiteurs sur le potentiel de membrane des neurones passe d une dépolarisation à une hyperpolarisation. Une lésion médullaire à P0 bloque cette augmentation développementale. Cela est corrélé à une perte de fonction de KCC2, laquelle est restaurée après traitement avec un agoniste des récepteurs 5-HT2, indiquant que les voies descendantes issues du tronc cérébral, en particulier sérotoninergique, sont essentielles à la maturation du système inhibiteur. Une lésion chez l adulte, induit une diminution de l expression KCC2, en particulier à la surface des motoneurones et de ce fait, de la force de l inhibition post-synaptique. Le BDNF est impliqué dans cette diminution mais son effet s inverse 15 jours après la lésion, permettant le réacheminement de KCC2 à la surface des cellules. La phosphorylation des tyrosines et sérines serait impliquée dans l adressage et la stabilisation de KCC2 dans la membrane plasmique alors que celle des thréonines jouerait un rôle dans son activation fonctionnelle. Ces résultats indiquent que KCC2 est une cible de choix pour restaurer l inhibition neuronale dans la moelle épinière après traumatisme.AIX-MARSEILLE2-Bib.electronique (130559901) / SudocSudocFranceF

Early Hypoexcitability in a Subgroup of Spinal Motoneurons in Superoxide Dismutase 1 Transgenic Mice, a Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis

International audienc