Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

University of Bonn

Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. (DZNE)

The development of resistance to pharmacological treatment is common to many human diseases. In chronic epilepsy, many patients develop resistance to anticonvulsant drug treatment during the course of their disease, with the underlying mechanisms remaining unclear. We have studied cellular mechanisms underlying drug resistance in resected hippocampal tissue from patients with temporal lobe epilepsy by comparing two groups of patients, the first displaying a clinical response to the anticonvulsant carbamazepine and a second group with therapy-resistant seizures. Using patch-clamp recordings, we show that the mechanism of action of carbamazepine, use-dependent block of voltage-dependent Na(+) channels, is completely lost in carbamazepine-resistant patients. Likewise, seizure activity elicited in human hippocampal slices is insensitive to carbamazepine. In marked contrast, carbamazepine-induced use-dependent block of Na(+) channels and blocked seizure activity in vitro in patients clinically responsive to this drug. Consistent with these results in human patients, we also show that use-dependent block of Na(+) channels by carbamazepine is absent in chronic experimental epilepsy. Taken together, these data suggest that a loss of Na(+) channel drug sensitivity may constitute a novel mechanism underlying the development of drug-resistant epilepsy.

A novel mechanism underlying drug resistance in chronic epilepsy.

Le d&eacute;veloppement de r&eacute;sistance au traitement pharmacologique est commun &agrave; plusieurs maladies humaines. Dans l&#39;&eacute;pilepsie chronique, de nombreux patients d&eacute;veloppent la r&eacute;sistance aux traitements m&eacute;dicamenteux anticonvulsivant au cours de leur maladie, avec les m&eacute;canismes sous-jacents restent peu claires. Nous avons &eacute;tudi&eacute; les m&eacute;canismes cellulaires qui sous&#x2011;tendent la r&eacute;sistance aux m&eacute;dicaments dans les tissus r&eacute;s&eacute;qu&eacute;s hippocampe provenant de patients atteints d&#39;&eacute;pilepsie du lobe temporal en comparant deux groupes de patients, le premier affichant une r&eacute;ponse clinique &agrave; la carbamaz&eacute;pine anticonvulsivant et un second groupe pr&eacute;sentant des convulsions r&eacute;sistantes aux traitements. En utilisant des enregistrements de patch-clamp, nous montrons que le m&eacute;canisme d&#39;action de la carbamaz&eacute;pine, bloc d&eacute;pendant de l&#39;utilisation des canaux de Na de voltage-d&eacute;pendants, est totalement perdu chez les patients r&eacute;sistants &agrave; la carbamaz&eacute;pine. De m&ecirc;me, les convulsions induites dans des tranches d&#39;hippocampe humains sont insensible &agrave; la carbamaz&eacute;pine. En contraste, d&eacute;pendant de l&#39;utilisation induite par la carbamaz&eacute;pine bloquer des canaux Na et saisie bloqu&eacute; l&#39;activit&eacute; in vitro chez des patients cliniquement sensibles &agrave; ce m&eacute;dicament. En accord avec ces r&eacute;sultats chez des patients humains, nous montrent aussi ce bloc d&eacute;pendant de l&#39;utilisation de na canaux par la carbamaz&eacute;pine est absent dans l&#39;&eacute;pilepsie exp&eacute;rimentale chronique. Ensemble, ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent qu&#39;une perte de sensibilit&eacute; aux m&eacute;dicaments canal na peut constituer un nouveau m&eacute;canisme qui sous-tend le d&eacute;veloppement d&#39;une &eacute;pilepsie pharmacor&eacute;sistante.

Un nouveau m&eacute;canisme qui sous-tend la pharmacor&eacute;sistance en &eacute;pilepsie chronique.

Lo sviluppo della resistenza al trattamento farmacologico &egrave; comune a molte malattie umane. Nell&#39;epilessia cronica, molti pazienti sviluppano resistenza al trattamento farmaco anticonvulsivante nel corso della loro malattia, con i meccanismi sottostanti rimane poco chiaro. Abbiamo studiato meccanismi cellulari sottostanti farmacoresistenza in resecati tessuto ippocampale nei pazienti con epilessia del lobo temporale confrontando due gruppi di pazienti, la visualizzazione di prima una risposta clinica per la carbamazepina anticonvulsivante e un secondo gruppo con convulsioni terapia-resistente. Utilizzando registrazioni di patch-clamp, ci mostrano che il meccanismo d&#39;azione della carbamazepina, blocco uso-dipendente dei canali Na(+)-voltaggio-dipendente, &egrave; completamente perso nei pazienti carbamazepina-resistenti. Allo stesso modo, attivit&agrave; di sequestro hanno suscitato in fette dell&#39;ippocampo umani &egrave; insensibile alla carbamazepina. In contrasto, uso-dipendente indotta da carbamazepina bloccare dei canali Na(+) e sequestro bloccate attivit&agrave; in vitro nei pazienti clinicamente sensibili a questo farmaco. Coerentemente con questi risultati in pazienti umani, ci mostrano anche che il blocco uso-dipendente dei Na(+) canali di carbamazepina &egrave; assente nell&#39;epilessia sperimentale cronica. Presi insieme, questi dati suggeriscono che una perdita di Na(+) canale farmaco sensibilit&agrave; possa costituire un romanzo meccanismo sottostante lo sviluppo di epilessia farmaco-resistente.

Un romanzo meccanismo sottostante farmacoresistenza in epilessia cronica.

Voltage-gated Na+ channels are a main target of many first-line anticonvulsant drugs and their mechanism of action has been extensively investigated in cell lines and native neurons. Nevertheless, it is unknown whether the efficacy of these drugs might be altered following chronic epileptogenesis. We have, therefore, analysed the effects of phenytoin (100 micro m), lamotrigine (100 micro m) and valproate (600 micro m) on Na+ currents in dissociated rat hippocampal granule neurons in the pilocarpine model of chronic epilepsy. In control animals, all three substances exhibited modest tonic blocking effects on Na+ channels in their resting state. These effects of phenytoin and lamotrigine were reduced (by 77 and 64%) in epileptic compared with control animals. Phenytoin and valproate caused a shift in the voltage dependence of fast inactivation in a hyperpolarizing direction, while all three substances shifted the voltage dependence of activation in a depolarizing direction. The anticonvulsant effects on Na+ channel voltage dependence proved to be similar in control and epileptic animals. The time course of fast recovery from inactivation was potently slowed by lamotrigine and phenytoin in control animals, while valproate had no effect. Interestingly, the effects of phenytoin on fast recovery from inactivation were significantly reduced in chronic epilepsy. Taken together, these results reveal that different anticonvulsant drugs may exert a distinct pattern of effects on native Na+ channels. Furthermore, the reduction of phenytoin and, to a less pronounced extent, lamotrigine effects in chronic epilepsy raises the possibility that reduced pharmacosensitivity of Na+ channels may contribute to the development of drug resistance.

Anticonvulsant pharmacology of voltage-gated Na+ channels in hippocampal neurons of control and chronically epileptic rats.

Canaux Na + voltage-d&eacute;pendants sont la cible principale des nombreux anticonvulsivants en premi&egrave;re ligne et leur m&eacute;canisme d&#39;action a &eacute;t&eacute; largement &eacute;tudi&eacute;e dans les lign&eacute;es de cellules et de neurones natifs. N&eacute;anmoins, on ne sait pas si l&#39;efficacit&eacute; de ces m&eacute;dicaments peut &ecirc;tre modifi&eacute;e suite &eacute;pileptogen&egrave;se chronique. Nous avons, par cons&eacute;quent, a analys&eacute; les effets de la ph&eacute;nyto&iuml;ne (100 m micro), lamotrigine (100 m micro) et valproate (600 m micro) sur courants Na + dans les neurones hippocampiques granule rat dissoci&eacute;es dans le mod&egrave;le de pilocarpine d&#39;&eacute;pilepsie chronique. Chez les animaux t&eacute;moins, les trois substances pr&eacute;sentaient des effets de blocage tonique modeste sur les canaux Na + &agrave; leur &eacute;tat de repos. Ces effets de la ph&eacute;nyto&iuml;ne et la lamotrigine ont &eacute;t&eacute; r&eacute;duites (de 77 et 64 %) dans la crise d&#39;&eacute;pilepsie par rapport aux animaux t&eacute;moins. Ph&eacute;nyto&iuml;ne et valproate provoque un d&eacute;placement dans la d&eacute;pendance de la tension de l&#39;inactivation rapide dans une direction hyperpolarisante, tandis que les trois substances d&eacute;cal&eacute; la d&eacute;pendance de la tension d&#39;activation en direction d&eacute;polarisante. Les effets des anticonvulsivants sur la d&eacute;pendance de tension canal Na + s&#39;est av&eacute;r&eacute;e similaire chez les animaux de contr&ocirc;le et d&#39;&eacute;pilepsie. L&#39;&eacute;volution temporelle de la r&eacute;cup&eacute;ration rapide de l&#39;inactivation a &eacute;t&eacute; a fortement ralentie par la lamotrigine et la ph&eacute;nyto&iuml;ne chez les animaux t&eacute;moins, tandis que le valproate n&#39;a eu aucun effet. Fait int&eacute;ressant, les effets de la ph&eacute;nyto&iuml;ne sur un r&eacute;tablissement rapide de l&#39;inactivation ont chut&eacute; dans l&#39;&eacute;pilepsie chronique. Pris ensemble, ces r&eacute;sultats r&eacute;v&egrave;lent que les m&eacute;dicaments anticonvulsivants diff&eacute;rents pourraient exercer un dessin distinct des effets sur les canaux Na + natives. En outre, la r&eacute;duction de la ph&eacute;nyto&iuml;ne et, de fa&ccedil;on moins prononc&eacute;e, lamotrigine effets en soul&egrave;ve une &eacute;pilepsie chronique la possibilit&eacute; qui r&eacute;duit les pharmacosensitivity des canaux Na + peut contribuer au d&eacute;veloppement de la r&eacute;sistance aux m&eacute;dicaments.

Pharmacologie anticonvulsivant de canaux Na + voltage-d&eacute;pendants dans les neurones de l&#39;hippocampe de rats t&eacute;moins et chroniquement &eacute;pileptiques.

Canali Na + voltaggio-dipendenti sono un bersaglio principale di molti farmaci di prima linea anticonvulsivante e loro meccanismo d&#39;azione &egrave; stato ampiamente studiato in linee di cellule e neuroni nativi. Tuttavia, non si sa se l&#39;efficacia di questi farmaci potrebbe essere modificato seguendo epileptogenesis cronica. Abbiamo, quindi, ha analizzato gli effetti di fenitoina (100 micro m), Lamotrigina (100 micro m) e valproato (600 m micro) su Na + correnti nei neuroni hippocampal granulo ratto dissociato nel modello di Pilocarpina di epilessia cronica. Negli animali di controllo, tutte e tre le sostanze esposte blocco effetti modesti tonico sui canali del Na + nel loro stato di riposo. Questi effetti di fenitoina e Lamotrigina sono stati ridotti (da 77 e 64%) nell&#39;epilessia rispetto ad animali di controllo. Fenitoina e valproato ha causato uno spostamento nella dipendenza della tensione di inattivazione veloce in una direzione hyperpolarizing, mentre tutte e tre le sostanze ha spostato la dipendenza della tensione di attivazione in senso depolarizing. Gli effetti anticonvulsivante sulla dipendenza dalla tensione canale Na + ha dimostrato di essere simili negli animali di controllo ed epilessia. Il corso tempo di veloce recupero da inattivazione potentemente fu rallentato da Lamotrigina e fenitoina negli animali di controllo, mentre valproato ha avuto alcun effetto. &Egrave; interessante notare che, gli effetti di fenitoina su veloce recupero da inattivazione erano significativamente ridotti in epilessia cronica. Presi insieme, questi risultati rivelano che farmaci anticonvulsivanti diversi possono esercitare un modello distinto di effetti sui canali del Na + nativi. Inoltre, la riduzione di fenitoina e, in misura meno marcata, Lamotrigina effetti rilanci epilessia cronica la possibilit&agrave; che ha ridotto la pharmacosensitivity dei canali del Na + pu&ograve; contribuire allo sviluppo della resistenza ai farmaci.

Farmacologia anticonvulsivante dei canali Na + voltaggio-dipendenti nei neuroni dell&#39;ippocampo dei ratti cronicamente epilettici e controllo.

Following activation, voltage-gated Na+ currents (I(Na)) inactivate on two different time scales: fast inactivation takes place on a time scale of milliseconds, while slow inactivation takes place on a time scale of seconds to minutes. Both fast and slow inactivation processes govern availability of Na+ channels. In this study, the effects of the delta-opioid receptor agonist SNC80 on slow and fast inactivation of I(Na) in rat hippocampal granule cells were analyzed in detail. Following application of SNC80, a block of the peak Na+ current amplitude (EC50: 50.6 microM, Hill coefficient: 0.518) was observed. Intriguingly, SNC80 (50 microM) also caused a selective effect on slow but not fast inactivation processes, with a notable increase in the fraction of Na+ channels undergoing slow inactivation during prolonged depolarization. In addition, recovery from slow inactivation was considerably slowed. At the same time, fast recovery processes were unaffected. The effects of SNC80 were not mimicked by the peptide delta-receptor agonist DPDPE (10 microM), and were not inhibited by the opioid receptor antagonists naloxone (50-300 microM) or naltrindole (10 and 100 microM), indicating an opioid receptor independent modulation of Na+ channels. These data suggest that SNC80 not only affects delta-opioid receptors, but also voltage-gated Na+ channels. SNC80 is to our knowledge hitherto the only substance that selectively influences slow but not fast inactivation processes and could provide an important tool in unraveling the mechanism underlying these distinct biophysical processes.

Modulation of voltage-dependent sodium channels by the delta-agonist SNC80 in acutely isolated rat hippocampal neurons.

Apr&egrave;s l&#39;activation, courants Na + voltage-d&eacute;pendants (I(Na)) inactiver sur deux &eacute;chelles de temps diff&eacute;rentes : inactivation rapide se d&eacute;roule sur une &eacute;chelle de temps de millisecondes, alors que l&#39;inactivation lente se d&eacute;roule sur une &eacute;chelle de temps des secondes ou minutes. Les deux proc&eacute;d&eacute;s d&#39;inactivation rapide et lente r&eacute;gissent la disponibilit&eacute; des canaux Na +. Dans cette &eacute;tude, les effets de l&#39;agoniste des r&eacute;cepteurs opio&iuml;des delta SNC80 sur lentement et rapidement d&#39;inactivation des I(Na) en granule hippocampe de rat les cellules ont &eacute;t&eacute; analys&eacute;es en d&eacute;tail. Apr&egrave;s l&#39;application de SNC80, un bloc de la Na + courant amplitude de cr&ecirc;te (EC50 : 50,6 microM, coefficient de Hill : 0,518) a &eacute;t&eacute; observ&eacute;e. Curieusement, SNC80 (50 microM) &eacute;galement caus&eacute; un effet s&eacute;lectif sur lent mais le processus d&#39;inactivation pas vite, avec une augmentation notable dans la fraction des canaux Na + subissant une inactivation lente pendant la d&eacute;polarisation prolong&eacute;e. En outre, r&eacute;tablissement de l&#39;inactivation lente a &eacute;t&eacute; consid&eacute;rablement ralenti. Dans le m&ecirc;me temps, les processus de r&eacute;cup&eacute;ration rapide ne sont pas affect&eacute;s. Les effets de SNC80 n&#39;&eacute;taient pas imit&eacute;s par l&#39;agoniste des r&eacute;cepteurs delta peptide DPDPE (10 microM) et ne sont pas inhib&eacute;es par la naloxone d&#39;antagonistes des r&eacute;cepteurs opio&iuml;des (50-300 microM) ou naltrindol (10 et 100 microM), indiquant une modulation de r&eacute;cepteurs opio&iuml;des ind&eacute;pendant des canaux Na +. Ces donn&eacute;es sugg&egrave;rent que les SNC80 affecte non seulement les r&eacute;cepteurs delta-opio&iuml;des, mais les canaux Na + voltage-d&eacute;pendant aussi. SNC80 est &agrave; notre connaissance jusqu&#39;&agrave; pr&eacute;sent la seule substance qui influe sur le processus d&#39;inactivation lente mais pas rapide et pourrait fournir un outil important pour d&eacute;m&ecirc;ler le m&eacute;canisme sous-jacent &agrave; ces processus biophysiques distincts de mani&egrave;re s&eacute;lective.

Modulation des canaux sodiques voltage-d&eacute;pendants de la delta-agoniste SNC80 dans les neurones de l&#39;hippocampe parfaitement isol&eacute; du rat.

Dopo l&#39;attivazione, correnti Na + voltaggio-dipendenti (I(Na)) inattivare su due scale temporali diverse: inattivazione veloce avviene su una scala temporale di millisecondi, mentre lento inattivazione avviene su una scala di tempo di secondi, minuti. Entrambi i processi di inattivazione lenta e una veloce regolano la disponibilit&agrave; dei canali del Na +. In questo studio, gli effetti dell&#39;agonista dei recettori oppioidi delta SNC80 sulla lente e veloci inattivazione di I(Na) in granulo hippocampal ratto, le cellule sono state analizzate in dettaglio. Dopo l&#39;applicazione di SNC80, un blocco di picco Na + attuale ampiezza (EC50: 50,6 microM, coefficiente di Hill: 0.518) &egrave; stata osservata. Curiosamente, SNC80 (50 microM) anche causato un effetto selettivo sul lento ma processi di inattivazione non veloce, con un notevole incremento nella frazione di Na + canali in fase di inattivazione lenta durante la depolarizzazione prolungata. Inoltre, recupero da inattivazione lenta &egrave; stato notevolmente rallentato. Allo stesso tempo, i processi di recupero veloce erano inalterati. Gli effetti del SNC80 non erano imitati da agonista del recettore delta peptide DPDPE (10 microM) e non sono stati inibiti dal naloxone di antagonisti dei recettori oppioidi (50-300 microM) o naltrindole (10 e 100 microM), che indica una modulazione indipendente recettore oppioide dei canali del Na +. Questi dati suggeriscono che SNC80 non riguarda solo i recettori delta-oppioidi, ma anche voltaggio-dipendenti Na + canali. SNC80 &egrave; a nostra conoscenza, finora l&#39;unica sostanza che influenza i processi di inattivazione lenta ma non veloce e potrebbe fornire un importante strumento nel dipanare il meccanismo alla base di questi processi biofisici distinti selettivamente.

Modulazione dei canali del sodio voltaggio-dipendenti di delta-agonista SNC80 in neuroni ippocampali acutamente isolato di ratto.

In many principal brain neurons, the fast, all-or-none Na+ spike initiated at the proximal axon is followed by a slow, graded after depolarization (ADP). The spike ADP is critically important in determining the firing mode of many neurons; large ADPs cause neurons to fire bursts of spikes rather than solitary spikes. Nonetheless, not much is known about how and where spike ADPs are initiated. We addressed these questions in adult CA1 pyramidal cells, which manifest conspicuous somatic spike ADPs and an associated propensity for bursting, using sharp and patch microelectrode recordings in acutely isolated hippocampal slices and single neurons. Voltage-clamp commands mimicking spike waveforms evoked transient Na+ spike currents that declined quickly after the spike but were followed by substantial sustained Na+ spike after currents. Drugs that blocked the persistent Na+ current (INaP), markedly suppressed the sustained Na+ spike after currents, as well as spike ADPs and associated bursting. Ca2+ spike after currents were much smaller, and reducing them had no noticeable effect on the spike ADPs. Truncating the apical dendrites affected neither spike ADPs nor the firing modes of these neurons. Application of INaP blockers to truncated neurons, or their focal application to the somatic region of intact neurons, suppressed spike ADPs and associated bursting, whereas their focal application to distal dendrites did not. We conclude that the somatic spike ADPs are generated predominantly by persistent Na+ channels located at or near the soma. Through this action, proximal INaP critically determines the firing mode and spike output of adult CA1 pyramidal cells.

Proximal persistent Na+ channels drive spike afterdepolarizations and associated bursting in adult CA1 pyramidal cells.

Dans de nombreux neurones du cerveau principal, le rapide, tout ou rien Na + spike initi&eacute; &agrave; l&#39;axone proximale est suivi par une lente, graduelle apr&egrave;s d&eacute;polarisation (ADP). Le spike ADP est crucial pour d&eacute;terminer le mode de mise &agrave; feu de plusieurs neurones ; ADPs grands causent des neurones &agrave; tirer des salves de pointes au lieu des spikes solitaires. N&eacute;anmoins, pas beaucoup est connu sur comment et o&ugrave; spike ADPs sont initi&eacute;es. Nous avons abord&eacute; ces questions dans les cellules pyramidales CA1 adultes, qui manifestent ADPs spike somatiques bien visible et une propension associ&eacute;e pour l&#39;&eacute;clatement, &agrave; l&#39;aide de sharp et patch enregistrements micro&eacute;lectrode dans des tranches d&#39;hippocampe aigu&euml; isol&eacute;es et neurones. Commandes de Voltage clamp imitant les formes d&#39;onde spike &eacute;voqu&eacute;e par Na + spike courants transitoires qui diminue rapidement apr&egrave;s la pointe, mais ont &eacute;t&eacute; suivies de substantiel soutenue Na + spike apr&egrave;s courants. M&eacute;dicaments qui bloquait la persistante Na + courant (INaP), nettement supprim&eacute; le crampon Na + soutenu apr&egrave;s courants, ainsi que spike ADPs et associ&eacute;s d&#39;&eacute;clatement. Ca2 + spike apr&egrave;s courants &eacute;taient beaucoup plus petites, et leur r&eacute;duction n&#39;eu aucun effet notable sur l&#39;&eacute;pi ADPs. Tronquer les dendrites apicales touch&eacute;s ni spike ADPs ni les modes de d&eacute;clenchement de ces neurones. Application des INaP-bloquants aux neurones tronqu&eacute;s, ou leur application focale &agrave; la r&eacute;gion somatique des neurones intacts, supprim&eacute;e spike ADPs et associ&eacute;s d&#39;&eacute;clatement, contrairement &agrave; leur application focale &agrave; dendrites distaux. Nous concluons que le crampon somatique ADPs sont g&eacute;n&eacute;r&eacute;s principalement par les canaux Na + persistants situ&eacute;s &agrave; ou pr&egrave;s de la soma. Par le biais de cette action, INaP proximale critique d&eacute;termine les tirs sortie mode et enrichissements des cellules pyramidales d&#39;adultes CA1.

Proximales persistants canaux Na + drive spike postd&eacute;polarisations et &eacute;clatement associ&eacute;s dans les cellules pyramidales CA1 adultes.

In molti neuroni del cervello principale, il veloce, tipo Na + spike avviato presso l&#39;assone prossimale &egrave; seguito da un lento, graduale dopo la depolarizzazione (ADP). Il picco di ADP &egrave; criticamente importante nel determinare la modalit&agrave; di cottura di molti neuroni; grande ADP provocare i neuroni a sparare raffiche di picchi piuttosto che picchi solitari. Tuttavia, non si sa molto su come e dove spike ADP sono iniziati. Abbiamo rivolto queste domande in CA1 pyramidal cellule adulte, che si manifestano cospicuo spike somatico ADP e una propensione associato per scoppiare, utilizzando registrazioni microelettrodo sharp e patch in fette hippocampal acutamente isolati e singoli neuroni. I comandi di tensione-morsetto imitando le forme d&#39;onda di picco evocato transitorie correnti di picco Na + che declin&ograve; rapidamente dopo il picco, ma sono state seguite da notevoli sostenuta Na + spike dopo correnti. Farmaci che ha bloccato il persistente Na + corrente (INaP), marcatamente soppressa il sostenuta Na + spike dopo le correnti, cos&igrave; come spike ADP e associati scoppiando. Ca2 + spike dopo le correnti erano molto pi&ugrave; piccole, e loro riduzione ha avuto alcun effetto evidente sul picco ADP. Troncando i dendriti apicali influenzati n&eacute; spike ADP n&eacute; le modalit&agrave; di cottura di questi neuroni. Applicazione di bloccanti INaP di neuroni troncati, o loro applicazione focale nella regione somatica dei neuroni intatti, soppressa spike ADP e associati scoppiando, considerando che la loro applicazione focale di dendriti distale non ha fatto. Possiamo concludere che il spike somatico ADP sono generati principalmente dalla persistente Na + canali si trova in prossimit&agrave; del soma o. Attraverso questa azione, INaP prossimale determina criticamente la cottura uscita modalit&agrave; e spike di adulti CA1 pyramidal cells.

Prossimale persistente Na + canali drive afterdepolarizations spike e associati scoppiando in adulti CA1 pyramidal cells.

Epilepsy is a common and devastating neurological disorder. In many patients with epilepsy, seizures are well-controlled with currently available anti-epileptic drugs (AEDs), but a substantial (approximately 30%) proportion of patients continue to have seizures despite carefully optimized drug treatment. Two concepts have been put forward to explain the development of pharmacoresistance. The transporter hypothesis contends that the expression or function of multidrug transporters in the brain is augmented, leading to impaired access of AEDs to CNS targets. The target hypothesis holds that epilepsy-related changes in the properties of the drug targets themselves may result in reduced drug sensitivity. Recent studies have started to dissect the molecular underpinnings of both transporter- and target-mediated mechanisms of pharmacoresistance in human and experimental epilepsy. An emerging understanding of these underlying molecular and cellular mechanisms is likely to provide important impetus for the development of new pharmacological treatment strategies.

Molecular and cellular mechanisms of pharmacoresistance in epilepsy.

L&#39;&eacute;pilepsie est un trouble neurologique courant et d&eacute;vastatrice. Chez de nombreux patients souffrant d&#39;&eacute;pilepsie, les crises sont bien contr&ocirc;l&eacute;es avec des m&eacute;dicaments anti-&eacute;pileptiques actuellement disponibles (DEA), mais une proportion importante (environ 30 %) de patients continuent d&#39;avoir des crises malgr&eacute; le traitement m&eacute;dicamenteux optimis&eacute; avec soin. Deux concepts ont &eacute;t&eacute; avanc&eacute;es pour expliquer le d&eacute;veloppement de pharmacoresistance. L&#39;hypoth&egrave;se de transporteur soutient que l&#39;expression ou la fonction de multir&eacute;sistance transporteurs dans le cerveau est augment&eacute;e, conduisant &agrave; l&#39;acc&egrave;s avec facult&eacute;s affaiblies de DEA aux cibles de la CNS. L&#39;hypoth&egrave;se de cible d&eacute;tient que modifications li&eacute;es &agrave; l&#39;&eacute;pilepsie dans les propri&eacute;t&eacute;s des cibles de m&eacute;dicaments eux-m&ecirc;mes peuvent entra&icirc;ner de sensibilit&eacute; r&eacute;duite. Des &eacute;tudes r&eacute;centes ont commenc&eacute; &agrave; diss&eacute;quer les fondements mol&eacute;culaires de ces deux m&eacute;canismes par transporteur et la cible de pharmacoresistance dans l&#39;&eacute;pilepsie humaine et exp&eacute;rimentale. Une compr&eacute;hension &eacute;mergente de ces m&eacute;canismes mol&eacute;culaires et cellulaires sous-jacents est susceptible de fournir une impulsion importante pour le d&eacute;veloppement de nouvelles strat&eacute;gies de traitement pharmacologique.

M&eacute;canismes mol&eacute;culaires et cellulaires des pharmacoresistance dans l&#39;&eacute;pilepsie.

L&#39;epilessia &egrave; una malattia neurologica devastante e comune. In molti pazienti con epilessia, convulsioni sono ben controllati con farmaci antiepilettici attualmente disponibili (AED), ma una percentuale consistente (circa il 30%) dei pazienti continuano ad avere crisi epilettiche nonostante trattamento farmacologico accuratamente ottimizzato. Due concetti sono state avanzate per spiegare lo sviluppo del pharmacoresistance. L&#39;ipotesi di transporter sostiene che l&#39;espressione o la funzione dei trasportatori multidrug nel cervello &egrave; aumentata, portando ad accesso ipovedenti di AED a obiettivi di CNS. L&#39;ipotesi di destinazione tiene che epilessia correlate modifiche nelle propriet&agrave; degli obiettivi droga stessi possono provocare sensibilit&agrave; ridotta del farmaco. Studi recenti hanno cominciato a sezionare il underpinnings molecolare di entrambi i meccanismi mediata da trasportatore e destinazione di pharmacoresistance nell&#39;epilessia umana e sperimentale. Comprensione di questi meccanismi molecolari e cellulari sottostanti emergente rischia di fornire impulso importante per lo sviluppo di nuove strategie di trattamento farmacologico.

Meccanismi molecolari e cellulari di pharmacoresistance nell&#39;epilessia.

Novel mechanisms underlying drug resistance in temporal lobe epilepsy.

Nouveaux m&eacute;canismes sous-tendant la r&eacute;sistance aux m&eacute;dicaments dans l&#39;&eacute;pilepsie du lobe temporal.

Romanzo meccanismi sottostanti farmacoresistenza in epilessia del lobo temporale.

L&#39;hippocampe est essentielle pour la m&eacute;moire &eacute;pisodique, qui exige l&#39;apprentissage simple-proc&egrave;s. Bien que la potentialisation &agrave; long terme (LTP) de la force synaptique est un m&eacute;canisme de candidat pour l&#39;apprentissage, il est g&eacute;n&eacute;ralement induit en utilisant activation synaptique r&eacute;p&eacute;t&eacute;e de produire pr&eacute;cis&eacute;ment chronom&eacute;tr&eacute;, haute fr&eacute;quence, ou tir rythmique. Ici, nous montrons que les synapses hippocampiques potentialisent robuste en r&eacute;ponse &agrave; une forte activation par un seul coup. Le m&eacute;canisme d&#39;induction de ce single-rafale LTP n&eacute;cessite l&#39;activation des r&eacute;cepteurs NMDA, canaux calciques voltage-d&eacute;pendants de L-type et dendritiques pointes. Ainsi, les &eacute;pis dendritiques sont un d&eacute;clencheur essentiel pour une forme de LTP qui soit compatible avec la fonction de l&#39;hippocampe dans la m&eacute;moire &eacute;pisodique.

Dendritiques pointes induisent single-rafale potentialisation &agrave; long terme.

L&#39;ippocampo &egrave; essenziale per la memoria episodica, che richiede l&#39;apprendimento del singolo-trial. Anche se il potenziamento a lungo termine (LTP) di forza sinaptica &egrave; un meccanismo di candidato per l&#39;apprendimento, &egrave; in genere indotta mediante ripetuta attivazione sinaptica per produrre precisamente cronometrati, ad alta frequenza, o cottura ritmico. Qui vi mostriamo che sinapsi ippocampali potenziare robustamente in risposta alla forte attivazione di una singola raffica. Il meccanismo di induzione di LTP questo singolo-raffica richiede l&#39;attivazione dei recettori NMDA, canali del calcio voltaggio-dipendenti di tipo L e punte dendritiche. Cos&igrave;, picchi dendritiche sono un limite critico per una forma di LTP che &egrave; coerente con la funzione dell&#39;ippocampo nella memoria episodica.

Picchi dendritiche inducono singolo-raffica di potenziamento a lungo termine.

The hippocampus is essential for episodic memory, which requires single-trial learning. Although long-term potentiation (LTP) of synaptic strength is a candidate mechanism for learning, it is typically induced by using repeated synaptic activation to produce precisely timed, high-frequency, or rhythmic firing. Here we show that hippocampal synapses potentiate robustly in response to strong activation by a single burst. The induction mechanism of this single-burst LTP requires activation of NMDA receptors, L-type voltage-gated calcium channels, and dendritic spikes. Thus, dendritic spikes are a critical trigger for a form of LTP that is consistent with the function of the hippocampus in episodic memory.

Dendritic spikes induce single-burst long-term potentiation.

In many neuron types, the axon initial segment (AIS) has the lowest threshold for action potential generation. Its active properties are determined by the targeted expression of specific voltage-gated channel subunits. We show that the Na+ channel NaV1.6 displays a striking aggregation at the AIS of cortical neurons. To assess the functional role of this subunit, we used Scn8amed mice that are deficient for NaV1.6 subunits but still display prominent Na+ channel aggregation at the AIS. In CA1 pyramidal cells from Scn8amed mice, we found a depolarizing shift in the voltage dependence of activation of the transient Na+ current (INaT), indicating that NaV1.6 subunits activate at more negative voltages than other NaV subunits. Additionally, persistent and resurgent Na+ currents were significantly reduced. Current-clamp recordings revealed a significant elevation of spike threshold in Scn8amed mice as well as a shortening of the estimated delay between spike initiation at the AIS and its arrival at the soma. In combination with simulations using a realistic computer model of a CA1 pyramidal cell, our results imply that a hyperpolarized voltage dependence of activation of AIS NaV1.6 channels is important both in determining spike threshold and localizing spike initiation to the AIS. In addition to altered spike initiation, Scn8amed mice also showed a strongly reduced spike gain as expected with combined changes in persistent and resurgent currents and spike threshold. These results suggest that NaV1.6 subunits at the AIS contribute significantly to its role as spike trigger zone and shape repetitive discharge properties of CA1 neurons.

Role of axonal NaV1.6 sodium channels in action potential initiation of CA1 pyramidal neurons.

Dans de nombreux types de neurones, le segment initial de l&#39;axone (AIS) a le seuil le plus bas pour la g&eacute;n&eacute;ration de potentiels d&#39;action. Ses propri&eacute;t&eacute;s actives sont d&eacute;termin&eacute;es par l&#39;expression cibl&eacute;e des sous-unit&eacute;s du canal sp&eacute;cifique de voltage-d&eacute;pendants. Nous montrons que le canaux Na + NaV1.6 affiche une agr&eacute;gation frappante &agrave; l&#39;AIS des neurones corticaux. Pour &eacute;valuer le r&ocirc;le fonctionnel de cette sous-unit&eacute;, nous avons utilis&eacute; des souris Scn8amed qui manquent de sous-unit&eacute;s NaV1.6 mais toujours affichage pro&eacute;minente canal agr&eacute;gation de Na + &agrave; l&#39;AIS. Dans les cellules pyramidales CA1 de souris Scn8amed, nous avons trouv&eacute; un d&eacute;calage d&eacute;polarisant dans la d&eacute;pendance de la tension de l&#39;activation de la transitoire Na + courant (INaT), indiquant que les sous-unit&eacute;s NaV1.6 activent &agrave; des tensions plus n&eacute;gatives que les autres sous-unit&eacute;s de NaV. En outre, persistants et renaissantes courants Na + ont &eacute;t&eacute; significativement r&eacute;duits. Des enregistrements de courant-clamp ont r&eacute;v&eacute;l&eacute; une nette &eacute;l&eacute;vation du seuil de pointe chez les souris Scn8amed ainsi qu&#39;un raccourcissement du d&eacute;lai estim&eacute; entre spike initiation &agrave; l&#39;AIS et de son arriv&eacute;e au niveau du soma. En combinaison avec les simulations &agrave; l&#39;aide d&#39;un mod&egrave;le d&#39;ordinateur r&eacute;aliste d&#39;une cellule pyramidale CA1, nos r&eacute;sultats laissent entendre qu&#39;une d&eacute;pendance hyperpolaris&eacute; tension d&#39;activation des canaux NaV1.6 AIS est important en d&eacute;terminant le seuil de l&#39;&eacute;pi et la localisation de spike initiation &agrave; l&#39;AIS. Outre modifi&eacute; spike initiation, souris Scn8amed a &eacute;galement montrent un gain de spike fortement r&eacute;duit comme pr&eacute;vu avec les changements combin&eacute;s dans des courants persistants et renaissantes et seuil de spike. Ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que NaV1.6 sous-unit&eacute;s &agrave; l&#39;AIS contribuent de mani&egrave;re significative &agrave; son r&ocirc;le de r&eacute;flexog&egrave;ne spike et fa&ccedil;onnent les propri&eacute;t&eacute;s r&eacute;p&eacute;titives de d&eacute;charge des neurones CA1.

R&ocirc;le des canaux de sodium NaV1.6 axonales dans l&#39;initiation de potentiel d&#39;action des neurones pyramidaux CA1.

In molti tipi di neurone, il segmento iniziale di assone (AIS) &egrave; la soglia minima per la generazione del potenziale d&#39;azione. Le propriet&agrave; attive sono determinate dall&#39;espressione mirata delle subunit&agrave; del canale voltaggio-dipendente specifico. Dimostriamo che il Na + channel NaV1.6 Visualizza una sorprendente aggregazione presso l&#39;AIS di neuroni corticali. Per valutare il ruolo funzionale di questa subunit&agrave;, abbiamo usato Scn8amed topi che sono carenti per la subunit&agrave; NaV1.6 ma ancora visualizzato prominente Na + channel aggregazione presso l&#39;AIS. Nelle cellule piramidali CA1 da topi Scn8amed, abbiamo trovato uno spostamento depolarizing la dipendenza della tensione di attivazione del transitoria Na + corrente (INaT), che indica che le subunit&agrave; NaV1.6 attivano a tensioni pi&ugrave; negativi rispetto a altre subunit&agrave; NaV. Inoltre, persistente e risorgente Na + correnti sono sensibilmente ridotti. Corrente-morsetto registrazioni ha rivelato una significativa elevazione della soglia di spike in topi Scn8amed oltre che un accorciamento del ritardo stimato tra spike iniziazione presso l&#39;AIS e il suo arrivo al soma. In combinazione con simulazioni utilizzando un modello di computer realistica di una cellula piramidale CA1, i nostri risultati implicano che una dipendenza hyperpolarized tensione di attivazione dei canali NaV1.6 AIS &egrave; importante sia nel determinare la soglia di spike e localizzazione spike iniziazione all&#39;AIS. In aggiunta a alterato spike iniziazione, Scn8amed topi ha mostrato anche un guadagno di spike fortemente ridotta come previsto con combinati cambiamenti nelle correnti persistente e risorgente e soglia di spike. Questi risultati suggeriscono che la subunit&agrave; NaV1.6 presso l&#39;AIS contribuire significativamente al suo ruolo come zona grilletto spike e forma ripetitivo scarico propriet&agrave; dei neuroni CA1.

Ruolo dei canali del sodio NaV1.6 assonale nell&#39;iniziazione del potenziale d&#39;azione dei neuroni piramidali CA1.

Neurons possess elaborate dendritic arbors which receive and integrate excitatory synaptic signals. Individual dendritic subbranches exhibit local membrane potential supralinearities, termed dendritic spikes, which control transfer of local synaptic input to the soma. Here, we show that dendritic spikes in CA1 pyramidal cells are strongly regulated by specific types of prior input. While input in the linear range is without effect, supralinear input inhibits subsequent spikes, causing them to attenuate and ultimately fail due to dendritic Na(+) channel inactivation. This mechanism acts locally within the boundaries of the input branch. If an input is sufficiently strong to trigger axonal action potentials, their back-propagation into the dendritic tree causes a widespread global reduction in dendritic excitability which is prominent after firing patterns occurring in vivo. Together, these mechanisms control the capability of individual dendritic branches to trigger somatic action potential output. They are invoked at frequencies encountered during learning, and impose limits on the storage and retrieval rates of information encoded as branch excitability.

Activity-dependent control of neuronal output by local and global dendritic spike attenuation.

Les neurones poss&egrave;dent des tonnelles dendritiques &eacute;labor&eacute;s qui Accueil et d&#39;int&egrave;grent des signaux synaptiques excitateurs. Succur dendritiques individuel pi&egrave;ce supralinearities potentiel membrane locales, appel&eacute;es pointes dendritiques, qui contr&ocirc;lent le transfert de locale entr&eacute;e synaptique dans le soma. Ici, nous montrons que dendritiques pointes en cellules pyramidales CA1 sont fortement r&eacute;glement&eacute;s par des types sp&eacute;cifiques d&#39;entr&eacute;e pr&eacute;alable. Alors que l&#39;entr&eacute;e dans la gamme lin&eacute;aire est sans effet, entr&eacute;e SUPRALIN&Eacute;AIRE inhibe pointes ult&eacute;rieurs, obligeant &agrave; att&eacute;nuer et finalement &eacute;chouer en raison de l&#39;inactivation de canal na dendritique. Ce m&eacute;canisme agit localement dans les limites de la branche d&#39;entr&eacute;e. Si une entr&eacute;e est suffisamment forte pour d&eacute;clencher des potentiels d&#39;action axonales, leur r&eacute;tropropagation dans l&#39;arbre dendritique entra&icirc;ne une r&eacute;duction mondiale g&eacute;n&eacute;ralis&eacute;e excitabilit&eacute; dendritique qui est &eacute;minente apr&egrave;s avoir tir&eacute; des patrons se produisant in vivo. Ensemble, ces m&eacute;canismes contr&ocirc;lent la capacit&eacute; de ramifications dendritiques individuelles pour d&eacute;clencher la sortie somatique potentiel d&#39;action. Ils sont appel&eacute;s &agrave; des fr&eacute;quences rencontr&eacute;es au cours de l&#39;apprentissage et imposent des limites sur les tarifs de stockage et d&#39;extraction d&#39;informations cod&eacute;es comme l&#39;excitabilit&eacute; de la branche.

Activit&eacute; d&eacute;pendante contr&ocirc;le de sortie neuronale par att&eacute;nuation spike dendritiques locales et mondiales.

I neuroni possiedono elaborati pergole dendritiche che ricevono e integrano segnali sinaptici eccitatori. Singole sottobranche dendritiche presentano potenziali supralinearities membrana locale, chiamati picchi dendritiche, che controllano il trasferimento dei locale ingresso sinaptico a soma. Qui, ci mostra che dendritiche picchi nelle cellule piramidali CA1 fortemente sono regolati da specifici tipi di input precedenti. Mentre l&#39;ingresso nella gamma lineare &egrave; senza effetto, alfabeto ingresso inibisce picchi successivi, causando loro di attenuare e in definitiva non riescono a causa dell&#39;inattivazione di canale Na(+) dendritiche. Questo meccanismo agisce localmente all&#39;interno dei confini del ramo input. Se un ingresso &egrave; sufficientemente forte per attivare i potenziali di azione assonali, loro retro-propagazione nella struttura dendritica causa una riduzione globale diffusa eccitabilit&agrave; dendritiche che &egrave; prominente dopo la cottura i modelli che si verificano in vivo. Insieme, questi meccanismi di controllo della capacit&agrave; dei singoli rami dendritiche per innescare il potenziale d&#39;azione somatica uscita. Essi vengono richiamati a frequenze rilevate durante l&#39;apprendimento e imporre limiti sui tassi di archiviazione e recupero di informazioni codificate come eccitabilit&agrave; del ramo.

Controllo attivit&agrave;-dipendente della produzione neuronale di attenuazione spike dendritiche locale e globale.

Brain damage causes multiple changes in synaptic function and intrinsic properties of surviving neurons, leading to the development of chronic epilepsy. In the widely used pilocarpine-status epilepticus (SE) rat model of temporal lobe epilepsy (TLE), a major alteration is the marked increase in the fraction of intrinsically bursting CA1 pyramidal cells. Here we have differentiated between two types of bursting phenotypes: 1) bursting in response to threshold-straddling excitatory current pulses (low-threshold bursting) and 2) bursting only in response to suprathreshold stimuli (high-threshold bursting). Low-threshold bursting prevailed in 46.5% of SE-experienced neurons sampled 1-4 wk after pilocarpine-SE, but was rarely seen in control neurons (1.9%). As previously shown, it appeared to be driven predominantly by a T-type Ca(2+) current (I(CaT)) in the apical dendrites. After blocking low-threshold bursting with Ni(2+), the same neurons still manifested a high-threshold bursting phenotype. Another 40.1% of SE-experienced neurons displayed only a high-threshold bursting phenotype and the remaining 13.4% of these neurons were nonbursters. Altogether, high-threshold bursting prevailed in 86.6% of SE-experienced neurons, but only in 33.0% of control neurons. Several lines of evidence indicated that high-threshold bursting is driven by persistent Na(+) current (I(NaP)) at or near the soma. Congruently, I(NaP) was 1.5-fold larger in SE-experienced versus control neurons. We conclude that an increase in I(NaP), conjointly with an increase in I(CaT), strongly contributes to the predominance of bursting phenotypes in CA1 pyramidal cells early after pilocarpine-SE and thus likely plays a role in the development of a chronic epileptic condition in this TLE model.

An increase in persistent sodium current contributes to intrinsic neuronal bursting after status epilepticus.

L&eacute;sion c&eacute;r&eacute;brale provoque des changements multiples dans la fonction synaptique et les propri&eacute;t&eacute;s intrins&egrave;ques de la survie des neurones, menant &agrave; l&#39;apparition de l&#39;&eacute;pilepsie chronique. Dans le mod&egrave;le de rat couramment pilocarpine-statut epilepticus (SE) d&#39;&eacute;pilepsie du lobe temporal (TLE), une modification importante est l&#39;augmentation marqu&eacute;e de la fraction d&#39;&eacute;clatement intrins&egrave;que des cellules pyramidales CA1. Ici nous avons une distinction entre deux types d&#39;&eacute;clatement des ph&eacute;notypes: 1) d&#39;&eacute;clatement en r&eacute;ponse &agrave; cheval sur le seuil excitateurs impulsions de courant (faible seuil de rupture), 2) &eacute;clatement qu&#39;en r&eacute;ponse &agrave; des stimuli de supraliminaires (haute-seuil de rupture). Bas seuil de rupture a pr&eacute;valu dans 46,5 % des neurones exp&eacute;riment&eacute;s SE &eacute;chantillonn&eacute;s 1-4 sem apr&egrave;s pilocarpine-SE, mais a &eacute;t&eacute; rarement vu dans les neurones de contr&ocirc;le (1,9 %). Comme pr&eacute;c&eacute;demment indiqu&eacute;, il est apparu pour la conduite principalement par un courant de type T Ca(2+) (I(CaT)) dans les dendrites apicales. Apr&egrave;s le blocage de bas seuil de rupture avec Ni(2+), les m&ecirc;mes neurones manifestent toujours un ph&eacute;notype rupture haute-seuil. Un autre 40,1 % des neurones exp&eacute;riment&eacute;s SE affiche uniquement un ph&eacute;notype rupture haute-seuil et les autres 13,4 % de ces neurones ont &eacute;t&eacute; nonbursters. Au total, la haute-seuil de rupture a pr&eacute;valu &agrave; 86,6 % des neurones SE exp&eacute;riment&eacute;s, mais seulement dans 33,0 % des neurones de contr&ocirc;le. Plusieurs sources de donn&eacute;es r&eacute;v&eacute;laient que haute-seuil de rupture est entra&icirc;n&eacute;e par persistant na courant (I(NaP)) ou presque le soma. Congruente, I(NaP) &eacute;tait 1,5 fois plus grand en SE exp&eacute;riment&eacute;s par rapport aux neurones de contr&ocirc;le. Nous concluons qu&#39;une augmentation de I(NaP), conjointement avec une augmentation de I(CaT), contribue fortement &agrave; la pr&eacute;dominance d&#39;&eacute;clatement des ph&eacute;notypes dans les cellules pyramidales CA1 t&ocirc;t apr&egrave;s la pilocarpine-SE et ainsi probablement joue un r&ocirc;le dans le d&eacute;veloppement d&#39;une &eacute;pilepsie chronique dans ce mod&egrave;le TLE.

Une augmentation persistante de sodium actuelle contribue &agrave; craquer neuronale intrins&egrave;que apr&egrave;s &eacute;tat de mal &eacute;pileptique.

Danni cerebrali provoca cambiamenti multipli in funzione sinaptica e propriet&agrave; intrinseche della sopravvivenza dei neuroni, portando allo sviluppo di epilessia cronica. Il pilocarpina ampiamente usato-stato epilettico (SE) modello del ratto epilessia del lobo temporale (TLE), una grave alterazione &egrave; il marcato aumento della frazione di scoppio intrinsecamente cellule piramidali CA1. Qui noi abbiamo differenziato fra due tipi di fenotipi di rottura: 1) scoppiando in response to a cavallo tra soglia eccitatori impulsi di corrente (bassa soglia di rottura) e 2) scoppiando solo in risposta a stimoli suprathreshold (alta soglia di rottura). Bassa soglia di rottura &egrave; prevalso nel 46,5% dei neuroni sperimentato SE Campionati wk 1-4 dopo pilocarpina-SE, ma raramente &egrave; stato visto in neuroni di controllo (1.9%). Come illustrato in precedenza, sembrava di essere guidata principalmente da una corrente di tipo T Ca(2+) (I(CaT)) nei dendriti apicali. Dopo il blocco di bassa soglia di rottura con Ni(2+), i neuroni stessi ancora si manifestano un fenotipo di scoppio ad alta soglia. Un altro 40,1% dei neuroni sperimentato SE visualizzato solo un fenotipo scoppio ad alta soglia e il restante 13,4% di questi neuroni sono stati nonbursters. Complessivamente, alta soglia di rottura &egrave; prevalso in 86,6% dei neuroni SE-con esperienza, ma solo in 33,0% dei neuroni di controllo. Parecchie linee di prova indicato che alta soglia di rottura &egrave; guidato da persistente Na(+) corrente (I(NaP)) o vicino a soma. Congruente, I(NaP) era 1.5-fold pi&ugrave; grande nella SE-con esperienza contro i neuroni di controllo. Possiamo concludere che un aumento di I(NaP), congiuntamente con un aumento del I(CaT), contribuisce fortemente alla predominanza di scoppio fenotipi nelle cellule piramidali CA1 presto dopo la pilocarpina-SE e cos&igrave; probabilmente gioca un ruolo nello sviluppo di una condizione cronica epilettico in questo modello TLE.

Un aumento persistente sodio corrente contribuisce allo scoppio neuronali intrinseche dopo lo stato epilettico.

Activation of group I metabotropic glutamate receptors (subtypes mGluR1 and mGluR5) regulates neural activity in a variety of ways. In CA1 pyramidal neurons, activation of group I mGluRs eliminates the post-burst afterhyperpolarization (AHP) and produces an afterdepolarization (ADP) in its place. Here we show that upregulation of Ca(v)2.3 R-type calcium channels is responsible for a component of the ADP lasting several hundred milliseconds. This medium-duration ADP is rapidly and reversibly induced by activation of mGluR5 and requires activation of phospholipase C (PLC) and release of calcium from internal stores. Effects of mGluR activation on subthreshold membrane potential changes are negligible but are large following action potential firing. Furthermore, the medium ADP exhibits a biphasic activity dependence consisting of short-term facilitation and longer-term inhibition. These findings suggest that mGluRs may dramatically alter the firing of CA1 pyramidal neurons via a complex, activity-dependent modulation of Ca(v)2.3 R-type channels that are activated during spiking at physiologically relevant rates and patterns.

A post-burst after depolarization is mediated by group i metabotropic glutamate receptor-dependent upregulation of Ca(v)2.3 R-type calcium channels in CA1 pyramidal neurons.

Activation du groupe I les r&eacute;cepteurs m&eacute;tabotropiques du glutamate (sous-types mGluR1 et mGluR5) r&eacute;glemente l&#39;activit&eacute; neurale dans une vari&eacute;t&eacute; de fa&ccedil;ons. Dans les neurones pyramidaux CA1, activation du groupe j&#39;ai mGluRs &eacute;limine l&#39;action post-burst (AHP) et produit une d&eacute;polarisation (ADP) &agrave; sa place. Ici, nous montrons que l&#39;augmentation du Ca (v) 2,3 canaux calciques de type R est responsable d&#39;un composant de l&#39;ADP, une dur&eacute;e de plusieurs centaines de millisecondes. Cette moyenne dur&eacute;e ADP est rapidement et de fa&ccedil;on r&eacute;versible induite par l&#39;activation de mGluR5 et n&eacute;cessite l&#39;activation de la phospholipase C (PLC) et de la lib&eacute;ration de calcium des r&eacute;serves internes. Effets de l&#39;activation de mGluR sur les &eacute;ventuels changements une membrane sont n&eacute;gligeables mais sont grandes apr&egrave;s d&eacute;clenchement du potentiel d&#39;action. En outre, le milieu ADP pr&eacute;sente une d&eacute;pendance de l&#39;activit&eacute; biphasique consistant en facilitation &agrave; court terme et &agrave; plus long terme inhibition. Ces r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que les mGluRs peuvent alt&eacute;rer consid&eacute;rablement la d&eacute;charge des neurones pyramidaux CA1 via une modulation complexe, d&eacute;pendante de l&#39;activit&eacute; de Ca (v) 2.3 canaux R-type qui sont activ&eacute;es au cours de la fortification au taux physiologiquement pertinents et les mod&egrave;les.

Un post-burst apr&egrave;s la d&eacute;polarisation est m&eacute;di&eacute;e par groupe i m&eacute;tabotropiques du glutamate r&eacute;cepteurs d&eacute;pendants upregulation de Ca (v) 2.3 canaux calciques de type R dans les neurones pyramidaux CA1.

Attivazione del gruppo I recettori di glutammato metabotropic (sottotipi mGluR1 ed mGluR5) regola l&#39;attivit&agrave; neurale in una variet&agrave; di modi. Nei neuroni piramidali CA1, attivazione del gruppo I mGluRs elimina il afterhyperpolarization post-burst (AHP) e produce un afterdepolarization (ADP) al suo posto. Qui vi mostriamo che sovraregolazione di Ca (v) 2,3 canali di calcio di R-type &egrave; responsabile di un componente di ADP dura parecchie centinaia di millisecondi. Questo medio-durata ADP &egrave; rapidamente e in modo reversibile indotta dall&#39;attivazione di mGluR5 e richiede l&#39;attivazione della fosfolipasi C (PLC) e rilascio di calcio dai depositi interni. Effetti del mGluR attivazione su cambiamenti potenziali di membrana sottosoglia sono trascurabili, ma sono grandi a seguito di infornamento del potenziale d&#39;azione. Inoltre, il mezzo ADP esibisce una dipendenza di attivit&agrave; bifasico costituito a breve termine facilitazione e inibizione a lungo termine. Questi risultati suggeriscono che la mGluRs pu&ograve; alterare drammaticamente l&#39;infornamento dei neuroni piramidali CA1 attraverso una modulazione complesse, attivit&agrave;-dipendente di Ca (v) 2.3 canali R-tipo che si attivano durante chiodare a tariffe fisiologicamente rilevanti e modelli.

Un post-burst dopo la depolarizzazione &egrave; mediata dal gruppo i metabotropic glutammato recettore-dipendente sovraregolazione di Ca (v) 2.3 R-tipo canali del calcio nei neuroni piramidali CA1.

Hippocampal granule cells are important relay stations that transfer information from the entorhinal cortex into the hippocampus proper. This process is critically determined by the integrative properties of granule cell dendrites. However, their small diameter has so far hampered efforts to examine their properties directly. Using a combination of dual somatodendritic patch-clamp recordings and multiphoton glutamate uncaging, we now show that the integrative properties of granule cell dendrites differ substantially from other principal neurons. Due to a very strong dendritic voltage attenuation, the impact of individual synapses on granule cell output is low. At the same time, integration is linearized by voltage-dependent boosting mechanisms, only weakly affected by input synchrony, and independent of input location. These experiments establish that dentate granule cell dendritic properties are optimized for linear integration and strong attenuation of synaptic input from the entorhinal cortex, which may contribute to the sparse activity of granule cells in vivo.

Dendritic integration in hippocampal dentate granule cells.

Cellules &eacute;toil&eacute;es hippocampe sont importantes stations de relais qui transf&egrave;rent des informations du cortex entorhinal dans l&#39;hippocampe appropri&eacute;e. Ce processus est critique d&eacute;termin&eacute; par les propri&eacute;t&eacute;s int&eacute;gratives des dendrites de cellules de granules. Toutefois, leur faible diam&egrave;tre a jusqu&#39;&agrave; pr&eacute;sent g&ecirc;n&eacute; les efforts pour examiner leurs propri&eacute;t&eacute;s directement. En utilisant une combinaison d&#39;enregistrements de patch-clamp double somatodendritic et glutamate multiphoton uncaging, nous montrons maintenant que les propri&eacute;t&eacute;s int&eacute;gratives des dendrites de cellules de granules diff&egrave;rent sensiblement des autres neurones principaux. En raison d&#39;un affaiblissement de la tr&egrave;s forte tension dendritiques, l&#39;impact des synapses individuels sur la sortie de cellule de granule est faible. Dans le m&ecirc;me temps, int&eacute;gration est lin&eacute;aris&eacute;e par voltage-d&eacute;pendants boosting m&eacute;canismes, que faiblement affect&eacute;es par synchronie d&#39;entr&eacute;e et ind&eacute;pendante de l&#39;emplacement d&#39;entr&eacute;e. Ces exp&eacute;riences &eacute;tablissent que dendritiques propri&eacute;t&eacute;s de cellule gyrus granule sont optimis&eacute;es pour l&#39;int&eacute;gration lin&eacute;aire et forte att&eacute;nuation des entr&eacute;es synaptiques du cortex entorhinal, qui peut-&ecirc;tre contribuer &agrave; l&#39;activit&eacute; &eacute;parse des cellules &eacute;toil&eacute;es in vivo.

Int&eacute;gration dendritique en cellules &eacute;toil&eacute;es gyrus hippocampique.

Le cellule dell&#39;ippocampo granulo sono importanti stazioni di rel&egrave; che trasferire le informazioni dalla corteccia entorinale nell&#39;ippocampo adeguato. Questo processo criticamente &egrave; determinato dalle propriet&agrave; integrative dei dendriti delle cellule di granuli. Tuttavia, loro piccolo diametro ha finora ostacolato gli sforzi per esaminare direttamente le loro propriet&agrave;. Utilizzando una combinazione di registrazioni di patch-clamp somatodendritic dual e glutammato multifotonica uncaging, ora mostrano che le propriet&agrave; integrative dei dendriti delle cellule granulo differiscono sostanzialmente da altri neuroni principali. A causa di un&#39;attenuazione molto forte tensione dendritiche, l&#39;impatto delle singole sinapsi sull&#39;uscita delle cellule granulo &egrave; bassa. Allo stesso tempo, l&#39;integrazione &egrave; linearizzato da meccanismi d&#39;amplificazione voltaggio-dipendenti, solo debolmente influenzate da input sincronia e indipendente di input posizione. Questi esperimenti di stabiliscono che il granulo dentato cell dendritiche properties sono ottimizzati per integrazione lineare e forte attenuazione di synaptic input dalla corteccia entorinale, che possa contribuire all&#39;attivit&agrave; sparse di cellule granulo in vivo.

Dendritica integrazione nelle cellule granulo dentato ippocampale.

The transformation of dendritic excitatory synaptic inputs to axonal action potential output is the fundamental computation performed by all principal neurons. We show that in the hippocampus this transformation is potently controlled by recurrent inhibitory microcircuits. However, excitatory input on highly excitable dendritic branches could resist inhibitory control by generating strong dendritic spikes and trigger precisely timed action potential output. Furthermore, we show that inhibition-sensitive branches can be transformed into inhibition-resistant, strongly spiking branches by intrinsic plasticity of branch excitability. In addition, we demonstrate that the inhibitory control of spatially defined dendritic excitation is strongly regulated by network activity patterns. Our findings suggest that dendritic spikes may serve to transform correlated branch input into reliable and temporally precise output even in the presence of inhibition.

Inhibitory control of linear and supralinear dendritic excitation in CA1 pyramidal neurons.

La transformation de dendritiques entr&eacute;es synaptiques excitateurs &agrave; sortie de potentiel d&#39;action axonal est le calcul fondamental effectu&eacute; par tous les principaux neurones. Nous montrons que, dans l&#39;hippocampe, cette transformation est puissamment contr&ocirc;l&eacute;e par des microcircuits inhibitrices r&eacute;currentes. Cependant, entr&eacute;e excitatrice sur des ramifications dendritiques hautement excitables pourrait r&eacute;sister &agrave; contr&ocirc;le inhibiteur en g&eacute;n&eacute;rant de fortes pointes dendritiques et pr&eacute;cis&eacute;ment minut&eacute;e potentiel d&#39;action sortie de d&eacute;clencher. De plus, nous montrons que branches sensibles &agrave; l&#39;inhibition peuvent &ecirc;tre transform&eacute;s en branches fortement dopage r&eacute;sistants &agrave; l&#39;inhibition par la plasticit&eacute; intrins&egrave;que de l&#39;excitabilit&eacute; de la branche. En outre, nous d&eacute;montrons que le contr&ocirc;le inhibiteur d&#39;excitation dendritique dans l&#39;espace d&eacute;fini est fortement r&eacute;glement&eacute; par les patterns d&#39;activit&eacute; r&eacute;seau. Nos r&eacute;sultats sugg&egrave;rent que dendritiques pointes peuvent servir &agrave; transformer entr&eacute;e corr&eacute;l&eacute;s branche en sortie fiable et pr&eacute;cise dans le temps, m&ecirc;me en pr&eacute;sence de l&#39;inhibition.

Contr&ocirc;le inhibiteur de lin&eacute;aire et excitation dendritiques SUPRALIN&Eacute;AIRE dans les neurones pyramidaux CA1.

La trasformazione di dendritiche ingressi sinaptici eccitatori output assonale potenziale d&#39;azione &egrave; fondamentale calcolo eseguito da tutti i principali neuroni. Mostriamo che nell&#39;ippocampo questa trasformazione &egrave; potentemente controllata da ricorrenti microcircuiti inibitori. Tuttavia, input eccitatorio sui rami dendritiche altamente eccitabile potrebbe resistere controllo inibitorio generando forti picchi dendritiche e innescare proprio uscita temporizzata potenziale d&#39;azione. Inoltre, mostriamo che rami inibizione sensibili possono essere trasformati in inibizione-resistente, fortemente spiking rami di plasticit&agrave; intrinseca di eccitabilit&agrave; del ramo. Inoltre, ci dimostrano che il controllo inibitorio dell&#39;eccitazione dendritiche spazialmente definito &egrave; fortemente regolamentato da modelli di attivit&agrave; di rete. I nostri risultati suggeriscono che picchi dendritiche possono servire a trasformare ingresso ramo correlate in uscita temporaneamente precisa e affidabile anche in presenza di inibizione.

Stefan Remy

NRW Research Group 'Dendritic integration in the CNS',
Department of Epileptology,
NRW Research Group 'Dendritic integration in the CNS', Department of Epileptology

University of Bonn

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

Stefan Remy

.css-o250i3{font-size:18px;font-family:Open Sans,sans-serif;line-height:21.6px;}NRW Research Group 'Dendritic integration in the CNS',Department of Epileptology,NRW Research Group 'Dendritic integration in the CNS', Department of Epileptology

University of Bonn

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

NRW Research Group 'Dendritic integration in the CNS',
Department of Epileptology,
NRW Research Group 'Dendritic integration in the CNS', Department of Epileptology